聲學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)中增強(qiáng)互動性和實(shí)踐性的探索

趙云++曾新吾++張文++龔昌超

[摘 要]對教學(xué)互動和理論聯(lián)系實(shí)踐的重視是提高專業(yè)基礎(chǔ)課程質(zhì)量和效益的關(guān)鍵。聲學(xué)基礎(chǔ)是聲學(xué)專業(yè)重要的理論基礎(chǔ)課，課堂教學(xué)改進(jìn)的具體實(shí)踐措施包括：結(jié)合理論內(nèi)容和工程實(shí)際設(shè)計專題研討，結(jié)合學(xué)科特色增加專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)內(nèi)容，增加典型演示實(shí)驗(yàn)，圍繞學(xué)員身邊問題設(shè)計和實(shí)施開放性課題研究，以及學(xué)習(xí)動機(jī)教育和課程評價修訂等。通過教學(xué)和實(shí)踐的緊密結(jié)合，學(xué)員對聲學(xué)理論的興趣、學(xué)習(xí)積極性和自主性進(jìn)一步增強(qiáng)，在專業(yè)思維、知識、實(shí)踐和研究能力等方面的素質(zhì)進(jìn)一步提高。

[關(guān)鍵詞]聲學(xué)；課堂教學(xué)；實(shí)踐；互動

[中圖分類號] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）02-0148-03

聲學(xué)是一門實(shí)踐性和外延性較強(qiáng)的學(xué)科。聲學(xué)基礎(chǔ)課程是一門為學(xué)員們從事聲學(xué)應(yīng)用和研究工作提供必備知識和能力的專業(yè)基礎(chǔ)課。我們在教學(xué)過程中，依據(jù)突出教學(xué)互動和理論聯(lián)系實(shí)踐的原則，從基礎(chǔ)理論、專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)和工程實(shí)踐三方面完善和優(yōu)化了教學(xué)內(nèi)容，從擴(kuò)大課堂交流、增加案例教學(xué)、演示實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計、鼓勵學(xué)員自主學(xué)習(xí)等方面探索了教學(xué)方法的改良，營造了知識內(nèi)涵豐富、思維活躍的課堂氛圍。學(xué)員提高了對聲學(xué)領(lǐng)域的興趣，對基礎(chǔ)知識的理解更加深刻，專業(yè)知識結(jié)構(gòu)和技能得到了發(fā)展，發(fā)現(xiàn)和分析問題的意識與能力得到了較好的鍛煉。

一、明確聲學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)工作的改進(jìn)方向

本文關(guān)注互動性和實(shí)踐性，這主要來自于對學(xué)員通過基礎(chǔ)理論考核、進(jìn)入后續(xù)學(xué)習(xí)階段的調(diào)查和反思。在畢業(yè)設(shè)計和課題研究中，部分學(xué)員存在不善于提出和發(fā)現(xiàn)問題、不能很好地獨(dú)立開展研究工作以及不善于同周邊教師和同學(xué)交流協(xié)作等情況。對此，專業(yè)基礎(chǔ)課應(yīng)該承擔(dān)起針對性訓(xùn)練的責(zé)任。

構(gòu)建主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為“課本知識只是關(guān)于各種現(xiàn)象的較為可靠的假設(shè)和解釋，不是問題的最終答案，不是對現(xiàn)實(shí)的準(zhǔn)確表征。只有在運(yùn)用書本知識的過程中去把握真理，才能實(shí)現(xiàn)課本知識的真正價值”。因此，個體主動建構(gòu)意義對于知識的學(xué)習(xí)和價值的體現(xiàn)具有重要意義。從構(gòu)建主義的主要觀點(diǎn)中，不難發(fā)現(xiàn)這樣一個事實(shí)：沒有知識的實(shí)踐應(yīng)用和教學(xué)中的有效交流互動，就不會有真正高效和高質(zhì)量的課堂。

二、改革教學(xué)內(nèi)容與方法

（一）正確的學(xué)習(xí)動機(jī)

與傳統(tǒng)教學(xué)強(qiáng)調(diào)知識的掌握相比，學(xué)員構(gòu)建知識意義和對所學(xué)理論的運(yùn)用對學(xué)員主觀能動性的發(fā)揮有更高的要求。在傳統(tǒng)應(yīng)試教育的影響下，不少學(xué)員對課程學(xué)習(xí)的關(guān)注仍然集中于考試大綱限定的內(nèi)容，優(yōu)先目標(biāo)仍然是在考試中拿高分。如果不糾正這種主觀意識，學(xué)員很難全身心投入到圍繞交流互動和實(shí)踐應(yīng)用所設(shè)置的教學(xué)環(huán)節(jié)中，教師圍繞課程建設(shè)所做改進(jìn)的成效也會大打折扣。因此，改變學(xué)習(xí)動機(jī)的重要性甚至優(yōu)于對教學(xué)內(nèi)容與途徑的改進(jìn)。

首先，對學(xué)員開展學(xué)習(xí)理念和動機(jī)教育。通過對本課程在整個專業(yè)課程體系中地位和作用的闡述使學(xué)員明確學(xué)習(xí)的真正目的和意義。通過對先進(jìn)教學(xué)理念和成功實(shí)踐案例的討論，提高學(xué)員對發(fā)展實(shí)踐、思維、交流等方面能力的重視程度，同時鼓勵積極主動的學(xué)習(xí)和以個性和興趣為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)方式。

其次，為學(xué)員自主性、創(chuàng)造性發(fā)展?fàn)I造較為寬松的外部條件。鼓勵和支持學(xué)員發(fā)表不同的意見。降低學(xué)員的傳統(tǒng)課業(yè)負(fù)擔(dān)，給學(xué)員的學(xué)習(xí)留有余地。適當(dāng)改進(jìn)課程評價方式，擴(kuò)大課堂表現(xiàn)在整個成績中的比重，將學(xué)員關(guān)注的重點(diǎn)從期末考試打高分上轉(zhuǎn)移，使學(xué)員有意愿、有時間、有機(jī)會自主安排學(xué)習(xí)進(jìn)程。

（二）教學(xué)內(nèi)容的完善

教學(xué)內(nèi)容是教學(xué)理念的重要載體。考慮到聲學(xué)廣泛的外延性，為了結(jié)合學(xué)科分支特色、開展實(shí)踐教學(xué)和服務(wù)學(xué)員的后續(xù)學(xué)習(xí)，課程理論部分除一般的共用基礎(chǔ)以外，還增加了專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)方面的內(nèi)容。

聲學(xué)領(lǐng)域的實(shí)踐和應(yīng)用無法以理論的形式單獨(dú)存在。盡管實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)的掌握不是理論課程的教學(xué)目標(biāo)，但在課堂教學(xué)中增加若干與理論內(nèi)容密切相關(guān)的演示實(shí)驗(yàn)（或虛擬實(shí)驗(yàn)和數(shù)值實(shí)驗(yàn)）仍然是必要的。例如麻省理工學(xué)院振動與波課程在理論講授中間插穿了大量的實(shí)驗(yàn)演示，將理論和技術(shù)的教學(xué)與演示實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來。這樣可增加學(xué)員的感性認(rèn)識和學(xué)習(xí)興趣，通過理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的相互對比和驗(yàn)證加深學(xué)員的認(rèn)識和理解，并引發(fā)學(xué)員關(guān)于各部分理論內(nèi)容之間的聯(lián)系和整體性思考。一個經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目通常包含多方面的物理現(xiàn)象。例如駐波管測量材料吸聲和隔聲系數(shù)的實(shí)驗(yàn)，與振動理論、平面波的反射和透射、波導(dǎo)中的聲傳播、吸聲和隔聲等多個教學(xué)單元有關(guān)，包含駐波、聲阻抗、簡正波等多個重要的聲學(xué)概念，比較適合在理論課中間引用和展示。

（三）課堂專題研討與評價方式的改進(jìn)

我們對經(jīng)典教材和傳統(tǒng)教學(xué)大綱的內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化，盡量縮減核心知識和方法以外的理論內(nèi)容。在課堂教學(xué)主體以理論講授為主的同時，加強(qiáng)了課堂專題研討環(huán)節(jié)。在本環(huán)節(jié)中討論與授課內(nèi)容關(guān)系密切、具有實(shí)際應(yīng)用背景的專題問題或案例。部分研討主題與理論內(nèi)容的對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

為了在專題研討中增強(qiáng)理論與實(shí)踐的聯(lián)系，便于學(xué)員思考、交流和質(zhì)疑，專題的設(shè)計考慮了多個方面。第一，貼近生活、科研和工程實(shí)際。從學(xué)員身邊的聲學(xué)現(xiàn)象和問題中取材，便于引起學(xué)員自主學(xué)習(xí)和實(shí)踐的興趣。第二，專題討論的內(nèi)容從簡單到復(fù)雜逐步展開，覆蓋原理、特性、基本理論、理論局限、設(shè)計理論和實(shí)踐應(yīng)用等方面。例如為了形象的解釋質(zhì)點(diǎn)振動學(xué)的理論和結(jié)果，對常見的電動揚(yáng)聲器進(jìn)行發(fā)散討論。首先討論典型電動揚(yáng)聲器的基本工作原理。其次，由所學(xué)的集中參數(shù)系統(tǒng)理論預(yù)測電動揚(yáng)聲器的特性。再次，引導(dǎo)學(xué)員圍繞理論的局限性進(jìn)行質(zhì)疑：哪些實(shí)際中的因素沒有考慮，理論的局限如何影響設(shè)計和應(yīng)用，如何改進(jìn)理論和修正這些問題等。然后，演示工程中通過數(shù)值仿真建立揚(yáng)聲器模型的過程和結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)員對比兩種研究方法。最后，從實(shí)踐的角度引導(dǎo)學(xué)員以設(shè)計者的身份針對具體的應(yīng)用需求分析揚(yáng)聲器設(shè)計的思路、流程和關(guān)鍵問題。

通過對常見聲學(xué)元件全方位的討論，學(xué)員加深了對集中參數(shù)系統(tǒng)振動理論的記憶和運(yùn)用，提高了學(xué)習(xí)興趣。在明確理論重要性和有效性的同時，學(xué)員發(fā)現(xiàn)，理論也不是問題的全部答案。通過教師的引導(dǎo)，學(xué)員提出了很多理論以外的問題，架起了理論與實(shí)踐的橋梁。此外，通過專題研討，學(xué)員們的交流表達(dá)能力得到了鍛煉。為發(fā)揮感性因素在學(xué)習(xí)中的積極作用，研討中除原理性錯誤外，教師一般會給予學(xué)員正面評價為主，幫助其樹立自信心。在學(xué)員適應(yīng)課堂環(huán)境后，鼓勵他們圍繞特定專題閱讀課外文獻(xiàn)、自主準(zhǔn)備研討問題和發(fā)言內(nèi)容。

為了糾正單純以考試成績?yōu)閷W(xué)習(xí)動機(jī)的風(fēng)氣，引導(dǎo)學(xué)員多思考、多質(zhì)疑、多交流和多實(shí)踐，必須改進(jìn)課程的評價方式。修訂以后的評價體系加強(qiáng)了學(xué)習(xí)過程考核，包括課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)、附加積分、所占比例不超過50%的考試成績等。其中課堂表現(xiàn)不僅由教師評價，還包括學(xué)員互評。評價內(nèi)容包括回答問題、專題準(zhǔn)備、發(fā)言次數(shù)和質(zhì)量等。通過附加積分的措施引導(dǎo)學(xué)員以自己感興趣的方式為增強(qiáng)教學(xué)過程中的交流互動和實(shí)踐應(yīng)用做貢獻(xiàn)。

（四）設(shè)置開放性任務(wù)

聲學(xué)基礎(chǔ)理論可以看作是一個完整的聲學(xué)系統(tǒng)的理論。從工程實(shí)踐的角度看，一個典型聲學(xué)系統(tǒng)的研制離不開對聲波產(chǎn)生、傳播和接收等方面知識的運(yùn)用，離不開對各類典型聲學(xué)功能器件的利用和設(shè)計。研究型和開放性任務(wù)通過聲學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計解決學(xué)員熟悉或感興趣的問題，以小組協(xié)作的形式綜合運(yùn)用和檢驗(yàn)學(xué)員所掌握的聲學(xué)基礎(chǔ)知識和技能，鼓勵學(xué)員學(xué)以致用，啟發(fā)學(xué)員獨(dú)立思考、解決問題和創(chuàng)新思維。結(jié)合課堂教學(xué)的進(jìn)度，在課外開展適度的研究型教學(xué)工作，可作為本科生進(jìn)入畢業(yè)設(shè)計和研究生進(jìn)入課題研究環(huán)節(jié)前的訓(xùn)練和預(yù)演。該項(xiàng)工作也可以結(jié)合國家或高校的大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目和研究生創(chuàng)新課題進(jìn)行。

三、開放性研究課題的組織實(shí)施

下面以聲凝聚空氣污染治理任務(wù)為例說明開放性課題研究的實(shí)施過程。

眾所周知，以PM2.5為主的空氣污染治理是當(dāng)前大眾普遍關(guān)注的熱門話題。已有研究表明，聲凝聚過程可以高效聚集微小顆粒、較為顯著地增強(qiáng)傳統(tǒng)除塵設(shè)備在控制PM2.5排放方面的效果。聲凝聚系統(tǒng)是一個完整的聲學(xué)系統(tǒng)，系統(tǒng)的設(shè)計主要包括理論和實(shí)驗(yàn)兩方面的內(nèi)容。理論部分涉及整體的聲學(xué)方案設(shè)計、管道結(jié)構(gòu)設(shè)計、聲場與微小顆粒相互作用。實(shí)驗(yàn)部分包括聲場特性的測試和凝聚效果與規(guī)律的測試。

我們在學(xué)員自愿的基礎(chǔ)上成立了減排課題課外小組。小組的目標(biāo)是以目前城市機(jī)動車PM2.5減排的迫切需求，基于聲凝聚的基本原理提出并完成具體的技術(shù)方案。首先，在教師的指導(dǎo)下，小組通過集體研討確定了任務(wù)內(nèi)容和工作計劃表。第二階段完成系統(tǒng)設(shè)計的準(zhǔn)備。由于采用了小組協(xié)作的形式，工作根據(jù)各位學(xué)員的特長進(jìn)行了分解。小組不定期進(jìn)行討論分享進(jìn)展，協(xié)調(diào)進(jìn)程。本階段后期我們召開了方案評審會，由學(xué)員主講自己的方案，邀請其他教師和高年級研究生參與評分。最終勝出的方案進(jìn)入到實(shí)現(xiàn)階段。在第四階段，對勝出方案的技術(shù)細(xì)節(jié)采取進(jìn)一步研究和明確。小組進(jìn)行課題研究最終的成果以研制報告、公開的學(xué)術(shù)論文和專利的形式體現(xiàn)，所有學(xué)員共享研究成果。為了體現(xiàn)公平公正的原則，在各工作階段整理了完成清單，對各位學(xué)員在研究期間的主要貢獻(xiàn)進(jìn)行了記錄和評價。

開放性課題的實(shí)施創(chuàng)設(shè)了一種有利于學(xué)員學(xué)習(xí)潛能發(fā)揮的情境和條件，使學(xué)員的自主性和創(chuàng)造性能得以充分發(fā)揮。學(xué)員有充分的自由度選擇工作內(nèi)容和學(xué)習(xí)資源、應(yīng)用理論學(xué)習(xí)成果、管理工作進(jìn)度以及評價學(xué)習(xí)效果。在任務(wù)分配環(huán)節(jié)，學(xué)員的興趣和個性得到了充分尊重，這令他們體驗(yàn)了在團(tuán)隊(duì)中分工協(xié)作的樂趣和價值。整個開放性任務(wù)的實(shí)施能夠較好地幫助學(xué)員確立創(chuàng)造的信念和提高自信心。

四、總結(jié)與問題討論

基于教學(xué)實(shí)踐中的調(diào)查和構(gòu)建主義學(xué)習(xí)理論，本文認(rèn)為，對教學(xué)互動和理論聯(lián)系實(shí)踐的重視是提高專業(yè)基礎(chǔ)課程質(zhì)量和效率的關(guān)鍵。聲學(xué)基礎(chǔ)課程根據(jù)這一原則改進(jìn)了教學(xué)內(nèi)容和方法。為了增加教學(xué)互動，在主要的教學(xué)單元引入了與講授理論關(guān)系密切的課程專題研討。在課堂教學(xué)中通過經(jīng)典演示實(shí)驗(yàn)加深對基本理論的理解和思考。借助聲學(xué)外延性較強(qiáng)的特點(diǎn)，在學(xué)員自愿的基礎(chǔ)上，圍繞以學(xué)員熟悉或感興趣的問題，設(shè)計和實(shí)施了能夠綜合運(yùn)用和檢驗(yàn)所掌握的聲學(xué)基礎(chǔ)知識和技能的開放性課題研究活動。同時，實(shí)施了學(xué)習(xí)動機(jī)教育和課程評價修訂的配套措施，調(diào)動了學(xué)員積極參與教學(xué)改革的積極性。上述工作貫徹了高等教育的培養(yǎng)理念。從課程教學(xué)的效果看，基本滿足了學(xué)員日后從事聲學(xué)相關(guān)工作和研究對專業(yè)思維、知識和能力的需求。

相對于傳統(tǒng)以講授為主的理論課教學(xué)，互動性和實(shí)踐性活動的開展對參與教學(xué)活動的教師和學(xué)員提出了更高的要求。首先，它要求教師具備更加全面的知識技能儲備和更高的教學(xué)水平。其次，它增加了教師課程設(shè)計、建設(shè)和學(xué)員課前課后準(zhǔn)備的工作量。再次，由于對個性化差異的重視，教學(xué)活動的不確定性在增加，對教學(xué)進(jìn)程的控制和對教學(xué)質(zhì)量穩(wěn)定的要求面臨挑戰(zhàn)；評價體系修訂后的長期效果需要進(jìn)一步觀察。最后，對教學(xué)資源的需求進(jìn)一步多樣化，需要整個教學(xué)環(huán)境的配合和教學(xué)管理部門的支持。

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[責(zé)任編輯：陳 明]