探究型教學(xué)模式下大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的改革與實(shí)踐

范　婷，劉云虎，湯國(guó)富，曹旭樂(lè)，張建軍

(石河子大學(xué)，新疆 石河子　832003)

*通訊聯(lián)系人

探究型教學(xué)模式下大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的改革與實(shí)踐

范婷，劉云虎，湯國(guó)富，曹旭樂(lè)，張建軍*

(石河子大學(xué)，新疆 石河子832003)

摘 要：基于探究型教學(xué)模式，構(gòu)建了大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的全新過(guò)程。設(shè)計(jì)并應(yīng)用新型研究性物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板，建設(shè)適于研究性學(xué)習(xí)的網(wǎng)絡(luò)預(yù)習(xí)資源，采用多樣化的課堂教學(xué)模式，改革實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)體系和考核方式，引導(dǎo)學(xué)生將實(shí)驗(yàn)課堂延展到課外研究，激勵(lì)學(xué)生自覺(jué)自發(fā)地開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)；探究型教學(xué)模式；研究性實(shí)驗(yàn)報(bào)告；網(wǎng)絡(luò)預(yù)習(xí)資源

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是理工農(nóng)醫(yī)科開(kāi)設(shè)的一門公共必修課，融物理思想、理論、方法于一體，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、動(dòng)手實(shí)踐和創(chuàng)新能力，是學(xué)生系統(tǒng)接受科學(xué)訓(xùn)練的開(kāi)端。如何開(kāi)展大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)在創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面的作用和優(yōu)勢(shì)，一直以來(lái)都是研究的熱點(diǎn)。本文基于探究型教學(xué)模式，構(gòu)建了大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的全新過(guò)程，并在教學(xué)中進(jìn)行改革創(chuàng)新和實(shí)踐。

1摒棄傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的弊端，采用新型研究性物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

目前學(xué)校一般采用的是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，模式拘泥于形式，格式固定,學(xué)生抄襲便利，不利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，同時(shí)，面對(duì)千篇一律的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，易導(dǎo)致教師評(píng)分失真。變革實(shí)驗(yàn)報(bào)告寫法的基本思想是:引導(dǎo)學(xué)生將所做實(shí)驗(yàn)當(dāng)作自己的一項(xiàng)科研活動(dòng),經(jīng)過(guò)自己的前期預(yù)習(xí)，研究實(shí)驗(yàn)，取得成果，歸納和拓展。新型實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板包括：

1.1研究性問(wèn)題

我們根據(jù)每個(gè)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出5-7個(gè)預(yù)習(xí)探究問(wèn)題，問(wèn)題內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)意義目的，實(shí)驗(yàn)器材，注意事項(xiàng)，實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路，實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)技術(shù)知識(shí)，實(shí)驗(yàn)改進(jìn)思路等。問(wèn)題由淺入深引導(dǎo)學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，開(kāi)拓實(shí)驗(yàn)思維。要求學(xué)生上課前通過(guò)閱讀教材，查閱文獻(xiàn)，查看網(wǎng)上預(yù)習(xí)資源等方式完成，并在問(wèn)題右側(cè)留有空白，可待學(xué)生實(shí)驗(yàn)后對(duì)問(wèn)題解答再行修改和完善，也可由學(xué)生提出自己的問(wèn)題。

1.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理分析

為了弱化長(zhǎng)期形成的慣于模仿的思維，我們這里去掉了書寫實(shí)驗(yàn)步驟這一環(huán)節(jié)，著重強(qiáng)調(diào)了學(xué)生自我實(shí)驗(yàn)的過(guò)程性，在操作的過(guò)程中鍛煉學(xué)生的思維，使其思維模式在實(shí)驗(yàn)操作中得到表達(dá)和開(kāi)拓。數(shù)據(jù)表格由學(xué)生自己來(lái)設(shè)計(jì)，鼓勵(lì)在完成必做內(nèi)容的基礎(chǔ)上自行擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。需要重視對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，通過(guò)誤差分析的結(jié)果，得到實(shí)驗(yàn)過(guò)程可行性的直接反饋。

1.3實(shí)驗(yàn)思考及自我拓展

新型實(shí)驗(yàn)報(bào)告在數(shù)據(jù)處理之后，加上了“實(shí)驗(yàn)思考及自我拓展”這一模塊，主要以問(wèn)題的方式為學(xué)生自主拓展學(xué)習(xí)指明方向與思路。每一個(gè)問(wèn)題都是結(jié)合實(shí)驗(yàn)精心設(shè)計(jì)，融合了逆向思維，能力提高，類比實(shí)驗(yàn)，歸納總結(jié)，生活運(yùn)用等方向，促使學(xué)生熟練掌握實(shí)驗(yàn)操作的同時(shí)，能夠在不同實(shí)驗(yàn)條件下舉一反三，鍛煉思維模式，拓展學(xué)習(xí)思路。

2聯(lián)通課堂內(nèi)外，建設(shè)適于研究性學(xué)習(xí)的網(wǎng)絡(luò)預(yù)習(xí)資源

預(yù)習(xí)是探究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，以往學(xué)生預(yù)習(xí)主要看實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，因缺乏對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的直觀感受，以至于達(dá)不到預(yù)習(xí)期效，不能充分利用課堂時(shí)間來(lái)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究。如何將實(shí)驗(yàn)課堂延伸到課下，啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)，建設(shè)合理的網(wǎng)絡(luò)預(yù)習(xí)資源是一個(gè)很好的途徑。網(wǎng)絡(luò)預(yù)習(xí)資源包含以下模塊：

2.1實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備圖片及簡(jiǎn)要介紹

制作好的圖庫(kù)，學(xué)生可以選擇分儀器檢索和分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目檢索兩種方式。(1)分儀器檢索可以看到實(shí)驗(yàn)室中所有的大中小型實(shí)驗(yàn)儀器的單獨(dú)圖片，并配有簡(jiǎn)要文字來(lái)說(shuō)明儀器型號(hào)、參數(shù)，測(cè)量用途等；(2)分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目檢索可以得到每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目需要的基本儀器的所有圖片及實(shí)驗(yàn)測(cè)量基本要求。方便學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)儀器的同時(shí)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有儀器有的放矢地進(jìn)行綜合創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)研究。

2.2實(shí)驗(yàn)教學(xué)視頻在線播放

根據(jù)每個(gè)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，有針對(duì)性的制作出不同類別的視頻。(1)對(duì)于操作簡(jiǎn)單，現(xiàn)象明顯的實(shí)驗(yàn)，制作成“演示實(shí)驗(yàn)視頻”，演示實(shí)驗(yàn)視頻內(nèi)含簡(jiǎn)單原理介紹，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象展示及生活中的應(yīng)用。視頻播放時(shí)間控制在3分鐘之內(nèi)。(2)對(duì)于原理復(fù)雜，理論課重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，將原理講解和實(shí)驗(yàn)操作結(jié)合，利用多種媒體方式，由經(jīng)驗(yàn)豐富的教師講解，制作成“微課教學(xué)視頻”。視頻播放時(shí)間控制在10分鐘之內(nèi)。(3)對(duì)于特色實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)，錄制成“課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)視頻”。視頻的訪問(wèn)量可隨時(shí)反映學(xué)生預(yù)習(xí)的情況和學(xué)習(xí)的積極性。

2.3實(shí)驗(yàn)探究問(wèn)題庫(kù)

除了實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的研究性問(wèn)題和拓展問(wèn)題，針對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)的不同特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出大量的問(wèn)題情境，提出各種難易程度的探究任務(wù)，以供不同專業(yè)和層次的學(xué)生來(lái)選擇完成。

2.4學(xué)習(xí)資源下載庫(kù)

這里提供給學(xué)生可供下載的學(xué)習(xí)資料有：實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱，考試大綱，實(shí)驗(yàn)室管理?xiàng)l例，實(shí)驗(yàn)緒論課PPT、實(shí)驗(yàn)講義、新型實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板、實(shí)驗(yàn)相關(guān)論文、實(shí)驗(yàn)研究文獻(xiàn)等。任課教師根據(jù)實(shí)際教學(xué)情況不斷更新和補(bǔ)充相關(guān)內(nèi)容。

2.5虛擬仿真實(shí)驗(yàn)

物理仿真實(shí)驗(yàn)[1-3]是利用軟件虛擬儀器，充分利用了計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形界面( 軟面板)和數(shù)據(jù)處理功能，建立虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，學(xué)生在這個(gè)環(huán)境中操作儀器，模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行真實(shí)的測(cè)量與測(cè)試。目前，我們使用的仿真實(shí)驗(yàn)資源來(lái)自于中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)開(kāi)發(fā)的《大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)2.0 for Windows》。

3采用多樣化的課堂教學(xué)模式，組織師生間的有效交流

通過(guò)探究問(wèn)題的提出，將學(xué)生置于有意義的問(wèn)題情境中，啟發(fā)學(xué)生自我解決，自我探索，協(xié)同實(shí)踐。除了給學(xué)生開(kāi)展探究提供必要的資料、設(shè)備外，更重要的是在指導(dǎo)方面提供恰當(dāng)?shù)闹С?，必須組織有效的表達(dá)和交流，幫助學(xué)生在自己探究的基礎(chǔ)上加深認(rèn)識(shí)，達(dá)到教學(xué)目的。

大學(xué)物理“演示實(shí)驗(yàn)”[4]，比如輝光球、聽(tīng)話的小球、激光琴、同自己握手、記憶合金水車、夢(mèng)幻點(diǎn)陣、雅各布天梯等，現(xiàn)象生動(dòng)有趣，且調(diào)試容易，對(duì)操作者的實(shí)驗(yàn)水平要求不高。以此作為學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)教學(xué)的第一課，由教師帶領(lǐng)學(xué)生參觀講解后，由學(xué)生動(dòng)手親自嘗試，這種“導(dǎo)游”式的教學(xué)方式讓學(xué)生意猶未盡。豐富的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象沖擊學(xué)生視覺(jué)的同時(shí)必然觸動(dòng)學(xué)生的內(nèi)心，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，自覺(jué)自發(fā)地探索現(xiàn)象的物理本質(zhì)，營(yíng)造出良好的探究性物理實(shí)驗(yàn)氛圍。

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)預(yù)習(xí)資源豐富的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在課堂教學(xué)過(guò)程中，實(shí)施“翻轉(zhuǎn)課堂”[5]教學(xué)，學(xué)生課前利用網(wǎng)絡(luò)先自學(xué)，帶著“問(wèn)題”到課堂討論和交流，教師在學(xué)生實(shí)踐過(guò)程中指出存在的問(wèn)題，教授正確的操作方法。這種先做后教的“翻轉(zhuǎn)課堂”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，增加了師生的互動(dòng)和個(gè)性化溝通，對(duì)于教學(xué)目的和任務(wù)明確的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)有著獨(dú)特的教學(xué)優(yōu)勢(shì)。

為了完成實(shí)驗(yàn)的測(cè)量任務(wù)，教師和分成小組實(shí)驗(yàn)的學(xué)生圍坐在擺放有儀器的實(shí)驗(yàn)桌旁，每個(gè)人都可以看到其他人的眼睛，大家用耐心和尊重參與到課題討論中，相互汲取新的靈感和思路，這樣的“圓桌教學(xué)”[6]，以學(xué)生為課堂的中心，以討論為課堂的基礎(chǔ)，以合作和激勵(lì)為相互支持，適合于綜合研究型實(shí)驗(yàn)題目的展開(kāi)。

結(jié)合具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，還可采用“階段分析”、“問(wèn)題收集”、“小組互助”等教學(xué)模式。例如，“階段分析”模式是將實(shí)驗(yàn)分為若干個(gè)階段，比如：儀器認(rèn)識(shí)、線路連接、原理理解、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)收集、歸納總結(jié)等階段，教師通過(guò)講解和答疑引導(dǎo)學(xué)生完成一個(gè)階段，然后進(jìn)行下一個(gè)階段，如此反復(fù)進(jìn)行，直至試驗(yàn)完成。這種模式非常適合難度大的實(shí)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)分步細(xì)化，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)糾正解決，避免了問(wèn)題的積累，減少了實(shí)驗(yàn)失敗的概率、增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)信心。

不同的教學(xué)模式針對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)，教師根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)和情況，進(jìn)行適時(shí)地調(diào)整和綜合應(yīng)用，教無(wú)定式，凡是能達(dá)到鍛煉學(xué)生思維，培養(yǎng)學(xué)生探究能力的目的，即為適合的教學(xué)模式。

4改革實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)體系和考核方式，激勵(lì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的探究

目前的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，對(duì)學(xué)生考核通常是完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)思考題等筆頭作業(yè)，或在期末操作考試中放入實(shí)驗(yàn)筆試題，這種評(píng)價(jià)忽略了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生所表現(xiàn)出來(lái)的實(shí)踐能力、探索精神、情感、態(tài)度與價(jià)值觀，導(dǎo)致學(xué)生只關(guān)注實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，輕視實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，限制了學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的靈活性和創(chuàng)造性[7]。不利于探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程的開(kāi)展。

對(duì)此，結(jié)合新型實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板，從課前預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告四個(gè)方面對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。表1是采用發(fā)展性和表現(xiàn)性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[8]設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)分量化標(biāo)準(zhǔn)表，以百分制打分，課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)滿分30分，采用自我評(píng)價(jià)與教師評(píng)價(jià)；實(shí)驗(yàn)過(guò)程及實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)環(huán)節(jié)滿分40分，由自我、同伴與教師評(píng)價(jià)；實(shí)驗(yàn)報(bào)告環(huán)節(jié)滿分30分，由教師根據(jù)“新型實(shí)驗(yàn)報(bào)告”完成情況給予評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)以學(xué)生為本，關(guān)注學(xué)生為達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康乃扇〉姆椒?、途徑，獲得的經(jīng)歷和體驗(yàn)等，尊重被評(píng)價(jià)者的主體性，評(píng)價(jià)主體的多元化[9-10]。

表1　實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)分量化標(biāo)準(zhǔn)表

在考核方面，保留原有實(shí)驗(yàn)考試(包括操作和筆試部分)的基礎(chǔ)上，同時(shí)也要考慮到學(xué)生的個(gè)體差異性，采用提交設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告可申請(qǐng)免試資格的方式來(lái)激勵(lì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的探究。教師從實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新性、實(shí)踐程度和能力提升三個(gè)方面對(duì)申請(qǐng)免試實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行評(píng)估，通過(guò)的給予85分以上的成績(jī)、限時(shí)修改的給予修改意見(jiàn)后可再次申請(qǐng)免試、不通過(guò)的則需要通過(guò)考試來(lái)獲得成績(jī)。對(duì)于其中優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，教師可鼓勵(lì)學(xué)生申請(qǐng)國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目、校級(jí)大學(xué)生研究訓(xùn)練計(jì)劃(SRP)項(xiàng)目等。實(shí)踐表明，此考核方式大大提高了學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的積極性。

5結(jié)束語(yǔ)

改革后的教學(xué)模式，將基于問(wèn)題的探究性教學(xué)和學(xué)習(xí)方式，貫穿于課前、課中和課后的各個(gè)環(huán)節(jié)。新型實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板的完成過(guò)程，就是在逐步引導(dǎo)學(xué)生將有限的課堂學(xué)習(xí)延展到無(wú)限的課外研究。同時(shí)、建設(shè)適于研究性學(xué)習(xí)的網(wǎng)絡(luò)資源是課下探究的必要保障。通過(guò)特色課堂教學(xué)，改革考核方式和評(píng)價(jià)主體的多元化，來(lái)激發(fā)學(xué)生自發(fā)自覺(jué)的改變?cè)小芭R摹式”學(xué)習(xí)方式，注重提升動(dòng)手能力和思維能力。實(shí)踐表明，改革后的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，充分發(fā)揮了探究型教學(xué)模式在創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面的作用和優(yōu)勢(shì)。

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Reform and Innovation of College Physics Experiment Based on Research-Teaching Mode

FAN Ting,LIU Yun-hu,TANG Guo-fu,CAO Xu-le,ZHANG Jian-jun*

(Shihezi University,Xinjiang Shihezi 832003)

Abstract：Based on research-teaching mode,a whole college physics experiment teaching process were constructed.A new template of study-based physics experimental report was designed and applied.Prep study network resources suitable for research were build.By using variety of classroom teaching pattern,and reform the experiment evaluation system and assessment methods,students were guided to extend extracurricular learning,as well as,students were motivated to carry out experiments consciously and spontaneously.

Key words：college physics experiment；research-based teaching mode；research-based experiment report；network study resources

收稿日期：2015-09-18

文章編號(hào)：1007-2934(2016)02-0149-04

中圖分類號(hào)：G 420

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.002.040