構(gòu)建大學(xué)物理理論與實驗一體化教學(xué)模式的研究與實踐

龍濤

【摘 要】大學(xué)物理理論和實驗是自然科學(xué)和現(xiàn)代工程技術(shù)的基礎(chǔ)，對于培養(yǎng)大學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新能力起著不可替代的作用。本文構(gòu)建了大學(xué)物理理論和實驗一體化教學(xué)模式，圍繞課程體系的優(yōu)化、教學(xué)內(nèi)容整合更新、教學(xué)方法和手段及課程評價考核標(biāo)準(zhǔn)的改革，開展了大學(xué)物理理論和實驗教學(xué)的實踐研究，探索實現(xiàn)大學(xué)物理理論和實驗教學(xué)共存互進的一體化教學(xué)模式的具體做法。

【關(guān)鍵詞】大學(xué)物理；大學(xué)物理實驗；教學(xué)模式；教學(xué)改革

大學(xué)物理是自然科學(xué)和現(xiàn)代工程技術(shù)的基礎(chǔ)，物理實驗是對學(xué)生進行科學(xué)實驗基本訓(xùn)練的重要實踐性課程，大學(xué)物理理論和實驗教學(xué)直接影響人才培養(yǎng)質(zhì)量。但長期以來這兩門課程始終存在課程體系和教學(xué)內(nèi)容體系傳統(tǒng)、教學(xué)模式單一、理論與實驗處于各自為陣互不關(guān)聯(lián)的并存狀態(tài)等問題，理論和實驗教學(xué)模式一直不能完全擺脫以傳授知識為主的傳統(tǒng)教學(xué)模式，為適應(yīng)社會發(fā)展對人才素質(zhì)的要求，在大學(xué)物理理論和實驗課程的教學(xué)實踐中，努力探索構(gòu)建符合社會需求、體現(xiàn)現(xiàn)代教育思想的大學(xué)物理理論與實驗課程體系，充分發(fā)揮大學(xué)物理理論和實驗在人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)功能，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，開展大學(xué)物理理論和實驗一體化教學(xué)模式研究，進一步提高大學(xué)物理教學(xué)的質(zhì)量具有重要的實際意義。

1 構(gòu)建大學(xué)物理理論與實驗一體化教學(xué)模式的思路

結(jié)合我校大學(xué)物理理論及實驗教學(xué)現(xiàn)狀，吸收和借鑒當(dāng)前國內(nèi)高校大學(xué)物理和實驗教學(xué)模式的一些經(jīng)驗，我們提出了構(gòu)建大學(xué)物理理論和實驗一體化教學(xué)模式，依托該教學(xué)模式，圍繞課程體系優(yōu)化、教學(xué)內(nèi)容更新、教學(xué)方式及考核方式等方面進行全方位的改革實踐，使新的教學(xué)體系體現(xiàn)“一體化，多層次的教學(xué)特征”，使理論教學(xué)與實驗教學(xué)并舉，著力培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)，提高學(xué)生科學(xué)的探索精神以及學(xué)習(xí)興趣和熱情，開拓思維、培養(yǎng)創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力，實現(xiàn)大學(xué)物理理論和實驗教學(xué)共存互進的一體化教學(xué)模式。

2 大學(xué)物理理論與實驗一體化教學(xué)模式的研究與實踐

2.1 確定構(gòu)建一體化教學(xué)模式突出的特點和遵循的原則

明確了構(gòu)建大學(xué)物理理論和實驗一體化教學(xué)模式的內(nèi)涵就是 “一體化，多層次的教學(xué)特征”，即以理論教學(xué)為主，理論教學(xué)與實驗教學(xué)并舉，實驗中將基礎(chǔ)性訓(xùn)練與綜合性訓(xùn)練并舉，驗證性、應(yīng)用性訓(xùn)練與創(chuàng)新性訓(xùn)練并舉。理論教學(xué)體系采用多層次教學(xué)模式，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，保證學(xué)生厚基礎(chǔ)的同時，又根據(jù)不同專業(yè)學(xué)生特點，多元化的組織教學(xué)，拓展和延伸書本外的綜合知識，形成寬口徑的培養(yǎng)特點。堅持教學(xué)質(zhì)量第一原則，注重創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神的培養(yǎng)原則，堅持教學(xué)資源優(yōu)化的原則。

2.2 開展一體化教學(xué)模式研究與實踐的具體做法

2.2.1 一體化教學(xué)模式中理論課程體系的構(gòu)建

以教育部教學(xué)指導(dǎo)委員會頒發(fā)的物理教學(xué)大綱為基點，將大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容層次化。第一層次是教育部教學(xué)指導(dǎo)委員會頒發(fā)的物理教學(xué)大綱中所要求的基礎(chǔ)知識，主要包括一些基本概念、基本規(guī)律及其應(yīng)用，為學(xué)生提供一個基礎(chǔ)型平臺，是全校性理工科各專業(yè)學(xué)習(xí)大學(xué)物理的最低要求。第二層次是關(guān)于物理科學(xué)前沿和技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的內(nèi)容，這部分內(nèi)容可以以“知識窗口”或“研究性問題”的形式在課堂中出現(xiàn)，也可以以小論文的形式作為課后作業(yè)或者是討論課學(xué)生討論總結(jié)，該層次意在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。第三層次是物理知識在專業(yè)中的應(yīng)用，該層次內(nèi)容只針對相關(guān)專業(yè)，而其它專業(yè)可不介紹或簡單提一下。

2.2.2 一體化教學(xué)模式中實驗課程內(nèi)容體系的構(gòu)建

完成了實驗課程體系的層次化，該體系打破了傳統(tǒng)的各學(xué)科獨立的實驗課程體系，建立課程逐步升級的三級物理課程新體系，組成部分為基本實驗、綜合性實驗、設(shè)計性研究性實驗（工程應(yīng)用）等，形成從低到高、從基礎(chǔ)到前沿、從接受知識到培養(yǎng)綜合能力、逐級提高的3級課程新體系。每級實驗都包含力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、近代物理實驗，不同級別標(biāo)志著不同的實驗技能和科學(xué)思維水平。第一級層次讓學(xué)生熟悉基本物理量的測量和掌握常規(guī)實驗儀器的使用，為普及性實驗，適用于理工各專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)和基本訓(xùn)練。第二層次驗為綜合性物理實驗為主的實驗，在同一個實驗中涉及多個知識領(lǐng)域，綜合應(yīng)用多種方法和技術(shù)的實驗，這個層次的實驗主要是鞏固在基礎(chǔ)實驗學(xué)習(xí)階段的成果，開闊學(xué)生的眼界和思路，提高學(xué)生對實驗方法和實驗技術(shù)的綜合運用能力，由學(xué)生自選完成。第三層次是物理實驗原理在專業(yè)中的應(yīng)用，為設(shè)計研究性實驗，針對工程技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)。學(xué)生教師指導(dǎo)下選擇課題和研究方向，自行設(shè)計實驗方案完成實驗、分析實驗結(jié)果，最后寫出研究報告。這階段教學(xué)內(nèi)容側(cè)重學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新素質(zhì)能力的培養(yǎng)。如：在光電效應(yīng)試驗內(nèi)容的基礎(chǔ)上，增加了光纖傳輸技術(shù)以及太陽能電池特性測定方面的內(nèi)容，使學(xué)生更多的了解現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)。教學(xué)內(nèi)容的層次化，內(nèi)容有彈性，滿足了不同學(xué)科、不同專業(yè)、不同層次學(xué)生的需求。

2.2.3 探索一體化模式下的教學(xué)形式

我們充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)資源，課程教學(xué)中引入視頻演示，CAI課件，網(wǎng)絡(luò)資源及傳統(tǒng)的黑板加粉筆等方式，講思路、講方法、提問題，加討論，力求達到最佳的教學(xué)效果。重視學(xué)生的課內(nèi)外學(xué)習(xí)，課外學(xué)習(xí)形式多樣，有課后常規(guī)作業(yè)，課程小論文及網(wǎng)上討論，PPT演講等，調(diào)查顯示，這一教學(xué)模式有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)和個性化發(fā)展。實驗教學(xué)中，針對不同層次的實驗采用不同的實驗教學(xué)方式，在基礎(chǔ)實驗層次上，采用啟發(fā)式、引導(dǎo)式的教學(xué)，在綜合性實驗層次上，采用討論式、提案式教學(xué)，在設(shè)計性研究實驗層次上，采用探究式的教學(xué)。播放教學(xué)演示實驗影片，向?qū)W生展示物理學(xué)的新發(fā)展及其高新技術(shù)的應(yīng)用，如混沌現(xiàn)象、核磁共振、仿真機器人、黑洞峪暗物質(zhì)、材料科學(xué)與新材料、激光與光電子技術(shù)等，通過演示實驗進行現(xiàn)場教學(xué)，強調(diào)理論與實際的聯(lián)系，充分體現(xiàn)一體化的教學(xué)方式。

2.2.4 完善課程考核成績評定方式

通過一體化教學(xué)模式，促進課程考核方式的完善。傳統(tǒng)的大學(xué)物理考試方法只有期末筆試和平時作業(yè)兩部份，經(jīng)過探索，我們采取了期末筆試、中期定時作業(yè)、課內(nèi)外專題討論、小論文、PPT演講等方式構(gòu)成該門課程的總成績。期末成績?yōu)榭偝煽兊?0%，平時成績?yōu)榭偝煽兊?0%。注重小論文指導(dǎo)及演講綜合拓展訓(xùn)練，這兩部分成績所占比例較大。小論文是反映學(xué)生探索能力、獨立分析解決問題能力的重要途徑，我們根據(jù)學(xué)生的專業(yè)特點布置小論文題目，如“物理學(xué)與我的專業(yè)”、“生活中的物理學(xué)”等，要求論文短小精悍，在一定時間內(nèi)完成，教師指導(dǎo)學(xué)生閱讀一些相關(guān)的文章，開闊學(xué)生的視野，拓寬知識面，吸引學(xué)生探索新的規(guī)律和新現(xiàn)象。充分注重過程的考核。endprint

大學(xué)物理試驗考試方法，我們采取了預(yù)習(xí)報告、操作成績、實驗報告、期末操作考試四部分組成。鼓勵學(xué)生多做實驗，多動手，也允許學(xué)生選擇超過教學(xué)規(guī)定的實驗課時選做實驗，我們?nèi)∽詈玫膸讉€實驗項目的成績加權(quán)平均。期末考試選擇以下任一種方式進行。一種是在本學(xué)期所開出的實驗項目中由學(xué)生抽簽確定其考試題目，采用閉卷形式進行；另一種是由教師確定一些沒有開設(shè)過的設(shè)計性實驗題目，學(xué)生借助參考資料自行設(shè)計完成實驗。最后根據(jù)學(xué)生完成實驗的實際操作能力、實驗報告及通過答辯的方式評定學(xué)生成績。另外還可根據(jù)學(xué)生平時做綜合設(shè)計性、研究性實驗的情況以及在這些實驗過程中體現(xiàn)出來的創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力，給予學(xué)生鼓勵加分，綜合評定學(xué)生成績，這種考評方式極大促進了學(xué)生積極參與實驗教學(xué)。

3 實施一體化教學(xué)，學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力顯著提高

在2013-2015級工科各專業(yè)的部分學(xué)生中開展了大學(xué)物理理論和實驗一體化教學(xué)模式的教學(xué)嘗試。教學(xué)中改變了傳統(tǒng)的大學(xué)物理理論與大學(xué)物理實驗兩課程完全獨立的課程體系，建立了兩者既相互獨立、相互融合、相互支撐依存的一體化物理課程新體系，實現(xiàn)了課程體系層次化。這種教學(xué)模式極大地促進了學(xué)生積極性、主動性和創(chuàng)造性，一體化教學(xué)模式是教和學(xué)的一種全面嘗試，兩輪教學(xué)檢驗了一體化教學(xué)模式的可行性，學(xué)生和教師對一體化教學(xué)的適應(yīng)性。

配合一體化教學(xué)模式的構(gòu)建，根據(jù)教學(xué)大綱，在新的理論和實驗課程體系和教學(xué)內(nèi)容體系指導(dǎo)下，我們編寫了《大學(xué)物理》教材1套，教材融合了這兩年大學(xué)物理理論和實驗教學(xué)改革和成果等內(nèi)容。

一體化大學(xué)物理教學(xué)模式實施，使學(xué)生物理理論、實驗技能、創(chuàng)新意識、科研能力和工程應(yīng)用能力顯著提高，學(xué)生參加全國電子設(shè)計競賽、“飛思卡爾”汽車智能大賽、大學(xué)生大學(xué)物理創(chuàng)新競賽等取得優(yōu)異成績。一體化教學(xué)模式實施對培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新素質(zhì)能力的產(chǎn)生了較明顯的效果。

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