基于CDIO教育模式下的工科大學(xué)物理教學(xué)改革的思考

王時建　吉馭嬪

摘要：本文從大學(xué)物理課程實際出發(fā)，提出基于CDIO教育模式下的教學(xué)手段，將CDIO全球工程教育理念的構(gòu)思，設(shè)計，實驗和運(yùn)作四個階段內(nèi)容作為該課程的核心，結(jié)合大學(xué)物理的現(xiàn)狀，探索課程改革的方法和目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理；CDIO；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）29-0102-02

一、引言

高等教育承擔(dān)著培養(yǎng)高級專門人才、發(fā)展科學(xué)技術(shù)文化、促進(jìn)現(xiàn)代化建設(shè)的重大任務(wù)，為全面提高高等教育質(zhì)量和提升人才培養(yǎng)水平，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式勢在必行。為適應(yīng)現(xiàn)代化社會對工程技術(shù)人才的需求，包括我校在內(nèi)的一些工科院校正在推行工程教育改革，轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，創(chuàng)新教學(xué)模式，倡導(dǎo)啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式教學(xué)方法。大學(xué)物理是高等學(xué)校理工科各專業(yè)學(xué)生一門重要的通識性必修基礎(chǔ)課，在培養(yǎng)科學(xué)思維方式與科學(xué)素養(yǎng)、工程能力與工程素養(yǎng)等方面起著引領(lǐng)性作用，它必須進(jìn)行面向工程教育的教學(xué)改革。如何將工程教育模式與《大學(xué)物理》課程相結(jié)合，怎樣在《大學(xué)物理》課程中引入工程教育理念與工程教育方法，怎么才能以大學(xué)物理課程為載體去實現(xiàn)學(xué)生物理知識、工程能力與科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)，面對這些問題，我們可以試圖從理論知識與工程應(yīng)用的聯(lián)系入手，以工程與應(yīng)用為教學(xué)背景，進(jìn)行大學(xué)物理教學(xué)改革。

同時，物理學(xué)是源于自然與生活的科學(xué)，與整個世界和人們生活都密切相關(guān)，與各種科學(xué)技術(shù)與工程應(yīng)用緊密聯(lián)系，這使我們在教學(xué)中不斷地思考如下的一些問題：如何將現(xiàn)實的生活與應(yīng)用和物理課本相結(jié)合，如何使學(xué)生感受到鮮活的物理現(xiàn)象，如何讓學(xué)生學(xué)會以物理的眼光來審視自然與生活，我們可以嘗試著在這些方面做一些努力，讓學(xué)生在生活與應(yīng)用的背景中學(xué)習(xí)物理，將學(xué)到的物理知識用來解決身邊的問題，這樣既能收獲物理知識，又能體會知識的樂趣，更能感受知識帶來的啟示。

二、工科大學(xué)物理教學(xué)現(xiàn)狀分析

物理學(xué)是研究物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、相互作用和物質(zhì)最基本、最普遍的運(yùn)動方式及其相互轉(zhuǎn)化規(guī)律的學(xué)科。大學(xué)物理是高等學(xué)校理工科各專業(yè)學(xué)生一門重要的通識性必修基礎(chǔ)課。該課程所講授的基本概念、基本理論和基本方法是構(gòu)成學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分，是一個科學(xué)工作者和工程技術(shù)人員所必備的。大學(xué)物理作為工科院校學(xué)生的一們必修基礎(chǔ)課程，在培養(yǎng)科學(xué)思維方式與科學(xué)素養(yǎng)、工程能力與工程素養(yǎng)等方面起著引領(lǐng)性的作用，必須進(jìn)行面向工程教育的教學(xué)改革。如何將工程教育模式與大學(xué)物理課程相結(jié)合，怎樣在大學(xué)物理課程中引入工程教育理念與方法，怎么才能以大學(xué)物理課程為載體去實現(xiàn)學(xué)生物理知識、工程能力與科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)，面對這些問題，我們試圖從理論知識與工程應(yīng)用的聯(lián)系入手解決這樣的問題。

大學(xué)物理教學(xué)的好壞，關(guān)系到我校每年4000余名理工科本科生的專業(yè)基礎(chǔ)素養(yǎng)，對貫徹“加強(qiáng)基礎(chǔ)，拓寬口徑”的人才培養(yǎng)方針有著十分重要的意義。而在大學(xué)物理教學(xué)中，始終貫穿的“不屈不撓，重視實踐，相信真理”的科學(xué)精神，對于學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀起著潛移默化的作用。面對擴(kuò)招，新專業(yè)的不斷建立，學(xué)生規(guī)模迅速擴(kuò)大，教師師資力量的不足，以及學(xué)生基礎(chǔ)差、教師年青化等因素，對大學(xué)物理提出了新的課題，傳統(tǒng)大學(xué)物理的教學(xué)內(nèi)容過細(xì)過難，以抽象理論為主，缺乏案例分析，使得學(xué)生提不起興趣，更不能引導(dǎo)學(xué)生思考。傳統(tǒng)大學(xué)物理以傳授知識為主，而我們更應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生實際工程問題的分析解決思維。

隨著各學(xué)科專業(yè)培養(yǎng)計劃的調(diào)整優(yōu)化，計算機(jī)技術(shù)的日益更新，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的普遍使用，《大學(xué)物理》教學(xué)改革和課程建設(shè)必將面臨著新的問題與挑戰(zhàn)，國內(nèi)外的實際教學(xué)經(jīng)驗表明，CDIO工程教學(xué)理念和方法滿足工科大學(xué)物理教學(xué)過程中各環(huán)節(jié)的教學(xué)要求，因此當(dāng)前的CDIO工程教育理念成為應(yīng)對挑戰(zhàn)的有效措施之一。

三、CDIO工程教育模式概述

CDIO工程教育模式是由美國麻省理工學(xué)院會同瑞典三大所著名大學(xué)倡導(dǎo)，與工業(yè)界共同合作創(chuàng)建的工程教育模式，并獲得2011年度美國國家工程院（NAE）頒布的“戈登獎”。其主要內(nèi)容是通過高等工程教育，按照CDIO培養(yǎng)大綱使學(xué)生在四個層面達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)，即工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團(tuán)隊能力和工程系統(tǒng)能力。通過構(gòu)思—設(shè)計—實現(xiàn)—運(yùn)作，描述了產(chǎn)品和系統(tǒng)生命周期的發(fā)展和部署。學(xué)生在參與這一生命周期的過程中打好專業(yè)棊礎(chǔ)，注重培養(yǎng)工程應(yīng)用能力、工程協(xié)作交流能力、工程技術(shù)的自我提升能力，從而培養(yǎng)出具備終身學(xué)習(xí)能力的高素質(zhì)國際化工程師。

四、針對大學(xué)物理教學(xué)方法及手段改革的思考

CDIO是工程教育的一種先進(jìn)理念，這種模式強(qiáng)調(diào)工程教育必須回歸工程，堅持工程人才“知識、能力、素質(zhì)”的協(xié)調(diào)發(fā)展，著重基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團(tuán)隊能力和工程系統(tǒng)能力四個層面的能力培養(yǎng)，突破了傳統(tǒng)的以知識傳授為主的人才培養(yǎng)模式，更加適應(yīng)業(yè)界對工程人才的需求。

（一）教師課堂講授

1.以培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、推理能力為目的，講解物理與工程相關(guān)的基礎(chǔ)知識，教師不再是灌輸知識，而是采用引導(dǎo)與啟發(fā)的方式，帶領(lǐng)學(xué)生一起去理解知識、分析和體會物理思想與科學(xué)方法。

2.教師以工程應(yīng)用解析培養(yǎng)學(xué)生工程推理和解決問題的能力，以基于與物理知識緊密聯(lián)系的工程應(yīng)用問題解決的剖析，讓學(xué)生掌握工程與應(yīng)用中的物理以及知識應(yīng)用的方法，理解工程需求是科學(xué)發(fā)展的動力，科學(xué)知識是應(yīng)用的理論依據(jù)與指導(dǎo)。

（二）課堂討論

1.課堂討論以培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、交流能力為目的，教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)置系列的教學(xué)問題，學(xué)生預(yù)習(xí)后，由教師組織開展學(xué)習(xí)討論，變學(xué)生的被動學(xué)習(xí)為主動參與的探究式學(xué)習(xí)，強(qiáng)化主動獲取知識的意識與方法。

2.教師對學(xué)生小組布置學(xué)習(xí)與演講任務(wù)，然后在課堂上由學(xué)生來組織課堂教學(xué)，分小組進(jìn)行演講，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力，口頭交流能力使學(xué)生體驗從知識學(xué)習(xí)到知識理解、再到知識交流的全過程。

3.根據(jù)學(xué)生知識與能力現(xiàn)狀，選適當(dāng)課本內(nèi)容讓學(xué)生自學(xué)，提交自學(xué)報告，使學(xué)生掌握自學(xué)的方法，鍛煉學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。

（三）課外專項訓(xùn)練

1.根據(jù)學(xué)習(xí)的物理知識，學(xué)生分小組設(shè)計一個與工程實例緊密聯(lián)糸的問題（如裝置、器件或功能系統(tǒng)等），并結(jié)合生產(chǎn)與應(yīng)用實際，評估其可行性、創(chuàng)新性與應(yīng)用價值，鍛煉和提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)思維能力，團(tuán)隊協(xié)作能力，工程構(gòu)思與設(shè)計能力。

2.結(jié)合學(xué)習(xí)的物理知識，學(xué)生分小組提出一個實驗研究方案，包括實驗題目系統(tǒng)設(shè)計、實驗裝置、實驗方法與實驗結(jié)果預(yù)測等，使學(xué)生掌握實驗研究方法及其與理論研究的關(guān)系。

3.教師與學(xué)生，根據(jù)教師的專業(yè)優(yōu)勢和學(xué)生的興趣、能力點，共同決定小論文的題目，使得學(xué)生能精心撰寫一篇有想法和創(chuàng)意的物理小論文，鍛煉學(xué)生的綜合能力。

五、結(jié)束語

教學(xué)改革是一個長期的過程，它需要不斷總結(jié)教學(xué)實踐中的經(jīng)驗和教訓(xùn)，不斷完善舊的教學(xué)方法，探索新的教學(xué)思路，才能切實地提高學(xué)生的實踐能力，實現(xiàn)培養(yǎng)應(yīng)用型人才的長期目標(biāo)。總之，因為工科各專業(yè)對大學(xué)物理教學(xué)要求的側(cè)重點不同，而且近年來高校擴(kuò)招的學(xué)生知識、能力和素質(zhì)參差不齊，我們教育工作者要推進(jìn)基于CDIO工程教育模式的大學(xué)物理教改，需要冒著一定風(fēng)險。因此，我們將在現(xiàn)有條件的基礎(chǔ)上，盡量滿足各專業(yè)對大學(xué)物理課程的特殊需求，盡量以學(xué)生的理解水平調(diào)整教學(xué)要求，循序漸進(jìn)地進(jìn)行改革，期望能切實地實現(xiàn)學(xué)生獲益、學(xué)校滿意和社會得利的三贏局面。

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