基于任務(wù)驅(qū)動的大學(xué)物理實驗教學(xué)的研究與實踐

王暢 陳佰樹 朱文霞

摘 要：大學(xué)物理實驗是高等院校理工科專業(yè)的一門重要的必修基礎(chǔ)課程。針對大學(xué)物理實驗課程的特點，分析了傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題，難以達(dá)到開設(shè)大學(xué)物理實驗課的目的。探討了將任務(wù)驅(qū)動教學(xué)方法引入大學(xué)物理實驗教學(xué)，給出了任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法的實施流程。最后，在大學(xué)物理實驗教學(xué)中，針對典型案例開展了任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法的實踐教學(xué)。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理實驗；任務(wù)驅(qū)動；案例教學(xué)法

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）16-0094-03

Abstract： University physics experiment is an important compulsory course for science and engineering majors in universities. According to the characteristics of university physics experiment courses， the existing problems in traditional teaching were analyzed， it was difficult to achieve the goal of university physics experiment courses because of these problems. This paper discussed the introduction of task-driven teaching method into college physics experiment teaching and presented the implementation process of task-driven teaching method. Finally， the teaching practice of task-driven teaching method was carried out in college physics experiments with specific cases.

Keywords： university physics experiment； task-driven teaching； case-based teaching

大學(xué)物理實驗是高等院校理工科專業(yè)的一門重要的必修基礎(chǔ)課程。它可以對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實驗和實驗儀器的基本操作，是進(jìn)入大學(xué)后教師對學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)實驗訓(xùn)練和實驗儀器操作技能訓(xùn)練的開端[1]。因此，大學(xué)物理實驗在培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、活躍的科學(xué)意識、動手操作能力和理論聯(lián)系實際能力等方面的優(yōu)勢，是其他實驗課程所不具有的。在傳統(tǒng)大學(xué)物理實驗教學(xué)中，教師都是先從實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗步驟講起，然后進(jìn)行從頭到尾示范演示，最后學(xué)生機械地按照教師示范步驟循序漸進(jìn)，按部就班地進(jìn)行實驗，把測得的實驗數(shù)據(jù)記在實驗報告上。學(xué)生根本不用提前預(yù)習(xí)和思考實驗儀器操作中的問題，只需上課時認(rèn)真聽老師的講解和觀察老師的操作即可順利完成實驗。這種僵化的實驗教學(xué)模式導(dǎo)致學(xué)生過分依賴教師指導(dǎo)，在很大程度上抑制了學(xué)生的積極性和主動性，就更談不上提高他們的動手能力和創(chuàng)新能力了，難以實現(xiàn)開設(shè)大學(xué)物理實驗的教學(xué)目的，難以實現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生的實驗操作技能和解決實際問題的教學(xué)宗旨。為解決上述問題，因此大學(xué)物理實驗的教學(xué)改革一直作為高等院校大學(xué)物理實驗教育工作的重點。本文針對大學(xué)物理實驗課程，開展了任務(wù)驅(qū)動教學(xué)模式的實踐教學(xué)，提出了實施教學(xué)的方案，最后提供某個任務(wù)項目完成的典型案例。研究證明，大學(xué)物理實驗應(yīng)用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法，不僅很好的完成了大學(xué)物理實驗課的教學(xué)目的，而且對培養(yǎng)學(xué)生基本實驗操作技能和解決實際問題的能力具有重要的理論意義和現(xiàn)實意義。

一、任務(wù)驅(qū)動教學(xué)方法的介紹

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)方法是基于趣味性，在能夠調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)動機與好奇心的背景下，利用與教學(xué)內(nèi)容緊密聯(lián)系的任務(wù)，通過完成任務(wù)的過程獲得知識與技能的一種教學(xué)方法[2]。任務(wù)、情景和教學(xué)目標(biāo)是該教學(xué)法的基本三要素。該教學(xué)法的載體是任務(wù)，且任務(wù)一定與教學(xué)內(nèi)容和要求緊密聯(lián)系；教學(xué)目標(biāo)是課堂教學(xué)中要求學(xué)生理解或掌握的知識和技能；情景是任務(wù)完成時的結(jié)果或作品。教學(xué)目標(biāo)決定任務(wù)的設(shè)計和情景的設(shè)定，任務(wù)設(shè)計和情景的目的在于讓學(xué)生更好地掌握教學(xué)內(nèi)容[3]。任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)方法提倡以通過完成任務(wù)解決問題為最終目的，調(diào)動學(xué)生的積極性、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在學(xué)習(xí)形式上主張?zhí)骄矿w驗學(xué)習(xí)和團(tuán)隊合作學(xué)習(xí)。任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)方法體現(xiàn)以學(xué)生為中心，學(xué)生是課程學(xué)習(xí)的參與者、知識的生產(chǎn)者，教師是過程引導(dǎo)者和結(jié)果評價者。

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法的教學(xué)過程主要由四個環(huán)節(jié)構(gòu)成：知識點的分割——任務(wù)的設(shè)計——任務(wù)的實施——任務(wù)的評價。在教學(xué)設(shè)計過程中，教師們細(xì)心研究和討論教學(xué)內(nèi)容，把教學(xué)內(nèi)容分解為若干個具體的教學(xué)知識點，把每個或幾個知識點設(shè)計成任務(wù)。通過實施任務(wù)來激發(fā)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，并通過完成任務(wù)和教師有價值的評價，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中獲得滿足感和獲得感，進(jìn)而極大地調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和解決問題的潛力。在任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法實施過程中，學(xué)生不再是簡單被動地接受知識，而是非常積極地學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識、并進(jìn)行了知識回顧與積累，主動認(rèn)真地對信息進(jìn)行收集、整理、分享；對教師而言，則需要熟悉并細(xì)化整個大學(xué)物理實驗知識與技能點，并時刻關(guān)注物理實驗儀器的改進(jìn)和發(fā)展，將物理研究所出現(xiàn)的新穎熱門問題整合到教學(xué)過程中，所以需要我們教師要不斷學(xué)習(xí)、不斷總結(jié)，積極開展教學(xué)改革，以充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動性[4]。

二、任務(wù)設(shè)計的要求

1. 在完成大學(xué)物理實驗任務(wù)時，為了使學(xué)生能夠明確目的及最后需要解決的問題，因此設(shè)計的任務(wù)，要求足夠詳細(xì)并且細(xì)致，盡量符合物理實驗的特點，且最終在完成實驗的實踐中能夠鍛煉學(xué)生的獨立分析和解決問題的能力。

2.承擔(dān)任務(wù)驅(qū)動教學(xué)的教師應(yīng)該具有較高的專業(yè)素質(zhì)，充分了解教學(xué)目標(biāo)和實驗內(nèi)容，能夠按照教學(xué)目標(biāo)去設(shè)置教學(xué)任務(wù)體系，安排教學(xué)項目。另外，教師能夠合理的分解教學(xué)任務(wù)和教學(xué)環(huán)節(jié)，且對學(xué)生的認(rèn)知能力充分了解，保證分解后的任務(wù)適合學(xué)生實踐。

3. 在設(shè)計任務(wù)時，需要從分析和考慮教學(xué)對象的特點出發(fā)，了解大學(xué)物理實驗及儀器設(shè)備的發(fā)展動態(tài)，設(shè)計出符合學(xué)科發(fā)展需要、具有可操作性的任務(wù)項目。

4. 在設(shè)計任務(wù)時也需要考慮到學(xué)生學(xué)習(xí)的特點和學(xué)生的能力水平。如果設(shè)置的任務(wù)過于困難，容易打擊學(xué)生的信心。如果設(shè)置的任務(wù)過于簡單，容易引起學(xué)生輕視的心理。應(yīng)該設(shè)置具有探究性，只要學(xué)生努力就能實現(xiàn)的任務(wù)，以至于能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

三、任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法的實施流程

我校的大學(xué)物理實驗課共30個學(xué)時，設(shè)計15個教學(xué)任務(wù)，課程教學(xué)安排在大學(xué)的第四學(xué)期進(jìn)行。在學(xué)習(xí)大學(xué)物理實驗以前，學(xué)生們已經(jīng)學(xué)習(xí)了大學(xué)物理學(xué)、高等數(shù)學(xué)、數(shù)學(xué)實驗和C語言等基礎(chǔ)課程。大學(xué)物理實驗首先是基礎(chǔ)性實驗，主要是學(xué)習(xí)常用儀器的基本操作和數(shù)據(jù)處理等。然后在基礎(chǔ)性實驗的基礎(chǔ)上，設(shè)計與實際相關(guān)的任務(wù)項目進(jìn)行教學(xué)。

（一）設(shè)置教學(xué)任務(wù)

在課程教學(xué)實施之前，教師要深入各高校大學(xué)物理實驗室進(jìn)行走訪調(diào)研，與優(yōu)秀教師、實驗教師一起組成課程開發(fā)小組，共同進(jìn)行實驗內(nèi)容的重新構(gòu)建。大體包括：制訂實驗內(nèi)容、實驗項目的設(shè)計與開發(fā)、典型任務(wù)的設(shè)計等。為了能夠充分激發(fā)學(xué)生的興趣，調(diào)動學(xué)生的積極性，需要基于實際問題來進(jìn)行相關(guān)教學(xué)任務(wù)的設(shè)計。老師應(yīng)該提前完成任務(wù)設(shè)計，一般提前3-5周發(fā)布任務(wù)，具體分配任務(wù)時可根據(jù)學(xué)生的情況略做調(diào)整。

（二）實施教學(xué)任務(wù)

發(fā)布教學(xué)項目時，教師應(yīng)該講清楚任務(wù)的目的、所需實驗儀器設(shè)備和所需知識點。教師要積極引導(dǎo)學(xué)生思考與物理實驗相關(guān)的實踐問題，變被動接受為主動提出實施方案、主動完成任務(wù)。在完成任務(wù)過程中，引導(dǎo)學(xué)生通過學(xué)習(xí)小組，利用團(tuán)隊合作的力量實施任務(wù)。組成團(tuán)隊執(zhí)行任務(wù)，并不是要降低個體的角色，而是要分工協(xié)作、各司其職，自主履行職責(zé)，共同完成任務(wù)，鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力。學(xué)生對所領(lǐng)到的任務(wù)首先在中國知網(wǎng)上進(jìn)行相關(guān)文獻(xiàn)的檢索，參考相關(guān)的文獻(xiàn)，提出小組對任務(wù)的解決方案。各小組在實驗室中準(zhǔn)備儀器、實驗材料，運用已有知識對問題進(jìn)行分析探討，完成數(shù)據(jù)的測試和數(shù)據(jù)的整理。最后，對完成任務(wù)的各個細(xì)節(jié)進(jìn)行總結(jié)，參考一些有價值的材料，制作工作匯報的課件。

（三）評價任務(wù)

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)模式的主要環(huán)節(jié)之一就是任務(wù)評價。合理有價值的評價對學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情、自身的完善和自我反思等方面有著重要的作用。評價分為組內(nèi)自評、組外互評和教師評價三種形式。組內(nèi)自評是指小組成員在團(tuán)隊內(nèi)部簡單介紹一下自己完成所承擔(dān)任務(wù)的過程和收獲。自我評價對學(xué)生認(rèn)識自己的不足和完善自己具有很大的幫助作用。為進(jìn)一步提高能力，能夠及時擴充自己的知識結(jié)構(gòu)，做到查缺補漏。組外互評主要是為了加強各種學(xué)生之間互相學(xué)習(xí)，加強問題的理解。最后，教師評價采用過程性評價和結(jié)果性評價兩種評價方法。這樣的評價方法，比較客觀，比較科學(xué)。例如過程性評價能夠評價學(xué)生完成任務(wù)的整個過程和各個細(xì)節(jié)。結(jié)果性評價指的是任務(wù)項目完成后，教師對學(xué)生小組完成項目的結(jié)果進(jìn)行評價，也是對學(xué)生實際學(xué)習(xí)效果的總結(jié)，有助于學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的培養(yǎng)。

四、基于任務(wù)驅(qū)動的大學(xué)物理實驗教學(xué)的具體案例

本部分以實驗《牛奶摻水量的檢測研究》（本實驗為2學(xué)時）為例，給出基于任務(wù)驅(qū)動的大學(xué)物理實驗教學(xué)實踐的實施案例。這個實驗是實驗《液體表面張力系數(shù)測定》的擴展實驗，授課地點是大學(xué)物理實驗室。

（一）創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)興趣

第一步，教師利用PPT課件給學(xué)生講解，由于受到利益的誘惑，商販們在牛奶中摻假的事件屢見不鮮，特別是牛奶中摻入了過量的水。那牛奶中是否摻入了過量的水，如何進(jìn)行檢測，自然成為急需迫切解決的問題。通過生活實際問題的引入，很大程度上調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性，這為后面任務(wù)的完成奠定了堅實的基礎(chǔ)。第二步，教師向?qū)W生說明，總?cè)蝿?wù)和本次任務(wù)之間的關(guān)系，及其對整個實驗課產(chǎn)生的作用。第三步，教師向?qū)W生講解本次任務(wù)的目的和完成本次任務(wù)的意義，這樣學(xué)生們就知道通過本次任務(wù)后應(yīng)該掌握哪些知識和技能，以便學(xué)生進(jìn)行自我檢驗和反思。

（二）布置任務(wù)

我們根據(jù)本實驗的三個教學(xué)目標(biāo)，向?qū)W生布置了三個不同層次的任務(wù)，供不同層次的學(xué)生學(xué)習(xí)，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性。三個不同層次的任務(wù)分別是任務(wù)一：不同摻水量牛奶樣品的配制；任務(wù)二：不同摻水量牛奶樣品的特征量的測定；任務(wù)三：Origin軟件的使用或者C語言的學(xué)習(xí)。

（三）完成任務(wù)

教師布置任務(wù)，學(xué)生們領(lǐng)到具體任務(wù)后，通過收集資料，分析討論。遇到實在解決不了的問題時，可以請教老師。學(xué)生分組討論和研究每個任務(wù)具體解決方案，如何分工協(xié)作等事項。對于任務(wù)一，牛奶樣品的配制可以由個體獨立完成；任務(wù)二，為了讓學(xué)生們重點掌握某個物理量的測定方法，這是一個教師半開放性的任務(wù)，學(xué)生們可以在互聯(lián)網(wǎng)上查找資料，找到該物理量的測定方法，鼓勵學(xué)生使用多種方法例如表面張力系數(shù)的測定、比重計檢測牛奶樣品的相對密度和牛奶樣品冰點法檢測等，去完成任務(wù)。最后，任務(wù)三主要是要求學(xué)生學(xué)習(xí)一些科研中常用的軟件，這對以后的研究工作是有益的。這一任務(wù)著力培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和主動學(xué)習(xí)的能力。任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法是一種雙主教學(xué)方法，教師是學(xué)習(xí)的指導(dǎo)者、激勵者、啟發(fā)者，而學(xué)生是知識的生產(chǎn)者。在學(xué)習(xí)過程中，教師應(yīng)該盡力引導(dǎo)學(xué)生在完成任務(wù)項目的過程中主動思考和探索，鼓勵和幫助學(xué)生在一定的情況下尋找解決問題的方法。

（四）匯報任務(wù)成果

成果形式主要以PPT課件形勢展示、匯報地點是創(chuàng)新實驗室，配有多媒體設(shè)備。PPT內(nèi)容包括項目簡介（包括簡要概述項目研究目的、意義、研究過程及取得成果）、項目研究過程（項目研究過程及思路、項目組成員分工、研究方法及步驟等）、項目成果（項目成員發(fā)表論文、制作實物、設(shè)計圖紙、研究報告等）和參與項目取得的收獲（對學(xué)生創(chuàng)新性思維、自主學(xué)習(xí)能力、實踐能力、團(tuán)隊合作能力、創(chuàng)業(yè)能力和科研等能力及素質(zhì)的培養(yǎng)起到積極的促進(jìn)作用）等。

（五）任務(wù)的評價

改革前大學(xué)物理實驗的考核主要通過操作考試形式完成，這種測試主要側(cè)重學(xué)生對知識理解，不能完全評估學(xué)生的操作水平，所以不能全面合理地評價學(xué)生在整個實驗課程學(xué)習(xí)效果。改革后的課程評價主要根據(jù)學(xué)生對項目任務(wù)實踐操作情況，采用多形式、分階段評價[5]，由過程考核50%+匯報考核20%+組內(nèi)協(xié)作20%，綜合表現(xiàn)10%來進(jìn)行考核。過程考核重在考核學(xué)生對物理實驗儀器操作掌握的程度，在每個實驗任務(wù)過程中完成；結(jié)果考核在整個實驗課程結(jié)束后進(jìn)行，主要考核學(xué)生完成任務(wù)及團(tuán)隊協(xié)作能力。組內(nèi)協(xié)作主要考核每個學(xué)習(xí)團(tuán)隊間的團(tuán)結(jié)協(xié)作，共同解決問題的能力；綜合表現(xiàn)包括對學(xué)生職業(yè)道德、工作態(tài)度、工作表現(xiàn)等方面。

五、結(jié)束語

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法應(yīng)用于大學(xué)物理實驗的教學(xué)實踐的研究表明，應(yīng)用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法的大學(xué)物理實驗課的教學(xué)目的明確，結(jié)構(gòu)合理和教學(xué)設(shè)計科學(xué)、操作方便、易于實施，并且這種方法能很大程度上調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生能夠順利完成任務(wù)也說明，通過物理實驗課的學(xué)習(xí)，他們既掌握了物理實驗儀器的基本技能，基本實現(xiàn)了大學(xué)物理實驗課的開設(shè)目的，另一方面也對開設(shè)大學(xué)物理實驗課的其他院校提供了有益的借鑒。

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