基于研究性學(xué)習(xí)理念的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式探討*

楊 帆 宋建民 劉書(shū)華

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院 河北 保定 071001)

教育部2018年召開(kāi)的全國(guó)高等學(xué)校本科教育工作會(huì)議提出了高等教育要堅(jiān)持“以本為本”“四個(gè)回歸”的方針，強(qiáng)調(diào)了本科教育是大學(xué)的根和本，把本科教育放在了人才培養(yǎng)的戰(zhàn)略核心地位.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是高等學(xué)校本科階段的重要基礎(chǔ)課之一，是理工農(nóng)醫(yī)類(lèi)本科生進(jìn)入大學(xué)后最先接觸的實(shí)驗(yàn)課，是其接受系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)理論、實(shí)驗(yàn)技能和方法訓(xùn)練的開(kāi)端，在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維、實(shí)踐能力、科學(xué)素養(yǎng)和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度等方面具有非常重要的作用.然而，當(dāng)下大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)仍存在一些問(wèn)題，主要有：(1)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中大多還是教師先講原理和步驟, 然后學(xué)生“照方抓藥”進(jìn)行操作，不利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力的提高.(2)由于課堂時(shí)間有限，課堂上學(xué)生忙于完成實(shí)驗(yàn)，不能對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行更仔細(xì)深入的探究.(3)實(shí)驗(yàn)課堂模式單調(diào)，缺乏互動(dòng)，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不濃.(4)成績(jī)?cè)u(píng)定主要看報(bào)告和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，成績(jī)不能體現(xiàn)對(duì)綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛯?shí)驗(yàn)收獲的評(píng)價(jià)[1].諸如上述問(wèn)題的存在，限制了大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)在人才培養(yǎng)中作用的發(fā)揮.近年來(lái)國(guó)內(nèi)外大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革一直沒(méi)有間斷，更新教學(xué)理念，實(shí)施了MOOC和SPOC翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)方法手段[2]，這些都為教學(xué)質(zhì)量的提高起到了積極作用，但仍有諸多方面需要改進(jìn)提高.比如；改革大多是關(guān)注如何教，對(duì)學(xué)生如何學(xué)關(guān)注不足；重視知識(shí)講授，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力、研究能力、創(chuàng)新能力關(guān)注不足；針對(duì)以上問(wèn)題，如何突出物理學(xué)的思維方法，體現(xiàn)物理學(xué)的應(yīng)用價(jià)值，更好地發(fā)揮物理課在人才培養(yǎng)中的作用，如何提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力和可持續(xù)發(fā)展能力，都是值得進(jìn)一步探討的重要課題.本工作將研究性學(xué)習(xí)教學(xué)理念應(yīng)用于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)，以學(xué)生為主體，教師為指導(dǎo)，讓學(xué)生在研究中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中找到方向去進(jìn)一步研究開(kāi)拓，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)，取得了良好的教學(xué)效果.

1 改革思路

研究性學(xué)習(xí)是指在教師的指導(dǎo)下，讓學(xué)生以科學(xué)研究的方式，主動(dòng)獲取知識(shí)，從而提高其發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題等能力的一種教學(xué)模式.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)一般都是小班上課，是一種基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)任務(wù)驅(qū)動(dòng)和學(xué)生間的合作交流，而研究性學(xué)習(xí)教學(xué)模式的特點(diǎn)是自主性、探究性、過(guò)程性以及實(shí)踐性，這與大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)是非常一致的.因此，研究性教學(xué)模式非常適用于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的日常教學(xué)[3].

將研究型學(xué)習(xí)理念應(yīng)用于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，首先要轉(zhuǎn)變思路，要從知識(shí)傳授型向能力培養(yǎng)型課堂轉(zhuǎn)變，始終貫徹以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的教學(xué)理念，明確實(shí)驗(yàn)課的主角是學(xué)生，教師只是組織者、指導(dǎo)者和幫助者，實(shí)驗(yàn)課的目的主要是培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，而不是僅僅讓學(xué)生完成課堂實(shí)驗(yàn)內(nèi)容.教師要引導(dǎo)學(xué)生將每一次實(shí)驗(yàn)當(dāng)作一項(xiàng)研究活動(dòng)，使學(xué)生在每一階段都要主動(dòng)學(xué)習(xí)，主動(dòng)探究，經(jīng)歷探索和發(fā)現(xiàn)規(guī)律的研究過(guò)程，在研究中學(xué)到知識(shí)，在學(xué)習(xí)中培養(yǎng)能力，獲得知識(shí)和能力雙收獲[4].

2 教學(xué)設(shè)計(jì)

首先，優(yōu)化大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，以實(shí)驗(yàn)方法為主線(xiàn)，以懂原理、會(huì)操作、知應(yīng)用為目標(biāo)，兼顧力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、近代物理學(xué)內(nèi)容，對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行了統(tǒng)籌分析和優(yōu)化，去掉了靜電場(chǎng)描繪和計(jì)數(shù)器等驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)；新增了電子秤設(shè)計(jì)和指針式溫度計(jì)設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，減少了驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加了設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)比例，還增加了課外拓展實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力的培養(yǎng).

建立了大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)平臺(tái)，網(wǎng)站涵蓋了我校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)的全部實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目都包括以下6個(gè)方面的內(nèi)容：(1)預(yù)習(xí)導(dǎo)讀，引導(dǎo)學(xué)生有的放矢地預(yù)習(xí).(2)實(shí)驗(yàn)講解及操作視頻、PPT、實(shí)驗(yàn)文本資料,學(xué)生通過(guò)觀看視頻，如同身臨其境做了一遍實(shí)驗(yàn),使學(xué)生提前熟悉實(shí)驗(yàn)的操作，課堂上則有更多時(shí)間動(dòng)手操作，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析物理成因.(3)預(yù)習(xí)測(cè)試題，供學(xué)生自測(cè)預(yù)習(xí)效果.預(yù)習(xí)題緊扣實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，只要預(yù)習(xí)題過(guò)關(guān)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容就基本已經(jīng)掌握.(4)思考題，供學(xué)生課后完成.(5)課外拓展題，為學(xué)生進(jìn)行課外拓展研究提供方向.(6)實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板.另外，網(wǎng)站還包括實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)庫(kù)，比如誤差理論、有效數(shù)字運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理方法、物理實(shí)驗(yàn)方法等物理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí).編制了實(shí)驗(yàn)儀器庫(kù)，包括一些常用儀器的圖片，使用方法，注意事項(xiàng)，較復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)儀器配有操作視頻，網(wǎng)站的建立為學(xué)生自主研究性學(xué)習(xí)提供了有利的支持.

將大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)分為課前引導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)操作、課堂交流、撰寫(xiě)報(bào)告、課后拓展研究5個(gè)階段.在教學(xué)過(guò)程中實(shí)行線(xiàn)上線(xiàn)下有機(jī)融合，課堂教學(xué)以實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)為主.配合啟發(fā)式、對(duì)比式、聯(lián)想式、討論式、探究式教學(xué)法，每一個(gè)階段都激勵(lì)學(xué)生的研究性學(xué)習(xí)熱情.

課前引導(dǎo)階段：給學(xué)生布置課前預(yù)習(xí)問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)教材，研究學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)要做什么、用什么儀器、怎么做、為什么這么做等問(wèn)題，通過(guò)學(xué)習(xí)平臺(tái)自主進(jìn)行預(yù)習(xí)測(cè)試，90分以上者可以進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行操作，鍛煉學(xué)生自學(xué)能力.

實(shí)驗(yàn)操作階段：由于學(xué)生通過(guò)預(yù)習(xí)對(duì)原理等基本內(nèi)容已經(jīng)掌握，因此，教師不再重述原理和步驟，只介紹實(shí)驗(yàn)背景和現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，提高學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，對(duì)于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)原理、注意事項(xiàng)等問(wèn)題進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，讓學(xué)生講解，教師補(bǔ)充.在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生要研究實(shí)驗(yàn)方法，實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)結(jié)論.對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，教師不要急于糾正，讓學(xué)生自我研究、自我發(fā)現(xiàn)、自己糾正，必要時(shí)教師可以啟發(fā)學(xué)生分析、思考、得出結(jié)論，讓學(xué)生體驗(yàn)研究的推理分析過(guò)程，體驗(yàn)解決問(wèn)題后的成功和快樂(lè).教師要課堂巡視，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行記錄、思考、歸納.

課堂交流階段：學(xué)生都做完實(shí)驗(yàn)后，進(jìn)入交流階段.首先小組內(nèi)(4～5人)進(jìn)行討論，然后推舉代表，進(jìn)行全班交流.代表要求輪流制，鍛煉學(xué)生在公眾前表達(dá)和展示自己的能力.討論的問(wèn)題根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容而定.可以是學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題、解決方法、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析解釋(比如,如果電位差計(jì)測(cè)量電動(dòng)勢(shì)實(shí)驗(yàn)的校準(zhǔn)過(guò)程中，檢流計(jì)指針始終偏向一側(cè)而無(wú)法指零，會(huì)有哪些可能的原因等)，也可以是對(duì)某一個(gè)實(shí)驗(yàn)的擴(kuò)展及應(yīng)用探討(比如，牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)測(cè)量透鏡的曲率半徑實(shí)驗(yàn)中，可以讓學(xué)生討論，如何利用等厚干涉測(cè)量液體的折射率等).通過(guò)討論交流，學(xué)生們研究和分享在實(shí)驗(yàn)中遇到的困難和解決問(wèn)題的思路和過(guò)程，分享自己的收獲和體會(huì)， 鍛煉學(xué)生們的分析探究能力和團(tuán)隊(duì)合作精神[5].

撰寫(xiě)報(bào)告階段：撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告是實(shí)驗(yàn)課的一個(gè)重要內(nèi)容，是加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的認(rèn)識(shí)和理解,從被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為主動(dòng)探索，并能培養(yǎng)其綜合分析能力和提高表達(dá)能力的一個(gè)重要階段，為了與研究性學(xué)習(xí)模式相適應(yīng)，我們建立了新的實(shí)驗(yàn)報(bào)告模版.其中實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)儀器利用填空的方式，實(shí)驗(yàn)原理給定字?jǐn)?shù)限制，要求用自己的語(yǔ)言簡(jiǎn)明闡述，包括必要的公式或示意圖，鍛煉學(xué)生們的總結(jié)概況能力.新實(shí)驗(yàn)報(bào)告模版還添加了新的項(xiàng)目“實(shí)驗(yàn)反思”，主要包括：(1)實(shí)驗(yàn)中遇到了哪些困難，你是如何解決的.(2)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了哪些未料想到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，試分析其產(chǎn)生原因.(3)簡(jiǎn)要總結(jié)實(shí)驗(yàn)收獲、心得或體會(huì).這樣的實(shí)驗(yàn)報(bào)告模式，學(xué)生不能只抄講義，而是需要通過(guò)研究、分析、總結(jié)才能完成，與經(jīng)典實(shí)驗(yàn)報(bào)告模式相比更能促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)，提高分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，更能反映學(xué)生真實(shí)的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰脱芯啃詫W(xué)習(xí)的收獲.

拓展研究階段：本階段在課外進(jìn)行，以題目的方式為學(xué)生自主拓展學(xué)習(xí)指出方向與思路.學(xué)生根據(jù)教師提供的拓展題目或方向(學(xué)生也可以自己選題)進(jìn)行進(jìn)一步研究學(xué)習(xí)，提交研究報(bào)告.報(bào)告可以是對(duì)實(shí)驗(yàn)相關(guān)理論進(jìn)一步探討，也可以是對(duì)實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)，也可以是對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用.進(jìn)行實(shí)驗(yàn)理論拓展研究的要提供詳細(xì)的研究報(bào)告；進(jìn)行新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)或?qū)σ延袑?shí)驗(yàn)拓展改進(jìn)的項(xiàng)目需要提供完整的設(shè)計(jì)方案和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).課外拓展項(xiàng)目不要過(guò)多，每學(xué)期一至兩個(gè)即可.

3 改革實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)體系

學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)的考核和評(píng)價(jià)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要組成部分，為此制定了跟蹤實(shí)驗(yàn)全過(guò)程的成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)體系，力求比較準(zhǔn)確反映真實(shí)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰退?，并能激?lì)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情[6].不但把預(yù)習(xí)、操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告納入考核指標(biāo)，也將研究學(xué)習(xí)能力、分析問(wèn)題能力、創(chuàng)新能力考慮在內(nèi).細(xì)化了評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，督促和激勵(lì)學(xué)生認(rèn)真做好每一個(gè)學(xué)習(xí)環(huán)節(jié).實(shí)驗(yàn)成績(jī)(滿(mǎn)分100分)=課內(nèi)實(shí)驗(yàn)成績(jī)×90%+拓展實(shí)驗(yàn)成績(jī)×10%.課內(nèi)實(shí)驗(yàn)成績(jī)：包括預(yù)習(xí)10分，由網(wǎng)上學(xué)習(xí)平臺(tái)預(yù)習(xí)答題直接給出；實(shí)驗(yàn)過(guò)程50分，其中，正確使用儀器完成測(cè)量10分，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題自行解決10分，正確列表如實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)10分，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在合理范圍內(nèi)(包括有效數(shù)字正確，單位正確)10分，積極參與討論交流5分，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后規(guī)整復(fù)原實(shí)驗(yàn)儀器5分；實(shí)驗(yàn)報(bào)告40分，其中，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的完整規(guī)范性10分，正確處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)果、正確表達(dá)、圖示實(shí)驗(yàn)結(jié)果10分，討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果、完成誤差分析10分，反思與思考10分.拓展實(shí)驗(yàn)成績(jī)由課外拓展研究報(bào)告評(píng)定，根據(jù)報(bào)告撰寫(xiě)的深度、廣度、理論表達(dá)、實(shí)驗(yàn)方案的科學(xué)性、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的可操作性等方面給分.

4 實(shí)施效果

通過(guò)兩個(gè)周期的教學(xué)實(shí)踐，教學(xué)效果明顯提高.主要表現(xiàn)在：(1)通過(guò)研究性學(xué)習(xí)教學(xué)模式，利用我們的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，線(xiàn)上線(xiàn)下有機(jī)融合，將通識(shí)簡(jiǎn)單知識(shí)線(xiàn)上自主進(jìn)行，線(xiàn)下更多的時(shí)間留給了自主實(shí)驗(yàn)操作和課堂討論，激發(fā)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，思考問(wèn)題，解決問(wèn)題的主動(dòng)性，教學(xué)效果大大提高.(2)隨著學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主研究能力的提高，看著講義“照方抓藥”做實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象基本消滅，儀器損壞率降低.(3)課堂操作中，學(xué)生問(wèn)“怎么做”的少了，問(wèn)“為什么”的多了，提高了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力.(4)新實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板使用，使學(xué)生在撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告過(guò)程中，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)的反思，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋?zhuān)坏由钊肜斫鈱?shí)驗(yàn)原理，而且鍛煉學(xué)生觀察問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力.(5)跟蹤全過(guò)程的成績(jī)?cè)u(píng)定方法，更加促進(jìn)了學(xué)生踏踏實(shí)實(shí)進(jìn)行每一步鍛煉的主動(dòng)性.

5 結(jié)束語(yǔ)

本工作將研究性學(xué)習(xí)理念運(yùn)用于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在教學(xué)過(guò)程的每一階段，都以學(xué)生為主角，教師為指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生自主進(jìn)行學(xué)習(xí)、研究、交流，體驗(yàn)研究過(guò)程，培養(yǎng)其學(xué)習(xí)能力和開(kāi)拓創(chuàng)新能力.在如今這個(gè)知識(shí)更新日益加快的時(shí)代，終身學(xué)習(xí)能力顯得尤為重要，培養(yǎng)能力比傳授知識(shí)更重要.實(shí)踐表明，研究性學(xué)習(xí)教學(xué)模式可以有效培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、分析解決問(wèn)題的能力、創(chuàng)新能力，因此，這種教學(xué)模式在人才培養(yǎng)中將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用.