基于OBE 理念的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)PPBL 教學(xué)模式的探究

呂東燕 周 原

（湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院理學(xué)院，湖北 十堰 442002）

0 引言

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)作為一門(mén)學(xué)科基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程， 是理工科學(xué)生接受系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的開(kāi)端，同時(shí)也是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?提高科學(xué)素質(zhì)的重要基礎(chǔ)。 目前，課程教學(xué)內(nèi)容相對(duì)穩(wěn)定和成熟，但隨著對(duì)人才培養(yǎng)質(zhì)量的高階要求，即知識(shí)、能力和素質(zhì)有機(jī)融合，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問(wèn)題的綜合能力和高級(jí)思維，合理有效的教學(xué)方式起著至關(guān)重要的作用。近些年來(lái)，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式上的創(chuàng)新改革如雨后春筍，例如，問(wèn)題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)、MOOC（慕課）、PI（同伴互助教學(xué)）、翻轉(zhuǎn)課堂、BOPPPS 有效教學(xué)模式、線上線下混合式教學(xué)等，大大提高了學(xué)習(xí)者的參與度和教學(xué)成效。

在 OBE（Outcome based education）教學(xué)理念的引導(dǎo)下， 基于物理問(wèn)題的學(xué)習(xí) “PPBL （Physics problem based learning）”教學(xué)模式是以物理問(wèn)題為基礎(chǔ)，以學(xué)生為中心，以提高學(xué)生分析和解決問(wèn)題能力為目標(biāo)的創(chuàng)新性教學(xué)模式。該模式的精髓在于充分發(fā)揮問(wèn)題在學(xué)習(xí)過(guò)程中的指導(dǎo)作用，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性和積極性[1-4]。 本文將該模式應(yīng)用于光學(xué)系列實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過(guò)程中，目的是突破傳統(tǒng)的被動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài)， 讓學(xué)生進(jìn)入自主學(xué)習(xí)狀態(tài)，提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

1 教學(xué)中存在的突出問(wèn)題

（1）教學(xué)理念轉(zhuǎn)變過(guò)程教師經(jīng)驗(yàn)缺乏。隨著信息技術(shù)的發(fā)展， 傳統(tǒng)的教學(xué)模式越來(lái)越不能滿足信息時(shí)代社會(huì)的要求，“以教師為中心”向“以學(xué)生為中心”轉(zhuǎn)變的過(guò)程中，教師轉(zhuǎn)變了角色，由“演員”變成了“導(dǎo)演”。但是在轉(zhuǎn)變過(guò)程中，由于部分教師教學(xué)經(jīng)驗(yàn)不足，不能積極地引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

（2）教學(xué)內(nèi)容缺少創(chuàng)新元素融入。 實(shí)際上很多實(shí)驗(yàn)教師在授課時(shí)注重學(xué)生知識(shí)和能力方面的鍛煉，并沒(méi)有重視學(xué)生素質(zhì)方面的培養(yǎng)，缺少課程思政元素的有效融入。 另外，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目偏重經(jīng)典的和基礎(chǔ)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺少與現(xiàn)代科技技術(shù)相結(jié)合的綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，缺少與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽等相結(jié)合的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。

（3）教學(xué)方式單一，課堂沉悶。 一般要求學(xué)生實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)，在實(shí)驗(yàn)室教師講解、演示之后，學(xué)生按實(shí)驗(yàn)操作步驟進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量，教師對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象給予指導(dǎo)，學(xué)生課后完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。 實(shí)際上整個(gè)教學(xué)過(guò)程學(xué)生按步驟機(jī)械地重復(fù)實(shí)驗(yàn)操作，忽略了學(xué)生自主能力的培養(yǎng)和潛能的發(fā)揮，也會(huì)導(dǎo)致學(xué)生在思想上不重視實(shí)驗(yàn)，缺乏獨(dú)立思考，創(chuàng)新能力得不到有效提升。

（4）教學(xué)評(píng)價(jià)作用和功能不突出。 在實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中，教學(xué)評(píng)價(jià)的作用和功能并不突出。 學(xué)生的學(xué)習(xí)效果主要的評(píng)價(jià)指標(biāo)是實(shí)驗(yàn)平均成績(jī)，多元的過(guò)程評(píng)價(jià)沒(méi)有得到有效體現(xiàn)。 教師教學(xué)過(guò)程的評(píng)價(jià)表現(xiàn)為學(xué)生、教學(xué)督導(dǎo)和同行以及學(xué)院教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)小組三個(gè)層次，評(píng)價(jià)結(jié)果的導(dǎo)向功能和反饋功能不明顯。

2 物理問(wèn)題的設(shè)計(jì)與創(chuàng)建

在課前，從實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法、儀器使用、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)拓展等方面有針對(duì)性地設(shè)計(jì)問(wèn)題。 通過(guò)將問(wèn)題碎片化，再把問(wèn)題融入每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中，學(xué)生可以通過(guò)思考、討論、查閱資料等方式，逐漸地投入到實(shí)驗(yàn)研究中來(lái)。

2.1 物理問(wèn)題的設(shè)計(jì)原則

PPBL 教學(xué)模式重在問(wèn)題引導(dǎo)， 突出問(wèn)題的指導(dǎo)性作用，因此，問(wèn)題的選擇和設(shè)計(jì)要達(dá)到提高學(xué)生解決問(wèn)題和分析問(wèn)題的能力、提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識(shí)的要求。 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)一般按照實(shí)驗(yàn)預(yù)備、實(shí)驗(yàn)講解、實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)總結(jié)四個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行。 根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，主要圍繞知識(shí)鞏固、能力提升和素質(zhì)拓展三個(gè)方面設(shè)計(jì)問(wèn)題。

2.2 物理問(wèn)題的創(chuàng)建類(lèi)型

教師依據(jù)教學(xué)目標(biāo)合理選擇教學(xué)內(nèi)容，認(rèn)真分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題，可利用思維導(dǎo)圖等形式先把實(shí)驗(yàn)原理、 實(shí)驗(yàn)操作等涉及的知識(shí)點(diǎn)展示出來(lái)，再根據(jù)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)提出具體的有建設(shè)性的問(wèn)題。 另外，根據(jù)知識(shí)點(diǎn)的難易程度，問(wèn)題也可以由易入難，從基礎(chǔ)性問(wèn)題到綜合性問(wèn)題，再到拔高性問(wèn)題，讓不同層次的學(xué)生有選擇的余地。

以光柵衍射實(shí)驗(yàn)為例，我們?cè)O(shè)計(jì)了一些問(wèn)題：（1）光柵有哪些種類(lèi)？什么是二維光柵和立體光柵？（2）光柵方程反映的是哪些物理量之間的關(guān)系？ 光柵常量是什么？ （3）光柵衍射實(shí)驗(yàn)中，如何保證平行光垂直照射到光柵平面上？ （4）如果觀察到的光柵光譜是傾斜的，該如何調(diào)整？ （5）系統(tǒng)誤差有哪些？ 隨機(jī)誤差有哪些？（6）為什么分光計(jì)設(shè)計(jì)兩個(gè)角游標(biāo)？ （7）什么是各半調(diào)節(jié)法（逐次逼近法）？ （8）你還知道哪些測(cè)量光波波長(zhǎng)的方法？ （9）拓展問(wèn)題：如何用分光計(jì)測(cè)氦氖激光器的波長(zhǎng)并與邁克爾遜干涉儀所測(cè)波長(zhǎng)比較。

2.3 物理問(wèn)題的有效融入

在預(yù)備環(huán)節(jié)，教師通過(guò)學(xué)習(xí)通平臺(tái)向?qū)W生提出2～3 個(gè)預(yù)備性問(wèn)題， 學(xué)生在問(wèn)題引導(dǎo)下主要熟悉實(shí)驗(yàn)的原理和實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想。 例如在光的等厚干涉實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生在大學(xué)物理課程中已經(jīng)了解了光的波動(dòng)性和部分干涉理論，在實(shí)驗(yàn)課中學(xué)生要充分利用此部分時(shí)間加深對(duì)光的相干性、等厚干涉、相干條件、光程差和半波損失等概念的理解。

在實(shí)驗(yàn)講解過(guò)程中，一般把講解內(nèi)容分解成若干個(gè)小碎片，每個(gè)小碎片關(guān)聯(lián)一個(gè)教學(xué)內(nèi)容，教師引導(dǎo)學(xué)生積極思考，并給學(xué)生機(jī)會(huì)和一定的時(shí)間展示自己對(duì)內(nèi)容的理解，讓學(xué)生充分表達(dá)，教師對(duì)學(xué)生講解的內(nèi)容進(jìn)行評(píng)價(jià)和補(bǔ)充。

在實(shí)驗(yàn)操作中，學(xué)生首先按照教材中的要求完成基本的實(shí)驗(yàn)操作內(nèi)容，主要包含熟悉實(shí)驗(yàn)儀器的調(diào)節(jié)和使用方法，完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量。 在此環(huán)節(jié)，預(yù)留一定的時(shí)間讓學(xué)生討論， 將學(xué)生分成若干個(gè)討論小組，由組長(zhǎng)記錄下實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中遇到的難題和解決方案，還有哪些困惑？ 之后讓小組代表向大家展示，教師給予解答或指導(dǎo)。

在實(shí)驗(yàn)總結(jié)環(huán)節(jié)，教師對(duì)學(xué)生參與課堂的情況給予評(píng)價(jià)，學(xué)生也要對(duì)自己本次實(shí)驗(yàn)給予評(píng)價(jià)，要求學(xué)生將自己的收獲分享在學(xué)習(xí)通討論區(qū)里。 另外，教師對(duì)學(xué)生提出高階要求，學(xué)生在報(bào)告中不僅要回答指導(dǎo)書(shū)上的常規(guī)思考題，還要通過(guò)查閱文獻(xiàn)，思考一些拓展問(wèn)題，目的是讓學(xué)生進(jìn)一步加深對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方法的理解，并養(yǎng)成良好的自我學(xué)習(xí)的習(xí)慣。

3 結(jié)語(yǔ)

在OBE 教學(xué)理念和新時(shí)代背景下， 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教師要思考如何扮演好自己的教書(shū)育人角色，讓學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)有興趣，學(xué)生能夠主動(dòng)學(xué)習(xí)。 PPBL 教學(xué)模式在很大程度上調(diào)動(dòng)了學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的積極性和主動(dòng)性，同時(shí)通過(guò)討論交流，激發(fā)學(xué)生積極思考，學(xué)生不僅掌握了知識(shí)， 創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力也得到了提升，還培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作和一絲不茍的科學(xué)精神，有效地提高了大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量。