應用物理基礎課程理實融合教學模式改革與實踐

摘 "要 "對高等職業(yè)技術教育的應用物理基礎課程進行教學改革，對教學內容進行專題化設計，教學實施采用理論講授與實踐教學深度融合的模式，以電路基礎知識專題為例，探討理實融合教學模式的構建與實施。

關鍵詞 "應用物理基礎；理實融合教學模式；實驗；電路基礎知識

中圖分類號：G712 " "文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）02-0112-03

Reform and Practice of Integrated Teaching Mode of Theory and Practice of Applied Physics Foundation//ZHOU Xian， ZHANG Li， FENG Mengli， HU Jianwei

Abstract "The teaching reform of the course of Applied Physics Foundation in Higher vocational and technical education is

carried out. The teaching content is specially designed， and

the teaching mode of deep integration of theory and practice

is adopted. Taking “Basic Knowledge of Circuit” as an exam-

ple， this paper discusses the construction and implementation of the integrated teaching mode of theory and practice.

Key words "applied physics foundation; integrated teaching mode of theory and practice; experiment; basic knowledge of

circuit

0 "引言

物理學是一門以實驗為基礎的學科。學習物理學離不開實驗，只有通過實驗才能真正理解和參透物理規(guī)律的內涵與本質。此外，學習物理學的根本目的是要實現(xiàn)知識向技能的轉化、科技向生產力的轉化，這就要求理論學習必須與實踐緊密結合，沒有實踐，理論便是空中樓閣?？萍紕?chuàng)新同樣離不開實踐，沒有實踐的創(chuàng)新，就是紙上談兵。因此，物理學的學習不僅離不開實驗，而且必須重視實驗[1-2]。

應用物理基礎作為高等職業(yè)技術教育的基礎課程，為后續(xù)專業(yè)課的學習奠定物理理論和方法論基礎。該課程旨在打牢物理基礎，滿足職業(yè)需求，落實素質教育和創(chuàng)新教育思想。教學過程中以“服務學科專業(yè)、服務任職需求”為導向，針對后續(xù)專業(yè)及崗位需求，側重物理知識的應用，堅持“兩弱三強”的教學原則，即弱化物理定理定律推導，弱化復雜數學計算，強化實際案例引入，強化科學方法運用，強化人文精神熏陶[3-4]。

1 "理實融合教學模式與專題化設計

根據應用物理基礎課程的特點，基于“體現(xiàn)高職特色，注重能力提升”的原則，對課程的教學模式進行探索和改革。摒棄以往理論授課的傳統(tǒng)教學方式，將課堂教學改在實驗室進行；依托物理實驗，將理論知識和實驗項目進行深度融合，開展理論與實踐相融合的教學模式改革。實驗的融入可以使理論知識更加具體形象，物理規(guī)律的提煉又能使實驗得到提升和深化。學生通過“學中做，做中學”達到學思結合、知行合一。

教學內容設計突破課程常規(guī)的內容體系，把握“能用、夠用、管用”的原則，針對專業(yè)和任職需求，反向重塑課程內容體系，進行專題化教學設計，即將教學內容劃分為若干專題，每個專題包括一定的教學內容和若干實驗項目，各個專題之間又互相銜接，構成整個課程體系。例如：以“常見力和力的合成分解”為核心的受力分析專題，結合彈簧秤、生活中摩擦力等演示實驗項目；以“牛頓第二定律”為核心的動力學專題，融入氣墊導軌驗證牛頓第二定律實驗；以“轉動定律和角動量守恒定律”為核心的剛體定軸轉動專題，融入轉動慣量測量、角動量演示等實驗項目；電路基礎知識專題融合太陽能電池特性測量實驗；穩(wěn)恒磁場和電磁感應專題的教學結合演示類實驗項目。

以電路基礎知識專題為例，討論融合式教學理念下的教學設計和教學實施。該專題理論方面的內容主要有電參量的描述及意義、電路的基本知識、電表的使用等，相關實驗為太陽能電池特性測量實驗。通過電路圖的實物連接，使學生掌握電路的基本知識；通過實驗測量，使學生理解電參量的意義和內涵，同時掌握電學實驗的操作規(guī)程和常用電表等儀器的使用方法。該講內容的課堂教學主要分為五個環(huán)節(jié)：現(xiàn)象觀察→理論講授→實驗測量→結果分析→知識應用與拓展。針對這五個環(huán)節(jié)的設計進行詳細闡述。

1.1 "現(xiàn)象觀察

該環(huán)節(jié)由學生自主完成，包括觀察實驗現(xiàn)象、探究實驗儀器的結構和使用方法。專題教學從現(xiàn)象觀察開始，一方面利于調動學生學習的主動性，激發(fā)學習興趣；另一方面，學生在自主觀察過程中會產生疑問，繼而在聽講過程中能夠更有針對性，通過現(xiàn)象去探究理論，獲得更好的學習效果。太陽能電池特性測量實驗在該環(huán)節(jié)主要是對實驗儀器的觀察和探究，包括太陽能電池盒的結構，特性測量儀中電源部分、電壓表部分、電流表部分的結構，電阻箱面板結構，光功率計調零、量程擋位等旋鈕的作用，各儀器導線連接口，等等。為了讓學生更有針對性地進行探究，在觀察儀器之前給出若干引導性問題，如特性測量儀由哪幾部分組成、電阻箱如何讀數、接線柱和導線連接口有何特點等。

1.2 "理論講授

理論講授是實驗實施的基礎，主要講授實驗所涉及的物理原理，包括基本電路的組成，電壓、電流、電源輸出功率、短路電流、開路電壓等電參量的含義和計算。由于學生基礎層次存在較大差異，教學中要根據大多數學生的基礎層次、內容的難易程度來掌握講授的詳略程度。此外，學生已經通過課前預習和實驗現(xiàn)象觀察等自主學習具備一定的知識基礎，因此，教學中可采用類比啟發(fā)、問題牽引等教學方法對學生進行引導啟發(fā)，讓有基礎的學生通過引導啟發(fā)對知識進行回顧和深化，沒有基礎的學生也能通過引導啟發(fā)提高參與度。

1.3 "實驗測量

在實驗操作之前，認識并熟悉儀器的功能和使用方法、了解實驗操作規(guī)程是必備的一個教學環(huán)節(jié)。該實驗要求學生掌握電壓表、電流表、電源的連接方法，電源電壓、電阻箱的調節(jié)方法，電阻箱、電表的讀數方法，光功率計的使用方法，連接電路的基本步驟等。由于學生已經在現(xiàn)象觀察環(huán)節(jié)自主探究了實驗儀器的結構和使用，因此，實驗儀器的講解以學生討論互動、教師總結糾錯為主。在認識儀器的基礎上，分為兩部分讓學生進行實驗測量。

第一部分：測量無光照條件下太陽能電池的結構特性，驗證太陽能電池與二極管的伏安特性曲線類似。實驗具體方法：連接太陽能電池、電壓表、電流表，使電源電壓從零逐漸增大；對應太陽能電池兩端的電壓值，記錄相應的電流值；根據電流電壓值繪制太陽能電池的伏安特性曲線。

第二部分：測量有光照條件下太陽能電池的輸出特性，計算光電轉換效率、短路電流、開路電壓、最大輸出功率等參數。實驗具體方法：首先利用光功率計確定入射到太陽能電池上的光功率；然后連接太陽能電池、電壓表、電流表、電阻箱；最后調節(jié)電阻箱的阻值，測量對應的電壓和電流，計算各參數的值。

該實驗應用電學實驗中常用的測量方法——伏安法，涉及描述器件特性的伏安特性曲線的測定。要求學生了解實驗設計思路，掌握實驗研究方法。

1.4 "結果分析

該環(huán)節(jié)的目的主要有兩個：一是對實驗所測數據進行處理和分析；二是通過分析實驗現(xiàn)象和數據，鞏固和加強學生對理論知識的理解與掌握。該節(jié)課的難點是電池輸出功率、開路電壓和短路電流的理解與計算。如果只是理論講解，部分學生理解不夠透徹，只能靠死記硬背來掌握；而在實驗測量的基礎上，理解難度可以很大程度降低。首先，學生可以通過實驗測量觀察到，當電阻箱為零時，電壓值為零，電流值達到最大，電路為短路狀態(tài)，對應的電流為短路電流。這樣學生可以很容易理解短路電流的概念，理解為什么生活中出現(xiàn)短路的情況很危險。其次，當電阻箱為最大100千歐時，電路近似為開路狀態(tài)，學生可以觀察到此時電壓達到最大，而電流幾乎為零，對應的電壓即為開路電壓。因此，學生能夠認識到，開路情況下，雖然沒有電流，但是對應的路端電壓是最大的。最后，通過處理數據，計算電池的輸出功率，繪制輸出功率隨負載變化的曲線，學生可以觀察到，電池的輸出功率并不是隨著負載的增大而增大，而是當負載在某一數值時，電池輸出功率最大。

可見，通過實驗測量和數據分析，學生能夠對相關理論知識的理解更加透徹，掌握更加牢固。高職學生更喜歡手腦并用，不喜歡空談理論，因此，這種理論和實驗相融合的教學方式能達到很好的教學效果。

1.5 "知識應用與拓展

知識應用與拓展是提升應用能力的重要教學環(huán)節(jié)，主要從習題練習和應用案例兩個方面展開講授。習題練習是為了加深和鞏固學生對知識的理解，提高對知識的運用能力，實現(xiàn)理論向實踐的轉化、知識向技術的轉化。習題練習環(huán)節(jié)主要分為例題講解和自主練習兩部分：通過講解典型例題，使學生掌握運用物理理論解決基本問題的方法和思路，達到舉一反三的目的；通過自主練習，提高學生獨立分析解決問題的能力。例題和練習題需要具有典型性和實踐性，同時要由淺入深、由簡入難。

此外，教學不能局限于課本，只有將物體規(guī)律延伸到實踐中，才能實現(xiàn)知識向能力的轉化。因此，教學過程中必須將物理規(guī)律向相關實踐應用進行拓展，結合教學內容，分析和解釋某些典型現(xiàn)象或典型應用實例。該講可以針對太陽能電池的發(fā)展和應用，使學生了解太陽能電池的基本原理、發(fā)展及應用情況，也可以引導學生針對太陽能電池的應用開發(fā)提出自己的疑問和見解，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識。

2 "總結與思考

目前，大多數院校物理課程的教學模式大同小異，或者理論和實驗各自單獨形成一門課程，或者在所有理論內容講授完畢之后再安排實驗。雖然有課堂演示的教學方式，但也只限于簡單現(xiàn)象的演示，并不能真正發(fā)揮實驗的作用。通過教學中的不斷探索發(fā)現(xiàn)，基于專題化設計的理實融合教學是適合高職類學生特點的一種教學模式，能夠有效增強教學效果，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

1）融合式課堂教學使學生的主體地位得到明顯體現(xiàn)。學生在實驗操作環(huán)節(jié)，通過觀察實驗現(xiàn)象和分析數據，能夠更加具體地體會物理規(guī)律的內涵，對知識理解更加透徹、掌握更加牢固，理論與實踐的結合能夠有效地促進知識向能力的內化。

2）實踐環(huán)節(jié)的融入能夠提高學生的學習興趣和參與度。在傳統(tǒng)教學中，學生的參與度較低，學習自信心和動力不足，啟發(fā)互動效果不好。而手腦結合的融合式教學模式可以發(fā)揮學生動手能力強的優(yōu)勢，在靈活、自由的課堂氛圍下，讓學生通過“學中做，做中學”，提高學習興趣，增強主動參與的自信心和積極性，對知識的理解和掌握具有很好的作用。

3）融合式教學模式體現(xiàn)理論聯(lián)系實踐的教學理念，使學生在學習物理理論的同時，充分認識到理論應用于實踐的重要性，訓練學生運用正確的思維方式進行科學研究，對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維、激發(fā)學生的創(chuàng)新意識起到積極的作用。

融合式教學模式的實施除了要有完善的教學內容體系外，還需要具備實驗設備、教學課時安排等方面的條件。首先，課堂教學需要在實驗室進行，需要配置相應的實驗設備；其次，由于實驗設備臺套數的限制，需要安排小班教學；最后，由于理論和實驗相融合，每講內容需要安排連續(xù)三個課時。這些要求在具體教學過程中需要進行協(xié)調，存在一定困難。每個專題的教學內容如何選取合適的對應實驗項目，也是需要研究的一個重要方面。融合式教學模式的實施還需要在實踐中不斷探索和研究。

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