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1.3考评方式单一本校大学物理的考评方式基本是采用期末成绩为主,平时出勤和作业为辅的的方式.学生学部分还是以应试为向导,学习被动,没有深入领会到物理的奥妙.
2改革方向
为了解决教学中遇到的这些问题,针对独立学院特色,大学物理改革可以从以下几方面入手.
2.1不同专业区分对待,应制定不同的教学大纲大学物理涵盖的内容是非常广泛的,包括力学、热学、电磁学、波动光学和近代物理等五篇,如果要全部授予学生,学时往往不够,而且只授予学生点滴皮毛知识而已.教师应该深入各系进行调研,了解不同专业的需求.教学中做到心中有数,有针对性的授课.让学生深刻认识到大学物理有本专业的特色,为他以后的专业课学习以及之后的工作有所准备.比如对于机械类专业,跟物理紧密相关的专业课程有“理论力学”“结构力学”“工程力学”等,对于他们大学物理教授时应重点放在力学和热学篇章,如质点运动学、牛顿运动定律、功和能、动量、刚体定轴转动、机械振动、热学等.教师在授课时就应该多注重力学的分析和计算,并且多举一些跟专业相关的例子,如飞轮、皮带轮、滑轮的转动问题,桥梁结构的承重、钢架的频率和周期等.而对于电子信息类专业,后续的专业课程里“电路分析”“电子技术”跟物理关联较大,对于他们大学物理教授时应重点放在电磁学篇章,并多介绍相关的科研新进展,以增强学生对大学物理的兴趣.同时,增设电磁波的知识点并将其作为重点介绍,为后续专业课程电磁场与电磁波做好准备.
2.2物理理论与实验教学结合大学物理是一门实验性的科学,很多物理定律都是实验总结得到的.但是很多学校的大学物理理论课和实验课是分开设置的两门课,由不同的教研室不同的老师教授.这样的教学就有可能使得理论和实验相脱节.应该加强理论课和实验课的统一,或者直接由同一部门来授课.有些比较复杂的实验在实验室操作,而有些仪器比较简单的实验可以直接搬到教室穿插在理论课上进行演示.建议可以学习麻省理工学院的WalterLewin教授在公开课《电和磁》课上的的授课方式,用直观的实验来演示复杂深刻的物理原理,使得课程具有启发性和趣味性.比如,静电屏蔽、光的偏振、驻波等都可以穿插在理论课上进行演示.这样不仅可以化抽象为具体,学生亲眼看到,甚至亲自参与验证,对定理的理解会更加深刻,同时可以提高学生的学习兴趣,激发他们的科研兴趣,培养创新意识.
2.3将物理理论和现实生活和社会实际结合起来物理学并不是一堆枯燥的定理和公式堆砌起来的学科,它反映的是自然界万物的规律,是一门和生活息息相关的学科.物理课程改革要强调“从生活走向物理,从物理走向社会”,即注重与社会实际和生活实际相联系.而物理教师就可以起到这个桥梁的作用,教师在上课时,要特别注意将物理内容和实际生活的应用联系起来介绍,激发学生学习兴趣.比如,讲到涡流时,就可以举电磁炉、涡流探伤、探测金属(安检、扫雷)等例子;讲到角动量守恒定律的应用时,就可以举跳水运动员空中翻转、花样滑冰运动员旋转、舞蹈演员旋转等例子;讲到热学循环时,就可以介绍冰箱、空调的工作原理等.把物理理论知识跟生活社会实际结合起来,学生能够深切体会到物理是一门很有用的学科,变被动接受知识为主动学习.
2.4考评多样化,注重素质教育对学生大学物理课程的考评单纯采用平时作业和期末考试的形式的话,不能完全反映学生对物理知识的掌握和应用程度,这种考核方法不适应素质教育的要求.比较全面而科学的评价标准应该包括对知识的理解、应用和创新.教师可在传统考核方式的基础上增设其他比较开放、灵活的考核方式,比如李元杰推荐的数字物理教学方法。可根据学生专业特点在开学初开设一些小课题或者小应用公布给学生选做,学生可以自由组队选题,也可以个人单独选题.让学生自己检索资料、分析原理,并以科技论文或课件的形式在课上跟大家回报分享和讨论,有些模型还可以做成动画的形式演示出来给大家看.这样不仅可以开阔学生的视野和思路,也能培养学生自学能力、科研能力和创新能力.这样的考核方式还可以让师生很好的互动起来,并让学生充分参与到课堂教学上来,同时锻炼了他们的团队协作精神和社会实践能力.课题的成果最终计入本门课程总成绩中,教师评价的话也可以灵活一点,直接让全班学生现场评分.
2.5成立物理兴趣小组大学物理作为一门公共课,一般都是大班授课,很多学生有问题也很难全部在课上反应给老师,师生互动也会受到限制.为了解决这个问题,可以在班里或者整个学校内成立物理兴趣小组,也可以建立相关的物理网站和论坛,大家可以聚在一起或者在论坛上讨论问题,各抒己见.老师可以定期参与到兴趣小组的讨论中,并随时到物理论坛上跟同学交流讨论.同时还可以把课件、题库、演示实验、上课视频、物理学史介绍等资料上传到网上,还可以设置网上辅导、在线提问等模块,以弥补课上教学课时的限制,同时扩充大家的视野,拉近师生距离.只有当学生和老师之间建立起个人的直接联系的情况下———这时学生可以讨论概念、思考问题和讨论问题———才能达到最好的教学效果.
2.6承上启下大学物理教学要做到承上启下.所谓的承上,指的是要结合中学物理和高等数学的基础.首先要让学生理解大学物理不是中学物理的简单重复,大学物理比中学物理要更加广博,内容也更加深奥.教师在授课过程中,要与已经学过的中学物理内容联系起来,进行比较和区别,引导学生应用新的思维,采用新的方法来解决大学物理问题.其次要让学生明白高等数学与大学物理的密切联系,在大学物理授课之前,都要先了解学生的高等数学基础,对于高数基础比较薄弱的,还要适当的给他们补习高数的知识,特别是矢量代数和微积分运算.大学物理教学也要做到启下,即为学生后续的专业学习和工作服务,让学生认识到大学物理的意义所在.
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科学教育与人文教育相互融合有利于高素质的人才培养,物理教学在这方面有独特的优势,并发挥着重要作用.新的课程体系建设体现了文理交融、科艺相济的先进教育理念.首先,从2005年开始,经过深入的调研和大量的素材积累,我们在全国率先开设了“物理与艺术”选修课,教学内容主要是以艺术家和物理学家相互平行的视角,阐述人们对宇宙图像的建立过程和理解;对物质运动的基本形式的认识;分析比较他们在创新意识和思维方法上的共同点,以达到对学生进行科学与人文素质培养和提高创新思维能力之目的.经过近10年的教学实践,已经构成完整的课程教学体系,主要包括:自然哲学到物理学与绘画的开端;乔托的“透视”与伽利略的“参照系”;牛顿与达•芬奇;现代科学革命与现代美术革命;光与色彩的意义;空间的意义与立体主义画派;时间的意义与未来主义和超现实主义画派;量子风云与抽象主义艺术;宇宙与人文;对称与不对称;混沌和分形与抽象表现主义画派;东方的艺术之道与西方的科学之道等.简而言之,我们追寻着物理和艺术的发展历史,探讨它们之间的相互联系,教学的重点就在于揭示它们发展的每一次重大革命中的创新点.“物理与艺术”课程建设是一个符合现代教育理念,具有重要创新思想,在国内率先完成,并取得优秀教学实践效果和师生广泛赞誉的教学成果.由李政道先生亲题书名,杨叔子院士作序的“十一五”国家级规划教材《物理与艺术》(附课件光盘)出版后,在物理教育界产生重要影响,2012年被评为国家级精品教材.其次,开设的“文化物理”面向全校各专业学生(包括文科类),文理兼济,特色鲜明.课程采取“案例”式教学,追寻物理学历史发展脉络,通过分析物理学重大发现的社会背景和深刻影响,凝练出科学文化与人文文化相融合的教学内容,培养学生对自然世界(宇宙)的情感、科学研究的态度、创新性的思维方式和崇尚人文科学精神的价值取向.国家级“十二五”规划教材《文化物理》特色鲜明,全书不依靠数学公式,而是以科学意义的图片代替方程,科学内涵的图景理解概念.用简洁的语言和发人深省的科学故事,在科学文化的视野下,鼓励学生欣赏物理学和体味蕴涵其中的深刻思想.
3联系前沿激发创新
为了适应科技发展,培养创新精神,进行工科物理教学内容现代化改革成为共识.自2000年起,我们以现代教育思想为指导,以近代物理的基本思想、基本方法及其在高新技术中的应用为主线,针对不同专业学生,开设了“近代物理与高新技术”课程.在面向航空主机类专业的“近代物理与高新技术Ⅰ”课程的教学中,我们将激光武器、红外探测与隐身、巨磁阻材料、清洁能源等方面的发展和成果介绍给学生,并且注意本校学生的专业方向特点.教学中结合航空航天方面的高新技术发展的事例,引起了同学们的极大兴趣,如高能激光、激光制导、激光推进,飞机和火箭等飞行器的红外辐射特征及其隐身技术等,使课程既具有强烈的时代气息,又具有航空航天特色.在面向电子信息技术类“近代物理与高新技术Ⅱ”课程教学中,我们注意加强半导体物理与微电子技术的教学,并将最新的微电子制备技术和测试分析技术介绍给学生.
在开展课程教学过程中,根据教学对象为大二、大三学生的特点,我们认真分析研究了他们已接受的数学、物理等方面课程学习的情况,精心编写出版了《近代物理与高新技术》教材.全书从学生的实际出发,实施因材施教,注意不过多地涉及高深理论和技术细节,不强调理论的系统性和完备性,力求采用普通物理学的教学方法(即所谓的“普物化”)完成近代物理的教学.在内容处理上,适当铺垫一些理论过程,既有一定的深入又不至于太难,又要浅出又不流于肤浅,使课程教学的深度、广度、进度适合学生的知识水平和接受能力,使学生初步了解近代物理学和高新技术中的基本概念和方法、近代物理对高新技术的作用、当代高新技术的发展等,培养学生的科学素质和创新能力,为学生适应科学技术飞速发展打下基础.在课程现代化建设中,我们认识到近代物理实验可以培养学生运用近代物理的基本原理、基本方法的能力,初步掌握近代物理和高新技术中的一些基本实验方法和技术手段.因此,我校利用“211工程”项目建设了近代物理实验室,面向工科专业的学生开设了“拓展性近代物理实验”课程.在原子核物理、原子物理、低温物理、磁共振技术、微波技术、谱线分析、相对论、光信息处理、光纤通信等方面建立起基本的实验手段,为适应培养新世纪高科技人才的要求提供了基本的实验平台.我们积极探索研究型实验教学新模式.在形式上,不是要求学生简单地重复或验证实验现象,而是组织若干个围绕某一专题的物理实验,比如,“STM实验与纳米技术”“狭义相对论和核物理技术”“光学信息处理技术”等8个专题性实验,要求学生课前查找资料,自学专题实验涉及的知识内容,然后自己动手,观察和验证现象,以科研训练方式完成实验,最终形成论文式的实验报告.课程教学对培养学生的科学素质,形成现代自然观和提高创新能力有显著的作用.我们以“特色化、精品化、现代化”的设计思想建设了一个“物理演示与探究实验室”,并开设“物理演示与探究”选修课程.
一方面,购置各类原理性演示实验,以配合大学物理课堂教学;更为重要的是,我们贯彻科研与教学相互融合的先进理念,把本校若干项重要的科研成果中的物理原理提炼出来,在相关专家指导下,设计开发物理与科研相互结合的演示仪器,并通过申请校内“大学生科研训练计划”资助,鼓励有兴趣的学生参与完成.这一过程性、研究型教育的设计思想和实践,不仅激发学生学习物理的兴趣,而且使他们体会到物理知识对他们今后专业发展的重要性.目前,整个实验室建设和特色演示实验仪器的研制已经形成一个由学生参与,不断发展、不断积累和不断完善的学习过程.近代物理实验和演示实验向所有选课学生开放.近几年来,学生参与研制的实验作品60余台,26次获国家或省级创新竞赛奖.其中,“大场景360°环视动态显示系统”“数字水墙”分别荣获十二届和十一届“挑战杯”竞赛一等奖;“旋转磁场演示仪”获全国高校物理演示教学仪器奖;还有20余项成果在江苏省高校大学生物理及实验科技作品创新竞赛中获奖.
4实践应用影响广泛
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2多种教学手段相结合
与大学物理丰富的教学探索内容相适应的,是多样的教学探索手段。物理现象千姿百态,奇妙无穷,仅凭口述和板书,很难展现它的多彩魅力。比如,波动光学里的白光干涉有美丽彩色条纹,教师可以自己制作铁丝圈配制肥皂水,在课堂上亲手演示薄膜干涉现象,定能给学生留下深刻的印象。再如,自带一根普通跳绳,随时悠动起来演示横波现象,既操作简单又能形象地解释深刻的波动规律。当然,更多实验不方便课堂演示,或者得有专门的仪器才能演示,这就得依靠现代教学探索手段———多媒体了。比如,波动学里的驻波,画在黑板上时,它就是某一时刻的波形图,看起来和行波完全相同,然而,驻波在同一个波节内各质点的振动相位都相同,这跟行波规律有着本质的不同,这点总是会让学生感到费解。当运用多媒体教学探索手段,动态地演示驻波的传播过程,让学生清楚地看到同一个波节内各质点究竟是如何振动的,这个疑团自然就解开了。
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近年来,随着国家对教育的日益重视,各高校实验室都增大了投入,特别是硬件方面;而《大学物理实验课程》作为一个常规的基础公共课程,一般采用“大锅饭”教学模式,即固定10-15个实验项目,按顺序授课。因此,一个矛盾日益突出———实验设备越来越多,而使用率却越来越低。针对这种情况,三段式半开放实验教学体系具有以下三个突出特点:1.将原来的“大锅饭”教学模式,分成“三段”,使得教学模块化、层次化,循序渐进的教学模式更利于提高学生的实验信心和学习兴趣。2.“半开放”的第三阶段,使得学生的知识面大为拓宽。第三阶段的“半开放”使得整个课程所开放的实验项目达35项以上,包括许多曾获诺贝尔物理学奖的经典实验,引发学生的巨大兴趣,使得部分优秀的学生敢于参与到科学研究中来。3.基于半开放的模式,使得实验室设备的使用率大大提高。自从采用三段式半开放实验教学体系后,浙江大学城市学院大学物理实验室历年的实验设备使用率均接近90%。
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随着互联网技术的发展,目前人们能够随时随地乃至在移动过程中从互联网获取信息和服务,这些技术的发展,打破了传统信息获取模式对时间和空间的限制,目前互联网技术在许多行业都有广泛应用。作为新技术的发祥地,高等学校和网络的关系十分密切,网络最初是在校园里进行实验并获得成功的,目前国内高校都有良好的校园网环境,校园网为克服实验教学中的时间和空间限制提供了条件。利用计算机、校园网络等技术,把实验原理、实验背景、实验仪器的设计原理和运行机理、常用数据、信号处理方法、实验中用到的软件等相关资料上传至校园网,学生利用校园网对实验教学内容进行课前预习,在网上对实验设备进行虚拟操作练习。把网上资源作为实验教材的补充,将实验相关知识的学习延伸到课外,学生可以随时随地地进行实验项目的学习,打破了传统实验教学只能在规定的地点及规定的时间内进行的限制,实现了实验教学在时间及空间上的延伸,克服了实验教学长期受到课堂、课时限制的困扰。针对“脉冲核磁共振实验”的特点,我们在校园网上建设了“脉冲核磁共振实验”虚拟实验平台,对所涉及的基本概念进行了详细讲解,如能级、量子数、原子核的自旋、磁矩等,对基本原理及物理过程进行了动画演示,如拉莫进动、塞曼效应、磁共振、磁化及弛豫过程等,借助计算机技术,用动画的形式加深了学生对微观过程的认识和理解。学生可以在实验课之前,通过校园网学习知识,取得了较好的预习效果。高效的预习,为实验课的教学质量提供了保证。实验课上,教师不需要按传统的“教师演示实验+学生模仿”的课堂教学模式上课,不用再花很多时间讲述实验原理、步骤、仪器的使用、数据处理方面的内容,把课堂的时间还给学生,引导学生通过实验研究、发现、解决物理问题,教师由知识传授者转变为学生的学习顾问,真正实现以学生为主体,教师为主导的物理实验教学,调动学生做实验的积极性和主动性,使学生懂得如何研究物理问题,而不是只局限于知识的传授和技能的训练。这种教学方法对实验教师的知识水平及知识结构提出了更高要求,要求实验教师既有过硬的实验方面的专业知识,又掌握计算机与信息技术,更了解学科发展动向及新成果,只有不断更新知识,才能促进实验教学改革,提高实验教学质量。
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传统大学物理教学是以教师和书本为中心,一般采取原理加例证讲授的方式。教师居于主要地位,是对学生单向灌输知识的沟通,而学生是被动的听讲者和接受者,这就是传统的“填鸭式”教学方法,这种讲授法忽视了对学生学习潜能的激发,导致理论与实践的脱节。相对于传统的教学法,案例教学法的优点在于:首先,授课方式上,是以教师主导,学生主体的课堂,教师和学生共同参与对案例的讨论和分析,强调师生互动,教师引导学生通过案例的分析、推导,运用概念来解决问题;第二,教学内容上,不拘泥于教材本身的知识内容,而是以大量鲜活案例构成学生需要掌握的知识点和关键点。可把日常生活中的事例作为引导性材料,让学生主动探索、发现,并对所学知识进行主动建构[3];第三,教学过程中,案例教学不仅是学生掌握知识的过程,更是学会学习的过程。学生能学会信息的收集、使用和分析,学会和他人探讨、交流、促使学生思维深化,能够对一个问题寻找多种答案,逐渐培养和形成创造性思维;第四,案例式教学是一种动态的开放的教学方式,在教学活动中,教师是引导者和组织者,学生是积极的参与者,这将提高学生独立决策的能力,学生对复杂多变的案例情况独立做出判断,排除以往过分依赖教师的心理,发挥学生的主体性、学习和探究的自主性。
3.案例式教学法的应用
案例教学应用实施中应注意的几个问题。(1)案例要具有典型性、普遍性及适用性[3,4]。应围绕所传授的基本理论和方法选择具有代表性的典型案例,一个具有普遍意义的案例,能起到举一反三、触类旁通的作用。此外,还要注意案例的难易程度应与学生的接受能力相适应,以激发学生的创造性和主动性,提高教学效果。(2)对教师素质提出更高要求[3]。案例教学是否有吸引力和说服力,教师是关键因素,教师要精心选择案例,并熟知案例陈述的背景、事实、观点,以及所蕴含的原理,据此拟定教学计划。教学过程中,教师要成为学生的“导师”,引导学生开展探索创新,善于抛砖引玉,打破僵局,使学生融入课堂,还要对学生讨论中不完整、不准确的地方给予补充和更正。(3)学生要积极、主动参与教学。学生不再是知识的被动接受者,而是主动参与教学,成为会学、乐学、善学的“主体”。要求学生勤于思考,积极参与,有理有据地陈述自己的观点;并强化互助合作意识,认真听取、评析其他人的观点和意见。下面举两个案例教学的例子。如在讲解“刚体角动量守恒定律”时,要让一学生两手举着哑铃站在可绕竖直轴转动的凳子上,在使凳子转起来的过程中,学生不时改变两胳膊与水平方向夹角,周围同学观察其转速变化,启发大家思考原因。在此基础上进一步分析,舞蹈时如何控制自身旋转速度大小?跳水时为何要改变身体和四肢的姿势?“支奴干”直升机、水中鱼雷为什么要采用反向转动的双旋翼?由近及远启发学生思考并讨论,加深学生对角动量守恒定律的理解与认识。再比如讲解“感生电场”内容时,知识比较抽象,学生难以理解,教师可以用《梦溪笔谈》中的一段记载作为案例,书中记载,一内侍家中遭雷击,室内的金属银扣、宝刀等溶化成汁,而木质的漆器与刀鞘,却安然无恙,这显然是有违人们常识的神奇之事,如何解释呢?教师首先引导,雷击事件中有电场,也有磁场,所以要从电与磁的内在联系分析,雷电来袭时,高压放电,可达到数万安培的电流,从而产生强大的高频交变磁场,后面的可以让学生进行讨论,一步一步分析出,变化的磁场在金属银扣和钢刀中激发感生电场,进而形成涡电流,产生大量焦耳热,将其熔化,由于时间极短,木质漆器和刀鞘这类非导体尚未来得及烧焦,从而解决问题。后面,老师还可以引导学生来解释电磁炉工作原理等内容,使学生能够举一反三,其学习效果也事半功倍。这样,通过设计案例、启发引导、组织讨论、分析解答等一系列工作,学生的认知中已具有同化新知识的基础,教师再上升到理论高度讲解,使同学们感觉到新知识具有重要的应用价值,不再感觉抽象乏味,有效地调动学生学习物理知识的积极性与主动性。
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2.1通过对于教学观念的更新来提高课堂效率
为了能够提高课堂效率,就需要首先从观念上着手,转变传统的对于物理实验课的认识,认识到物理实验对于专业知识学习的重要作用,实践是通向成功的桥梁,因此需要教师转变教学观念,对学生的培养从过去的知识型人才转化为能力型的培养,同时学生还需要重新认识物理实验课,认识到该课对于整个学习体系的构架的重要作用,进而才能够给予足够的重视,教师在课程中的指导和引导,这样学生就能够在课程之中学到知识。
2.2通过物理实验课的教学内容的更新来培养学生能力
首先在内容分配上可以针对教学目的的不同来设计基础性的实验、设计性的实验以及综合性的实验。例如,基础性的实验主要就是对于经典实验案例的重复,进而培养学生的实际操作以及测量的方法,因此教师就可以通过经典案例的实验来对学生进行系统的指导,让学生掌握实验精华,培养学生严谨的实验作风;设计性实验则是通过已经掌握的知识来进行知识网的编织,进而设计试验方案,通过观察和分析来进行结果的验证,教师可以鼓励学生进行创新性的实验,通过灵感的引导来让学生设计实验方案,然后再进行方案的监督和可行性的评估,进而让学生在不断创新和摸索中掌握实验技术,实现理论水平和实际水平的不断提高;综合性的实验主要通过交叉学科的验证来完成的,这就需要鼓励学生通过小组合作的方式来进行大型试验的尝试,通过不断的合作与尝试来促进学生意识的成熟,进而培养学生的主动性以及学习的积极性。
2.3通过现代化手段的介入来提高教学质量
随着教学改革的不断深入使得多媒体教学开始进入到了人们的生活之中,多媒体教学凭借着生动性和形象性来减轻教师在教学上的压力和工作的强度,进而提高学生的积极性。通过现代化手段的介入使得借助计算机等高科技技术才能够实现的仿真实验室成为了现实,进而提高学生学习的兴趣和学习积极性,此外网络中丰富的教学资源为学生的实验提供了指导,进而对实验室管理和学生的教学都具有十分重要的影响。例如,对于实验中步骤较为复杂的实验,教师就可以借助多媒体来让学生对实验过程进行观摩进而具有针对性的讲解实验中的重点和难点以及应该需要注意的地方,同时学生也可以利用多媒体来知道自身实验或者实现实践结果的交流。
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在引入虚拟仿真实验教学平台以后,我们开始尝试使用新的虚拟实验室,选取了部分学生参与虚拟实验的教学过程,让学生和老师共同参与虚拟实验的设计、调试和研究。经过几年的教学实践,我们取得了一些初步的经验和结论。
2.1虚拟仿真实验可以丰富实验教学的内容
作为传统物理实验内容的重要补充,虚拟仿真实验也是学生认识物理现象,掌握物理知识的,培养实验能力的一个重要的途径。我们通过教学实践发现,虚拟仿真实验具有很强的可设计性,既可以完成一些传统的验证性实验,也能开发成为具有创新性的设计性实验和综合性实验,特别是对于一些物理原理较复杂的、实验图像较明显的力学和光学实验,使用虚拟仿真教学,更能激发学生学习物理实验的兴趣,增强学生的求知欲望。因此,恰当地使用虚拟仿真的实验内容不仅可以丰富传统的实验教学内容,也可以提高学生学习物理实验的兴趣。
2.2虚拟仿真实验有助于转变单一的教学方式
虚拟仿真实验的优势还在于可以转变单一的实验教学方式,学生通过计算机仿真软件,进入交互式的,友好的仿真界面,可以在无教师指导的情况下,自主地完成一些较为简单的仿真实验,得到相关的实验结论。因为所有的实验仪器都是虚拟的,因此学生可以进行多次尝试,也不会造成仪器的损坏,特别是对于一些复杂地,较危险的实验,虚拟仿真实验更是不可替代的。另外虚拟仿真实验还可以打破时间和空间的限制,仿真实验可以不用在实验室里完成,也可以在课后独立完成,这对于学生进一步学习和探索物理实验是非常重要,也可以极大锻炼学生的动手能力和创新能力。
2.3虚拟仿真实验有助于客观地反映学生的实验水平
除了让学生独立地完成普通的虚拟实验,我们还进一步鼓励学生参与虚拟仿真实验的设计和开发,让他们学习一些虚拟仿真软件(例如LAB-VIEW,MATLAB/SIMULINK)的基本知识,通过对实验原理的深入理解,抽象出物理模型,利用虚拟仿真环境,构建虚拟的实验仪器,最后调试仪器,得到正确的实验结论。这样既能客观地反映学生对实验目的、实验原理、实验步骤、实验图像和实验结论认知的全过程,也能全面反映学生完成实验的真实水平,也有利于对学生实验成绩客观评价,形成个体差异,提高学生学习物理实验的兴趣和成就感,从而提高物理实验课的教学质量。
2.4虚拟仿真实验在教学和管理上的不足
虚拟仿真实验不能完全取代传统的实验教学方式,它只是传统实验教学方式的重要的补充。在教学中我们也发现虚拟仿真实验的开设需要学生预先学习和掌握一些基本的计算机知识,需要学生对物理原理和物理模型有较深入的理解,另外学生参与虚拟仿真的信心和经验也是制约虚拟仿真实验教学成败的主要原因。此外,在虚拟仿真实验室的管理上也存在一些困难,特别是对虚拟仿真系统的开发和维护上更需要一些专业的管理人员,这也对实验室设备的管理上提出了更高的要求。
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(一)提高信息传播质量,提升教学效率
信息论是应用概率论以及数据统计的方法对信息熵、数据传输等问题的应用数学学科。信息论中指出,信息是生命系统、机器系统等适应外部世界和同步世界所开展的一种交换物质的运动形式。在大学物理教学过程中,教师和学生之间所进行的便是一种交换过程,在这一过程当中,老师的教学内容即是信息,而学生则是接收这些信息的外部世界。要保证信息传输的真实性和准确性,教师首先需要做的,便是对教材的深入了解和分析,掌握教材的教学中心,提炼准确的教学元素,保证信息的输出质量和输出效果,最终实现大学物理教育教学效率的显著提升。
(二)优化教学方法,改善教学质量
从信息论角度开展大学物理教学方法的研究和设计,对于改善教学质量也将起到非常积极的租用。信息论研究的主要方向是信息的传播路径、信息的传播方法以及信息的传播形式,通过改善信息通道和优化信息传播方法,以达到提升信息量和信息传播质量的目的。大学物理教学中引入信息论,能够对大学物理教学过程中教学方法进行分析和评估,指出教学中所存在的问题和不足,根据分析结果选择合理的教学手段来优化知识传播途径,达到改善教学质量的目的。
三、基于信息论的大学物理教学设计
(一)提炼教学元素,准确输出信息
一名优秀的教师,应该懂得如何对信息进行转化,将枯燥的信息转成丰富而生动的图文,使学生能够乐于接受这些信息,让学生能够牢牢地记住教学知识。教材中关键点的挖掘,是信息传输的前提。许多教师虽然课堂教学方法灵活多变,课堂氛围活跃,但是教学水平则一般,究其原因,主要是教师没有真正的抓住教材的主要思想,没有将教学信息完全的传输给学生。因此,教师在大学物理教育教学过程中,必须要抓住信息关键,消除思维屏障。适当的教学方法,也是提升信息传输效果的有效途径。在教学过程中,教师可以依靠合适的教学方法来提升教学氛围,提升学生对知识的理解兴趣,提高学生的学习积极性。较为常用的教学方法主要有实验法、互动学习法、实践法等多种方法,教师可以根据实际情况采取行之有效的方法达到教学目的。比如,电动势概念一直以来都被人们当做是大学物理教学中的难点和重点,概念的抽象和不便于理解,使得教师难以达到教学预期。针对这类问题,教师可以采用实验法,带领学生进行试验操作,较低教学难度和坡度,使学生在操作过程中能够掌握非静电力的有关概念,激发学生学习积极性和学习兴趣,并牢牢记住非静电力的作用原理和效果。由此可见,从信息论角度来看,教师要想准确的输出教学信息,保证信息输出质量和效果,就必须要重视信息元素的提炼和分析,采用行之有效的方法,以达到教学目的。
(二)精简教学结构,畅通信息渠道
大学物理教学过程中,教师要想实现真正意义上的信息高效率转化,就必须要从教学结构入手。所谓教学结构,就是教师对教学要点的合理布置,课堂教学时间的应用,以及对教学方法的整合。合理的教学结果,能够使信息逐层增加难度,在不断的探索和理解过程中帮助学生掌握相关知识要点,达到教学预期。大学物理中的许多知识点都相对较为复杂,具有一定的教学难度,教师应该根据信息论进行教学结构的优化和改良。在香农-维纳公示,信息的频带宽越大,则信噪比越高,传递的理想信息量就会越大。信息组块是信息量的一个有效单位,也是测量人短时记忆的最小单位。信息论中指出人的短时记忆容量小于或者等于五个组块时才能够牢固的将信息贮存在长时记忆当中。因此,在实际的教学过程中,应该灵活的运用这一原理进行结构的调整,遵从信息块不得大于5的原则,以4个信息块来设计新的教学结构。
(三)建立信息反馈机制,发挥信息调控作用
在信息论理论当中,信息在完成输出活动之后,信息的反馈则成为信息的重要调控元素。信息的存储和长期保持,必须要有信息反馈的参与。大学物理教学中,教师通过多样的教学方法和教学结构以实现信息的传输目的,帮助学生了解和掌握相关物理学知识。然而,如果缺乏必要的信息反馈和交流,学生将无法完全的吸收和消化信息,这个信息的传输工作也便没有真正的完成。由此可见,建立信息反馈机制是非常重要的,发挥信息调控作用,能够更好的保证教学质量和教学效率。首先,信息的反馈可以在教学课堂上进行完成。老师在课堂上可以就本堂课所传输的信息提出部分问题,供学生回答和思考。根据学生对问题的回答结果,老师能够较为清楚的了解学生对信息的获取和吸收情况,并根据实际情况来调整教学内容,巩固教学知识。同时,教师也应该在课堂之外加强和学生之间的交流和沟通,在和学生的沟通当中了解课堂教学中自身所存在的问题和不足,并对其进行及时的优化和改善。例如,在楞次定律的教学中,老师便可以围绕这楞次定律提出相关问题:比如,感应电流在什么样的情况下才会产生,当线圈当中有磁感线的时候,线圈就会产生电流吗?法拉第电磁感应定律和楞次定律之间存在什么样的联系?感应电流磁场是如何阻碍原磁场的变化的?会不会将原磁场中的磁感线阻碍掉一半呢?以上问题的提出,充分的结合了本堂课所传授的知识信息,学生对该问题进行积极思考和分析的同时,也是自身加强记忆和信息回顾的过程,这对于提升学生对知识的掌握能力以及对问题的处理能够有有着非常积极的作用。
四、基于信息论的大学物理教学设计体会
(一)调动学生积极性,提升信息传输质量
通过将信息论与大学物理教学相结合,一定程度上保证了信息提取的准确度和有效性,使教材中教学内容更为清晰的展现在学生面前,避免了信息数据不准确而导致的教学质量低下的问题。同时,结合信息论理论,实现了教学信息传输的准确性,降低了学生的理解难度,调动了学生的学习积极性。
(二)大学物理教学应用信息论开展教学设计的注意点
信息论作为一门专业的应用数学学科,信息论原理较为抽象,导致不同程度的应用困难和障碍,最终影响到信息论的应用效果和教学效果,为此在实际的运用中必须要注意以下几点。首先,应用信息论开展教学设计和教学分析,必须要循序渐进,将教学过程划分为准备阶段、教学阶段和反馈阶段,分阶段应用信息论开展评估和优化。其次,信息的传播是相互的,信息反馈是优化信息传播路径的关键。应用信息论进行教学设计,必须要重视学生的反馈,采取适当的手段在课上及课后开展信息反馈和整理工作,认真分析问题,并解决问题,从而真正的实现教学质量的提升。
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学生之间由于彼此知识的差异、自身原有知识与当前学习知识间的差异,在学习和对话过程中会产生不同的观点,激起认知上的不平衡。在以理解和达成一致为目标的交互式教学中,学生之间通过对话,彼此对比认知结构的不同,产生认知结构的同化和顺应。教师作为主导者,在合适的教学内容和恰当的时机里,发挥小组合作学习的优势,调动学生自主研究、合作讨论的积极性。在这个试图达成意义一致的过程中,理解的责任为小组成员所分担,减轻认知能力差距带来的压力,为小组成员提供情感支持。作为小组对话的领导者,教师针对学生已有水平提出适当的问题,在其产生困难的地方提供纠正和引导,使学生逐步掌握学习内容。例如,每一章内容的归纳总结,重点习题的分析,以往都是教师讲,学生听,即使内容准确、逻辑严谨、认证和分析顺理成章,但多数学生依然是忙于记录,来不及思考,很难留下深刻的印象。现在,我们在学期初就对学生明确提出要求,在学习的每个阶段练结归纳。各章结束时,每个人各自完成自己的小结,在小组讨论的基础上,由一位学生代表小组发言,表达对重要知识点、问题分析的理解,其他同学共同参与讨论。这种小组合作的讨论方式尽可能地使全班学生参与进来。代表小组的发言者肩负着责任,能够更加认真地准备讲解,这对学生自身素质的提高起到了极大的促进作用。
三、课堂交互式教学的探索
改变以往课堂教学仅局限于课堂上单一讲授或仅采用PPT的教学模式,是我们的探索初衷之一。在明确课堂教学目标基础上,根据具体课题设计一系列相对独立而又彼此关联的问题,层层递进,相互渗透;学生在问题的引导和教师的指导下,借助于情境中的各种物理图像去发现问题,形成问题,并解决问题,进行知识意义构建,这样的课堂教学模式是我们的追求。在一些具体课题的教学中,我们做了这样的尝试。例如,交流电的产生讲授:问题1:是不是所有导体通电后在磁场中一定会受到力的作用?交流讨论:通电,垂直于磁场的金属杆运动,说明受力;改变电流方向或改变磁场方向,可以使运动反向。但其平行磁场时不受力。问题2:磁场对通电矩形线圈如何作用?分析:安培力对线圈各边分别作用,合力矩使线圈转动。问题3:过了中性面后,如何使线圈继续旋转?讨论:改变磁场方向或改变电流方向。在两种方式中,改变电流的方向容易些。问题4:怎样才能使线圈刚转过平衡位置就及时改变电流方向?分析讨论:用两个半圆铝(铜)环构成换向器,两个半环分别接线圈的两端,两个电刷接电源的两端。课前将问题布置给学生,学生们自己查找相关资料,经学习小组充分讨论形成结论,课堂上,小组代表发言,同学补充,教师总结,使得这一知识得以顺利掌握。在这个环节,问题的设计是关键,学生有兴趣有疑问才有继续探索的热情。如果问题本身毫无新意或超过学生现有认知水平和分析能力,结果必然或是不屑一顾或是知难而退。因此,教师的备课首先关注的是如何将教学内容转化为恰当问题的提出与学生的响应预测。学生从最初的被动听讲、忙于笔记到逐渐适应问题的逐步分析,主动思考的积极性有所提高。课堂教学课时有限,在课堂教学中开展专题讨论,必然要占用一定的时间。如何在不影响教学目标完成的前提下,使得这一教学方式得到有效的实施,的确是一个实际问题。我们的对策是课堂精讲,把一些易学易懂的问题和思考题,放到课后的自学点拨中。比如每一章的阶段总结和习题课,我们是在指导学生总结和典型习题分析的基础上,及时做出点评,强调或纠正其中的问题,教师的归纳总结和补充练习则放在课后教学文件的传输中。
四、交互式教学模式的效果
参与我们实践的11级数学专业和12级化学专业教学班的学生们在这样的学习过程中感到大有收获,看到了自己的进步,学习的热情高涨,形成了共同学习,共同探讨,互帮互学,共同进步的学习气氛。这是让我们最为高兴和期待的。大学物理教学班期末考试结果如表1所示。表1 交互式教学模式下考试结果2012—2013学年第二学期2013—2014第一学期大学物理2-1大学物理2-2全校平均及格率56.8%全校平均及格率65.3%教学班及格率82.8%教学班及格率98.7%教学班平均分71.0教学班平均分83.4特别是经过第一学期的适应、磨合后,在第二学期的期末物理2-2考试中,11数学、12化学两班及格率分别达到了100%和97.3%,平均分分别达到了84.7和82.0分。整个教学班的成绩居全校第一名。
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2.1应试教育思维的消极影响
传统的大学物理教学仍深受应试教育影响.教师仍然认为自己是教学主体,在教学过程中,以教师主导代替学生主体;课程教学一直沿用传统的教学方法,老师照本宣科,学生死记硬背;教材的老化难以涉及物理学科前沿知识,学生在应付这种课堂教学的同时,内心是毫无学习兴趣的.在这种课堂知识无用论的影响下,只求不挂科,考够60分就可以的思想在学生中还是大有市场的.这种消极应付式的学习,只能导致学生动手能力和思维能力的低下.学生毕业走上工作岗位后,深感书本知识用不上的残酷现实,只能在实践中从头学习.这种落后的教条性教育现象造成了高等教育的极大浪费,也严重制约了人才培养的效果.
2.2教学方法与教学手段比较落后
从现今普遍的大学物理教学方法来看,教师在教学过程中对知识传授多采用“满堂灌”的教学方式,使学生被动接受知识,不用对其进行思考,坐享其成,忽视了对学生的能动性发挥.从教学手段看,大学物理课堂教学方法比较单一,教师课堂授课往往拘泥于严谨的科学表述,使学生感到学习物理知识深奥难懂,认为学好物理是难度非常大的一件事.注入式的物理教学方法,再加上传统的物理实验模式,物理知识内在规律的深奥性很难通过与现实生活的结合以深入浅出的形式表现出来,落后的教学观念与现代素质教育脱节严重.大学物理教学的“填鸭式”现象也有其存在的现实原因,比如说大学物理教学任务多,但课时比较少.这种客观事实某种程度上造成了物理教师赶课时的心理,师生间几乎没有互动的时间.这种教学模式脱离了学生学习的实际,挫伤了学生学习物理的兴趣及自主性.同时,这种教学模式下培养出来的学生其学习能力和探索能力也不强,严重影响了学生创新能力的培养.
2.3考核方式比较单一
大学物理课程的考核手段比较单一.一般都采用考教分离的形式,采取平时、期中和期末考试相结合的方法对学生的学习情况进行考核.这种考核方式侧重检查学生掌握课本基础知识和解题能力,从课本到课本,从理论到理论,只能促使学生使用死记硬背式的学习方式,却忽视了对学生自主意识、实践能力、思维能力和创新能力的培养,影响了扩展学生物理知识和培养灵活运用基础知识解决实际问题的能力.大学物理考试试题和答案大多取自于课本、平时的习题册,考试题目重记忆轻理解,题目的答案便于准备,只要学生把这些题目背下来,基本上就能应付考试.这就导致了“应试教育”的出现,学生为分数而学习,为分数而考试,在很大程度上压抑了学生学习物理知识的主动性,丧失了考试应有的指挥棒作用.
3改进大学物理教学模式的策略
3.1研究型教学模式策略
教育的目的关键不是当前学到了多少知识,而是让学生善于提出问题、思考问题.从世界著名大学的教育理念来看,大多都以激发学生潜能、培养学生创新能力和批判思维为目的.大学物理教学更重要的是培养学生科学思维的方法,科学研究的方法,科学素质和创新精神.大学物理课程的研究型教学,就是以培养学生物理学习创新意识和实践能力为目标,着重探索研究,正确引导学生主动获取物理知识和解决物理问题的教学活动.教师在物理课堂上要积极为学生提供更多开放的学习环境和创新实践机会,逐步培养学生对问题的思维理念和分析问题的方法,注重知识获取的过程,激发学生不断获取新知识的兴趣,完善知识结构.教师要展开问题式教学活动,使学生在一个完整、真实的问题式物理背景中,激发主动学习的意识,建立起已知知识和未知知识生成学习的路径,在体验识别物理学习目标和达到物理学习目标的过程中获取知识,增强探索知识的能力.大学物理研究型教学模式所呈现出的学习方式重在让学生锻炼认识问题、解决问题的能力,对物理解题思维策略进行自我完善.在这种物理教学模式中,问题的确立比较关键,对整个教学进程产生决定作用.所以说这对教师提出了更高的要求,教师要充分了解学生已有知识结构,适时提出问题,要防止过早提出问题.学生物理知识建构还没有一定的基础,就会削弱学习的效果.教师提出问题后,要主动发挥指导作用,在学生努力进行物理知识建构的过程中给予超前的方向性的指导.学生物理知识建构后期,教师同样需要积极指导学生建构后的知识或者问题进行归纳总结,努力使物理知识重组得到进一步升华,为将来新的物理知识的学习奠定坚实的知识结构基础.所以教师要能紧紧抓住学生物理知识建构的前期、中期和后期的不同特点,辅以不同的教学策略,引导学生开展研究式学习.
3.2情境型教学模式策略
大学物理教学在知识点的传授上往往具有情境教学的特点.教师围绕知识点有目的地引入或创设具有一定相关性的具体场景,激发学生一定的态度体验,在体验过程中理解教材,并且使学生的学习物理知识的思维能力得到锻炼.大学物理教学不仅要反映物理学在工程中的应用,而且要体现当前的科技发展,力求把经典内容教出新鲜感.大学物理情境型教学模式,实际上是对相关联蕴含物理知识原理的社会或生活提炼加工后展现并影响给学生.在充分考虑到学生已形成的建构知识与经验的基础上,创设一个更容易让学生建构新知识的情境,让学生在与周围情境相互作用的过程中,对蕴含相关物理学原理的社会或者生活在内化知识时进一步提炼加工.也就是说,情境型教学模式利用了学生已有的物理建构知识和经验,创建更适宜学生建构新知识的环境,方便学生将新知识纳入固有知识体系中.大学物理教学创设情境的方法方式多种多样,教师可以带领学生体验社会生活中的物理知识,也可以将社会生活中的物理知识场景通过一定形式在课堂上呈现;教师可以通过物理实验演示情境,在情境再现的过程中体验新的物理知识;教师还可以指导学生进行相关物理知识的角色扮演,在参与过程中加深内心体验.无论是教学内容的情境创设,还是角色扮演式的情境学习,这些情境型教学模式不但能提高学生学习的积极主动性,更能锻炼学生学习物理知识的创造思维,培养学习物理新知识的适应能力.学生在这种情境型的学习环境中,能够最大限度地激发原有认知结构.经过整合个体内部知识,往往会比较容易接纳新的知识,甚至产生学习的顿悟,从而建立更高级的新的认知结构.所以,情境型教学模式对唤醒学生学习物理的兴趣和启迪智慧,往往发挥着出乎意料的作用.
3.3合作型教学模式策略
合作学习是学生之间互动学习为主要取向的教学理论与策略体系.在大学物理教学中,学生以小组为单位开展学习活动,教师依据整个学习小组的成绩,对小组成员进行奖励或课堂成绩认可.比如在小组合作学习中,引导学生通过自主和创造性设计实验研究项目,让学生参与并完成从选题到设计以及动手操作到结果分析的整个程.大学物理教师采用这种合作型教学模式不应采用随机分组的方式组建学习小组,因为每个学生的成绩、能力、知识背景都是不同的.所以要建立在对学生比较熟悉的基础上,利用多元智能理论,根据学生的具体情况组建学习小组,能够让学生在小组合作中不断向其他成员学习,实现学习互补.小组合作学习并不是放任自流,大学物理教师应密切关注小组学习进展,对部分存在搭便车心理的学生及时教育引导,对在合作学习中表现突出的学生尽可能地予以鼓励和表扬,尽量最大程度发挥出朋辈教育的效应.如果物理教师漠视小组合作学习中出现的消极现象,不仅会对评价学生学习成绩的公正性产生影响,还会让小组学习活动的其他成员产生新的消极怠工心理,最终会造成小组合作学习的失败.所以最终的学习成绩评价中,学习成果尽管以小组为单位提交,但物理教师也要注意每个学生在学习过程中的表现,从而给予差别化评价.这一方面保证了学生学习评价的公正性;另一方面也可以激发学生合作学习的积极性.
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(二)教情与学情不匹配
目前高职物理教学模式往往还沿用传统的大学教育模式。在教学观念上,强调教师是教学活动的中心,忽略了学生的主体地位,师生之间缺少互动,教师“填鸭式”教学,学生死记硬背,僵化地掌握知识,很少积极参与学习,不能体现对学生自主学习能力和创造能力的培养。教学手段单一,以课堂理论教学为主,实验课时远达不到课程要求,甚至很多院校在教学中取消了实验课程。虽然目前课堂教学基本都引入多媒体教学,如PPT与动画演示,但多媒体主要限于物理概念、规律的文字描述展示和公式的推导演示,而不能展示物理过程,学生缺少直观的认知,很多物理现象只能依靠老师的费力讲解和学生的“心领神会”,教学效果不理想。现阶段高职院校生源来源日趋复杂,我校近年通过提前招生、对口单招的生源已接近新生人数的一半,且由于文理兼收,大部分学生的数学、物理功底薄弱。相对于中学物理,大学物理以复杂一般运动问题为研究对象,通过高等数学微积分和矢量代数方法分析解决问题。由于高数、大学物理往往由于教学计划同步开课,学生对高数还在消化理解时接触大学物理,缺乏将实际问题抽象为模型用高数进行分析、解决的能力。对课程的评价方法单一。考试是为教学服务,反应教学情况的,而不是教学的指挥棒。而实际情况是将考试作为考核学生学习情况的唯一依据,且考结果轻过程,考核内容格式化,习题题“理想化”。这样的考核方式缺乏探究性、实践性、综合性,考验的是学生的“背功”,使学生养成了对前人成果的依赖性,习惯照搬照抄他人成果,挫伤了学生学习物理的积极性和创新能力。
(三)教材问题
目前高职大学物理课程缺乏合适的教材,通常选用本科或成人自考教材,使用时仅作简单的压缩和删减,内容抽象,与实际生产脱离,不能体现高职教育注重理论联系生产实际的特点,学生惧怕厌倦物理学习。
(四)对大学物理的人文精神的影响重视不够
现代科学技术日新月异,院校教育时间的有限性和知识增长的无限性是永远的矛盾,仅凭在校的几年所学不可能受用终生,需要不断充实、提高。高职学生未来处于生产第一线,应该具备不断获取新知识的能力,这也是高职教育的目标。目前的大学物理教学还停留在学生对物理基础知识的掌握这个低层面上,对其在帮助学生获取、吸收、运用知识方面的巨大作用没有涉及,忽视了物理学的人文精神对学生职业长远发展的积极影响。学生常常迷茫“为什么要学物理?”“学物理对我的专业有什么帮助”,疲于应付作业、考试,急功近利,考完就忘。
二、对提高物理课程教学效果的探索建议
(一)改变观念,重视大学物理的人文精神的积极影响
我们应该从提高人才综合素质这一目标全面认识大学物理课程的地位和作用。大学物理不仅仅是一门重要的基础理论课程,在素质教育方面也有着特殊的地位和作用。物理学是一门自然科学更是文化,闪耀着丰富的哲学思想。物理学在创立和发展的漫长坎坷过程中,物理学家总结和发展了许多及其精彩研究方法,如观察和实验、分析和综合、归纳和演绎等等。这些研究方法有其独有的特点,注重严密的推理逻辑,理论与实验的紧密结合,也为其他自然学科的研究起着指导作用。学生学习物理学不但要掌握相关理论知识,更重要的是学习其研究方法和思维方式,领会物理思想,树立起彻底的唯物主义思想,注重团结协作,踏实求实,勇于创新,鼓励学生将这些方法、思想运用到专业学习中去。
(二)课程内容与专业对接,采用模块化教学
根据高职学生的实际情况及各专业的教学计划,高职大学物理不应固守向普通高等教育完整严密课程体系看齐的陈旧观念,教学内容的选取应灵活,致力服务于专业建设。根据不同专业的特点,选择合适的课程内容针对不同的专业,在课时有限、条件有限的情况下,为学生打下专业所必需的物理基础。积极采用模块化教学,注重知识结构。大学物理的章节如力学、振动与波、热力学、光学和电磁学等,内容浩繁,要在三四十课时中完成是不现实的,但这些不同领域具有较高的独立性,根据不同专业所需删去若干章节不会影响学生对物理学的整体认识,以机械专业为例,细分专业可以采用不同的模块组合:①机制专业:力学、振动和波②机电专业:力学、电磁学③模具专业:力学、热力学④化工设备、船舶、飞机维修专业:力学、振动和波、流体在教学中,控制好教学的难度和广度。大学物理课程所包含的内容是科技人员必须具备的基础知识,专业课是这些物理基础知识在不同领域的具体应用与延伸。高职学生学习基础普遍薄弱,不能简单的通过删减内容、回避难点来满足教学合格率,造成学生职业能力的缺失。对于不是必需、理论性强的内容应直接删除,对于必需但掌握难度较大的定律定理则可以淡化推导,重在讲解其在生产中实际应用。通过物理课程,学生可以有序的将其中的物理基础知识与专业课程中的内容对接,掌握完整的专业知识链。
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大学物理实验主要是基础教学,主要的目标便是培养学生的科学思维和创造精神。开放式实验教学则给予了学生充分自由发挥的空间,学生活跃的灵感和充沛的创造力都可以藉由这个实验平台得到展示,让物理实验真正成为培养未来科学家的摇篮。同时,开放式实验教学可以相应提高实验室仪器设备的使用率,充分发挥其投资效益与使用价值,使应用型本科院校真正做到“成本最小化与效益最大化”[3-4]。因此,各高校应积极创造条件,尽可能进行开放式物理实验教学的尝试,更新教学观念,在教学内容、方法和考核等多个环节做出改革。结合分层次、模块化教学,笔者认为预备性实验模块、设计或研究性实验模块应向学生完全开放。物理实验基础薄弱的学生可选修预备性实验进行补差训练,学业优秀的、可独立完成课题的学生可在教师指导下进行专题实验研究,在时间、内容上灵活掌控,为培养优秀学生创造条件。但是,开放式实验教学也有一定的不足,比如,加大了教师的工作量,课题的选择良莠不齐,考核的标准难以掌控等等。所以,必须培养与建设一支爱岗敬业,同时又敢于革新、乐于革新的物理实验教师队伍。
三、建立网络虚拟实验室
虚拟实验是利用计算机及仿真软件来模拟实验的环境及过程,随着信息技术的发展,虚拟实验教学已经成为加强实践教学、实现培养应用型人才的又一重要手段。与昂贵的实验设备相比,只要很少的投入,便可有效缓解很多应用型本科院校在经费、场地、仪器等方面普遍面临的重重困难和压力,在大学物理实验教学中适当地引入虚拟实验,无疑非常地具有吸引力。而且开展网上虚拟实验教学,学生在课余时间可进行实验前的预习和实验后的复习,有助于提高大学物理实验教学的效率,能够突破传统实验对“时、空”的限制。对于一些实验仪器结构复杂、设计精密且价格昂贵的实验[3],学生无法进行实际操作,要弥补这些不足,可以通过仿真软件来模拟操作,在虚拟的环境中,学生一样可以接触现代化设备和科学实验方法。然而,虚拟实验替代不了真实的实验操作,而是作为传统实验的有效补充,因此,应该把传统实验和虚拟实验这两种教学模式有机地结合起来,扬长避短,才是更好的选择。
四、以学生为教学主体,综合运用多种教学方法
传统实验教学的流程往往是教师调整好实验仪器,课堂上先详细讲解实验原理、操作步骤和注意事项,然后做一个实验演示,接下来学生机械地按照实验既定步骤和要求重复操作,最后提交个大同小异的实验报告应付了事,甚至有的不做实验也能编造个大致的实验结果[4]。这种传统“灌输式”教学方法容易导致大学物理实验流于形式,不仅谈不上对学生科学思维的培养,而且在一定程度上还限制和扼杀了学生的创造力和想象力,难以激发他们对物理实验课的兴趣,更是偏离了应用型本科院校对人才培养的目标和要求。因此,我们必须确立学生的主体地位,灵活运用启发式、引导式、交互式等多种课堂教学方法,充分调动学生的积极性和创造性[4]。
(一)启发引导式教学
在大学物理实验教学中,教师应该大胆摒弃传统教学思维,把课堂还给学生,专注于对学生能力的培养,善于启发学生进行独立思考。教师在实验中恰当地设问,并给予基本理论的指导,由学生来自行探索、分析和解决问题。但是,启发式教学也有很多的难点,所有实验环节的设定,教师必须能够掌控实验的进程,具备深厚的理论素养和丰富的实践经验方可进行指导,不仅不意味着教学工作的轻松,反而对教师的职业素养提出了更高的要求。传统课堂的机械灌输工作量少了,但是实验过程环节的前期准备和过程指导多了,环节设置必须更加的巧妙和科学,教师自身进行过多次尝试后,确保实验的大方向不出错,试验方法相对成熟,才能更加有效地启发学生独立去完成实验,进行更多的尝试和探索。否则,这种名为启发,实则是放任自流的教学,不仅学生的创新精神得不到培养,教师也没有起到真正的指导作用,这将比传统的教学方法更加失败。此外,结合大学物理实验的特点,教师要引导学生运用多学科的知识从多角度来审视、分析和解决问题[4]。如测量半导体P-N结的物理特性实验,教师要引导学生综合运用材料学、固体物理学、电子学等多方面的知识来完成实验;引入激光全息照相、核磁共振等实验,使学生了解现代科技发展的前沿动态。全新知识点的引入同时也将极大地激发学生的学习兴趣,领略到物理实验与现代科学的魅力。