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大學物理實驗教學改革及實踐

 論文欄目:大學物理論文     更新時間:2019/6/19 11:27:12   

【摘要】分析了國內工科院校大學物理實驗課堂教學中存在的主要問題,介紹了廣東工業大學大學實驗教學部大學物理實驗教學示范中心進行的基于互聯網技術的大學物理實驗教學模式的改革與探索,總結了在互聯網輔助教學體系支撐下的新教學模式所發揮的多重功效和作用。實驗教學改革所獲得的經驗對于類似具有大規模本科生的工科院校的大學物理實驗教學工作具有重要的借鑒和指導意義。

【關鍵詞】大學物理實驗;互聯網;輔助教學體系;教學模式

1工科院校大學物理實驗課程及其教學現狀

大學物理實驗是高等院校理工類本科生的一門必修基礎課程。該課程在提高學生科學素養、創新能力及創新意識等方面起著至關重要的作用。如何提高該課程的教學效果,一直是大學物理實驗課程教學研究的努力方向[1-4]。以廣東工業大學為例,該校是一所以工為主、工理經管文法藝結合的、多科性協調發展的省屬重點大學,是廣東省高水平大學重點建設高校。該校實驗教學部大學物理實驗教學示范中心自組建以來,承擔了全校理工類大學本科生的大學物理實驗教學任務,每年進入該中心學習大學物理實驗課程的人數超過8000人,約180個教學班,每班人數平均為45人。規模之大,教學任務之重,在全省乃至全國尚屬罕見[5]。在如此大規模教學條件下,如何保證大學物理實驗的教學效果和教學質量,值得任課教師和教育工作者深思。目前,我校大學物理實驗課程教學過程中存在的一些急待解決的問題。首先,在授課方式上,大多數老師重視知識的傳授,輕視對于學生自學能力和動手能力的培養。久而久之,學生對老師的講授有了依賴心理,課前的預習就大打折扣,完全依賴于老師課堂的講解,極大減少了動手實踐的時間。其次,在實體空間和設備有限的情況下,需要開發一個開放的學生預習資源平臺。在工科大規模本科生進入實驗室的情況下,實驗室的利用率很高,雖然說實驗室對于全體本科生在課余時間是開放的,但是并不是所有學生都有時間和機會進入實驗室進行提前預習,學生課前的預習只能依賴于教材和實驗報告冊。因此,設置網絡教學資源,為學生的預習提供方便顯得尤為重要。再次,缺乏對于學習預習效果的監督考核機制。我校本科生每班人數平均為45人,任課教師逐一檢查學生的預習情況需要話費大量的精力和時間,也需要建立一套監督與督促預習機制,以便教師隨時掌握學生的預習情況。基于以上教學現狀,在大規模工科教學背景下,探索新的教學模式和教學手段勢在必行。近年來,我校大學物理實驗教學示范中心充分利用互聯網的強大功能,建立了互聯網輔助教學體系[6-8]。中心引進了科大奧銳公司的物理實驗預習與判卷系統,同時豐富了網站資源,建立了微信公眾平臺,以輔助實驗教學,取得了很好的教學效果。下面將對這一探索進行介紹,并對使用效果進行探討。

2物理實驗預習與自動判卷系統

圖1是物理實驗預習自動判卷系統教師登錄界面,教師以管理員身份登錄后,可以發布中心通知、設置教師帳號、導入班級及學生名單、導入預習題庫、導出學生成績等。以任課教師身份登錄后可以安排預習、輸入學生的操作成績以及數據處理成績(預習成績由系統直接給出),系統根據三項成績按指定的權重計算每次實驗的總評成績。所有實驗完成以后,任課老師可以導出全部實驗的總評成績,據此可以確定大學物理實驗課程總評成績。圖2是物理實驗預習大廳學生登錄界面。學生用戶登錄后,可以看到任課老師發布的預習通知。進入預習以后,學生會看到一系列關于實驗模塊化小視頻。每個小視頻時長10-20分鐘,介紹實驗思想方法、實驗原理、實驗步驟、實驗注意事項等。學生必須全部觀看每個實驗的全部小視頻之后,才可以進行預習測試。預習測試題從題庫中隨機抽取、組合使用。

3網頁和微信公眾號所提供的預習資源

除了網上預習大廳提供的預習資源以外,我們還積極開發了其他網絡資源供學生隨時隨地進行課前預習[9]。我們在實驗教學部部門主頁上增加了網絡資源一項(圖3),把全部的預習視頻資料等上傳到網上,供學生進行網上預習。另外,我們也開設了一個微信公眾號,供學生關注并利用其中的視頻資料進行課前預習。(圖4)。網頁和微信公眾號提供的預習資源雖然不能有效的督促學生使用,但是給學生預習提供了更為方便快捷的途徑,學生可以通過手機隨時隨地觀看預習視頻,了解實驗原理、步驟、注意事項等。

4課堂教學模式的改進

為學生創建了良好的網絡預習資源和環境,建立了有效的督促機制之后,我們著手進行了實驗教學模式的改革。中心倡導全體實驗教師進行實驗教學改革方面的有益嘗試,改變大學物理實驗課堂原有的填鴨式教學方式,在預習系統及網絡資源完備與豐富的條件下,教師盡量在課堂上少講,留更多的時間給學生動手操作[10]。大學物理實驗每個實驗安排3個學時進行,改革以前,教師通常要講授1到1.5個學時,留給學生進行操作和探索的時間相對較少。新的教學模式下,要求教師講授時間一般為10-15分鐘,最多不超過30分鐘。內容上,要求教師不能面面俱到的講授實驗原理,而是要強調該實驗所能體現的科學方法和科學思想,最后涉及一些最基本的實驗注意事項。

5互聯網輔助教學體系的功能

預習系統、中心網站和微信公眾平臺三位一體的互聯網輔助教學體系,已在我中心運行超過三年時間。該體系對于大學物理實驗課程教學效果的提高起到了積極的推動作用。首先,提高了學生的自學能力。學生的最終課程成績與每一個實驗的每一個環節都直接相關,預習系統成績占總評成績的20%,這一成績分配辦法使得學生必須重視預習。從實施效果看,學生預習測試題的完成情況很好,完成率在99%以上。另外,系統設置為學生必須觀看完實驗視頻以后才可進入預習測試,限定了學生必須先觀看預習視頻才能完成預習測試,且預習測試題目為題庫隨機分配,一定程度上杜絕了學生相互抄襲的情況。這一預習系統,在一定程度上要求學生為了在預習測試中取得好成績,除了通讀實驗講義、觀看教學視頻之外,還要通過網絡搜索閱讀相關知識,這無形中增強了學生的自學能力,提高了預習的效果。采用預習與評價系統以后,教師的授課模式從多講變為少講,就可以節省出更多的時間加強對于學生操作情況的考察。學生了解到教師在課前是不會講授太多實驗細節的,失去了對教師填鴨式教學的依賴,為了不在操作環節出現困難,必須加強課前預習,因此自學能力也會獲得明顯的提高。其次,增強了學生的動手能力和獨立思考能力。采用預習與評價系統后,學生最終實驗課程成績的確定方式十分明確,學生要想獲得好的最終總評成績,必須重視每一次實驗課,必須重視每次實驗課的每一個環節(預習、操作和實驗報告),環環相扣。預習做好了,學生在課堂上就可以在很短的時間里迅速完成必需的實驗內容,剩余時間可以對于實驗儀器和實驗內容進行更深層次的探討,從而提高了學生發現問題、分析問題和解決問題的能力。采用新系統后,教師講授時間大大縮短。教師有更多的時間檢查和督促學生的操作情況。對于操作較差的學生提出批評,對于實驗中勤于思考,勇于提出問題并分析解決問題的學生適時提出表揚和鼓勵。這樣可以帶動更多的學生加強預習,課堂上的任務是獨立完成實驗并進行更深層次的思考。例如在旋光性溶液的測量實驗中,有學生提出設想:如果把電子和場實驗中所用的螺絲管套在旋光性溶液的試管外圍,通電螺絲管產生的磁場會不會對于旋光現象產生影響。在邁克爾遜干涉儀的實驗中,有學生提問,為什么在玻璃板上看到的是兩排紅點而不是兩個紅點[11]。這些問題的提出和思考,提高了學生的獨立思維能力、提出問題和分析解決問題的能力。同時,這也是在預習系統發揮作用,學生能更快的完成實驗,有更多的時間進行思考的結果。再次,減輕了教師的工作量。在沒有建立預習和評估系統之前,學生的預習完全靠自覺。教師清楚知道只有極少數學生會認真預習,所以擔心學生對于實驗內容不了解,實驗步驟不清楚,實驗完成不順利等問題,在課前進行大量時間的講授。在新的預習系統實施之后,教師不必再擔心學生不預習。教師完全可以在課堂上實現少講[12]。因此,預習系統的建立,大大減少了老師的講授工作量,把更多的精力與時間投入到對學生的指導中去。最后,可以充分提高學生的科技創新能力。學生在課前經過了充分的預習和思考,教師在課堂上真正實現了少講。學生在課堂上可以更快的完成必需的實驗內容,也有更多的剩余時間可以對于實驗內容進行更深層次的思考和探索。部分學生善于觀察和思考,常常可以發現和提出一些新奇的問題并嘗試解決。教師節省了課堂講授時間,也就有更多的時間對于學生的操作情況進行檢查和指導。教師完全有時間和精力對學生的操作情況進行評價,對預習好、操作好、勤動手、善思考的同學提出表揚,對于預習不足、動手能力差、對老師等靠要、提出低級弱智問題的學生提出批評。這顯然可以極大的提高學生學習大學物理實驗的熱情。另外,教師也可以有時間和精力發現部分科技創新能力較強的學生,充分發掘他們的學習和創造潛力,積極引導他們參加課外科技創新小組、申報大學生創新創業訓練項目等。顯然,這對于我校本科教學質量的提高會起到潛移默化的作用,也會為我國的研究生教育提供優質生源。

6結語

工科大規模教學環境下,加強大學物理實驗的課前預習,提高大學物理實驗課堂教學效果尤為重要。我們建立的基于互聯網的大學物理實驗輔助教學體系可以有效督促學生進行課前預習,提高學生的自學能力;提高學生獨立思維能力、發現問題分析問題和解決問題的能力;可以幫助老師減少講授工作量,使老師在課堂上有更多的時間對學生的操作進行指導;可以充分培養和提高學生的科技創新能力,提高本科教學質量,并為研究生教育培養優質生源。因此,我中心近年來在基于互聯網的工科院校大學物理實驗教學方面所進行的改革與探索對于類似擁有大規模本科生的工科院校的大學物理實驗課程教學具有重要的借鑒和指導意義。

作者:牟中飛 吳福根 朱道云 馮軍勤 單位:廣東工業大學實驗教學部

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