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大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與創(chuàng)新論文
摘要：通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀的分析與討論，指出了目前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)方法單一、枯燥，針對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)方法進(jìn)行研究，把慕課模式引入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課中，將慕課模式的學(xué)習(xí)與傳統(tǒng)模式的課堂教學(xué)相結(jié)合，把學(xué)習(xí)理論知識(shí)放在慕課中，實(shí)驗(yàn)操作部分放在傳統(tǒng)的課堂中，此方法可充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性與主動(dòng)性，并能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新精神，從而提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)質(zhì)量．
關(guān)鍵詞：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)；慕課；教學(xué)方法
中圖分類號(hào)：Ｇ６４２．４２３ 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ 文章編號(hào)：１００５－４６４２（２０１６）０５－００２５－０４
在科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，高等理工院校人才培養(yǎng)的要求逐漸提高，大學(xué)生必須具備堅(jiān)實(shí)的物理基礎(chǔ)、出色的動(dòng)手實(shí)踐能力和勇于開拓的創(chuàng)新精神．大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是基礎(chǔ)教學(xué)的重要組成部分，是系統(tǒng)地訓(xùn)練學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能的開端，這門課程內(nèi)涵豐富，覆蓋面廣，信息量大，對(duì)于激發(fā)學(xué)生想象力、創(chuàng)造力，培養(yǎng)和提高學(xué)生獨(dú)立開展科學(xué)研究能力具有不可替代的作用，所以學(xué)好物理實(shí)驗(yàn)對(duì)于廣大理工科學(xué)生來(lái)說(shuō)是十分重要的．目前，對(duì)于傳統(tǒng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在幾點(diǎn)問(wèn)題［１］：１）教學(xué)模式呆板，教學(xué)內(nèi)容固定、陳舊，以教師為中心，教師指定學(xué)生完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生被動(dòng)地按照要求和操作步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生對(duì)本來(lái)有趣的實(shí)驗(yàn)失去興趣，這種教學(xué)模式無(wú)法培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神．２）學(xué)習(xí)時(shí)間固定，學(xué)生只能在短短的課堂時(shí)間內(nèi)完成教師所要求的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，這樣就避免不了有些學(xué)生為了應(yīng)付而學(xué)習(xí)．３）考核制度不完善，一般成績(jī)考核都以教師為中心，很難做到公平、公正．近幾年，慕課像一場(chǎng)全球性的數(shù)字海嘯，給世界高等教育帶來(lái)了巨大的沖擊，引發(fā)了一場(chǎng)教育的風(fēng)暴．慕課（ＭＯＯＣｓ）是Ｍａｓｓｉｖｅｏｐｅｎｏｎｌｉｎｅｃｏｕｒ－ｓｅｓ［２］的簡(jiǎn)稱，其意為：大規(guī)模開放性的在線課程．慕課不僅是學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)者的聚集，更是一種通過(guò)共同話題或某一領(lǐng)域的討論將教師和學(xué)習(xí)者連接起來(lái)的方式［３］．隨著信息技術(shù)的發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)的普及，慕課受到了ＩＴ精英和教育專家們的高度關(guān)注［４］．慕課相對(duì)于傳統(tǒng)教學(xué)具有如下特點(diǎn)：第一，課程時(shí)間較短，這要求課程更突出精華；第二，學(xué)生可以隨時(shí)隨地去學(xué)習(xí)，改變了傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式；第三，將學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變成主動(dòng)思考．本文針對(duì)現(xiàn)有的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式展開研究，把慕課模式引入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課中，將慕課模式的學(xué)習(xí)與傳統(tǒng)模式的課堂教學(xué)相結(jié)合，把學(xué)習(xí)理論知識(shí)放在慕課中，將實(shí)驗(yàn)操作部分放在傳統(tǒng)的課堂里，這樣學(xué)生就可以自行選擇學(xué)習(xí)時(shí)間和學(xué)習(xí)地點(diǎn)，不受傳統(tǒng)課堂的時(shí)間和地點(diǎn)限制，只要有網(wǎng)絡(luò)的地方學(xué)生均可學(xué)習(xí)，然后在課堂上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作以及數(shù)據(jù)處理等過(guò)程，最后進(jìn)行課堂討論，這樣既節(jié)省了課堂上理論知識(shí)的講授時(shí)間，又增加了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間和討論環(huán)節(jié)，并且學(xué)生有充分的時(shí)間來(lái)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，組裝實(shí)驗(yàn)儀器，從而提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)．
１傳統(tǒng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式分析
對(duì)石油工程系、機(jī)械自動(dòng)化工程系的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課的預(yù)習(xí)情況和實(shí)驗(yàn)操作成績(jī)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)．表１是石油工程系和機(jī)械自動(dòng)化工程系學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，從表中可看出的有５％的學(xué)生沒(méi)有預(yù)習(xí)報(bào)告，８６％的學(xué)生的預(yù)習(xí)報(bào)告照抄實(shí)驗(yàn)教材，只有１０％的學(xué)生能夠真正地查文獻(xiàn)找資料，完成預(yù)習(xí)過(guò)程．分析原因有以下幾點(diǎn)：１）由于學(xué)生是非物理專業(yè)，所以對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的重視度不夠，學(xué)習(xí)不積極主動(dòng)．２）學(xué)生不知道應(yīng)該怎樣預(yù)習(xí)物理實(shí)驗(yàn)，從而導(dǎo)致預(yù)習(xí)報(bào)告只能照抄教材．３）學(xué)生接受了以往的灌輸模式學(xué)習(xí)，不愿意由被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，這就造成了學(xué)生在課堂上過(guò)于依賴教師的講解和演示，而實(shí)驗(yàn)課時(shí)不充足，若占用過(guò)多時(shí)間進(jìn)行講解和演示，學(xué)生動(dòng)手的時(shí)間就會(huì)很少，達(dá)不到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的真正目標(biāo)與效果［４］．從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)操作考核成績(jī)不及格的人數(shù)較多.表２是石油工程系與機(jī)械自動(dòng)化工程系的實(shí)驗(yàn)操作考核成績(jī)，從表２能夠看出僅有１８％的學(xué)生獲得實(shí)驗(yàn)操作部分的優(yōu)秀成績(jī)，而大多數(shù)的學(xué)生操作成績(jī)達(dá)到及格，有２３％的學(xué)生在操作部分無(wú)法拿到及格的分?jǐn)?shù)．這一結(jié)果說(shuō)明了學(xué)生無(wú)法獨(dú)立地完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，并且不會(huì)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、誤差分析，在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)問(wèn)題不能獨(dú)立解決，只能求助于教師．為了更好地解決以上問(wèn)題，將“慕課”的教學(xué)形式融入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程．通過(guò)慕課，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行個(gè)性化地自主學(xué)習(xí)完整個(gè)實(shí)驗(yàn)課程，避免了學(xué)生預(yù)習(xí)不理想的情況，在課堂上進(jìn)行有序的實(shí)驗(yàn)，在教師帶領(lǐng)下進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，動(dòng)手組裝實(shí)驗(yàn)儀器，討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從而使學(xué)生真正地理解實(shí)驗(yàn)的真諦，不會(huì)出現(xiàn)考試過(guò)程中不會(huì)操作，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不會(huì)分析等情況．
２大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程融入“慕課”的教學(xué)形式，改革其教學(xué)方法
以增強(qiáng)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)、提高學(xué)生科學(xué)思維意識(shí)為準(zhǔn)則，通過(guò)改善教學(xué)模式，使學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變成主動(dòng)學(xué)習(xí)，鼓勵(lì)學(xué)生為自己的學(xué)習(xí)負(fù)責(zé)，從而提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，改革的課堂教學(xué)方案如圖１所示．
�。玻蹦秸n模式的學(xué)習(xí)
學(xué)生可以通過(guò)在線視頻學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)課程，包括學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)背景、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟等，與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，慕課模式的優(yōu)點(diǎn)是學(xué)習(xí)者可以自行選擇學(xué)習(xí)時(shí)間及學(xué)習(xí)地點(diǎn)，同時(shí)可以針對(duì)不懂的部分有針對(duì)性地進(jìn)行回放學(xué)習(xí)，直到能夠完全看懂、學(xué)會(huì)為止．這樣不僅可以減少教師在課堂的講授時(shí)間，而且能夠提升學(xué)生在課堂的自信心，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果．視頻可選取國(guó)內(nèi)外著名高校的教學(xué)視頻拼接，也可請(qǐng)有經(jīng)驗(yàn)的一線教師錄制．學(xué)生可以借助在線習(xí)題進(jìn)行自測(cè)以鞏固學(xué)習(xí)效果、加深理解實(shí)驗(yàn)原理．習(xí)題及答案由專家及有經(jīng)驗(yàn)的一線教師擬定并發(fā)布．當(dāng)完成此次課程后可進(jìn)入在線虛擬課堂與其他在線學(xué)習(xí)者進(jìn)行交流互動(dòng)，在進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)本次課程的理解的同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及實(shí)驗(yàn)方案的討論，也可將問(wèn)題以討論帖的形式掛于虛擬課堂的虛擬“黑板”上，待后來(lái)的學(xué)習(xí)者參與分析與討論，同時(shí)教師定期或不定期上線給予疑難問(wèn)題的解答與指導(dǎo)．通過(guò)這種慕課模式的學(xué)習(xí)、討論，學(xué)生由被動(dòng)參與者變成了主動(dòng)學(xué)習(xí)者，并且只要有網(wǎng)絡(luò)的地方，學(xué)生可以隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)，解決了課堂教學(xué)局限性的問(wèn)題．
�。玻舱n堂教學(xué)模式改革
通過(guò)在線學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)操作步驟已經(jīng)初步掌握，教師和學(xué)生共同走進(jìn)傳統(tǒng)的課堂進(jìn)入動(dòng)手操作環(huán)節(jié)．１）首先要求學(xué)生按實(shí)驗(yàn)教材內(nèi)容順利完成實(shí)驗(yàn)，并對(duì)產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否符合理論預(yù)期．２）學(xué)生完成指定的實(shí)驗(yàn)后，教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行討論，討論的內(nèi)容由淺入深，一般包括：出現(xiàn)某種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的原因，數(shù)據(jù)中誤差的來(lái)源，如何減小測(cè)量過(guò)程中出現(xiàn)的誤差，計(jì)算誤差的不確定度，制定其他可行的實(shí)驗(yàn)方案，等等．３）通過(guò)由淺入深地學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠自己設(shè)定實(shí)驗(yàn)方案，教師對(duì)學(xué)生設(shè)定的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行修改，幫助學(xué)生順利完成實(shí)驗(yàn)．在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的過(guò)程中，學(xué)生能夠掌握主動(dòng)權(quán)，有獨(dú)立思考的機(jī)會(huì)，能夠清楚哪些是自己的強(qiáng)項(xiàng)和弱項(xiàng)，從而取長(zhǎng)補(bǔ)短，關(guān)注如何提高自身學(xué)習(xí)能力的策略和習(xí)慣．４）學(xué)生獨(dú)立搭建實(shí)驗(yàn)裝置，完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程．在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生自己搭建新的實(shí)驗(yàn)裝置，并完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量和處理過(guò)程，并進(jìn)行誤差分析與計(jì)算．在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生認(rèn)為在學(xué)習(xí)中值得冒險(xiǎn)嘗試新方法，他們能夠從錯(cuò)誤中吸取經(jīng)驗(yàn)，舉一反三，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和對(duì)科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度．在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生與教師的共同學(xué)習(xí)，減少了距離感，有利于教師因材施教．
２．３成績(jī)考核制度改革
嚴(yán)格的考核制度是保證優(yōu)良教學(xué)質(zhì)量必不可少的前提條件［３］．目前，大學(xué)物理成績(jī)考核制度分為實(shí)驗(yàn)操作與筆試成績(jī)，比例分配各占５０％．為提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的積極性，改變成績(jī)考核制度，將成績(jī)考核分為線上自測(cè)、實(shí)驗(yàn)操作和筆試成績(jī)，比例分別為１∶４∶５，滿分為１００分．對(duì)于能力較強(qiáng)的學(xué)生可以申請(qǐng)期末考試免試，申請(qǐng)免試的學(xué)生除要取得平時(shí)的基本實(shí)驗(yàn)、綜合訓(xùn)練、考題討論課等教學(xué)環(huán)節(jié)的優(yōu)異成績(jī)外，學(xué)生還要選擇教師設(shè)置的一些創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生自己查閱資料、分析理解、制定實(shí)驗(yàn)方案，學(xué)生可以在開放的實(shí)驗(yàn)室里改進(jìn)或重新制作實(shí)驗(yàn)裝置，設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并完成實(shí)驗(yàn)研究論文［４］．
３融入慕課思想的教學(xué)實(shí)踐
作者于２０１５年３月針對(duì)邁克耳孫干涉實(shí)驗(yàn)課對(duì)本校２０１４級(jí)１４０３０６班采取了試點(diǎn)教學(xué)．首先準(zhǔn)備預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)的視頻，視頻內(nèi)容主要為邁克耳孫干涉實(shí)驗(yàn)的背景、實(shí)驗(yàn)原理以及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容．學(xué)生在課下預(yù)習(xí)視頻，了解邁克耳孫干涉實(shí)驗(yàn)的精髓及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容．課堂上教師運(yùn)用１０ｍｉｎ講解操作實(shí)驗(yàn)儀器的注意事項(xiàng)，留給學(xué)生４５ｍｉｎ進(jìn)行基于邁克耳孫干涉儀的光波長(zhǎng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)，并利用剩余的３５ｍｉｎ由教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論．討論題目根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容預(yù)先設(shè)計(jì)好，例如：最初設(shè)計(jì)邁克耳孫干涉儀的目的是什么？現(xiàn)今邁克耳孫干涉儀的應(yīng)用領(lǐng)域有哪些問(wèn)題？等等，以此提高學(xué)生對(duì)邁克耳孫干涉實(shí)驗(yàn)內(nèi)涵的理解．通過(guò)上述教學(xué)環(huán)節(jié)２０１４級(jí)１４０３０６班所得成績(jī)列于表３，同時(shí)將２０１３級(jí)１３０３０５班的邁克耳孫干涉實(shí)驗(yàn)課成績(jī)作為對(duì)比也列于表３．２０１３級(jí)１３０３０５班人數(shù)為３５人，采用的是傳統(tǒng)的教學(xué)模式，２０１４級(jí)１４０３０６班的人數(shù)是３３人，采用的是本文所述的教學(xué)模式．通過(guò)表３的數(shù)據(jù)可以看出：１）預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)優(yōu)秀和良好的比例明顯增大，成績(jī)提高顯著；２）實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)的成績(jī)提高并不明顯；３）實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)有所提高．通過(guò)課堂狀態(tài)分析，實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)的成績(jī)提高不明顯的原因是課堂操作時(shí)間短，在增加課堂操作時(shí)間的同時(shí)需要有針對(duì)性地增加學(xué)生動(dòng)手能力的訓(xùn)練．
４結(jié)束語(yǔ)
本文將慕課模式引入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課中，將慕課模式的學(xué)習(xí)與傳統(tǒng)模式的課堂教學(xué)結(jié)合，在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課堂充分利用慕課的優(yōu)勢(shì)，縮短了教師講解環(huán)節(jié)和機(jī)械式的重復(fù)過(guò)程，留出大部分時(shí)間用于學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間和討論，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)，從而提高了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量．
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