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[论文摘要]按现行专业目录设置的土木工程专业对学生的工程素质、实践能力和创新意识提出了更高更严格的要求,分析了实验教学目标和专业教学要求,找出了现行实验教学内容和人才培养方案中存在的问题,整合教学内容,优化教学安排,构建了目标定位准确的实验教学框架。
引言
近年来,实验教学的研究与改革成为许多院校和教师的关注热点,2004年和2005年先后获得淮阴工学院教学改革重点课题和江苏省高校教育教学改革立项资助。广泛调查、深入研究、提高认识,研究取得了一些有价值的成果。
整合教学内容,优化教学安排
1.现行教学内容及安排上的问题
十年的研究和四年的实践:教学试验项目的更新和创新课题的补充,丰富了教学内容;教学师资队伍的建设和实验设备的添置,提高了教学水准;开放式实验教学模式和教学体系的建立,激活了教学对象;教学管理平台的搭建和管理手段的完善,保障了实验开放。同时,发现在实验教学实施和教学效果提高上存在一个“瓶颈”,制约着改革成果的进一步扩大。于是,对教学试验项目进行了全面的统计,对人才培养方案进行了深入的剖析,结论是:项目的更新补充,模式的灵活开放,没有脱离原有的人才培养方案,俗话说“穿新鞋走老路”。
现行的人才培养方案即教学计划无法真正贯彻落实开放性实验教学,缺乏总体培养目标框架下的实验教学定位,绝大多数实验以课程为核心,作为理论课程的补充,为课程的系统性和严密,阻碍了学科之间的渗透,特别是创新能力的培养未能落实到实处:①实验以课程为核心,所有实验教学全部附设在相应的课程中,开设实验教学的课程共有14门,占总课程门数比例为30.43%,总学时220学时,比例为14.1%。②专业课实验教学学时分散,比例偏低。专业基础课、专业限选课和专业任选课在内的43门课程中开设实验教学的课时有11门,比例25.58%,学时比例只有8.96%。③实验教学安排不连贯,内容存在重复。实验项目存在相当的重复,既浪费了有限的实验学时,又挫伤了学生兴趣和创新积极性。④学生的综合性实验、创新性实验在其它实践教学环节得不到体现。尽管学院的有关文件规定学生自主完成的综合性实验、创新性实验成果可以替代毕业设计成果,但人才培养方案及配套的毕业设计教学大纲仍然要求学生必须完成工程设计,如:工程总量、图纸数量、施工方案等内容。
2.总体思路与目标
总体思路是以学生的专业概念、专业素质和工程素养的形成为出发点,将知识结构、专业技能和综合素质作为方案的总体功能,以工程为背景,将专业基础课、专业限选课和专业任选课的实验教学和其它实践环节分解整合,以功能实现为目标,构建实验教学模块和体系,根据体系结构设计模块功能。目标是以掌握整体优化的知识结构为基础,着重培养学生的专业概念、专业素质和工程素养,锻炼学生的工程实践能力和创新素质。
3.内容整合与优化安排
深入分析,反复论证。将实验教学分为3类:第一类是任务由外系教师承担,设备也不在本系,如:大学物理、计算机信息技术、计算机程序设计和文献检索等;第二类是内容自成体系,设备相对独立,主要有土木工程测量、CAD基础和结构CAD;第三类是人才培养方案中除了第一类和第二类的所有开设实验教学的科目。综合考虑行政管辖、教学内容和设备管理,第一类和第二类实施现行的教学安排,要求内容上精炼并作相应的补充,满足创新人才的培养要求,管理上实行开放式实验教学模式。第三类实验教学,从课程上看,全部是专业基础课、专业限选课,从设备上看,全部设备在本系实验中心,从任务上看,全部由本系专任教师承担,整合实验教学内容和优化实验教学安排具备了良好的基础和充分的条件。根据现行人才培养方案,第三类实验教学课程一共有7门,教学时数60,无法保证专业基础课、专业限选课和专业任选课的教学效果,无法满足学生在专业概念、专业素质和工程素养形成过程中的渴望和企求。
整合充实教学内容,优化实验教学安排。教学内容整合后,课内学时由现行的60学时增加到84学时(6学分),增设《土木工程实验概论》和《土木工程结构检测》的内容,现行课程的实验教学整合为《土木工程材料的工程性能检测》、《土木工程试验技术基础》、《土木工程结构试验》。调整后,在现行人才培养方案中增加了5门课程,但总学分基本没有变化,内容不重复,过程不间断,循序渐进,与理论教学同步,配以成熟的开放式实验教学模式,既不增加学习负担,又保障了教学效果。
结束语
土木工程项目具有很强的实践性、综合性、社会性和创新性,关注学生理论知识学习和人文素质提高的同时,必须培养学生的实践能力和创新素质。
【关键词】物理 实验 教学
一、重视演示实验教学,加强能力培养
在应试教育向素质教育转变过程中,我们必须高度重视物理实验教学,必须研究教材中哪些地方学生感到抽象、容易混淆、接受困难,并结合教学实际,研究解决的方法,努力开发一些直观的演示,同时在教学中引进近代物理学的某些思想方法和现代科学的新成就,例如:用激发演示光的干涉和衍射,用发光二极管演示电磁感应中机械能与电能的相互转化等。在实验教学中,可在规定的实验中,适当增加相关演示项目,使教学内容更加丰富,使学生的眼界更加开阔。例如“分子间作用力”的演示,可在两只乒乓球间夹上一段弹簧,球的外侧套上橡皮筋,平衡时,引力等于斥力;增大球距时,引力大于斥力;缩小球距时,引力小于斥力。这样不仅培养学生对物理的学习兴趣,更多地拓宽学生视野丰富他们的想象,而且能有效地提高了学生的观察能力、分析问题和解决问题的能力。
二、变验证性实验为探索性实验
中学物理课堂演示实验可分为验证性实验和探索性实验,而大部分是验证性实验。验证性实验是对知识的正确与否加以验证,巩固和加深对基本规律和基本原理的认识。而探索性实验对培养学生思维能力、创造能力、自学能力、观察实验能力及解决实际问题的能力有独到的作用。正如爱因斯坦所说:“对真理的探索比占有更加宝贵。”
因此,在教学中可把一些验证性的实验变为探索性的实验。在实验教学中,要尽量再现实验的设计过程,多让学生想想:“为什么要这样做?”“换种方法行不行?”以此渗透物理思想,启迪学生思路。例如在“牛顿第二定律”一节的教学中,笔者将这个验证性实验变为探索性实验。其研究方法:①边学边做实验:首先让学生按照自己设计好的实验方案做实验,使学生从实验中初步认识物体的加速度a与物体的质量m及它所受外力F有关。然后,笔者再演示课本上的实验,规范操作,这样,不仅使学生掌握科学的实验方法,而且让学生观察实验过程,注意发现研究对象引起变化的原因和条件以及在实验中出现的现象,使学生对a和F、m的关系获得感知。②探索知识:指导学生对问题进行具体研究,处理实验数据、列表、画出a-F、a-1/m的图象。③归纳总结:师生共同分析、归纳、总结出牛顿第二定律。这样,让学生用实验探索和理论探研两种方法自我进行推证,在推证过程中学生就自然而然地对核定的研究对象、成立条件、使用范围、注意事项搞得一清二楚。让学生由学知识变为主动探索自然规律,对知识学得更扎实更牢固,同时使学生受到科学方法的熏陶。
三、在演示实验中增加学生的参与
在演示实验中,应积极引导学生观察、猜想、分析、归纳总结。在实验操作上让学生积极参与,让学生充分了解实验的内容,多次重复,加深印象,巩固记忆。例如:在“楞次定律”一节的教学中,笔者变原来的课堂演示实验为边做边讲实验,每两位学生发一套实验器材(干电池、电流表、原线圈、条形磁铁、导线),实验中让学生首先观察电流方向与电流表指针偏转方向的关系,再观察原线圈的电流方向与磁铁运动方向的关系,把直观的材料作为培养学生知觉、观察力的材料,引导学生仔细、准确地进行观察,然后引导学生讨论、研究、对比、总结出感生电流所引起的磁场方向与磁铁运动方向的关系,最后训练学生用科学的语言描述,并解释所观察到的现象,从而顺理成章地写出楞次定律。可见,演示实验在教师指导下让学生参与,不仅有显示学生实验技能的机会,又能得到科学方法的训练及能力的培养,加深理解和掌握物理概念和规律,同时可领略物理学的思想,培养科学态度和科学方法。
四、合理运用多媒体,优化演示实验教学
【关键词】初中实验教学 问题与建议
自新教材实施以来,各市区试题的命制对化学实验的考核明显加大,分值有所增多,这种考查,既能促进实验教学,又能对实验教学水平的检阅,通过几年的考核实施,自然看到了实验教学的巨大成就,但也暴露出不足。下面谈一谈实验考核和平时教学中易出现的问题,分析原因并提出对策。
1.实验考查中常见的问题
1.1 实验习惯差。
(1)量的意识。学生在做实验取用药品时“量”的意识谈薄,实验中要求的体积或质量与所提供的实验联系不起来。认为做实验时用药品“多多益善”,经常严重超量,有时反而影响实验效果。
(2)安全意识。表现在安装仪器、洗刷仪器、加热固液体、闻气体、防火防水防电、控制药品流速及排废等操作中有安全隐患。
(3)药品的取用、转移不规范,常造成药品浪费;效果不佳或试剂污染。
(4)气体的制取、收集和验纯不合程序,使收集到的气体不纯或使实验失败。
1.2 操作过程不正确。
在某些气体的制取及性质实验中,未准备好后续实验就急于加药品制气,等到做性质实验时大部分药品已反应掉,不能完成规定的实验项目。
1.3 实验设计能力低。
如有的同学制取氧气时,大试管管口没有稍向下倾斜,导致试管破裂。有的同学制取CO2时,错用硫酸和碳酸钙反应,导致反应很快就停止,无法收集到更多的CO2。
1.4 实验表述能力差。
(1)用生成物代替实验现象。表述实验现象时,常常把生成物错误地表述为实验现象。
(2)把性质表述成实验现象。物质的一些性质是不能观察到的,但是学生经常把它错误地表述成实验现象。
2.实验教学薄弱分析
实验教学薄弱的原因是多方面的。本人结合实际教学认为有以下原因:
2.1 教学条件的制约。由于经费的限制,校长不购买实验器材和药品,办学条件受到制约,尤其是我校,学生多,班级多,班内人数多。缺仪少药十分严重,致使部分实验无能力开足开全演示实验或学生实验。
2.2 课程设置与课时安排。按课程设置,初中三年级才开化学课,对于三年制初中,化学课既是起始年级,又是毕业年级,上课的周授课三节,还要提前结束功课,教学上赶进度现象比较严重,因而无时间圆满完成实验教学任务。
2.3 教材、教辅及考卷命题的导向。教材上设计的实验题目中客观题目众多,对于这些题目,或答标号,或填写数据、操作、仪器名称、现象等,这样限制得过死且往往都给出标准答案,使学生“不敢越雷池一步”,而鼓励学生动手,有利于学生展开思维的开放性、探索性实验题目较少。久而久之教与学都停滞在应试作答的模式上。
2.4 考试指挥棒的作用。注重的只是笔试,实验考查只是形式,尽管近年来在命题时对考查实验进行了一些尝试,但笔答与实际操作有着本质的不同,仅从卷面上难以测出学生的实验技能,使得平时做实验的考生与平时不做实验的考生应试时无多大的差别,从卷面很难区别实验技能的真实差异。客观上助长了一些教师在黑板上讲实验、让学生背实验、试卷答实验的错误倾向,学生的实验技能没有得到应有的提高。
3.实验教学建议
化学实验教学存在的问题是多方面的。要想使中学化学实验教学现状有一个根本性的转变,就应该在分析问题的基础上寻找出切实可行的整改措施并将其落到实处,创造积极因素,促进实验教学发展。为此,笔者提出以下几点建议:
3.1 提高教师认识。
我们化学教师首先应明确:化学是一门以实验为基础的学科,化学实验是中学化学教学中不可分割的一个重要组成部分,通过化学实验的教学,能够使学生初步学会认识自然界的科学方法,化学实验不仅是培养学生解决化学问题的极为重要的内容和手段,而且对发展学生智力和能力起到极其重要的作用。所以化学实验教学也起着提高青少年素质的重要作用。化学实验教学只能加强,不能消弱。
3.2 领导充分重视。
在提高认识的基础上,要征得领导支持,加大对实验的投入。这里所说的投入,既包括一次性的固定投资,又要保证经常性的不断投资以保证化学实验的正常开展。同时落实对化学实验员和实验教师的健康补贴,以保护化学教师的工作积极性。
3.3 改革实验教学方法。
作为化学教师,在教学中要改革现行的教学方法,变单纯的老师讲实验为学生做实验,真正让学生成为学习的主人,实验的主人,让每个学生都有锻炼的机会。
一、由已知变未知,激发创新意识
按实验在认识中的作用分类,可分为验证性实验和探索性实验。验证性实验是用实验验证已有结论的正确性。而探索性实验是用观察、记录、分析、讨论来去伪存真、去粗取精,了解事物的本质及其变化根源,把感性认识上升到理性认识。由于学生亲身经历了实验过程对未知结论的探索,激发了学生的思维,培养了学生的创新意识和创新精神。
如讲钠的化学性质时,讲钠与某些盐溶液反应时,用钠与稀硫酸铜溶液反应为例,由于学生已学习了“盐和金属反应的规律性”,认为排在前面的金属钠能把排在后面的金属铜从其盐溶液中置换出来,生成铜和硫酸钠。通过实验让学生仔细观察现象,结果令他们吃惊的是:没有红色的铜生成,而是产生了蓝色絮状沉淀和气体。此时引导学生思考为什么会产生这种现象?并提示溶液中有水存在,很快同学们就得出结论:这是因为钠先和水反应生成了氢气和氢氧化钠,然后氢氧化钠和硫酸铜反应生成了蓝色的氢氧化铜沉淀。这样可培养他们的创新意识,由已知探索未知。
二、最佳组合、突破思维定势
实验不能总局限于某些僵化的思维定势,必须要改革创新,才能达到事半功倍的效果。如用铝、稀硫酸和氢氧化钠制氢氧化铝,学生们能想到的方法有两种:
方法1.2AL十3H2S04=AL2(S04)3+3H2
AL2(SO4)3+6NaOH=2AL(OH)3+
3Na2S04
方法2.2AL十2NaOH+2H20=2NaAL02+
3H2
2NaAL02+H2S04+2H20=2AL(OH)3+
Na2S04
以上两种方法均正确,用的铝与氢氧化铝的量均相等。但方法1中消耗的量都比方法2中的多,还生成较多的副产品硫酸钠。如果按常规思路,即决定用方法2,如果突破思维定势,引导学生能否设计一个更节约试剂的方法,经过引导并实验,结果学生得出:
方法3:用方法1中得到的硫酸铝和方法2中得到的偏铝酸钠进行反应:
AL2S04+6NaAL02+12H20=8AL(OH)3+
3Na2S04
通过比较,同学们发现方法3最佳,能够制得更多的氢氧化铝,这样就突破了思维定势,遗弃了认为较好的方法2,有效的培养了学生的思维创新性。
三、改进实验,拓宽思路
在科学合理的前提下,采用多种手段完成实验,能引导学生多方位观察思考,开拓思维空间,激发创新思维。
如做钠与水反应的实验时,我们采用了从不同角度做多次实验的方法:
1.将一小块钠放入盛水的小烧杯中,反应后滴加酚酞――从侧面观察
2.将一小块钠放入盛有酚酞和水的表面皿中,然后投影显示――从正面观察
3.将一小块钠放入盛有水的试管中,用大拇指捂住管口,移进酒精灯――听氢气的爆鸣声
这样学生情趣高涨,调动了积极性,他们自动得出了结论:
一、通过数学实验,培养学生的创造思维能力
数学理念的抽象性通常都有某种“直观”的想法为背景。作为教师,就应该通过实验,把这种“直观”的背景显现出来,帮助学生抓住其本质,了解它的变形和发展及与其他问题的联系。
如三角形全等判定条件的探索。
课前要求准备好刻度尺、量角器、纸板、剪刀等,课堂上教师先告诉学生今天要研究三角形全等的判定方法,然后请学生按以下程序操作并思考。
(1)画一个三角形,使三个内角分别为40°,60°和80°,画好后将这个三角形剪下,与同学画的进行比较,它们一定全等吗?(不一定全等)
(2)再画一个三角形,使三条边分别为4,5和7,画好后将这个三角形剪下,与同学画的进行比较,它们一定全等吗?
(3)猜想结论 有三边对应相等的两个三角形全等,
(4)学生相互讨论、交流,达成一致的意见。
由于这一判定方法是以公理形式出现的,所以只要学生认可即可,这时,教师提醒学生每个同学得到的结论都一样,这其实是实验证明了结论的正确性。
操作性实验教学不是把数学知识直接告诉学生,而是通过学生动手操作、合作探究获得的,这是一个主动建构的过程,在这一过程中,通过动手操作,把学生推到思维的前沿,把课堂交给了学生,给学生参与实验、自主探索、合作交流的机会,让学生在自主的思维活动中去构建新的认知结构,这样既加强了数学交流,又培养了合作精神,对于三角形内角和定理、SAS、ASA、AAS公理,圆的轴对称性、中心对称性、旋转不变性等内容的教学,都可以采用操作性实验教学法,因此,在数学教学中,应转变过去提倡的教师“教”和学生“学”并重的模式,实现由“教”向“学”过渡,创造适宜于学生主动参与、主动学习的活跃的课堂气氛,从而形成有利于学生的主体精神,创新意识,创新能力健康发展的宽松的教学环境。
二、通过数学实验,突破课堂中的教学难点
对于教学中的一些疑难点,如不借助于一定的实验手段,就不能调动学生思维的积极性,也很难达到预定的教学目标。
案例:我在讲到动点运动轨迹时,为学生设计了一个实验,让每一位同学缓慢移动屏幕上的一个点,计算机保留了这个点移动留下的痕迹,并清晰地展现了点动成线的过程,使学生一“做”了然。再如我在上三角形的三边关系时,我在几何画板上,将三角形的三边测量出来,然后将某顶点设置为动点,让学生在图形的运动变化中观察计算三边的关系,进而得出结论。又如新人教版“轴对称”的教学时,由于学生缺乏对称及反折的有关知识,很难理解这点内容。这时,教师可借助多媒体实验来解决这一问题。操作如下:
平移 对折 旋转
通过实验,学生获得了深刻的感性认识,然后教师通过对实验分析、概括、推理、判断,使学生的认识上升到一种理性的高度:对称轴垂直平分线连接两个对称点之间的线段。这样处理,远比教师空洞的说教效果要好。这样既培养学生的敏锐的观察力,又活跃了他们的思维能力,再让学生进行反思和应用,鼓励学生在日常生活中积极的去发现数学现象,训练学生运用数学知识去解决问题的能力。
三、通过数学实验,激励学生在生活中应用数学
通过数学教学,帮助学生树立数学应用意识是素质教育的一项重要任务,这就要求教师必须创设一种实验环境,使学生能受到必要的数学应用的实际训练,否则强调应用意识就成为一句空话。数学能力是表现在掌握数学知识,技能,数学思想方法上的个性心理特征。其中数学技能在解题中体现为三个阶段:探索阶段、实施阶段,总结阶段。其中探索阶段包括观察、实验、想象。因此在数学教学中应加强解题的教学,教给学生学习方法和解题方法的同时,进行有意识的思维训练,掌握相应的数学能力,形成创新技能。
例如,在学了一些相关知识后,可让学生根据所学知识设计一些作图工具或测量仪器,如制作丁字尺找圆心,制作勾股计算尺等,或让学生制作一些数学模型,如长方体、正三棱柱(锥)等模型;或让学生设计方案并解决“不过河测河宽”、“测操场上旗杆的高度”等问题。如:在一次数学活动课,老师组织学生到野外测量一个池塘的宽度(即图中A、B 间的距离)。例案:在A处测出∠BAE=90,并在射线AE上的适当位置取点C,量出AC、BC的长度,应用勾股定理,得AB 的平方=AC平方+BC平方。请学生给出其他的测量方案(要求画出测量示意图,并简要说明测量方法和计算依据)。
A B
这样,通过学生的整体参与,使学生亲自体验到了思维加工的过程,强化了学生“解决问题”的能力,激励学生多把数学知识应用于生活。使学生认识学习数学的意义,鼓励学生学习成材,并积极参加数学实践活动,激发学习数学的兴趣和成就的动机。
四、通过数学实验,培养学生的唯物辨证观