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在教学的过程中“照本宣科”。就算是物理实验教学,也有部分教师依照教材所示方法给学生讲解和演示,或要求学生依照其事先拟好的方案进行实验,这完全违背了培养应用型人才的要求,也影响了教学质量。导致这种现象出现的主要原因是教师素质不高。有些教师因忙于科研工作而忽略了教学,有些教师则是因为专业基础不扎实,缺乏创新精神导致难以引导学生顺利进行实验或创新课堂教学方法。成绩考核体系不科学。现大多数地方应用型本科院校的大学物理课程考核多是采取笔试成绩为主、实验成绩为辅的方式,其中实验成绩主要包括学生平时的实验报告和实验过程中的表现。但很多学生的实验报告只是在网上搜索的,有些甚至是抄袭的,而学生在实验过程中的表现教师也难以全面了解;笔试又多是考理论知识,难以全面、客观地反映学生的真实学习情况,在很大程度上打击了学生学习物理的自信心和积极性。
二、地方应用型本科院校大学物理教学改革措施
培养应用型人才既是现代社会经济发展的必然需求,也是本科院校立足于教育市场的有效方法。大学物理是很多地方应用型本科院校的必修课程,这门课程可帮助学生打好扎实的专业基础、提高学生的科学素养及创造性思维能力。[3-4]因此,地方应用型本科院校大学物理教学现存在的问题必须解决。第一,更新教学内容,实施“模块组合”教学。教学内容是学生获取知识的主要来源之一,不同教学内容的组合是激发学生学习兴趣的一种手段。首先要更新教学内容,将最新的前沿成果融入教材当中,让学生了解所学知识与实际生活的联系,使其认识到大学物理在社会生活中所发挥的作用。如在讲波动光学时可引入激光、光信息、光刻等方面的技术知识,联系生活中常见的光盘记录、激光防伪等技术,使学生感受到物理知识与实际生活有密切的联系,对物理产生浓厚的兴趣。此外,大学物理的课时有限且多为公共课,不同专业的学生对这门课程的需求也不尽相同,教师要恰当地选择教学内容,将其模块化,并科学、合理地进行组合,实施“模块组合”教学。如将大学物理中相对独立的质点力学、刚体力学、振动和波、热学、电磁学、波动学列为纵向模块,将近代物理及物理应用归为横向模块,这样可以根据课时安排或不同专业的培养目标组合各模块,让学生既能学到物理知识,又能提高逻辑分析能力及应用能力。第二,改善教学方式,联系实际应用。传统的教学方式难以触及学生兴趣点,导致课堂气氛沉闷,教学效果不佳。教师可以采用探究式教学法、实验教学法、演示教学法等方式,活跃课堂氛围,激发学生学习的积极性和主动性。如在讲“红限”时,因其概念抽象,教师可用演示实验的方法,用不同强度的红光照射于金属钾电极表面,都不会产生任何光电流,但用绿光进行照射却有光电流出现。通过这个实验,学生很容易就能理解“红限”的概念。此外,为加强学生的实际应用能力,教师应将课堂教学与实际应用相联系,激发学生兴趣,引导学生将所学知识应用于实际生活当中。如在讲“霍尔效应”时,可引入新闻“量子反常霍尔效应”,这样不但增长了学生的课外知识,而且通过前沿问题的反应让学生了解到大学物理在实际生活中的作用,使学生乐于深入探索物理知识。第三,提高教师职业素养,加强教师教学能力。教师在教学的过程当中起主导作用,教师的职业素养是影响整个课堂效果的主要原因之一,要想提高教学质量就必须提高教师的职业素养,加强教师的教学能力。为此,可让教师进入专业的培训中心进修,转变教师的教育理念、改善其教学方式、端正其教学态度。另外,借助教研活动让教师在授课之余了解最新的物理科技动态及科研成果,丰富教师的物理应用知识。鼓励教师加强自身的创新能力,在实验的过程中深入思考新问题,这样才能为学生树立榜样,激发学生的创新热情,培养学生的创新思维。第四,完善成绩考核体系。成绩考核是对学生学习成果的检验,成绩考核的方式在一定程度上影响成绩考核的结果。为全方位、客观地考查学生的学习成绩,教师可采取多元化的考核方式,根据实验的不同层次采取不同的考核方式。如针对基础实验可采取实验成绩加笔试成绩的考核方式,其中实验成绩包括预习成绩、实验过程中的表现及实验总结报告三方面。通过考查学生的预习成绩可提高学生学习的主动性;实验过程中的表现考查学生的动手能力和综合素质;实验总结报告考查学生的数据分析及处理能力。另外,通过笔试成绩可清楚地了解学生对理论知识、实验原理、操作步骤的掌握程度。这种考核方式是改善了传统的考核方式,全面体现了学生的综合素质及能力。
三、结语
[关键词]独立学院 大学物理实验 实验内容 评价方法
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437(2013)09-0121-02
大学物理实验是理工科专业的必修课,是理工科大学生入门的实践性课程,在提高学生的综合素质和创新能力上具有其他课程不可替代的作用。尤其是对于以培养高素质应用型人才的独立学院来说,开好大学物理实验课尤其重要。然而多数独立学院照搬母体院校的大学物理实验教学体系,没有考虑到学生自身的特点和培养目标的要求,没有实现因材施教,效果不太理想。
一、独立学院大学物理实验教学现状分析
首先,教学内容陈旧,选择和编排缺乏特色。目前,很多独立学院的大学物理实验教学基本是封闭的,多沿承母体院校多年不变的教学体系,内容缺乏现代性,跟前沿科学的新理论、新技术严重脱节,不利于激发学生实验的兴趣,阻碍了他们的学习积极性,不利于创造性科学思维方法的形成,不利于创新意识和能力的培养。
其次,独立学院大学物理实验项目的设置多以经典物理中的验证性试验为主,设计性、综合性的实验严重不足。这主要有两个方面的原因:其一,验证性实验设备造价相对便宜,课程开设成本较低;其二,学生理论基础有限,综合性、设计性实验项目难度较大,可能使学生无法很好地完成。但是过多的验证性实验不能激发学生进行深入思考,预先得知实验结论,会导致学生失去自己研究探索的兴趣。
再次,大学物理实验课程与普通物理理论课程脱节,与学生所学专业脱节。很多独立学院大大压缩了普通物理的课时量,加上学生本身的基础有限,教师在讲解时往往对实验内容压缩讲解,或者干脆不讲解。而且,实验课和理论课往往独立开课,存在脱节现象。另外,由于实验设备、师资等限制,各个专业所开设的大学物理实验项目往往也是统一的,没有考虑到学生所学专业的特殊需求,在物理实验中鲜见与专业紧密相连的实验内容。
最后,传统授课方式较为被动,学生学习积极性不高。当前,绝大部分独立学院的物理实验教学方式较为统一,即课前预习、课上教师讲解实验原理与实验步骤,学生独立完成实验同时观察实验现象并记录实验数据,课后进行数据处理和分析、得出实验结论并撰写实验报告。由于课前没有看到实验仪器,学生在预习时基本是机械地照抄书本上的实验原理和实验步骤,疏于思考。在课堂教学中,多是以教师为中心,师生互动较少,学生也只是照着教材上的步骤方法进行实验,甚至实验表格和部分数据都是事先设计好的。学生在实验中缺少思考和探索,这制约了他们发现、分析和解决问题的能力,容易让学生产生物理实验不能使自己学到真正的技能的想法,从而产生厌学情绪。
二、独立学院大学物理实验教学改革措施
(一)改革教学内容,优化实验项目
在教学中,笔者发现大部分学生能够认识到大学物理实验课程的重要性,而且多数学生对实验课程感兴趣,这给我们的实验教学改革提供了根本动力。我们首先要做的就是改革教学内容,合理安排教学项目,增加实验项目与学生专业的关联度,以适应独立学院的应用型人才培养目标。在设置实验内容时,我们应该根据当前物理学的发展方向,及时更新教学内容,把当前实用型的新技术和新技能融入实验项目中,如利用霍尔效应制作磁控开关、利用等厚干涉实验检验表面粗糙程度,等等。我们的实验教学内容应该由浅入深,有梯度,具体的实验内容应该包括绪论、预备实验、基础实验、综合实验、设计实验。为了节约教学成本和让学生接触更多的近现代实验,还可以引入仿真实验,利用计算机仿真软件来模拟实验环境,弥补学院昂贵的近代实验仪器设备不足的缺陷。
另外,还应该根据学生所学专业的培养目标,结合不同专业的课程特点,设置不同的实验项目和内容。例如,对于机械专业的学生,要侧重开设力学和电磁学的实验;针对电子类专业的学生,要侧重开设电磁学的实验;针对信息专业的学生,要侧重光学和电磁学的实验,等等。这样可以更好地配合学院的专业课教学,为学生的专业学习奠定一定基础。
(二)改革教学方法,注重师生互动
由于大学物理实验是全院理工科学生的必修课,所以在一般教学中,实验都是实行大循环模式。实验课和理论课一般都是单独开课,因此理论和实验往往存在不同步的现象。在有限的实验课学时内,为了让理论基础较差的学生能更好地理解实验原理,应该在实验教学中引入多媒体技术,通过图文并茂的课件帮助教师授课。而且应该实现实验室的开放,让学生能够在实验室里实现对照实验仪器的预习。
另外,还应根据不同的实验内容体系,采取相应的教学方法和手段,实施分层教学。学生进入大学后的第一次实验课――绪论课的教学,应该侧重教师的主导作用,以教师讲授为主,让学生掌握物理实验课的程序,了解和掌握基本的实验数据处理方法,引导学生入门。预备实验课上要以学生动手为主,帮助学生温习中学阶段的某个实验,熟练绪论课上学到的数据处理方法。基础实验的教学主要是对学生进行实验基本方法、技能和科学素养的训练。此时教师要讲清楚实验原理和要求,重点突破实验报告的撰写要求等,并参与到学生的实验过程中,适时给予指导,帮助学生养成科学实验的习惯。综合性实验阶段,学生已经具备一定的基础知识和技能,教师应该给学生更多独立思考的机会,强调学生的主体地位。设计性实验教学阶段往往是对整个课程的总结和考核阶段,主要考查学生实验技能的掌握程度及创新和动手能力,实验报告也往往是以小论文的形式出现。
(三)改进器材教材,提高实验效果
很多独立学院的大学物理实验教材都跟母体院校一致,或者选择其他院校的现有教材,然后根据自己学生基础勾选一定的实验项目。这虽然也能够完成教学,但是由于不同院校的实验仪器参数并不完全一致,学生在具体操作中容易混淆。再者,教材中往往规定了详细的实验步骤和方法,学生大部分都照搬教材上的程序来做实验,缺少独立思考的空间。因此,教师应该结合本独立学院的学生特点,参考其他大学物理实验教程,编写校本实验教材。在教材编写过程中,可以将一些已知的步骤有意去掉,给学生预留一定的思维空间,突出重点内容,以启发学生去思考和研究。独立学院也要在资金允许的情况下及时更新实验设备,添置近现代实验仪器,以提升实验课程对学生的吸引力。实验指导教师和实验技术人员也要打开思路,将实验室现有资源合理整合,开发出更多、更新、更具吸引力的实验项目。
(四)改进评价方法,促进学生发展
传统高校的课程评价基本上都是根据期末考试成绩来判定学生对课程的掌握程度的,即使参考平时表现,平时成绩和期末成绩的比例一般不高于4:6。但鉴于大学物理实验课程是一门操作性很强的基础实践课程,而独立学院的学生基础相对薄弱,有些学生组织纪律性不强,我们把平时成绩与期末成绩的比例提高到6:4。按照学生平时的课堂表现及实验报告撰写情况给出平时成绩,具体包括出勤情况、实验认真程度、课堂回答问题情况、实验数据处理情况、课后思考题回答情况等。期末成绩则包括两方面,一是答题,主要涉及实验误差理论、数据处理、实验技术等方面;二是动手操作,采用抽签的方式让学生独立完成做过的一个实验项目,或者分成小组完成一个设计性实验。实践表明,通过这种考核方式的改革,能够督促学生重视平时的学习和表现。
三、结束语
独立学院的目标是培养高层次的应用型本科人才,这给我们的实验教学带来了契机和挑战。我们只有根据学生的自身特点,不断更新自身教学观念,更新教学内容和方法,充分调动学生的学习积极性,创立可持续发展的实验教学模式,才能改变目前独立学院物理实验教学困境,提高实验教学效果,为学院人才培养贡献应有的力量。
[ 参 考 文 献 ]
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关键词:大学物理实验;大众化教育;教学改革;科学素质
中图分类号:G424.31 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2012)04-0131-03
大学物理实验课是提高大学生创新能力和综合素质的重要课程[1],其目的是通过实验指引学生深入观察各种物理现象,丰富和活跃学生的物理思想,激发学生的学习兴趣、想象力、创造力,引导学生了解实验在物理概念的产生、形成和发展过程中的作用;学习近代物理中的常用方法、技术、仪器和知识,进一步培养良好的实验习惯以及严谨的科学作风,使学生获得一定程度的独立开展科学研究工作的素质和能力。这对培养学生的学习积极性、实验技能、实事求是、严肃认真的科学态度和科学方法及学生的动手能力、创新意识、思维能力、探索精神、分析问题和解决问题的能力等方面有着不可替代的作用。我国的高等教育已进入了大众化阶段,高等教育已由传授知识为主转变为提高实践能力、加强素质培养为主。现今我国的人才市场需求现状,一方面是一大批没有受过应有的工程技术训练的毕业生难以就业,另一方面是企业又难以找到大量急需的实用型人才[2]。在校学生数量大幅度增加,但在培养过程中却脱离了实际需求,学用脱节是当今我国高校教育在人才培养上存在的主要缺陷之一,导致学生实践动手能力差,而社会对有较强实践能力的应用型人才的需求日益增大。培养应用型人才离不开实践教学,实验是实践教学的重要组成部分,这需要我们切实加强实验课程的教学,以满足社会发展对农业类人才的需求。
一、农业院校大学物理实验的教学现状
受学校性质的影响,农林院校的大学物理实验课课时量普遍偏少,与学生的专业知识结合太少。课堂教学一直沿用传统的封闭方式进行,将系统的物理实验被孤立地分为几个模块,打破了他们间应有的理论联系,阻碍了学生用整体的眼光系统全面认识地认识物理学知识。由于条件有限,简单的验证性项目过多,而能锻炼学生自主思维能力的综合性试验和设计性试验项目过少,造成学生所学的知识不能很好地融会贯通,从而无法灵活应用知识、突破创新[3]。这很容易让学生觉得大学物理实验只是验证理论课堂上的一些简单结论而已,严重打击了学生的学习热情。加之教学方式不合理,通常都是教师在学生实验前将实验原理、仪器使用、注意事项、实验内容和数据处理等全部详细介绍给学生,并进行完整的实验示范,然后由学生按照老师的讲解及操作演示进行实验操作和实验数据的记录,最后完成实验报告。很显然,这种教学方法注重实验过程这样一种形式,但却忽略了实验方法训练,唯恐学生不会,老师几乎把实验过程中涉及到的一切都已详细介绍给学生,没有给学生留下任何自由思考的空间,学生只需模仿重现老师的操作过程,而不需思考即可完成实验。显然,这种培养方式起不到培养学生观察问题、分析问题并解决问题的能力。长此以往,很容易使学生养成惰性,需要学生自己思考解决的地方也依赖于老师来解决。这种教学方式违背了由浅入深、循序渐进的认识规律。其后果是学生只能机械地进行操作、记录和处理数据,对学生的学习积极性、主动性、创新性都是一种扼杀,达不到开设这门课的真正目的。在当前大众化教育背景下,如何充分发挥农业院校的特色,培养出经济社会发展所需的合格应用型人才,迫切需要我们对大学物理实验的课程体系、内容、方法等进行了全面的改革。
二、农业院校大学物理实验教学的改革
1.改革传统的全盘讲授式的教学方式。传统大学物理实验教学以老师的“教”为中心,而不是学生的“做”。老师将一切都全盘教给学生,而没有顾及到学生的理解吸收与循序渐进的认识规律。学生似懂非懂,整个实验过程基本上是在模仿老师的操作演示,很难达到培养学生观察问题、分析问题与解决问题的能力。整个课堂呆板、沉闷,学生缺少主动学习的积极性,教学效果差。这种教学方式忽略了学生认知过程中的主观能动性,束缚了学生的思想火花,致使学生的实际动手能力和独立思考能力得不到培养,限制了对学生创新精神和创新能力的培养[4-5]。教师的职责是要教会学生如何学习,促使学生在“学”的过程中发现问题,分析问题并加以解决,使知识转变成自身的能力,而不是将自己的知识全盘施加给学生,正所谓“授人以鱼不如授人以渔”。在教学过程中需要发挥教师引导作用,更要充分体现学生认知主体作用,这需要我们突破传统教学的束缚,转变教学观念,改革传统的教学方式,采用新颖的、能激发学生学习热情的新型教学方式。教学方式因人而异,难以一概而论。比如说,根据循序渐进的认识规律,将所涉及到的知识分成几个模块,采用分阶段式的教学方式,根据实验的进程,需要用到哪些知识,老师再适时地给予讲解,这样更有助于学生的理解吸收。具体地来说,课程教学与学生的专业相结合,根据生活实际引入教学内容。将实际生活带入课堂,可充分调动起学生的探疑积极性。在此基础上,适当分析讲解相关知识点,介绍相关物理量的测定,引入实验课题。针对待测的物理量,对学进行提问:用什么方法来测量?如何侧量?有何注意事项?然后学生开始进入有目的的预习。让学生带着疑问预习,更能加深其印象,便于理解吸收。预习完后,老师又可通过提问来了解学生的预习效果,对学生还较为欠缺的部分老师再加以解释,让学生充分理解。在此过程中结合实际情况进行简单的非完整的操作示范。此后,进入学生自主实验阶段。第三阶段,在学生操作过程中,老师要密切注意学生的具体实验过程,了解其操作是否规范。遇到学生提问时,不应直接告诉学生该如何操作或直接帮学生调节好实验仪器,而应引导学生分析,如按不正确的或不规范的方法进行测量时会有什么影响?能否测出所需结果?利用反面教育更能警示学生,深化正面效果[6],促使学生加深理解。鼓励学生小组内部多讨论,相互促进。最后在检查实验结果时,改变以往只满足于实验数据的正确与否,更应注重于实验过程中学生的实际操作和创新思想,帮助学生分析误差产生的来源,让学生每次实验后都有真正的收获。数据对了,为何对了?错了,错在哪?当场给出实验成绩,让学生体会到成功的喜悦,快乐学习。
2.淘汰“铁箱”类实验仪器。随科技的发展,实验仪器也越来越集成化,出现很多铁箱子封起来,实验仪器只是一个简单的操作面板。利用这类设备进行实验教学时,像是使用傻瓜相机一样,只需要简单按几个按钮即可,虽然减少了繁琐的实验操作过程,但学生对于仪器构造、实验的设计思想、实验现象如何来、实验误差的产生等却全无所知。高等教育不是为工厂的生产线培养仪器操作工人,而是高素质的现代化科技人才,因此,需要淘汰这种“铁箱”类的实验设备。比如说“霍尔传感器测磁场”这个实验,学生所做的只需连几根导线然后摇动尺子,按键记录数据,而对于学生想知道的磁场的激发、霍尔效应的观察、如何判断半导体霍尔元件的导电类型等都被铁箱包裹起来,拒人于门外。这里不是说磁场的测量这个实验不重要,只是这类仪器在当前环境下不适用于应用型人才的培养,应采用其他更明了的仪器来进行测量。相反,如在用落球法测量液体的粘滞系数实验中,学生可观察到整个实验过程的变化,可以让学生感觉到自己是在真正参与实验,实验结果是自己的劳动成果,而不是像“铁箱”类仪器自动给出的。而且,这类需要全程动手的实验仪器更能激发学生的学习积极性,真正地学到了物理实验方法和知识技能。比如在实验过程中没有规范操作,将产生很大的实验误差,这迫使学生去仔细观察、认真思考,促使学生运用理论知识来进行分析。为什么释放小球时手不能抖动?根据受力分析,因为是跟重力相比较,而重力的受力方向在竖直方向,所以要想正确测出液体的粘滞系数来,小球需要在水平方向上不能有速度,否则会影响粘滞系数的测量,产生误差。而在确定小球的尺寸时,可使学生对比观察不同大小的球放入液体后对液体内部的影响,加深了解粘滞系数的概念,真正理解流体力学中斯托克斯公式的适用条件。这样,才能充分发挥物理实验课程的优势所在,促使学生认真参与进来,全方位地提高学生的实验技能和综合素质,达到培养学生的动手能力、思维能力和创新能力的目的[3]。教学过程中我们需要充分使用学生多动手的实验仪器,而不是坐在仪器旁等数据自动出来。经调查,大部分学生并不喜欢利用这类仪器进行的实验,而更愿意操作需要自己多动手的仪器。再比如拉脱法测量液体的表面张力系数实验,也需要学生的全程参与,无论是吊环的水平调节,还是液膜的提取都需要学生认真操作,仔细观察。这类仪器不能给出相应的实验结果,一切都只能靠自己的操作去获得。而所获得实验数据并不一定就正确,还需要认真分析、甄别。比如,测量过程中电压表读数开始一直在增大,但在液膜破裂前却又逐渐减小。这给学生提出了疑问,电压值应该取哪一个?最大值?最小值?或是很多实验教材上所说的液膜断裂前一瞬间的值?由于老师并没有指定侧哪个电压值,这就迫使学生缓慢操作,认真观察液膜形态的变化。由于在吊环从水中拉起过程中受表面张力的影响,液膜沿吊环内外表面逐渐往下滑,形成上窄下宽的形状。继续往上拉,将会使液膜最终滑落到吊环端面下,此时液膜表面近视垂直于水平面,电压达最大值。继续上拉吊环,液膜中央逐渐变窄,使得电压值又逐渐缩小。通过认真观察,学生都能准确地认识到应当取电压最大值。实验不是为了测量机组数据,简单验证下相应的理论知识,或测一个什么物理量,关键是从实验中去获取新的知识,去发现问题,去解决问题,从而切实加强自身的综合素质。这种仪器可让学生多动手,真正参与进来,体会到科学实验的过程,切实掌握好相应的知识。
3.充分利用演示实验。演示实验是指为配合教学内容由教师演示的实验,它是课堂教学内容的有益补充与诠释,能帮助学生建立相应的物理图像。它能化抽象为具体,化枯燥为生动[7],直观地表达物理学的思想和方法,把一些难以直接观察、经历或体验的物理过程形象生动地展示在学生面前,使学生透过现象体会理论,从形象理解抽象,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[8]。在具体的实验课程教学过程中可充分借助于演示实验的直观性、易操作性来进行辅助教学,有时一个简单的现象胜过千言万语,更能促进学生的理解。比如在液体粘滞系数的测定实验中,可在课堂上利用气体的内摩擦演示仪来进行演示实验,让学生直观地观察流体的内摩擦现象,充分理解流体黏性的作用。在具体教学过程中,要重视演示实验,适当添加一些相关的演示项目,使教学内容更加丰富,使学生的眼界更加开阔。再比如,在静电场的描绘实验中,引入“怒发冲冠”演示实验,不但将抽象的静电现象形象生动地展现出来,激发了学生的学习兴趣,加深了对静电概念的理解,而且还让学生体会到物理实验的乐趣。
人才培养的思路必须要适应社会的发展,在大学物理实验教学过程中,我们必须根据具体的教育背景,由原来的封闭型教学方法由向开放型教学方法转变。摒弃以往教师主导一切的落后教学方式,通过采取阶段式的教学方式,与学生的专业需求结合起来,牢牢吸引学生的学习热情,极大地激发学生的学习潜能,提高课堂教学效率。让学生充分参与进来,而不是被动地机械重复教师的演示,切实加强其自身能力的锻炼,激发学生的创新意识,切实培养学生严谨的科学思维能力和创新精神,培养学生理论联系实际、分析和解决实际问题的能力,特别是与科学技术的发展相适应的综合能力,适应我国经济社会对应用型人才的要求。
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