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关键词:工程电磁场教学;科研项目;教学效果
作者简介:朱希安(1962-),男,黑龙江讷河人,北京信息科技大学信息与通信工程学院,教授。(北京 100101)
基金项目:本文系北京信息科技大学2012年度教学改革立项项目(项目编号:2012JGYB17)的研究成果。
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2014)02-0062-02
工程电磁场和电磁场与电磁波课程分别是电子信息工程和通信工程专业的专业骨干课程。为了使学生能够学好和掌握这门课程,该门课程的教师费劲了心机,想尽了办法,总的看教学效果都不够理想。究其原因,一方面是该类课程的学习的确困难,数学公式繁多,对学生的数学基础要求高,同时电磁场与电磁波既看不见又摸不着,要求学生要有较好的空间想象力,加之教学方法主要以理论教学为主,没有相应的科研课题与之对应,学生得不到感性认知,造成学习该门课程的目的不够明确,学习的积极性和主动性欠缺,影响了后续的微波技术、电磁兼容等课程的学习,甚至影响了考研。为此急需将理论课程的学习与科研项目相结合,探索这类课程教学与实践相结合的方法、具体实施的步骤、理论课与实践课的学时比例等问题,为该类课程的教学改革积累经验,提供第一手资料。
一、本科教学与科研项目结合的优点
1.有效提高学生学习的兴趣和自觉性
工程电磁场和电磁场与电磁波课程的讲授是诸多课程教学的难点之一。在教授该门课程的过程中,经常有学生问老师学习该门课程究竟有什么用?对以后找工作有什么帮助?每当遇到这样的问题,即使老师讲了许多应用实例,学生仍很难得到感性认知。基于上述实际情况,北京信息科技大学专门设立了研究课题。课题以国家科技重大专项中的瞬变电磁场监测二氧化碳专题研究作为基础,从2010级及2011级电子信号工程专业及通信工程专业的本科生中优选5~10名左右的学生参与该项目的具体研究,以求使他们能够提高对电磁场与电磁波学习的兴趣,增加该门课程的感性认识,深刻地理解和掌握本门课程学习的目的和意义,提高学习的自觉性。同时,为探索本课程教学方法和实践教学的改革积累经验。
2.更好地锻炼学生的实践能力、创新能力
科研项目所研究的内容都是本学科、本专业急需解决的问题,具有很强的综合性,并在某种程度上需要创新。学生参与教师的科研项目,利用已学过的知识,在教师的指导下独立地解决问题,可以培养、锻炼独立工作的能力。由于科研项目研究的都是本学科最前沿的问题,学生难免会遇到没有学过的理论或遇到没有涉及的实际问题,这会激发学生的自学热情及挑战困难的勇气和创新精神。科研项目涉及的内容广泛,需要项目组成员间的紧密协作和良好的沟通,在此过程中可以培养学生的团结、协作精神,提高处理问题、解决问题的能力和沟通能力。
3.有利于培养学生的责任意识
科研项目通常是分割成许多相互联系和相互渗透的子课题。学生承担的部分内容是项目的有机组成部分,如果学生由于自身的原因完不成指导教师所布置的毕业设计,某种程度上就会影响整个项目完成的进度。学生迫于这方面的考虑就会增强责任意识,起早贪黑,刻苦钻研,克服困难,完成任务。
二、具体的实施过程和方法
1.学生的优选
在教师的指导下,优选出的本科学生与研究生多次见面、沟通,探讨课题的研究内容、研究难点和与电磁场与电磁波类课程的关系,使学生真正了解所学课程的用武之地,激发他们的学习主动性和自觉性。例如:研究生的研究课题中有:重叠回线装置的水平层状介质的一维正演解释方法研究、中心回线装置的水平层状介质的一维正演解释方法研究、瞬变电磁信号消噪方法研究、中心回线装置的水平层状介质的一维纵向电导解释方法研究等。通过上述过程,从研究生的研究课题中,减少研究内容和研究难度,确定本科生毕业设计题目。例如:瞬变电磁信号小波阈值消噪方法研究、瞬变电磁信号不同小波分解层次消噪对比分析、瞬变电磁信号独立成分分析消噪方法研究、瞬变电磁重叠回线装置均匀半空间视电阻率的研究、瞬变电磁中心回线装置均匀半空间视电阻率的研究、基于小波阈值的瞬变电磁信号去噪方法研究、不同小波基的瞬变电磁信号消噪对比分析等都是从研究生课题中缩减内容和减少难度确定的。
2.指导过程的有效性
学生选定后,对教师而言即开始了教学与研究项目结合、提升教学效果的实践工作。教师从授课计划到教学方法的改进,乃至教学管理部门——教务处的管理模式都应该有相应的调整。整个过程的每个环节均直接影响该项目的实施质量。教师应做到严格要求、整体把握、指导具体、科学有效。
在学生参加课题研究和上课的同时,教师应指导研究生与本科学生做好确定方案,在研究生的指导下查找相关的文献,拟补参与课题研究所需知识的不足,以便学生尽早进入工作状态。文献检索与应用是科学研究的必备能力之一。合理利用文献资料是了解前人成果、避免低水平重复的必要手段。然而,考虑到学生的能力和精力有限,加之大三时学习任务也较繁重,进行大规模的资料检索工作不太现实,笔者的做法是指定部分关键性的专著和论文,要求学生查找和阅读,以便他们迅速进入状态,少走弯路。
3.与考研方向相结合,促进考研率的提高
出于就业形势的压力和继续深造的要求,很大一部分学生要参加考研。由于考研复习外语和数学与参加课题研究的时间有一定的冲突,处理不好会影响学生对参加课题时间和精力的投入。如果能将课题研究与学生的本科毕业设计和考研后的研究方向相结合则可最大限度地调动学生参与课题研究的积极性。而且,如果他们现在所学习和研究的内容就是他们硕士阶段的研究方向,这对于考研的专业课考试和复试阶段的口试都有极大的帮助,因此学生会投入极大的热情和尽最大的努力学好电磁场与电磁波这类课程,高质量地完成毕业设计。例如,笔者2013年度所带的两个学生所作的毕业设计题目是《瞬变电磁信号独立成分分析消噪方法研究》和《瞬变电磁重叠回线装置均匀半空间视电阻率的研究》。由于这两个学生所做的毕业设计的内容既与本人的科研项目结合,也是他们考研后导师的研究方向,在毕业设计过程中两个学生非常地努力,克服了种种困难,出色地完成了毕业设计,毕业设计答辩获得了优秀成绩。同时,考研的专业课成绩和复试的成绩在考生中名列前茅,分别顺利地被北京邮电大学和中科院录取为硕士研究生,所撰写的科研论文经笔者修改后也发表在核心期刊上。通过毕业设计与考研研究方向结合,取得了较好的效果。
4.建立有效的沟通联系制度
参加教师的科研项目研究是锻炼学生各方面能力的一次极好的机会。然而,由于本科生初次接触这类实践性较强的教学过程,难免有些不适应,建立有效的沟通和联系制度显得十分必要。在上课的同时,又要参加科研实践,对学生的要求较高。笔者的做法是建立研究生与学生讨论的例会制度,坚持每周两次研究生与本科学生会面,其中一次为指导教师答疑解惑时间,另一次为详细讨论、总结交流会。每位同学都要在会上对前一阶段的电磁场与电磁波课程学习中所遇到的问题进行总结,并把课程中所学习的内容与研究课题的内容关联,找出课程中哪些是基础知识、哪些是研究课题中遇到的问题以及解决课题某些难题的需要自学和补充的知识,提出来让大家讨论。在讨论时,指导教师倾听、引导和总结,鼓励学生间的自主交流。这样既可实时掌握课程的教学效果和学生课题研究的参与程度及进展情况,也可以使学生间了解彼此的体会,相互促进,形成良好的学习、科研氛围。笔者近几年的实践表明,例会制度是行之有效的,取得了一定的效果。
5.强调规范化管理和检查制度
对研究生指导本科生参加研究项目、促进电磁场与电磁波课程学习的过程要规范组织管理和操作程序,明确责任,理顺关系,制定完善的规章制度,使管理科学化、规范化。在这个过程中,指导教师要督促和指导学生按照规范化的程序保质、保量按时地完成各阶段的任务。具体地讲,每个参加课题研究的学生要写一个实践报告,总结参加课题的收获和电磁场与电磁波课程学习的体会与方法,供本届和下一届学生参考以及教师授课时讲解。
三、收获与体会
本次研究以提高工程电磁场导论和电磁场与电磁波的教学效果为出发点,以国家科技重大专项中的瞬变电磁场监测二氧化碳专题研究作为依托,探索和研究本类课程教学的理论与实践方法,以求通过学生参加项目的实施和研究过程,提高对本门类课程学习的积极性和认清学习与掌握该类课程的重要性以及与后续课程学习(例如,天线和微波课程的学习)、考研、毕业后从事相关领域工作的相关性。通过优选的5~10名2010级及2011级学生参加瞬变电磁场监测二氧化碳专题研究项目,跟踪和评价学生参加实际的研究项目对本类课程学习和教学效果提高的促进作用,使学生能够学以致用,为改进电磁场与电磁波课程的教学积累经验,奠定基础。通过本次实践研究得到了以下几点认识:
理论教学与科研项目相结合是科研成果转化为教学成果的途径,是科研与教学相互作用、促进教学水平提高和学生获取课程内容感性知识的有效手段,有助于提高该类课程学生学习的兴趣和自觉性,提高教学效果。
在本项目的实践过程中可以培养学生的团结、协作精神、责任意识,挑战困难的勇气和创新精神,独立地解决问题的能力和沟通能力等。同时,在项目的实施过程中,结合学生的实际情况,提前开设毕业设计题目,摸索行之有效的毕业设计科学和规范的管理方法、正确指导、有效沟通方法,促进毕业设计的质量提升。此外,在项目的研究过程中,有意识地培养学生对本校的眷恋度,提高考研第一志愿报考本校本专业的比例,提高本专业的考研率。
通过本项目的实施探索课程教学改革的有效途径和方法,形成一套行之有效的管理办法,为该类课程的教学提供示范。
探索学科建设成果转化为本科人才培养优势的机制与途径,在此成果的基础上凝练新的学科方向,促进学科建设。
参考文献:
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[4]宫新保,马伟敏,周希朗.通过毕业设计培养学生的科研能力[J]. 电气电子教学学报,2002,(6):217-219.
[5]付瑞东,崔占全. 关于提高毕业设计质量的几点思考[J]. 教学研究,2003,(4):362-363.
??1999年开始,我国研究生招生规模维持在4%左右的稳步增幅。根据《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020)》提出的目标,到2020年,我国研究生在校生规模将达到200万。届时,基本相当于我国2003年本科毕业生的总量。由于硕士研究生规模上的变化,最初在教育上一个导师带一二个硕士研究生,而目前一个导师带几个甚至十多个学生,导师没有足够的精力去手把手教所有的学生,只能延续采用大学的教育方法“灌输式”教育,出此下策导师们也是不得已而为之。
研究生培养目标最典型的目标是创新精神,因为研究生具备了较系统的知识结构,并且具有一定的自学能力,因此在教育上就要与本科生教育就要有一定的区别。目前,研究生课堂教学最常见的是“灌输式”和“放羊式”教学,显然不适合实现研究生培养目标。鉴于研究生的特点和培养目标,研究生的课程教学应该采取“启发式”教学方式。
启发式教育指教师在教学过程中根据教学任务和学习的客观规律,从学生的实际出发,采用多种方式,以启发学生的思维为核心,调动学生的学习主动性和积极性,促使他们生动活泼地学习的一种教学指导思想。本文针对《随机介质中波的传播与散射》课程具体阐述了该“启发式”教学方法。
二、“启发式”教学实施
1、大纲设计与进度安排
研究生培养目标的核心是创新精神,因此大纲的制定和进度的安排都要考虑这个目标。《随机介质中波的传播与散射》这门研究生课程主要讲授电磁波在随机介质中的传播和散射,该课程要求的数学知识较多,涉及的公式较复杂,并且需要学生具有非常扎实的电磁场理论知识。为了能够让学生顺利地学习,第一章用了6学时,主要讲授该课程的知识结构。第三章内容较多用6学时,第二、四和五章用4学时,2学时的实验实践,随后用6学时进行讨论(第六章涉及最前沿的研究成果,适合创新性讨论)。
2、团队划分与课堂讨论
“启发式”强调学生是学习的主体,教师要调动学生的学习积极性,实现教师主导作用和学习积极性相结合;教学方法关键是因材施教,结合学生本身的特点启发学生的独立思考,发展学生的逻辑思维能力,尽量让学生提出创新思路。因此,在课堂讨论分组及划分团队时要充分考虑同组人员的性格及组员之间的关系,每个小组里最好有一名性格外向的学生(不至于整个小组沉默),同一个小组内的成员避免一个宿舍(很容易闲谈、唠嗑)。组间讨论不但会提高学生的学习积极性,而且会学到“真知识”(讨论出真知)。
授课教师要经常组织同学讨论(使讨论成为一种习惯),每次讨论前要给出一个特定的问题,对于认真思考、积极讨论(哪怕只是态度积极)的学生要给予一定的奖励性成绩(透明度越高越好),建议这个成绩占最终成绩的10%。到本课程第六章时,要以学生自学为主讲授为辅,若有条件最好让每个学生都登上课堂试讲授。这种方法不但能检验学生的自学成果,并且还能锻炼学生的表达能力,是一种非常好的方法。
3、实验验证
由于该课程理论性非常强,单靠教学讲授远远不够。因此,我们采用最新研究成果和经典理论相结合,教师课堂教授与学生自学相结合,学生讨论与实验验证相结合的三结合方法,以达到熟练掌握理论知识,培养创新精神的教学目的。其中,最关键的是理论与实践联系,书本与实验联系。《随机介质中波的传播与散射》这门研究生课程理论性很强,但理论对否最终还要用实验来验证,因此我们准备依托学科科研力量,建设研究生教学实验,并用实验来验证最新科研成果。
4、学习报告及考核
结合本课程的特点,建议学生考核方式如下:
总成绩=讨论(10%)+程序(30%)+学术报告(60%)
讨论不但能调动学生的学习积极性,而且还能锻炼学生的口才(这往往是我国学生所缺少的)。本课程是研究电磁波在随机介质中的传播与散射,虽然是理论研究为主,但是程序计算仿真时不可或缺的,因此建议学生选择自己熟悉的程序语言对理论问题进行编程计算(这也是为学生以后做科研打基础)。论文撰写需要按照期刊论文的标准格式(如常见的《XXXX学报》为模板),论文内容要思路清晰,条理清晰,层次分明并且有创新性。最后,以此学习报告为依据给定成绩,并返回给学生让其知道自己的不足。
关键词:应用化学专业 波谱分析法 课程建设 教学改革 工科
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2014)01(a)-0150-02
近年来,我国教育正在发生在翻天覆地的变化,其中高等教育逐年扩大招生,教育规模也随之迅速扩大,并且正在从精英式教育转向大众化教育[1]。在这个阶段,社会对人才的需求也有了变化,呈现出多样化的趋势,他们更青睐于既有扎实理论基础又有较强实践能力的人才。全国高校中工科院校占多数,是国家培养工程技术性人才的主要阵地。沈阳化工大学是一所以工科为主、多学科协调发展的应用型本科院校,工科占有较大比重。按1999年教育部备案的专业目录,国内多数高校将原来的精细化工专业(工科)改办为应用化学专业(理科),无疑这是工科背景下的理科专业,我们学校也是如此。工科院校的理科专业有别于理科院校理科专业,在保证理科专业的课程设置的前提下,应适当体现工科特色,加强理工结合,培养复合型人才,以适应当今社会的需要。按照教育部“工科院校应用化学专业按理科建设”的要求,沈阳化工大学应用化学专业定位为:培养具有化学基本理论、基本知识和较强的实验技能,具备应用化学和应用分析方面知识,在功能性精细化学品、涂料、农药、催化剂等的研究开发,化工产品分析检测技术,计算机应用等相关工程技能等方面,受到全面的培养和锻炼,在化学或相关科学技术领域理工结合型的高素质应用型人才[2]。我校的应用化学专业是立足于精细化工行业的应用研究型专业,本专业坚持理工结合,协调发展,立足辽宁,面向全国,服务于振兴辽宁老工业基地的人才需要,服务于地方经济社会发展和国家现代化建设。
波谱分析课程是我校应用化学专业本科生的专业必修课程。本课程的教学任务主要讲述紫外(UV)、红外(IR)、核磁共振(NMR)和质谱(MS)的基本理论与一般解析方法及四大光谱的综合解析方法。通过对本课程的学习,学生能掌握有机化合物结构波谱分析的基本概念、基本原理和基本方法,并能应用光谱法对有机化合物进行结构剖析,进一步提高学生识图、解图的能力,最终达到培养学生分析问题和解决问题的能力,为后续课程、毕业论文和今后的工作及深造奠定良好的基础。1986年我校成立精细化工新专业,波谱分析课程为选修课。1999年国家专业目录调整,精细化工专业改名为应用化学专业,在新制订的教学计划中波谱分析课调整为专业必修课,理论学时为48学时。在本学科的发展过程中,先后有10余位教师主讲了波谱分析课,波谱分析课程的建设也得到逐渐发展和完善。作者从事波谱分析教学及相关科研工作已经十几年,积累了一定的教学和科研经验。下面介绍作者在波谱分析课程的教学改革方面所作的一些有益尝试和探索。
1 教学内容力求实用和新颖
波谱分析课程涉及的每种仪器方法都有各自的理论基础、应用范围和研究内容,在教学时容易使课程显得内容庞杂、结构松散,导致学生在学习时容易产生零散、枯燥的感觉。我们在教学中首先明确“波谱”与电磁波的联系。UV、IR、NMR谱学方法都是电磁波与样品分子作用的结果,不同的电磁波作用在分子上,呈现出不同的波谱特征,从谱图产生的原理上理解三大谱学之间的联系。每章的学习首先介绍该波谱方法的原理、仪器类型、介绍其制样方法,然后阐述各类化合物的波谱特征,最后介绍该种谱学方法的实际应用。这样能使学生清晰地把握波谱分析课程的框架,掌握课程内容的重点。同时我们在波谱的应用中引入科研实例,根据我校的应用化学是立足于精细化工行业的应用研究型专业,在解析实例中引入功能性精细化学品结构解析,激发学生学习兴趣,注重理论与实际的有效结合。这门课的最终目的是提高学生解析谱图的技能,我们在学生掌握了各类谱图的基本规律之后,通过大量的科研实例使学生增强感性认识,掌握解析各类化合物谱图的基本特征,使学生所学知识得以巩固。
2 教学手段多样化
(1)计算机辅助教学改变了传统的、枯燥的教学方式,他用生动的声音、图像展现动态的视频,让学生身临其境,耳目一新。他的运用能够达到传统教学方式无法达到的效果[3]。现代多媒体计算机辅助教学,已成为最具潜力的教学模式。在教学中合理的运用计算机辅助教学系统的过程中,不仅可以利用讨论式、启发式等教学手段,还可以制作电子课件、教学大纲、电子教案,并且可以通过网络进行答疑,及时了解教学反馈,和学生进行互动等为一体的局域网教学平台,这样可以做到无限的延伸我们的课堂教学,变学生的被动接受为主动参与,真正成为课堂的主人,满足不同学生的不同需求。
(2)坚持以优秀教材为主,多种其它教材相结合的方法,并不断的更新现有的教材,使得课堂所要教授的内容更加丰富,并能够为学生传授本学科最新的知识,并借鉴其它学科好的教学方式方法,使得抽象的知识更容易被学生理解和接受。根据学科发展,先后更新了多套课程教材,最初使用重庆大学出版社的《波谱分析法》,其优点是由浅入深,体系较完整。缺点是教材中部分内容过于陈旧;后来使用华东理工大学出版社的《波谱分析法》,其优点是具有先进性和前瞻性,缺点是教材起点高,难度大,书后练习题难度偏大。目前选用面向21世纪教材,邓芹英主编的《波谱分析教程》,该教材较适合我校扩招后学生的实际情况。
关键词:微波技术;教学改革;措施
随着科学技术的发展,微波技术的应用已渗透到了科学领域的许多方面,如无线通信、全球定位系统、雷达以及电子和计算机工程学科中。因此对于电子与信息工程类专业的学生来说,微波技术课程的开设是必不可少的。
一、微波技术课程特点
《微波技术》作为通信工程、电子工程、电子信息以及微波等专业的重要专业基础课,是在学习了《电路基础》和《电磁场与电磁波》等课程基础上深入研究微波领域的重要科目,其内容丰富、概念抽象、理论性强、对数学方法的依赖性强,教与学都有难度。微波技术课程主要包括传输线理论和圆图的应用;微波网络基本理论、S矩阵及其特性等方面。在讲解波导理论时以简正波理论为线索介绍矩形波导的物理构成及其工作原理,其场结构在三维空间分布,因而要求学生有一定的空间想象能力和抽象思维能力。而课程涉及到的多由理论均以麦克斯韦方程组为理论依据,其中重要的结论推导都离不开高等数学和复变函数的知识。由此可见,微波技术课程教学难点主要表现为课程理论性更强、内容复杂而抽象、分析方法多样、对数学知识要求较高[1-3]。
二、微波技术教学中存在的问题
通过对以往教学过程中出现的情况,结合本专业特点,发现《微波技术》课程的讲授过程中存在以下几个问题:
(一)在现有的教学过程中,往往过于偏重理论教学,而实践教学所占比重较小;仅是按照课本简单设计教学计划,将基本的、重要的概念、原理、方法在有限的课时教学中教授给学生,而缺少介绍微波技术的发展前沿,因而学生课程学习意义不明确。
(二)由于该课程需要大量的先进仪器设备,而有限的学科建设及科研经费造成实验室先进仪器设备相对匮乏,导致学生缺少开放式教学环境。
(三)教学方法相对于其它课程比较传统,网上教学辅导与课堂教学难以有效结合;对学生的考核仅限于分数的高低;在课程建设过程上未能引进国外先进的教学理念、教学方法及教材,未能及时更新配套的实验教材,使学生不能在多层次、开放式的教学环境下学习。
三、微波技术教学改革的实践探索
针对以上教学中存在的问题,认为从以下几个方面对《微波技术》教学改革进行探索:
(一)注重合理利用教材,配套实验教材。以教材更好地适应当前教学的需要为目的,对教材在保留原有经典基础理论的同时,增加新的理论和实用技术;结合当前微波技术的发展,增加的新型微波元器件的原理和使用方法介绍。
(二)不断更新课程内容,提高学生学习兴趣。微波技术课程内容比较抽象,学生在学习中不易建立概念,也会因怀疑课程的实用性从而减少学习的动力。因此,应多注重对于课程内容实际应用背景的介绍,比如介绍未来移动通信技术中的射频技术等,以提高学生的学习兴趣。
(三)将实践性教学与启发式教学相结合。本课程紧密结合实际,教学中应加强实验教学环节。为节省设备经费,采取硬件平台与软件辅助相结合,学生实际动手操作与演示相结合的方法,开发基于仿真实验平台的实验内容,从测量微波的基本参量入手,将“电磁场与电磁波”实验与“微波技术”实验有机结合,使学生加深对书本知识的理解。
(四)积极改革教学内容组织方式。基础理论教学方面,教学内容以讲授基本原理、基本方法为主,使学生了解基本理论知识,掌握重点、难点问题,在讲授该课程时,把重点放在基本概念和基本原理的解释上;实践课程教学方面,结合理论课程教学内容,精心设计典型的实验范例,利用实验室拥有的微波仪器设备,进行微波系统基本参数的测量;实践环节教学方面,主要包括课程设计和毕业设计,让学生利用所学的知识,培养学生的实践技能。
(五)开展互动式教学与研究式教学。开展互动式教学,在授课过程中,鼓励学生提问,每一章结束后都进行分组讨论,培养学生的独立思考、分析问题、解决问题的能力。开放式、研究式的讨论,使学生总结归纳所学内容,用一条龙“串”起来,写出“小论文”形式的学习笔记。这些措施促进了学生的积极性和自信心的提高,帮助学生克服了畏难情绪,增强了对自己将来从事微波科研工作的兴趣和信心。
(六)坚持推进优师建设,加强教学经验与资源的总结、研究与推广,实现科研与教学的融合,不断优化教师队伍结构,全面提高任课教师水平。
(七)积极进行网上教学改革试验。充分利用利用网络教学来补充课堂教育,将网络教育与课堂教育有机地融合起来。
(八)设计教学信息调查表和听课记录表。调查表在课程结束时使用,听课记录表由课程教学负责人教学过程中随机听课时填写。对负责人每学期听课次数定量化,并要求分别对相关教学环节进行评价。根据学生填写的调查表和负责人填写的听课记录,分析教学过程中所存在的问题以及教学改革与创新的效果,为教学研讨和教改指明方向。
一、利用工具软件构成探究学习的辅助研究工具
(一)利用多媒体培养学生非智力因素
多媒体课件课堂容量大,能极大地提高课堂教学效率,可以将声音、图像、文字、动画同时并举,刺激各种感官。鲜艳生动的图像如临其境;卡通人物、动物的喜闻乐见;动静图像的分解、移动、定格、结合;物理过程的动态表现;物理情景的模拟仿真;再加上点、线、面、体的闪烁提示,思维过程的可视性和鼓励性语言等,使知识变得生动、有趣、思维过程清晰可见。我们还可以课件中很方便地插入体现代科技的图片或视频录像,如在“失重和超重”中加一段“神六”宇航员在飞船员中做空翻的视频,在“平抛运动”过程中加一段飞机投弹的视频,这大大地激发了学生的浓厚兴趣,唤起学生强烈的求知欲。
(二)制作动画来展现动态的、抽象的物理过程
课堂上一些无法用实验演示的宏观的、微观的极快的极慢的物理过程,如天体运动过程及规律、分子的热运动、波的传播与叠加、干涉与衍射、爱因斯坦的相对论时空、氢原子的发光机理等,由于条件有限难以通过实验向学生直观展示,学生感性认识不足,理解不深。但我们可以利用动画进行逼真模拟,灵活地放大或缩小场景,将这些物理过程生动形象地展现给学生,使学生认识加强,理解透彻。
对一些可以用实验演示但无法揭示其本质规律的物理过程的剖析,如带电粒子在电场磁场中的加速、偏转、回旋时所受力的动态分析,电感应中磁通量的变化,电磁波的产生、光电效应中光子与光电子的运动等等,这些物理过程包含了大量人眼看不到的变化因素,讲解较为困难,运用动画可以将这些不可见的因素通过形象化的仿真和模拟来展现,起到化无形为有形、化抽象为形象、降低思维难度。像螺旋测微器、游标卡尺、分光仪、万用表、示波器等仪器在讲解结构或应用时,有的刻度示数过小,有的拆装不便,不方便课堂教学,用动画可以把小的变大,不能拆的一点点分开,能让学生清楚了解仪器的结构及使用。
(三)利用工具软件能直接辅助学生进行探究活动
探究活动总有较多的数据需要处理,常用的处理方法有计算列表法、图像法,当数据间的关系比较复杂时常采图像法,如高一课程中的s―t图像、v―t图像 、自由落体中的s―t2图像、研究牛顿第二定律的a―F图像,a―m图像等等,利用 电子表格(Excel)和几何画板(GSP)能快速准确地画出各种图像,在几何画板上画图还可以直接得到直线的斜率、面积、截距等,便于学生从大量的数据中现问题、研究问题并得出结论,使探究活动更有效率。