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本文就信息技术与物理课程教学的整合,结合自己物理教学的实践谈谈以下几点看法。
一、“课件”向“积件”思路发展,探讨物理学科整合新方法
在计算机辅助物理教学这个领域里面,市场上已有相当数量的物理教学软件可供购买,但能够真正适用于教学的软件却不多,教师自制课件的水平又不高,容易造成“低水平重复”的现象。在此阶段上,寻求计算机辅助教学软件开发和应用的新路子──积件思路应运而生。其指导思想是:“课件”向“积件”发展,工具型、资料型、开放型的教学平台已成为计算机辅助教学软件的发展方向,它包括带有学科特色的平台和多媒体资料库。教师稍加培训就能够自如的运用它们来按自己的意愿制作课件,紧密配合自己的教学过程、为课堂教学所用,在真正意义上,实现计算机辅助教学。。
例如在物理学科平台方面:《CSC电子备课系统》初中物理版、天翼全景多媒体教学软件高中物理版都是面向教师设计的新一代大型集成化多媒体辅助教学软件,集众多教育专家和优秀教师的科研成果及教学经验于一体,为教师提高教学质量、探索新的教学模式和方法提供了丰富的资料和必要的教学手段;又如《青鸟师友多媒体课件开发平台》,是一个基于Windows操作系统,集声音、图形、图像、文字于一体的多媒体课件开发工具;再如几何教学平台的“几何画板”不仅适用于几何教学,而且也适用于物理教学中的力学课程,它界面简单、容易学习、直观好用,因此这样的软件很受老师的欢迎。以上四个多媒体计算机辅助教学软件开发平台,就很好的体现了“积件”思想。
在多媒体资源处理方面,物理作为一门信息技术邻近学科,物理教师应该成为信息技术与学科整合的先行者。如今许多物理教师都在Internet上建立了自己专门的网站,并把以网页浏览的形式制作的CAI课件、教案、论文等放在该网站中,同时还可以把其它网站已有的课件通过Internet的超级链接功能揉合到自己的CAI课件里,以“搭积木”的形式,把在教学实践过程中制作的每一个课件链接起来,通过长时间教学的积累,逐步建立一个完整的教学课件体系。反之,其它教师也可通过网络共享自己的CAI课件,克服了传统的“软件包”形式的课件不能共享的缺点,提高了课件资源的利用率,充实了网上物理学科资料库,形成网上物理学科联盟,实行资源共享。此外,教师和学生可以在任何时间、任何有网络终端的地点,通过Internet网络来访问这些网站,进行物理教学的探讨和巩固性学习。
因此,运用“积件”思想,走素材资源库和制作平台相结合的新思路,是软件开发和应用走出目前困境的有效途径。学科教师应根据教学实际,运用“积件”思想,充分利用现有条件下的网络信息资源素材库和教学软件,以及相关的CD、VCD资源,从中选取适合教学需要的内容来制作自己的课件,从而适应不同教学情境的需要,彻底改变教学软件在设计、开发和使用上的相互割裂的局面,使CAI在课堂上的运用走出低谷,朝着信息技术与物理学科整合这一更为广阔的方向发展。
二、电脑模拟,发挥物理演示实验、虚拟实验室的功能
1、信息技术与物理实验教学整合,发挥演示实验作用
物理是一门以实验为基础的学科,实验教学和演示实验是中学物理教学的重要一环。丰富多彩、生动有趣的实验是物理实验教学的特点,利用实验课不仅可以让学生记住某些相关结论、实验步骤,而更为重要的是能够使学生透彻理解并且完全掌握产生实验结论的过程。在普通物理课堂的演示实验中,由于受到常规实验仪器本身的限制,实验效果常不如人意。而通过多媒体技术模拟实验的辅助,模拟一些重要的,但在现实实验环境下难以完成的一些物理实验,则可弥补常规实验仪器的不足,提高物理实验的演示效果。
如本人在做凸透镜成像规律实验时,先用常规仪器按传统实验方法进行演示,由于常规实验仪器的限制蜡烛在光屏上所形成的像随着物距的变化而变化的这一现象不是很明显,致使学生对凸透镜成像的特点不甚理解,并产生迷惑。此时我改为采用多媒体技术进行凸透镜成像规律模拟实验,演示物距从无穷远至小于焦距的整个实验过程中物距、像距和像的变化的情况,整个模拟实验过程流畅、直观、明了,从而使学生对该实验有了一个清晰完整的认识。由此可知通过信息技术与物理实验整合,可以突破常规实验仪器的局限性,所以我们应当充分发挥信息技术的特长,对那些难以观察到的、复杂、困难的实验进行模拟和提供帮助,成为常规实验的补充,并把两者结合起来,使实验教学上升到一个新的层次,从而有助于学生发现规律、获得知识,提高学生的科学文化素质和实验技能水平。
2、在网络技术环境支持下,发挥学生自主探讨性实验作用
在传统物理实验室,一方面由于怕发生意外和造成实验仪器的损失,有许多实验室规章制度,对学生诸多限制;另一方面由于实验环境和实验条件的限制,实验结果往往和物理理论不一致,甚至出现相反的数据,这一切无不暴露出了传统实验室的弊端。
让学生在网络环境下进行虚拟实验室操作,以自主模拟实验为基础进行多媒体教学,则可以解决这一难题。如笔者在上传统电学实验课时,通常会告诉学生,电流表的接线柱不能接错、电压表不能超过量程,电池组不能短路。很多实验不允许学生自己操作,这些规定无形中扼杀了学生的创造性思维,而有些学生自主意识很强,常常会进行一些“地下操作”,最终损坏了仪器。然而,须知这些“破坏性”强的学生实际上也是动手能力、创造能力强的学生。在网络环境下,倡导学生自主探讨性实验,既可保护仪器又能培养学生的创新能力,并能把很多传统实验做不到的效果一一再现。如本人曾在网络环境下采用“仿真物理实验室”虚拟电学实验室软件(在线版网络软件),实现网络与物理学科教学的整合。学生在网络技术环境进行多媒体实验操作,通过网上人机对话,学生可以一边操作一边在网上畅游,获取新知识,或与其他同学交流。如果学生在网络虚拟实验室遇到问题,就可以通过网络从其他同学那里获取相关信息,进行讨论,让学生自主学习,并自主观察模拟实验,从而掌握学习成果和学习方法。
这种虚拟实验室为学生提供了全方位的开放性的操作环境,使学生在课堂上实现了在虚拟世界的真实体验。信息技术与物理实验教学整合,能够培养学生自主模拟实验、观察实验,并归纳、总结,抽象成所需知识的能力,从而学会学习,使学生主动地获取物理知识,发展能力,并促使他们建立科学的世界观。
三、充分利用网络资源,增进教学效果
进入网络时代后,网络环境为学生提供了丰富的知识库、资源库,网上的资源开发和利用已成为一个现代教育工作者必备的信息素质。网上资源具有信息量大、更新快等特点,例如:中国中小学教育教学网()教育资源库物理学科、广东教育资源网()资源中心物理学科、中国物理教育网()等可谓是一间完整的中小学数字资源库,它为我们提供了同步教学、优秀课件等多种资源,且处于动态的更新之中。通过下载这些优秀课件、优秀习题再作进一步的组织、加工就能设计出适合自己风格的课件来。
本人在进行初二第十二章第一节浮力教学时,须向学生解释浮力产生的原因。我先设想一个立方体浸没在水中,它的6个表面都受到水的压力,它的左右两侧面、前后两侧面,受到的压力都是大小相等、方向相反,互相平衡,只有上下两面由于深度不同,受到的压强大小不同,压力也因而不相等。浮力的产生是由下表面受到水的向上的压力和上表面受到水的向下的压力差,但如果使用语言和文字向学生讲授向上和向下压力差时,学生理解起来比较抽象,难懂,对整个过程反映比较茫然。所以我通过在中国中小学教育教学网()物理学科课件库网站下载相关课件解决这一难题。该课件以动画的形式慢镜头表示前、后、左、右的压强、压力相等,小木块保持不动,但加载上、下表面压强、压力时,小木块慢慢向上移动,同时超级链接浮力大小的推导公式录相。活泼的动画效果、直观的图形,快速有效地激发了学生的学习兴趣,收到了良好的教学效果,学生很轻易就攻破这一难点,同时为讲授下一节阿基米德原理做好理论基础,而这一切都是传统教学很难做得到的。总之,让学生在生动、形象的环境中进行学习,由此达到事半功倍的作用,也就能很好地提高课堂教学效果。
信息技术作为最先进的教学媒体与物理学科整合,不但深化了物理学科教学、加大了学科信息容量,而且提高了课堂四十五分钟的教学效率。
四、扩大信息来源,提高教学水平
1、了解物理学科发展时事形势、把握教学动态:
我们通过Internet在官方权威网站上查看有关物理发展动态,可以做到在时事政策上紧跟形势,在物理学科教学时作出及时调整。物理作为一门理科学科,大量的习题是必要的,但订购的习题集往往又存在着题型偏旧、信息过时的缺点,这对于学生习题更新、掌握中考的习题形势是不利的。为了克服这一缺点,我们可以充分利用Internet这一信息资源,从网络如中国中小学教育教学网()上的物理试题中心、中国园丁网()试题集锦栏目和其他一些重点中学网站试题库上下载最新的试卷、搜集物理相关试题,用来给学生作为测试题和平时练习。实际情况证明:这些题目题型新颖、信息准确,对于启发学生的思维,开阔学生的视野有着很大的帮助。
2、增进学习交流、提高教学水平
网络的交互性给物理教师互相学习交流提供了机会。教师可以一方面利用电子邮件与有关专家进行交流,学习前沿的理论知识,获取名教师的经典教案;另一方面还可以参与网上的教师继续教育和参与一系列教育门户网站的教育论坛,如在中国名师教育网()我们可以与重点学校的名师专家探讨物理教育应培养怎样的人才,在中国园丁网()、中国物理教育网()的教育论坛我们可以与各地的同行探讨物理教学中遇到的问题以及对物理教学改革的看法,通过网上学习交流,实现资源共享,达到提高教学水平的目的。
我们通过信息技术与物理课程教学的整合,激发了学生对物理学科的学习兴趣,课堂上参与意识很强,对知识的理解掌握程度较理想,尤其是实验教学,学生的实验理解能力、动手能力均取得了长足的进步。实践证明,信息技术与物理课程教学的整合能鞭策我们教师去进一步完善课堂教学,使教学过程更具有科学性,帮助教师在课堂上更合理地掌握和利用时间,吸引学生的注意力,使学生在课堂上接受和掌握更多的知识,提高物理课堂教学的效率。
随着信息技术和物理学科教学整合的发展,将信息技术引进教育领域将给学生、教师、学校带来一个新的教学模式和新的契机,但同时也应看到,信息技术和物理教学整合是一个新兴事物,还有许多问题需要我们去研究、探索。但我们确信信息技术在和学科教学中整合中将大有作为。
参考文献:
【论文摘要】大学物理课是高校实施素质教育的一门重要课程。传统的理工科物理必修课过于强调“理论性”、“系统性”、“逻辑性”、“应用性”,使物理学教育的育人功能不能充分发挥。因此有必要针对非理工科学生开设大学物理选修课来弥补普通物理教育的不足。本文对开设大学物理选修课的教学目标、教学内容、课程体系、教学方式和考核方式进行了分析和探索,有利于高等院校非理工科专业大学物理教学的实施。
在科学技术突飞猛进,人类已步入知识爆炸、高科技和信息时代的今天,随着我国经济的发展、市场的繁荣,高等教育面临着如何适应社会主义经济建设和社会发展的人才需求这一问题,首先是一个转变观念的问题。过去在教育教学过程中长期形成的一种潜意识的观念,现在已经基本得到澄清,越来越多的人们认识到:大学本科要立足于培养复合型人才,而不是培养专家,本科教育主要是打好科学文化素质基础,尤其是培养学生自主获取知识和自我发展的能力。[1]
物理学是各门自然科学的基础,其研究问题、解决问题的思想方法适用于一切科学研究。正如伟大的物理学家费曼所言:学习物理学,就是要学习怎样由未知进到已知的科学求知方法,就是要学习如何尝试和纠错,就是要学习一种普遍的自由探索的创造精神。大学物理课是高校实施素质教育的一门重要课程。传统的理工科物理必修课为了培养研究和应用型人才,是为理工科学生后续课程学习打基础,所以很强调“理论性”、“系统性”、“逻辑性”、“应用性”,并且有统一的教学大纲和采用统一闭卷考试。受此制约,物理学教育的育人功能不能充分发挥。因此有必要针对非理工科学生开设大学物理选修课来弥补普通物理教育的不足。大学物理选修课对体现科学教育与人文教育的融合,特别对提高非理工学生的科学文化素质起着重要作用。
一、大学物理选修课教学目标
大学物理选修课程教学内容并不是理工科物理教学内容的缩减,不能把大学物理选修课程体系当作理工科物理体系的缩影。大学物理选修课的教学目标主要是力图使学生在有限的时间内了解物理学的基本内容,即物理学研究的是什么;培养学生独立探求知识的探索精神;提供当代大学生必不可少的现代观念和思维方式;开拓视野,让学生了解物理学前沿;了解现代科学技术的物理基础;了解物理学与社会、环境、能源等方面的关系,物理对人类社会文明的进步有什么贡献与影响;了解科学家创造性的工作特点和研究方法,获得科学方法论的教益与启迪。
二、教学内容和课程体系
针对这一目标,大学物理选修课的教学内容和课程体系应通过身边的物理、生活中的物理以及工程技术中的物理直到最新科学动向(如高温超导、纳米材料、反物质世界等)导入物理基础知识,应强调:
1、定性与半定量,对计算能力要求不高[2]
由于非理工科学生的数学基础普遍不高,因此为了让此类学生对表现物质世界的运动规律有明确直认识,应采取定性、半定量及适度的定量方法来阐述物理学的概念、理论和规律。注重教学内容中的语言描述,降低物理学科中的定量要求,给出清晰的和较宽阔的物理图像、科学观点和思维方法,并注意将研究方法、思维方法渗透其中,以使学生既学到知识又领会了方法。[1]
2、增加物理学史的讲授,帮助学生正确理解物理原理和物理概念
每一个物理概念、每一条物理定律的形成都离不开当时的历史条件,都少不了物理学家的科学思想的逻辑发展和历史行程。回顾这些物理概念、物理定律的逐渐建立的历史过程,可帮助学生正确理解概念的内涵,正确运用物理定律来解决实际问题。
3、从哲学角度考察物理学的思想根基古代物理学的理论形态实质上是自然哲学,它是未分化的包罗万象的知识体系,把自然界当做一个整体而从总的方面来认识它。从16世纪起,自然科学开始从哲学中分化出来,物理学开始了它的近展时期。作为科学的世界观和方法论,辩证唯物主义哲学在物理学研究过程中发挥着重要的作用。辨证唯物论认为,世界上一切客观的东西都是永恒的运动和变化的,它从不把自身的理论当做一部不变结论的汇集,而看做是同样必然地要不断发展变化的斗争。这样的思想贯穿在物理学里,如:物理规律是普适的、场是运动变化着的、物质具有波粒二象性、能流是有方向的等等。
4、物理学方法论
在物理学的发展过程中,无数物理学家对物质世界的物理现象和事实进行科学实验和科学思维,在建立物理概念、揭示物理规律的同时,逐渐形成了一整套研究物理学的科学思想和科学方法,从而产生了物理学方法论的科学。物理学的方法论是介于哲学原理和物理学理论之间,对物理学探索和物理学理论的建立和发展起指导作用的普适原理。课程中应向学生介绍研究物理学的行之有效的科学方法,如观察和实验、科学的抽象、理想实验的方法、类比的方法、假说和模型的方法、归纳和演绎相结合的方法、数学公理化的方法等等,培养学生多维化、系统化和信息化的科学思维方式。
5、内容广而新
覆盖面要广,除了介绍物理现象、物理规律的产生、发展、应用,更要阐明物理规律之间的相互联系、物理学与其它学科的交叉发展和物理规律在生产实践、生活实际和科技革命中所起的重要作用。当今世界科学技术迅猛发展,信息量扩大,知识更新速度快。物理学在近生了重大革命,出现了许多新的技术科学,并在实践中获得了重要应用。因此课程要充分体现近代物理学的内容以及当今某些物理前沿内容及其重大应用,以便学生对最新的物理学理论、应用及科技发展动态有一个全面的了解,这对学生的知识、能力、素质的培养来说,是十分必要的。三、教学方式与考核方式
1、教学方式
大学物理选修课不是进行系统的物理学理论知识学习与研究,而是从欣赏的角度,以科普的形式,力求轻松、有趣,侧重身边物理、生活中的物理及趣味物理,以消除学生的恐惧心理,这样学生渐入状态,学习的兴趣和主动性会被激发和调动起来。在教学安排上,可以不强求系统性,不严格遵循物理学发展的顺序,而是根据一些起源于物理学、现在已渗透到各学科甚至人文学科的概念、方法和技术开设若干专题讲座,如航天技术、能源技术、信息技术、材料科学、物理学在医学中的应用、地球系统、环境科学等。[3]
大学物理选修课的主要对象是非理工科学生,不需要讲授繁琐的理论推导过程,故传统的“边板书、边讲授”的方法不适用,而应尽量多地采用多媒体教学手段[4]。教师要花费大量时间学习和阅读文献,收集和制作课件、图片、flas、音像影视资料,做到音像图文并茂、生动直观、引人入胜地传递教学信息,以便取得较好的教学效果。
2、考核方式
与强调“理论性”、“系统性”、“逻辑性”的理工科物理不同,大学物理选修课可以不采用解题、统一闭卷考试的方式来考核学生的学习情况,而可以采取多元化的考核方式:让学生查找文献撰写专题论文;撰写读书报告、课程心得体会;由学生独立完成演示实验或自我设计探索性实验;甚至分组研讨某些物理问题或口试答辩等等[5]。
物理学是研究自然界最普遍规律的科学和最成熟的自然科学。当今世界科学技术以前所未有的速度发展,不同学科、不同专业领域相互交叉、相互渗透和相互融合的趋势更加明显。这要求课程结构要趋向综合化,文理要相互渗透。开设大学物理选修课可以弥补普通理工科物理教育的不足,对非理工科学生融合自然科学与人文科学的知识结构具有启迪思维、萌生感悟、提供思想方法、树立创新精神和提高科学文化素质的促进作用。【参考文献】
[1]徐婕,詹士昌,杨建宋.加强文科专业学生的科学素质教育[J].浙江工业大学学报(社会科学版),2005,4(2):180-184.
[2]周雨青.东南大学文科物理教学改革的反思[J].高等工程教育研究,2000(2):89-92.
[3]何晓燕,陈小凤,李侠.大学文科学生物理通识教育问题探析[J].成都理工大学学报(社会科学版),2006,14(4):95-97.
目前工程类的专业基础教学主要有两大模式:1)以课堂教育为主,结合多媒体教学模式,以音频和视频(动画模式或记录短片的模式等)进行理论教学[4];2)理论和实验教学相结合的方式,将部分学时分配到课堂实验教学以及学生动手实验教学两个环节进行理论和实践相结合的教学[5-9]。模式1)使得课堂教学的理论内容更加丰富多彩,涵盖的内容更加广泛,但是由于课时数有限,在顾及了教学广度的同时,教学深度不能得到有效的保证。在某些极端的情况下,学生上课时看各种物理现象觉得好玩,下课后却对课堂上学习的具体知识茫然无解,当对具体的问题进行讨论分析时更是一头雾水,不知道从何下手。在这种情况下,如果学生能够发挥主观能动性,在课后深入地学习课本上的知识,并阅读其他补充教材进行印证补充,那么就可以完全解决深度问题。为了让学生在课后对课本上的知识进行进一步消化巩固,通常采用加大课后作业的手段来督促学生进行自主学习。这种以课后习题敦促自学的方法对部分愿意自主学习的学生具有非常好的效果,能够在经历了课堂上相对比较宽泛的知识点以后对每一个知识点进行巩固学习;但是,对于缺乏学习主动性的学生来说,课堂上种类繁多的知识点和课后枯燥机械的习题形成的反差使得他们不知从何下手去完成课后作业,学生通常在不同的知识点和不同的公式之间疲于奔命,难以进行清晰有效地理解和探讨。模式2)将实验教学加入到理论教学中,部分解决了理论和实践问题之间的差距,使得学生可以更加直观地理解课堂上某些知识点相关的物理现象,但是这种教学方法有以下3个不可避免的问题:1)不论是课堂教学实验还是实验室学生自己动手的实验,都需要相对比较多的时间进行铺垫准备,在有限的教学学时内无法针对每一个重要的电磁学现象都安排相应的实验内容;2)由于实验室相对较少,设备以及维护费用相对昂贵,通常无法满足每个学生的教学需求;3)实验教学通常只针对可以用简单的实验手段实现的知识点,而且实验设计的前提是这些知识点相关的实验必须是可以直观地进行现象观察的。这些限制条件决定了符合实验教学的知识点缺乏全面性。可以说,投入的时间和财力都不少,但是涉及的知识点却不够全面。课程设计这个教学形式早已存在,但是一般情况下仅仅作为课堂教学的一个实践性补充,并未提到特别重视的位置。目前,计算机和网络的普及情况为课程设计提供了另外一种思路,即数字化的课程设计方法。随着计算机和网络技术的飞速发展,高校大学生需要在具备一定专业知识的前提下学会使用与本专业相关的商业软件,如电子信息专业的学生需要了解并学会使用的商业软件有编程软件Matlab和VC++等,仿真软件HFSS和ADS等。而这些相关软件的学习和使用,通常不会专门开课来进行学习,因为这本来就是学生为了提高自身就业优势和提升专业技能而需要学会的自学课程。因此,在课堂上引入一部分和本课程本专业密切相关的商业软件的使用技能,不但不会成为学生学习过程中的负担,反而是他们乐意学习并且去掌握的技能。综上所述,为解决前文中提到的在教学过程中的问题,同时结合目前的教学环境和学生的自身专业素养,本文提出了应用商业软件进行课程设计的思路,即针对教学中需要掌握并深入剖析的知识点设计课程设计的内容,让学生在商业软件平台上建立并仿真电磁学的模型,利用学到的知识对相应的物理现象进行观察和规律分析。
2课程设计实例
课程设计是教学设计中的一个环节,针对一个目的或者一个内容进行有计划、有结构的系列活动。对电磁场理论相关的课程教学而言,课程设计的内容需要针对教学中比较难理解的、比较抽象的,或是需要对知识点进行综合讨论的内容来进行设计。因此,课程设计环节在“电子工程数学方法”“电磁场与波”以及“微波技术基础”课程的课堂教学中,对理论教学和实践教学相结合的重点环节进行了设计和讨论。由于商业软件平台可以模拟相对理想的实验环境,并且在观察物理现象时也不必拘泥于实验装置和物理实现方法困难的问题,在课程设计题目的设计上,可以选择尽量涵盖本课程大部分知识点的题目进行仿真设计,或者根据学生在学习过程中需要进行直观化理解的物理现象进行设定。如在本科第3学期,在学生对电磁波/场的概念还处于力线的范畴,对电磁波在导波系统中的传播规律还没有进行具体学习的前提下[10]开设“电子工程数学方法”课程,学生对为何要求解泛定方程,为何要加入边界条件等原因并没有一个具象化的认识。尽管在课堂教学中提出求解定解问题就是泛定方程和边界条件以及初始条件的结合,学生也只是机械地记住了这个说法而已。在这个前提下再提出如何求解波动方程和泊松方程等方法,学生也只是迷茫地在几个特殊形式的方程中机械地求解而已。课后常有学生反映:“为什么就学这几个方程”“这些方程求解方法到底学了有什么用”等等问题。这些问题给一个答案并不难,难的是学生就算听懂了答案,还是不知道其真正应用在何处。因此,在这门课的课程设计题目是用软件HFSS实现对矩形波导管的仿真,在求解矩形波导管主要模式的基础上设定波导管的尺寸,并观察其主模的电场、磁场以及壁电流分布。整个课程设计内容里并没有提到用什么方程来求解,也没有说用什么方法求解。学生拿到题目以后需要自己去思索:这是一个有关波导管的工程问题,这个工程问题相关的物理现象是什么,描述这个物理现象的数学公式是哪一个,为了能表达出波导管内部的场分布,必须要求解定解问题,那么与之相关的边界条件又是什么。这个课程设计的内容立足于定解问题的求解,而且是直角坐标系下波动方程的定解问题的求解,计算上并不复杂,难的是理论上的理解。学生普遍反映虽然课本上早已做过了类似的题目,但是他们还是去查了一些相关的教科书,还在网上寻找资料,最后发现其实求解的就是他们学过的东西。这就是理论和工程应用相对照的一个过程。同时,通过这次课程设计,学生普遍反映他们对HFSS这个商业软件的建模方法和仿真手段有了相对深入的了解,对波动方程和亥姆霍兹方程的推导和求解认识深刻。“电磁场与波”是针对本科第4学期的学生开设的课程,其主要内容涉及静态电磁场和时变电磁场的基础理论知识[11]。学生在前修课程大学物理中学习了很多关于静态场的知识,空间中电磁波的传播行为和状态是一个全新的内容,需要学生花更多的时间来学习波在空间中的传播情况。而课堂教学中,描述波的情况时一般用正弦波来描述(动态多媒体描述的时候也一样),这种描述方法和机械波完全一样,学生在学习电磁波时通常以机械波为原型来进行理解,这种理解方法使得他们在学习驻波、行驻波时出现困难。因此对这门课的课程设计题目做了如下设计:利用编程软件Matlab实现对下述物理现象的建模,并实现电磁波在全空间中的变化情况。一均匀平面波从半无限大自由空间(z<0的区域)入射到一介质分界面(介质存在于z>0的半空间),介质的电参数为εr=4,μr=1,σ=1,分别对以下情况进行建模:1)线极化波垂直入射到介质分界面;2)平行极化波以入射角θ(θ<θc,其中θc为临界角)入射到分界面;3)圆极化波以入射角θb(θb为布儒斯特角)入射到分界面;针对上述3种情况,分别描述入射波、反射波和投射波在空间中的变化情况,并标明各波的能量变化。学生经过这次课程设计后,首先会对使用Matlab进行编程设计有一定的了解,能够用Matlab进行电磁波的动态显示。其次会学会利用其他工具主动学习在课堂上难以理解的物理现象,这有助于学生在以后的学习中能够主动利用现有的编程软件或者商业软件平台进行知识探索。最后,学生在进行编程建模仿真的过程中强化了知识点的学习。课程设计包含了电磁场与波这门课程中关于平面波的传播、平面波在介质分界面上的变化、不同的极化方式在通过介质分界面时和入射角之间的关系等等问题,知识点囊括了电磁波在无界/半无界空间中的传播问题,而这也是本课程中有关电磁波问题的重点学习内容。“微波技术基础”是一门具体涉及微波器件的课程,不同的器件有不同的电性能和参数设计方法,不同的传输模式在同一器件中也表现出不同的特性[12],因此要设计一个相对全面的课程设计比较困难。针对不同的知识点进行了不同的课程设计题目的设计,例如:1)针对波导腔体中的模式问题,进行了模式分析编程设计;2)针对谐振腔和微扰理论,进行了谐振模式和微扰后的谐振情况建模仿真讨论;3)针对左手结构材料的概念,进行了左手/右手结构的功分器设计,以此讨论两种不同结构下电磁波的传播和器件表现在外的性能;4)针对磁材料的特性,进行了极化扭转波导仿真设计。通过这些课程设计,使得学生在学习不同的微波器件性能的同时,对微波器件的设计方法、性能和其中的电磁场分布有了更加深刻直观的了解和认识。
3结束语
综上所述,在计算机完全普及开来的大学课程学习中,在电磁波理论相关课程的课堂教学中利用课程设计敦促学生利用编程软件和商业仿真软件对相关知识点进行模型化仿真和现象分析,有助于进一步加深学生对知识点的纵向和横向理解掌握,丰富课堂教学的形式,使得学生对理论的理解更加清晰,对理论对应的工程应用了解更加明确。这对于目前的大学本科学习来说,是一个非常有利的学习手段和方法。
作者:骆无穷 王园 唐璞 潘锦 单位:电子科技大学
参考文献
学习了《课程标准》(实验稿)以后,对其中的某些理念有所了解,但还不深入。我对其中的几处做了深入地思考,在头脑中渐渐形成了清晰的印象。
一、关于“自主、合作、探究”的学习方式
“自主、合作、探究”这种方式不是单指学习语文“教材”的学习方式,而是指学生学习任何形式语文材料的学习方式。它应该贯穿学生学习语文的全过程,甚至贯穿学生一生的学习。
“自主”应该是学生真正意义上的自由。学生可以自由选择自己的学习方式,学习进程,学习伙伴、学习问题。当然在课外的自由度比课堂更宽,在课堂这个有限的时间里,也要给学生最大的自由,可以给学生随时发表意见、随时提出问题的权利。要坚决打掉教师暗中操纵的那只手,把学习的主动权交给学生。其实,只有这样,学生才会真正知道学习是自己受益,学习是自己的事情。否则的话,他就会认为学习就是为老师服务的。为了教师能完成任务,为了老师顺利地获取某种奖励……,“自由”的程度决定了学生参与学习过程的主动性和积极性。
“合作”并不是几个人围在一起随便说上几句的代名词。形式很容易做到,把桌子或拉开或合拢,几个人凑成一堆,但真正意义合作却不容易。“合作”的基础是分工,没有分工就不能谈合作。“分工”对学生来说,首先是独立。“合作”学习的范围也不单是课堂上,它包括学生课内外的一切学习。
课堂上“合作”学习的基础是学生独立读书,独立思考,有自己的见解以后再去“合作”。在“合作”的过程中,每个人都要阐明自己的观点。这种“合作”是给别人提供思考的材料,也是从别人那里获取经验,得到启发。使每个人在“合作”学习的同时,能加深理解,提高认识,获取深刻的体验。这个合作更可以是全班的交流,是生与生、师与生之间的交流。在语言交流的过程中,在“思维火花的碰撞中”,大家对所讨论的问题有更明确的认识,获取知识,感悟方法,同时获得极大的情感满足。
其他语文实践中的“合作”会更加地充分和自由,学生可以自由选择合作伙伴,就共同关注的问题去进行研究。这个伙伴可以是教师、同学、家长以及其他任何人。“合作”的分工可以明确,也可以“暗中”设定。在分工的同时,共同研究,寻找解决问题的途径,最后争取获得良好的效果。
“探究”,应是学生在语文实践中获取知识、方法、情感体验的过程。探究的可以是文章的思想、内容,也可以是词句之美、景色之美,情感之美,意境之美,也可以是学生感悟学习过程、领悟学习方法的过程。“探究”更重要的还不是结果,而是探究过程本身,然后获取探究的乐趣,培养小学生主动探究的意识。“探究”的不仅是思想内容,更有方法、情感、态度,内容是浅层次的,而其他是深层次的,是更有探究价值,也更容易激发学生探究兴趣的。因此,要引导学生去探究发现文本所具有的更深层次的“美”,获取更有价值的东西。
二、关于教师的地位
原来的课堂是师本位,一言堂,后来是一问一答,群言堂,但仍是师本位,再后来重视学生的主体地位,让学生主动参与学习过程,看起来教师退位了,但整个过程仍是教师的暗中操纵,所以仍是师本位。
从学习的意义上来说,教师首先是学生学习的伙伴。这应该是本质的关系。教师是学生的伙伴,这样二者的关系才平等。教师才能站在学生的立场上,根据学生学习的情况做好自己的工作。并且时时刻刻地配合学生,真正为学生的学习着想,从学生的学习的角度上去设计教学。不至于为了自己的教学设计而非让学生配合自己,出现本末倒置的现象。老师只有把自己当作了学生学习的伙伴,才有可能真正地为学生服务。做学生的知心朋友,与学生同悲共喜,教师才能有投入,与学生同呼吸共命运,才有可能把自己的作用发挥到极致。站在合作者的平等的地位上,学生才会从教师那里获取平等的意识,主动的意识,参与的意识……
其次,教师和学生是朋友关系。特别是在课堂以外的生活中,教师不是高高在上的“师道尊严”者,而是学生的知心朋友,是可以倾诉包括学习在内的任何内心体验的人,教师是理解、支持学生的人,是温暖学生心灵的人,是慰藉学生灵魂的人。
再者,教师是指导者、引导者、辅导者,学生不能领悟的,在生活中解决不了的,需要教师帮助的,教师在鼓励的同时,给予学生以帮助,使他们走出学习的“困境”、心灵的“困境”,获取更多的乐趣。
所有这些,都是教师的“服务地位”决定的,教师不是高高在上的指挥者,而是为学生现在学习和今后学习服务的人。
三、关于语文实践
在《课程标准》中没有给语文实践下准确定义。它是这样说的:“语文是实践性很强的课程,应着重培养学生的语文实践能力,而培养这种能力的主要途径也应是语文实践,不宜刻意追求语文知识的系统和完整。语文又是母语教育课程,学习资源和实践机会无处不在,无时不有。因而,应该让学生更多地直接接触语文材料,在大量的语文实践中掌握运用语文的规律。”“沟通课堂内外,充分利用学校,家庭和社区等教育资源,开展综合性学习活动,拓宽学生的学习空间,增强学生语文实践的机会。”我认为“语文实践”就是学生学习“语文”的行为或过程。只有把学生的课内学习定位在“实践”的角度上,才能真正地把学生当作学习的主人。学生既然是“实践者”,他们就必定要参与整个的语文学习过程,一切的听、说、读、写活动的主角都应是学生。教师只能是学生学习的伙伴和学生学习的组织者、引导者,否则的话,学生无法参与到实践中来,过去那种以教师讲为主、问为主、操纵为主的课堂,剥夺了学生进行语文实践的时间和空间。
“语文实践”决定了学生在学习中的地位。同时也要求教师把学习的主动权交给学生,这样“自主、合作、探究”的学习方式才有可能真正地在语文课堂上得到应用,学生才会形成“自主、合作、探究”的意识。为“课内外联系,校内外沟通,学科间融合”的理想打下必要的基础。
课外的语文实践应是学生在“自主、合作”的基础上,探究发现自己感兴趣的问题的过程。可以是一切与语文有关的活动。学生可以通过读书、访问、参观、上网等多种形式的亲身“实践”,锻炼自己搜集整理信息的能力,培养自己发现问题,解决问题的能力。当然,课外语文实践的重要组成部分还是读书,学生通过大量直接地接触语言材料,在不断地阅读实践中,感悟读书方法,体验语文所蕴含的更深层次的美真实、扎实的“语文实践”是全面提高学生语文素养的有效途径。在实践中发现,在实践中体验,在实践中获得。充分、大量的“语文实践”,不仅使学生获得知识和能力,而且能在过程中感悟方法,在过程中,获得情感的体验,在过程中陶冶学生的性情,提高学生的审美能力,为学生树立良好的人生观和价值观创造条件。
当然“语文实践”是一种理念,而不是一种方法,既然是理念,那么它的表现形式就会有千千万万。但永远不要忘记,“语文实践”姓“语”,叫“实践”。
四、关于“词句训练”
《课标》中关于词句是这样讲的:
“结合上下文和生活实际了解课文中词句的意思,在阅读中积累词语。”(低)
“能联系上下文,理解词句的意思,体会课文中关键词句在表达情意方面的作用。能借助字典、词典和生活积累,理解生词的意义。”(中)
“积累课文中的优美词语、精彩句段及在课外自读和生活中获得的语言材料。”(中)
“能借助词典阅读,理解词语在语言环境中的恰当意义,辨别词语的感彩。”(高)联系上下文和自己的积累,推想课文中有关词句的意思,体会表达效果。”(高)
从低、中、高三个年段可以看出,是这样三种层次:
1.了解(意思)——理解(意思)、体会作用(语言环境中的恰当意义)——推想(意思)
2.积累(词语)——积累(词语运用
从这种层次的设置中,可以看出,语文阅读教学应该重视词句的训练,并且应该是两条线,一是理解,二是积累和运用。《课程标准》中谈了很多的理念,知识和能力是最基本的理念之一,词、句作为语文的重要组成部分应当给予充分地认识。否则,谈过程和方法,谈情感态度、价值观是不可能的。词句是语文这座大厦的根基,学生的其他语文能力发展的同时,必须重视词句的理解,积累和运用。
安徽省于2006年秋季全面进入高中新课程实验。不应忽视,新课程改革的大块阵地在农村普通高中学校。由于教育资源配置的不均衡,如教学设施设备、生源质量等,农村普通高中学校的改革将更艰难。在条件受到很大限制情况下,农村普通高中学校的物理教学实践如何有效展开,以及对新课程背景下高中物理新课堂教学和传统课堂教学的区别,新课程标准下高中物理课堂教学的任务,高中物理课堂教学有效实施的目标、途径和方法还不太清晰。课程改革的关键在实施,而实施的关键在课堂。受传统知识本位、考试本位的影响,物理教学尽管改革不断深化,课堂的人文性有所加强,但物理教学效率低下的现状没有得到根本性变革,“教什么”和“怎么教”两个问题都没有得到解决。在一种取向于功利,止步于文化的教学生态背景下,课堂教学改革的动力机制仍然缺失,物理学科的特色难以凸现。在新课程实施的具体过程中,我们的物理课堂教学将面对大量的矛盾和困惑,没有形成科学的共识。因此本课题旨在探讨农村学校的高中物理课堂有效教学的基本形态和实施,寻找结合农村实际状况有效地开展实验教学,并利用日常生活用品制作教和学具工作,探索综合实践活动课的有效开展形式,以期形成实施新课程标准的有效路径和方法。农村普通高中学校的物理课程教学改革必将有力推进基础教育新课程改革的实施进程。物理教学面对的大量矛盾和困惑,在课题研究和实践中得以解决或缓解。农村学校的高中物理课堂有效教学的基本形态和实施探讨,有利于探索出一条适应农村高中实施新课程的有效路径和方法的改革之路,推动学校教育的可持续发展,促进学生自主、健康、全面、和谐的发展.
(二)本课题研究的主要内容
以使用人教版高中物理教材为基础,在普通农村高中对物理教学的有效实施策略进行研究,具体包括课堂教学目标的确立,教学内容的选择与取舍,基本教学策略的确立和方法的选择,如平等对话、探究学习、研究性学习等;课堂主要教学行为、辅导教学行为的确立,教学方法的选择、教学手段的合理运用以及教学评价策略的研究等;加强对新课程物理教材的研究,充分利用教材中拥有资源,提高教学的有效性。通过研究,探讨在农村普通高中学校的高中物理课堂有效教学的基本形态、实施策略、评价策略,生成农村学校实施高中物理新课程的有效教学的经验、典型课例,发表一些质量较高的教研文章,锻造能够适应新课程发展要求的新型农村高中物理教师队伍。
本课题研究力求点面结合。研究子课题如下:
[1]、农村中学高中物理有效教学研究
[2]、农村中学高中综合实践活动研究
[3]、农村中学物理新课程课堂教学评价研究
[4]、农村中学高中物理研究性学习研究
[5]、农村中学高中物理实验教学的研究
[6]、在农村中学高中物理教学中培养学生人文素养的研究
(三)本课题国内外研究现状、预计有哪些突破
长期以来,许多中学物理教师在课堂教学的改革中做出了自己的努力和尝试,取得了不少很有价值的成果。但是从总体上说,当今的中学物理课堂教学,仍然是灌输式教学占绝对优势。仔细分析一下就不难看出,以往许多来自教学第一线的改革主要是围绕两个问题进行的:一是如何使基本知识的传授和基本技能的训练更加有效、更加扎实;二是如何吸引学生的注意力,使他们能够参与到教学活动中来,从而更好地掌握教师所传授的基本知识和基本技能。很显然,这些教学改革就其内在动机而言,主要还是面向各种考试,特别是应付高考的。可以预言,随着国家新课程标准的全面实施,尤其是随着普通高中物理课程标准实验教材的面世和进人实验区,高中物理教学无论是在理念层面还是在操作层面,都将面临许多新的挑战。因此,高中物理教学如何才能适应新课程改革所提出的各项要求,就成了人们关注的焦点。我们认为,新课程改革背景下的高中物理教学,主要应在以下几个方面寻求新的突破:
1、在教学设计的立意、因材施教的方式上要有新的突破。
2、在农村中学高中物理教学中培养学生人文素养上要有新的突破。
3、农村中学物理新课程课堂教学评价上要有新的突破。
4、在物理实验实验教学上要有新的突破。
5、农村中学高中综合实践活动的开展上有所的突破
6、利用农远网资源、加速新课程的实施
(四)完成本课题的的条件(包括人员结构、资料准备和经费保障等)
本课题组成员结构合理,其中中学高级教师一名,都是学校的骨干教师,具有较强的科研和教学能力,如戴恩好老师是我校的教务主任,所撰写的论文《简单教材慎重处理》发表于《安徽教育》、论文《巧解一道光学题》发表于《物理教学探讨》,多媒体课件《连通器及应用》获市二等奖,论文《谈专业学科的理论课教学》、《充分利用物理教学培养学生创造力》、《物理课堂教学质量评价初探》等均获得市级奖。鲁礼道曾是《农村物理教学与劳动技术相结合》课题组的主要成员,学校已购置了一批物理新课程理论专著,订购了一些物理学教学和研究期刊,并得到巢湖学院物理系和图书馆的有力支持。本组成员已开展了一定程度的研究,已有教师或获奖。本课题作为学校重点扶持项目,得到学校教科室和教务处的有力支持,并得到了学校经费的大力支持。
(五)研究计划
1、课题组分工情况
邓小宝:负责课题组的组织实施、理论研究及数据处理
邓小宝、戴恩好:农村中学高中物理有效教学研究
朱祖祥、张忠厚:农村中学高中综合实践活动研究
戴恩好、朱祖祥:农村中学物理新课程课堂教学评价研究
许传俊、张忠厚:农村中学高中物理研究性学习研究
韩文超、张启水:农村中学高中物理实验教学的研究
鲁礼道、邓小宝:在农村中学高中物理教学中培养学生人文素养的研究
2、主要研究阶段
课题准备阶段(2006年9月--2006年12月):成立课题组,对本课题进行论证,设计课题研究方案,完成课题申报工作。制定子课题研究方案。
前期实施阶段(2007年1月--2008年1月):分解子课题研究任务,举行开题论证会。展开第一阶段的实验研究工作。完成中期研究报告,并举行专题研讨会.
后期实施阶段(2008年2月--2009年6月):对各子课题进行检查验收,对前期研究进行回顾总结,及时调整和改进后期研究思路,进行验证性研究。
总结鉴定阶段(2009年7月--2009年8月):召开子课题成果总结会议,撰写研究工作报告和结题报告,汇编研究论文集和典型课例,申报结题。
阶段成果形式:[1]、编写乡土教材---《迷人的物理》
[2]、完成课题中期研究报告一份。
[3]、实施有效教学的典型课例。
[4]、举行课题组中期研讨会
最终完成时间2009年8月
最终成果形式
[1]、完成课题中期研究报告一份
[2]、编写乡土教材---《迷人的物理》
[3]、相关课题研究论文集