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大學(xué)物理實驗教學(xué)改革與創(chuàng)新論文
摘要：通過對傳統(tǒng)大學(xué)物理實驗教學(xué)現(xiàn)狀的分析與討論，指出了目前大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)方法單一、枯燥，針對大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)方法進(jìn)行研究，把慕課模式引入大學(xué)物理實驗課中，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)理論知識放在慕課中，實驗操作部分放在傳統(tǒng)的課堂中，此方法可充分調(diào)動學(xué)生的積極性與主動性，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)物理實驗課的教學(xué)質(zhì)量．
關(guān)鍵詞：大學(xué)物理實驗；慕課；教學(xué)方法
中圖分類號：Ｇ６４２．４２３ 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Ａ 文章編號：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)生必須具備堅實的物理基礎(chǔ)、出色的動手實踐能力和勇于開拓的創(chuàng)新精神．大學(xué)物理實驗是基礎(chǔ)教學(xué)的重要組成部分，是系統(tǒng)地訓(xùn)練學(xué)生掌握實驗方法和實驗技能的開端，這門課程內(nèi)涵豐富，覆蓋面廣，信息量大，對于激發(fā)學(xué)生想象力、創(chuàng)造力，培養(yǎng)和提高學(xué)生獨立開展科學(xué)研究能力具有不可替代的作用，所以學(xué)好物理實驗對于廣大理工科學(xué)生來說是十分重要的．目前，對于傳統(tǒng)大學(xué)物理實驗教學(xué)存在幾點問題［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)的實驗內(nèi)容，學(xué)生被動地按照要求和操作步驟進(jìn)行實驗，使學(xué)生對本來有趣的實驗失去興趣，這種教學(xué)模式無法培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神．２）學(xué)習(xí)時間固定，學(xué)生只能在短短的課堂時間內(nèi)完成教師所要求的實驗內(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，慕課像一場全球性的數(shù)字海嘯，給世界高等教育帶來了巨大的沖擊，引發(fā)了一場教育的風(fēng)暴．慕課（ＭＯＯＣｓ）是Ｍａｓｓｉｖｅｏｐｅｎｏｎｌｉｎｅｃｏｕｒ－ｓｅｓ［２］的簡稱，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］．慕課相對于傳統(tǒng)教學(xué)具有如下特點：第一，課程時間較短，這要求課程更突出精華；第二，學(xué)生可以隨時隨地去學(xué)習(xí)，改變了傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式；第三，將學(xué)生從被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變成主動思考．本文針對現(xiàn)有的大學(xué)物理實驗教學(xué)模式展開研究，把慕課模式引入大學(xué)物理實驗課中，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)理論知識放在慕課中，將實驗操作部分放在傳統(tǒng)的課堂里，這樣學(xué)生就可以自行選擇學(xué)習(xí)時間和學(xué)習(xí)地點，不受傳統(tǒng)課堂的時間和地點限制，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)行實驗操作以及數(shù)據(jù)處理等過程，最后進(jìn)行課堂討論，這樣既節(jié)省了課堂上理論知識的講授時間，又增加了學(xué)生的實驗操作時間和討論環(huán)節(jié)，并且學(xué)生有充分的時間來自主設(shè)計實驗方案，組裝實驗儀器，從而提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新意識．
１傳統(tǒng)大學(xué)物理實驗教學(xué)模式分析
對石油工程系、機械自動化工程系的大學(xué)物理實驗課的預(yù)習(xí)情況和實驗操作成績進(jìn)行統(tǒng)計．表１是石油工程系和機械自動化工程系學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，從表中可看出的有５％的學(xué)生沒有預(yù)習(xí)報告，８６％的學(xué)生的預(yù)習(xí)報告照抄實驗教材，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)過程．分析原因有以下幾點：１）由于學(xué)生是非物理專業(yè)，所以對物理實驗的重視度不夠，學(xué)習(xí)不積極主動．２）學(xué)生不知道應(yīng)該怎樣預(yù)習(xí)物理實驗，從而導(dǎo)致預(yù)習(xí)報告只能照抄教材．３）學(xué)生接受了以往的灌輸模式學(xué)習(xí)，不愿意由被動學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，這就造成了學(xué)生在課堂上過于依賴教師的講解和演示，而實驗課時不充足，若占用過多時間進(jìn)行講解和演示，學(xué)生動手的時間就會很少，達(dá)不到實驗教學(xué)的真正目標(biāo)與效果［４］．從而導(dǎo)致實驗操作考核成績不及格的人數(shù)較多.表２是石油工程系與機械自動化工程系的實驗操作考核成績，從表２能夠看出僅有１８％的學(xué)生獲得實驗操作部分的優(yōu)秀成績，而大多數(shù)的學(xué)生操作成績達(dá)到及格，有２３％的學(xué)生在操作部分無法拿到及格的分?jǐn)?shù)．這一結(jié)果說明了學(xué)生無法獨立地完成整個實驗過程，并且不會進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、誤差分析，在實驗中出現(xiàn)問題不能獨立解決，只能求助于教師．為了更好地解決以上問題，將“慕課”的教學(xué)形式融入大學(xué)物理實驗課程．通過慕課，學(xué)生在實驗前進(jìn)行個性化地自主學(xué)習(xí)完整個實驗課程，避免了學(xué)生預(yù)習(xí)不理想的情況，在課堂上進(jìn)行有序的實驗，在教師帶領(lǐng)下進(jìn)行設(shè)計實驗方案，動手組裝實驗儀器，討論實驗結(jié)果，從而使學(xué)生真正地理解實驗的真諦，不會出現(xiàn)考試過程中不會操作，對實驗現(xiàn)象不會分析等情況．
２大學(xué)物理實驗課程融入“慕課”的教學(xué)形式，改革其教學(xué)方法
以增強學(xué)生科學(xué)素質(zhì)、提高學(xué)生科學(xué)思維意識為準(zhǔn)則，通過改善教學(xué)模式，使學(xué)生由被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變成主動學(xué)習(xí)，鼓勵學(xué)生為自己的學(xué)習(xí)負(fù)責(zé)，從而提高大學(xué)物理實驗教學(xué)質(zhì)量，改革的課堂教學(xué)方案如圖１所示．
２．１慕課模式的學(xué)習(xí)
學(xué)生可以通過在線視頻學(xué)習(xí)實驗課程，包括學(xué)習(xí)實驗背景、實驗原理、實驗內(nèi)容、實驗步驟等，與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，慕課模式的優(yōu)點是學(xué)習(xí)者可以自行選擇學(xué)習(xí)時間及學(xué)習(xí)地點，同時可以針對不懂的部分有針對性地進(jìn)行回放學(xué)習(xí)，直到能夠完全看懂、學(xué)會為止．這樣不僅可以減少教師在課堂的講授時間，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．視頻可選取國內(nèi)外著名高校的教學(xué)視頻拼接，也可請有經(jīng)驗的一線教師錄制．學(xué)生可以借助在線習(xí)題進(jìn)行自測以鞏固學(xué)習(xí)效果、加深理解實驗原理．習(xí)題及答案由專家及有經(jīng)驗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，在進(jìn)一步加強對本次課程的理解的同時進(jìn)行實驗內(nèi)容以及實驗方案的討論，也可將問題以討論帖的形式掛于虛擬課堂的虛擬“黑板”上，待后來的學(xué)習(xí)者參與分析與討論，同時教師定期或不定期上線給予疑難問題的解答與指導(dǎo)．通過這種慕課模式的學(xué)習(xí)、討論，學(xué)生由被動參與者變成了主動學(xué)習(xí)者，并且只要有網(wǎng)絡(luò)的地方，學(xué)生可以隨時隨地學(xué)習(xí)，解決了課堂教學(xué)局限性的問題．
�。玻舱n堂教學(xué)模式改革
通過在線學(xué)習(xí)，學(xué)生對實驗原理、實驗內(nèi)容、實驗操作步驟已經(jīng)初步掌握，教師和學(xué)生共同走進(jìn)傳統(tǒng)的課堂進(jìn)入動手操作環(huán)節(jié)．１）首先要求學(xué)生按實驗教材內(nèi)容順利完成實驗，并對產(chǎn)生的實驗現(xiàn)象和實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷實驗結(jié)果是否符合理論預(yù)期．２）學(xué)生完成指定的實驗后，教師引導(dǎo)學(xué)生對此實驗進(jìn)行討論，討論的內(nèi)容由淺入深，一般包括：出現(xiàn)某種實驗現(xiàn)象的原因，數(shù)據(jù)中誤差的來源，如何減小測量過程中出現(xiàn)的誤差，計算誤差的不確定度，制定其他可行的實驗方案，等等．３）通過由淺入深地學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠自己設(shè)定實驗方案，教師對學(xué)生設(shè)定的實驗方案進(jìn)行修改，幫助學(xué)生順利完成實驗．在設(shè)計實驗方案的過程中，學(xué)生能夠掌握主動權(quán)，有獨立思考的機會，能夠清楚哪些是自己的強項和弱項，從而取長補短，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)生獨立搭建實驗裝置，完成整個實驗過程．在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生自己搭建新的實驗裝置，并完成實驗數(shù)據(jù)的測量和處理過程，并進(jìn)行誤差分析與計算．在這個過程中，學(xué)生認(rèn)為在學(xué)習(xí)中值得冒險嘗試新方法，他們能夠從錯誤中吸取經(jīng)驗，舉一反三，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和對科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度．在這個過程中，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．
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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)物理成績考核制度分為實驗操作與筆試成績，比例分配各占５０％．為提高學(xué)生對實驗的積極性，改變成績考核制度，將成績考核分為線上自測、實驗操作和筆試成績，比例分別為１∶４∶５，滿分為１００分．對于能力較強的學(xué)生可以申請期末考試免試，申請免試的學(xué)生除要取得平時的基本實驗、綜合訓(xùn)練、考題討論課等教學(xué)環(huán)節(jié)的優(yōu)異成績外，學(xué)生還要選擇教師設(shè)置的一些創(chuàng)新型實驗，要求學(xué)生自己查閱資料、分析理解、制定實驗方案，學(xué)生可以在開放的實驗室里改進(jìn)或重新制作實驗裝置，設(shè)計新的實驗內(nèi)容，并完成實驗研究論文［４］．
３融入慕課思想的教學(xué)實踐
作者于２０１５年３月針對邁克耳孫干涉實驗課對本校２０１４級１４０３０６班采取了試點教學(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驗的背景、實驗原理以及實驗內(nèi)容．學(xué)生在課下預(yù)習(xí)視頻，了解邁克耳孫干涉實驗的精髓及實驗內(nèi)容．課堂上教師運用１０ｍｉｎ講解操作實驗儀器的注意事項，留給學(xué)生４５ｍｉｎ進(jìn)行基于邁克耳孫干涉儀的光波長測量實驗，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)實驗內(nèi)容預(yù)先設(shè)計好，例如：最初設(shè)計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)域有哪些問題？等等，以此提高學(xué)生對邁克耳孫干涉實驗內(nèi)涵的理解．通過上述教學(xué)環(huán)節(jié)２０１４級１４０３０６班所得成績列于表３，同時將２０１３級１３０３０５班的邁克耳孫干涉實驗課成績作為對比也列于表３．２０１３級１３０３０５班人數(shù)為３５人，采用的是傳統(tǒng)的教學(xué)模式，２０１４級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，成績提高顯著；２）實驗操作環(huán)節(jié)的成績提高并不明顯；３）實驗報告成績有所提高．通過課堂狀態(tài)分析，實驗操作環(huán)節(jié)的成績提高不明顯的原因是課堂操作時間短，在增加課堂操作時間的同時需要有針對性地增加學(xué)生動手能力的訓(xùn)練．
４結(jié)束語
本文將慕課模式引入大學(xué)物理實驗課中，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)物理實驗課堂充分利用慕課的優(yōu)勢，縮短了教師講解環(huán)節(jié)和機械式的重復(fù)過程，留出大部分時間用于學(xué)生實驗操作時間和討論，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的主動性，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新意識，從而提高了物理實驗教學(xué)質(zhì)量．
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