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(1)比较式教学法。物理教学比较法是通过仔细的观察和分析,综合研究对象的各项特点,通过比较,得出其相同点和不同点,这也是一种重要的推理方法。比较法通过启发、探索和解决问题这一模式,根据已知事物,认识到未知事物,具有一定的创新性。教育工作者可合理采用比较法,将新旧知识进行对比,从而让学生在有效时间内提高学习效率。譬如,大学物理课本中,将稳恒磁场和静电场的公式、定律及其他都进行比较,分析其计算方法,为学生知识的学习提供一个纽带,使其更加形象的了解物理知识。(2)启发式教学。教师应正确的引导学生自主思考,并懂得举一反三,合理应用课堂上所学知识,突出学生的主体作用。在这一过程中,可采用讨论法和问题法。将学生分成小组,小组内进行讨论,总结出所在问题,并选出代表进行提问。这种方法有效调动了学生的学习积极性,将讨论法和问题法结合起来,提高学生的探索能力。
(二)物理教学手段的改革
(1)随着计算机信息技术的广泛应用,在大学物理教学中逐渐得到了认可。教育工作者应合理利用计算机网络技术辅助教学,不断加强优质教学资源的开发,积极引进数字化教学资源,为学生建立物理学习网站。物理学习网站的建立,使学生摆脱了物理学习中多种限制,学生可以随时随地的查阅和解惑。除了可以登陆网站进行自主学习以外,有效缓解了教学内容多但教学时间短的问题,为学生搭建了一个物理学习平台。(2)教育工作者应多进行演示实验,使教学内容更具有针对性。这一过程中,将复杂的定律和理论以简单的试验体现出来,以助于让学生通俗易懂地了解物理知识,从而有效培养学生实事求是的态度。
(三)改革考核制度
传统的考核方式即为闭卷、笔试及单一的期末考试,给学生综合素质的培养带来了不良影响。教师应改革考试制度,注重平时考核的成绩,将课堂提问、论文写作、课外活动等计入学生评分中,并制定合理的评分系统,将各项得分都纳入学生的测评中。从根本上避免了因过于注重期末考试形成的应试教育体质,促使学生更加全面的汲取新知识。
2文理交融培养素质
科学教育与人文教育相互融合有利于高素质的人才培养,物理教学在这方面有独特的优势,并发挥着重要作用.新的课程体系建设体现了文理交融、科艺相济的先进教育理念.首先,从2005年开始,经过深入的调研和大量的素材积累,我们在全国率先开设了“物理与艺术”选修课,教学内容主要是以艺术家和物理学家相互平行的视角,阐述人们对宇宙图像的建立过程和理解;对物质运动的基本形式的认识;分析比较他们在创新意识和思维方法上的共同点,以达到对学生进行科学与人文素质培养和提高创新思维能力之目的.经过近10年的教学实践,已经构成完整的课程教学体系,主要包括:自然哲学到物理学与绘画的开端;乔托的“透视”与伽利略的“参照系”;牛顿与达•芬奇;现代科学革命与现代美术革命;光与色彩的意义;空间的意义与立体主义画派;时间的意义与未来主义和超现实主义画派;量子风云与抽象主义艺术;宇宙与人文;对称与不对称;混沌和分形与抽象表现主义画派;东方的艺术之道与西方的科学之道等.简而言之,我们追寻着物理和艺术的发展历史,探讨它们之间的相互联系,教学的重点就在于揭示它们发展的每一次重大革命中的创新点.“物理与艺术”课程建设是一个符合现代教育理念,具有重要创新思想,在国内率先完成,并取得优秀教学实践效果和师生广泛赞誉的教学成果.由李政道先生亲题书名,杨叔子院士作序的“十一五”国家级规划教材《物理与艺术》(附课件光盘)出版后,在物理教育界产生重要影响,2012年被评为国家级精品教材.其次,开设的“文化物理”面向全校各专业学生(包括文科类),文理兼济,特色鲜明.课程采取“案例”式教学,追寻物理学历史发展脉络,通过分析物理学重大发现的社会背景和深刻影响,凝练出科学文化与人文文化相融合的教学内容,培养学生对自然世界(宇宙)的情感、科学研究的态度、创新性的思维方式和崇尚人文科学精神的价值取向.国家级“十二五”规划教材《文化物理》特色鲜明,全书不依靠数学公式,而是以科学意义的图片代替方程,科学内涵的图景理解概念.用简洁的语言和发人深省的科学故事,在科学文化的视野下,鼓励学生欣赏物理学和体味蕴涵其中的深刻思想.
3联系前沿激发创新
为了适应科技发展,培养创新精神,进行工科物理教学内容现代化改革成为共识.自2000年起,我们以现代教育思想为指导,以近代物理的基本思想、基本方法及其在高新技术中的应用为主线,针对不同专业学生,开设了“近代物理与高新技术”课程.在面向航空主机类专业的“近代物理与高新技术Ⅰ”课程的教学中,我们将激光武器、红外探测与隐身、巨磁阻材料、清洁能源等方面的发展和成果介绍给学生,并且注意本校学生的专业方向特点.教学中结合航空航天方面的高新技术发展的事例,引起了同学们的极大兴趣,如高能激光、激光制导、激光推进,飞机和火箭等飞行器的红外辐射特征及其隐身技术等,使课程既具有强烈的时代气息,又具有航空航天特色.在面向电子信息技术类“近代物理与高新技术Ⅱ”课程教学中,我们注意加强半导体物理与微电子技术的教学,并将最新的微电子制备技术和测试分析技术介绍给学生.
在开展课程教学过程中,根据教学对象为大二、大三学生的特点,我们认真分析研究了他们已接受的数学、物理等方面课程学习的情况,精心编写出版了《近代物理与高新技术》教材.全书从学生的实际出发,实施因材施教,注意不过多地涉及高深理论和技术细节,不强调理论的系统性和完备性,力求采用普通物理学的教学方法(即所谓的“普物化”)完成近代物理的教学.在内容处理上,适当铺垫一些理论过程,既有一定的深入又不至于太难,又要浅出又不流于肤浅,使课程教学的深度、广度、进度适合学生的知识水平和接受能力,使学生初步了解近代物理学和高新技术中的基本概念和方法、近代物理对高新技术的作用、当代高新技术的发展等,培养学生的科学素质和创新能力,为学生适应科学技术飞速发展打下基础.在课程现代化建设中,我们认识到近代物理实验可以培养学生运用近代物理的基本原理、基本方法的能力,初步掌握近代物理和高新技术中的一些基本实验方法和技术手段.因此,我校利用“211工程”项目建设了近代物理实验室,面向工科专业的学生开设了“拓展性近代物理实验”课程.在原子核物理、原子物理、低温物理、磁共振技术、微波技术、谱线分析、相对论、光信息处理、光纤通信等方面建立起基本的实验手段,为适应培养新世纪高科技人才的要求提供了基本的实验平台.我们积极探索研究型实验教学新模式.在形式上,不是要求学生简单地重复或验证实验现象,而是组织若干个围绕某一专题的物理实验,比如,“STM实验与纳米技术”“狭义相对论和核物理技术”“光学信息处理技术”等8个专题性实验,要求学生课前查找资料,自学专题实验涉及的知识内容,然后自己动手,观察和验证现象,以科研训练方式完成实验,最终形成论文式的实验报告.课程教学对培养学生的科学素质,形成现代自然观和提高创新能力有显著的作用.我们以“特色化、精品化、现代化”的设计思想建设了一个“物理演示与探究实验室”,并开设“物理演示与探究”选修课程.
一方面,购置各类原理性演示实验,以配合大学物理课堂教学;更为重要的是,我们贯彻科研与教学相互融合的先进理念,把本校若干项重要的科研成果中的物理原理提炼出来,在相关专家指导下,设计开发物理与科研相互结合的演示仪器,并通过申请校内“大学生科研训练计划”资助,鼓励有兴趣的学生参与完成.这一过程性、研究型教育的设计思想和实践,不仅激发学生学习物理的兴趣,而且使他们体会到物理知识对他们今后专业发展的重要性.目前,整个实验室建设和特色演示实验仪器的研制已经形成一个由学生参与,不断发展、不断积累和不断完善的学习过程.近代物理实验和演示实验向所有选课学生开放.近几年来,学生参与研制的实验作品60余台,26次获国家或省级创新竞赛奖.其中,“大场景360°环视动态显示系统”“数字水墙”分别荣获十二届和十一届“挑战杯”竞赛一等奖;“旋转磁场演示仪”获全国高校物理演示教学仪器奖;还有20余项成果在江苏省高校大学生物理及实验科技作品创新竞赛中获奖.
4实践应用影响广泛
错误演示法以认知冲突理论为基础,认知冲突是指学生的原有认知结构与所学新知识之间无法包容的矛盾,最早由美国心理学家费斯汀格提出.教学中利用学生的认知冲突,既能激起学生激烈的思维振荡,又会催生出乐于学习的积极情感.错误演示法就是在教学过程中通过外界的人为因素,利用错误演示,来激发学生的认知矛盾,意在引起学生的有意注意,调动学生的认知内驱力,促进学生积极、高效地优化物理实验的认知结构.
1.2错误概念转变的理论基础
除上述之外,错误演示法还建立在概念转变的理论基础上,了解了学生的错误概念是实现概念转变的前提.教师首先应该在态度上关注学生学习科学概念之前存在的错误概念,从而了解学生头脑中存在的错误概念.然后提出错误概念,对错误概念进行转换,创设“冲突情境”是一种非常有效的教学方式,能有效地优化学生的认知结构.创设“冲突情境”主要针对一些学生容易产生错误概念的教学内容展开.概念转变教学就是一种立足于学生的已有认识,使学生的错误概念向科学概念转变的教学,概念转变教学过程就是认知冲突的引发及其解决的过程.本文运用错误演示法,就是希望利用学生的错误概念,创设冲突情境,然后进行概念转变教学的过程.有别于其他的教学方法,它往往是从反面作为知识点的切入口,对学生有较高的能力要求.所以错误的设计往往是只服务于课堂上重点、难点的突破,切勿任意的展开、无限制的延伸.因此,在用错误演示法进行教学时,笔者是在实验教学中较为关键、重点的地方设计,而非从头到尾都是纠正演示,希望能在关键知识点教学中提高效果.
1.3问题的提出
在大学物理实验课,关于实验步骤与注意事项的讲授中,如果按照实验的操作步骤逐一讲授,学生的错误概念转化较少,认知冲突不明显,如果通过错误演示,然后纠正的方法讲授,增加了学生的认知冲突.然而这种错误演示的方法,相对过去的逐一按步骤讲授,能否使学生对知识掌握得更明显?能否使学生对知识掌握的情感更强烈?本文期望通过这两种不同讲授方式对比,得出初步的探索.
2研究对象的选定与处理
本文以华南师范大学物理与电信工程学院的大一新生作为研究对象,选取大一新生作为实验研究对象,是因为大一新生都是第一次上大学物理实验课,基本排除了因上大学实验课后,导致的个体差异,从而提高实验结果的可信度.本次实验研究中,随机选取了140人作为实验对象,分为两个组,每组70人.在进行教学实验研究前,每组的男女比例、整体教学氛围、任课教师等基本相同.尽最大的可能控制实验前的无关变量,提高实验的内部效度。实验组在讲授实验步骤和注意问题时,采用错误演示的方法教学,对照组还是进行传统实验步骤的实验教学方法.实验组和对照组所接受的教学内容都是初次接触,均为完全不知道的情况,并且在实验过程中没有对任何一组的学生进行实验的强化处理,均为相同的实验操作情境.教授的内容均为普通实验的“物体密度的测量”,整体教案一致,只是在其中有关物理天平的使用方面,运用了两种不同的教学方法.
3教学方法的实施与应用
笔者选取的课题是大学普通物理实验“物体密度的测量”.在学生自主实验前,我们常常需要简要地介绍实验的操作规范和操作方法.本实验所需要用到的主要仪器是天平,首先调节好天平,才能进行液体或固体密度的测量,天平调节的细节体现了学生对实验操作的规范程度.对于刚入学的大学生而言,中学阶段大部分学生较少甚至没有接触过较为精密的物理天平,如何正确使用物理天平成为大学新生较为普遍的易错点.笔者通过两种教学方法来讲解天平的使用,将学生分为对照组和实验组,具体教学方法如下.对照组:笔者将物理天平放置在讲台上,按正确步骤为该组学生演示天平使用.首先,调节天平的底脚螺丝,让水准仪气泡到中央;其次,调节游码,使得游码到零刻度;再次,调节物理天平的平衡螺母,让天平的指针竖直向下;演示完毕之后,课堂继续进行,对有关测量密度的原理进行讲解.实验组:同样,笔者将物理天平放置在讲台上,但演示步骤与对照组学生不同.首先,调节物理天平的平衡螺母,让天平的指针竖直向下;其次,调节游码,使得游码到零刻度;再次,调节天平的底脚螺丝,让水准仪气泡到中央;最后,口头告诉学生该操作步骤有误,正确步骤应该是反过来的;之后,课堂继续进行,对有关测量密度的原理进行讲解.
4应用SPSS软件进行实证研究
4.1实验组与对照组学生知识掌握的自我认同的对比
本文通过命制问题,当堂测试,“关于天平使用的注意方面,您觉得自己得到了收获吗?”设置4个不同的选项。利用SPSS软件,将选项中的“非常同意”、“比较同意”、“不同意”、“非常不同意”4种不同程度依次设置为“4”、“3”、“2”、“1”,其中,组别1为对照组,组别2为实验组,录入数据如表3.此类情况多采用秩和检验,即利用非参数检验,这里采用的是两独立样本的非参数检验,继续对两个样本进行Mann-WhitneyU检验,即判别两个独立样本所属的总体均值是否相同。其中,在表4中,组1为对照组,组2为实验组,对照组的平均秩次为51.65,实验组的平均秩次为72.74,Z值为-3.789,相伴概率为0.0,明显小于显著水平0.05,可以认为应该拒绝零假设,认为两组之间的均值存在显著差异.这说明错误演示法对学生的知识情感的认可程度产生了影响,两种教学方法之间是有显著性差异的.综上数据,可以得出结论,在错误演示法讲授天平使用时,对比传统教学,更能提高学生对知识掌握的自我认同感,一定程度上提高了学生对学习的情感.
4.2实验组与对照组学生知识点掌握的对比
关于学生知识点掌握的情况,为了避免设置无关题目降低对该研究的可靠性,针对性地就天平使用的操作步骤这个最相关的知识点,命制了有关操作步骤的测试题目,探索两组学生通过两种不同的方法教学后,对这个知识点的重视情况及掌握的程度,进行了当堂问卷测试,“在天平调节时,应最先调节哪个呢?”同样,利用SPSS软件,将本题选项中的正确答案设置为“1”,其他3个错误答案均设置为“0”,其中,组别1为对照组,组别2为实验组,录入数据如表6.利用非参数检验,这里继续采用的是两独立样本的非参数检验,对两个样本进行Mann-WhitneyU检验,即判别两个独立样本所属的总体均值是否相同。同样的,在表7中,组1为对照组,组2为实验组,对照组的平均秩次为55.66,实验组的平均秩次为67.20,Z值为-2.317,相伴概率为0.021,小于显著水平0.05,可以认为应该拒绝零假设,认为两组之间的均值存在显著差异.综上数据,可以得出结论,在错误演示法讲授天平使用时,对比传统教学,更能提高学生对实验操作步骤的记忆及对知识点的掌握,能较为有效地突出实验的重点,并引起学生的注意.
4.3实验组与对照组学生对实验整体印象的对比
为了能够进一步分析学生对实验整体印象的情况,笔者还设置了一道开放题,“本实验,您觉得天平调节应该注意哪些方面?”通过统计得到如表9所示结果.从表中可以明显看出,虽然错误演示法的被测人数略小于传统演示法,但涉及天平水平的答案却超出传统演示法,在错误演示法中回答天平水平的人数占59.6%,大于传统演示法的36.9%,也进一步补充验证了上述研究结果.将难点采用错误演示法教学时,学生的印象会深刻,能更好地把重点内容作为重点来记忆.
2课程教学的组织与实施
五个教学情境教学项目均来自于校企合作单位的真实工作项目(每个学期的项目内容可能有所不同),使教学内容充分体现工学结合,同时,引导学生参与企业市场调研实践,以加深对市场调研理论的理解及实际工作中的灵活运用的感悟。在市场调查的微观设计上,尽量做到以学习激励和亲验教学为基本点,以学习团队组织的自主学习参与实战市场调研为主线,构建由学生全员、全方位、全过程参与教学的教学理念、组织形式、教学方式的开放教学系统。具体每个学习任务的教学实施,严格按照咨询、计划、决策、实施、检查、评价六步法组织教学。具体实施步骤如下:首先,咨询,此步骤要求企业兼职教师根据工作项目要求设计有关市场调查具体工作任务,理论教师向学生提出课程要求和要达到的目标,此目标不仅包括知识目标,还包括能力目标(专业能力、方法能力)和态度目标(职业素养),引导学生获取完成具体学习工作任务的专业知识和职业技能。第二步,计划,学生根据教师要求自行组成学习小组;每个学习小组在理论教师和往届优秀学生教师的指导下制定完成工作任务的方案,此方案要涉及市场调查各个典型工作(调查计划、调查方法选择、资料整理分析、调查报告撰写等);学生通过讨论、交流等方式比较各种方案;企业兼职教师、理论教师、往届优秀学生共同对各个学习小组进行指导、交流和修正。第三步,决策,学生和教师共同确定最终的项目工作计划方案。第四步,实施,明确小组学生的分工及合作,按照项目工作计划方案所确定工作步骤和程序实施学习(工作)任务,形成学习(工作)任务成果。第五步,检查,教师检查学生对各个阶段的学习(工作)任务执行情况和完成情况;同时检查每个学生对于相关的专业知识是否掌握,所涉及到的技能和方法是否熟练;并对各个阶段的学习(工作)成果进行初步鉴定。第六部,评价,教师(理论教师、企业兼职教师、往届优秀学生)和学生共同对实施学习(工作)任务的过程、结果,以及工作作风等情感因素进行评价,通过过程+结果模式的全方位评价,发现问题,总结经验教训,持续改进,不断提高学习(工作)质量。
2.实验教学的时间和空间延伸
随着互联网技术的发展,目前人们能够随时随地乃至在移动过程中从互联网获取信息和服务,这些技术的发展,打破了传统信息获取模式对时间和空间的限制,目前互联网技术在许多行业都有广泛应用。作为新技术的发祥地,高等学校和网络的关系十分密切,网络最初是在校园里进行实验并获得成功的,目前国内高校都有良好的校园网环境,校园网为克服实验教学中的时间和空间限制提供了条件。利用计算机、校园网络等技术,把实验原理、实验背景、实验仪器的设计原理和运行机理、常用数据、信号处理方法、实验中用到的软件等相关资料上传至校园网,学生利用校园网对实验教学内容进行课前预习,在网上对实验设备进行虚拟操作练习。把网上资源作为实验教材的补充,将实验相关知识的学习延伸到课外,学生可以随时随地地进行实验项目的学习,打破了传统实验教学只能在规定的地点及规定的时间内进行的限制,实现了实验教学在时间及空间上的延伸,克服了实验教学长期受到课堂、课时限制的困扰。针对“脉冲核磁共振实验”的特点,我们在校园网上建设了“脉冲核磁共振实验”虚拟实验平台,对所涉及的基本概念进行了详细讲解,如能级、量子数、原子核的自旋、磁矩等,对基本原理及物理过程进行了动画演示,如拉莫进动、塞曼效应、磁共振、磁化及弛豫过程等,借助计算机技术,用动画的形式加深了学生对微观过程的认识和理解。学生可以在实验课之前,通过校园网学习知识,取得了较好的预习效果。高效的预习,为实验课的教学质量提供了保证。实验课上,教师不需要按传统的“教师演示实验+学生模仿”的课堂教学模式上课,不用再花很多时间讲述实验原理、步骤、仪器的使用、数据处理方面的内容,把课堂的时间还给学生,引导学生通过实验研究、发现、解决物理问题,教师由知识传授者转变为学生的学习顾问,真正实现以学生为主体,教师为主导的物理实验教学,调动学生做实验的积极性和主动性,使学生懂得如何研究物理问题,而不是只局限于知识的传授和技能的训练。这种教学方法对实验教师的知识水平及知识结构提出了更高要求,要求实验教师既有过硬的实验方面的专业知识,又掌握计算机与信息技术,更了解学科发展动向及新成果,只有不断更新知识,才能促进实验教学改革,提高实验教学质量。
二、PPT教学分析
PPT教学是一种新的教学模式,也是教育教学改革中的一种新事物,它对传统的板书教学既具有继承性,又在许多地方不同于传统教学。因此,它和传统教学模式之间是一种继承和发展的关系[5]。开展PPT教学是为了借助多媒体信息技术,充分发挥教师和学生在教学活动中的主动性和互动性,延拓教学的时间和空间,提高教学效率和教育质量。其在大学物理教学中的主要优势有:(1)信息量大且速度快。利用PPT课件便于补充课本之外大量的物理知识,比如介绍一些物理史和前沿的物理理论和科学技术等,这在课堂上不用花很多时间讲解,但却可以大大开阔学生们的眼界,激发其学习物理的兴趣。(2)形象直观,简洁明了。PPT课件集文字、声音、图像和动画于一体,生动直观,能创设教材难以提供的情景,比如利用三维动画技术展示物体的不同转动方式等,这样能大大改善教学环境,优化教学结构,方便学生对于一些物理概念和物理情景的理解。(3)提高教学效率。运用PPT教学大大节省了教师的板书时间,这样教师就有更多的时间举实例,启发引导,把教学重点、难点讲透,同时增加单位时间内的授课信息量。同任何事物一样,PPT教学在大学物理的教学中既有积极作用,又有不利的一面,唯有全面的了解PPT教学的优缺点才能更好地发挥PPT在大学物理教学中的作用。
三、对在大学物理教学中运用PPT的若干建议
(1)制作恰当的PPT课件,开展PPT课件制作培训。教师要花足够的的时间和精力认真精选教学内容,突出重点,切忌“书本搬家”式的课件。同时,适当增加与物理关系密切的实际案例、探索研究、问题分析、解决方案等内容,以弥补课本内容的不足,同时下足功夫制作简洁明了、形象生动的课件以提高学生的学习兴趣、学习积极性和主动性。需要强调的是,在课件制作上要防止“舍本逐末”式的技术误区,有些课件刻意使用喧哗的动画、亮丽的色彩、花俏的样式,以为这样能吸引学生的注意力,其实学生一节课下来什么内容都没记住[2]。此外,PPT课件要具有针对性,针对不同专业的学生,根据其物理教学要求和知识基础的不同设计不同的课件,而不能用同一个课件马虎了事。同时,PPT课件应该不断更新,而不是一劳永逸的,经常增加一些前沿的物理理论和技术,培养学生的学习兴趣。考虑到一些教师对PPT课件的制作技术掌握有限,学校可以开展一些关于PPT课件制作的培训,提高教师的PPT课件制作能力。同时,也可以开展评选优秀PPT课件等活动,让教师们学习彼此PPT课件的优点,从而不断提高自身PPT课件的制作水平。(2)教师加强主导性,增强师生互动交流。教师始终应该是教学活动的组织者,千万不要让PPT抢了自己的“饭碗”[6]。在PPT教学过程中,教师应该坚持面向学生,适时地控制学生的注意力和兴趣,利用形体语言、面部表情、肢体动作等即兴发挥,组成丰富的教学信息以激发学生的学习热情,而不是将PPT课堂教学变成了单调的网络视频教学。教学活动应该是师生共同完成的教与学有机结合的过程,教师的“教”必须引导学生的“学”,并注重师生的互动。因此,教师应事先分析好教材,依据学生的心理特点,在PPT教学中充分采用参与式、讨论式和研究式等教学方法,合理设置互动环节和互动话题,引导学生充分融入到课堂情境中,使教学双方有时间进行思考、讨论,并对内容进行扩展。师生之间的交流互动,不仅有利于学生循序渐进地掌握知识,更有助于培养学生的求知欲望和创造性思维。(3)PPT教学与传统的板书教学相结合。教师在使用PPT进行教学时,不要把所有的知识都呈现在课件上,要充分利用传统板书的教学优势。比如对于重点内容可采用板书的形式,给予学生适当的缓冲时间,力求做到重点突出、条理清晰。对于一些物理上定理、公式的推导过程和一些复杂的数学计算,此时板书教学更好,因为教师在一笔一划的书写过程中给学生足够多的思考空间和时间理解消化知识,并注意一些细节问题。而对于图形图表的讲解,使用PPT无疑更加形象直观,而且可以节约大量的板书时间。可见,PPT教学和传统板书教学的恰当结合才能更好地方便大学物理的教学,提高教学质量。(4)加强师德教育,监督教学过程。由于PPT教学的简单实用,许多教师上课就是放映一下PPT课件完事,这为不良教师的产生提供了庇护。学校一方面要加强教师的师德教育,引导教师要认真教学,不可马虎了事;同时,可以开展一些教学技能培训,让教师发挥自己的特点,活跃课堂氛围,不断提高自身的教学能力。另一方面,学校要长期监督教师的教学过程,不定期的评估教学成果,让教师对教学没有丝毫的懈怠;定期的从学生那里收集他们对教师教学的建议,然后反馈给教师,以不断提高教师的教学能力。(5)引导学生学习思维的转变。大学物理的教学目标绝不仅仅是一些物理基础知识的传授,更重要的是培养学生的思维能力、科学素质、分析问题和解决问题的能力等。因此,在PPT教学中,教师应该引导学生学习思维的转变,利用PPT信息量大的优势,教会学生如何去思考,开阔眼界掌握更多的知识,而不是单纯为了完成教学任务,同时学生应该加强自主学习,而不应该像中学一样成为考试的奴隶。
二、对实现大学物理有效学习的建议
1.加强物理学史教育。物理学史展现了物理学家探索和认识物理世界的现象、规律和本质的历程,它包含着深刻的物理思想和概念的变革,包含着探索者的思索、创造和艰辛。一方面,鲜活的历史事件能够增强物理学习的趣味性,有助于学生理解这门学科,进而对物理学习产生兴趣。另一方面,通过对物理学史的学习,学生真切地感知了物理规律被认知的过程,这对他们对物理思想和本质的理解大有裨益。与此同时,物理学家艰辛的探索历程也可以激发学生学习的积极性,激励学生养成求真、求实的科学学习态度。
2虚拟仿真实验教学的优势与不足
在引入虚拟仿真实验教学平台以后,我们开始尝试使用新的虚拟实验室,选取了部分学生参与虚拟实验的教学过程,让学生和老师共同参与虚拟实验的设计、调试和研究。经过几年的教学实践,我们取得了一些初步的经验和结论。
2.1虚拟仿真实验可以丰富实验教学的内容
作为传统物理实验内容的重要补充,虚拟仿真实验也是学生认识物理现象,掌握物理知识的,培养实验能力的一个重要的途径。我们通过教学实践发现,虚拟仿真实验具有很强的可设计性,既可以完成一些传统的验证性实验,也能开发成为具有创新性的设计性实验和综合性实验,特别是对于一些物理原理较复杂的、实验图像较明显的力学和光学实验,使用虚拟仿真教学,更能激发学生学习物理实验的兴趣,增强学生的求知欲望。因此,恰当地使用虚拟仿真的实验内容不仅可以丰富传统的实验教学内容,也可以提高学生学习物理实验的兴趣。
2.2虚拟仿真实验有助于转变单一的教学方式
虚拟仿真实验的优势还在于可以转变单一的实验教学方式,学生通过计算机仿真软件,进入交互式的,友好的仿真界面,可以在无教师指导的情况下,自主地完成一些较为简单的仿真实验,得到相关的实验结论。因为所有的实验仪器都是虚拟的,因此学生可以进行多次尝试,也不会造成仪器的损坏,特别是对于一些复杂地,较危险的实验,虚拟仿真实验更是不可替代的。另外虚拟仿真实验还可以打破时间和空间的限制,仿真实验可以不用在实验室里完成,也可以在课后独立完成,这对于学生进一步学习和探索物理实验是非常重要,也可以极大锻炼学生的动手能力和创新能力。
2.3虚拟仿真实验有助于客观地反映学生的实验水平
除了让学生独立地完成普通的虚拟实验,我们还进一步鼓励学生参与虚拟仿真实验的设计和开发,让他们学习一些虚拟仿真软件(例如LAB-VIEW,MATLAB/SIMULINK)的基本知识,通过对实验原理的深入理解,抽象出物理模型,利用虚拟仿真环境,构建虚拟的实验仪器,最后调试仪器,得到正确的实验结论。这样既能客观地反映学生对实验目的、实验原理、实验步骤、实验图像和实验结论认知的全过程,也能全面反映学生完成实验的真实水平,也有利于对学生实验成绩客观评价,形成个体差异,提高学生学习物理实验的兴趣和成就感,从而提高物理实验课的教学质量。
2.4虚拟仿真实验在教学和管理上的不足
虚拟仿真实验不能完全取代传统的实验教学方式,它只是传统实验教学方式的重要的补充。在教学中我们也发现虚拟仿真实验的开设需要学生预先学习和掌握一些基本的计算机知识,需要学生对物理原理和物理模型有较深入的理解,另外学生参与虚拟仿真的信心和经验也是制约虚拟仿真实验教学成败的主要原因。此外,在虚拟仿真实验室的管理上也存在一些困难,特别是对虚拟仿真系统的开发和维护上更需要一些专业的管理人员,这也对实验室设备的管理上提出了更高的要求。
(二)实验项目设置
现阶段,我国部分院校管理人没有清晰认识到全开放实验教学模式的真正意义,在实践中,存在一定的局限性。已有的实验项目都是经由试验教学人员长期研究来编制的,具有覆盖面广、要求高的特点,部分学生在学习中有一定的困难,不利于学生试验素质的提高。针对这一现状,应根据教学实际情况,具有针对性的设置试验项目。(1)教师应保证学生在试验基本技能得到提升的基础上,选择试验项目,教育工作者应结合教学条件和教学内容来合理挑选试验项目,使其更加符合物理实验教学的要求;(2)教师应精心挑选出具有代表性的试验项目来培养学生的试验基本技能,从而在有限时间内增强学生汲取知识的能力;(3)教师应在保证实验室开放的基础上,要求学生及时完成必做试验,培养学生独立研究的能力,让学生自主学习。在这一过程中,为了杜绝因各班级人数差异造成的试验器械不足或限制情况的发生,教育工作者应建立健全试验预约体系,实现物理试验有序化进行。
(三)试验项目安排
实验项目的安排也应根据课程进度进行合理调整,大部分仪器集成化程度较高,导致需要学生自主动手的情况较少。根据这类试验的特征,可安排开放试验或演示实验,更加有效地锻炼学生的动手能力。
(四)试验教学评价
教育工作者在采用全开放试验教学模式中,应对学生平时的试验表现作出评价,其结果直接用来评价学生的技能水平,从而大大降低了期末考试的比重。完善学生评价体系,结合学生自主设计试验中的表现给出综合性评价。
(五)全开放试验教学模式对教师的要求
在实施全开放试验教学模式过程中,无论是试验项目安排、设置、组织、管理及设计都是建立在一直高要求的教师队伍之上的,这就对当代教师提出了很高的要求。教育工作者应积极建设网上教学资源,完善信息管理平台,通过不断的探索,总结不足和缺陷,使全开放试验教学模式得以顺利实施,从而提高学生的综合能力及物理教学的整体水平。
随着当代物理科学的进展,实验测量设备及技术有了明显的改进,因此,在大学物理课堂中,需持续地丰富实验教学内容、及时更新测量设备、完善测量手段和方略,为物理实验教学的顺利开展奠定稳固的硬件基础。为能让实验教学跟得上当代物理科学发展的潮流,教师要不断地更新实验内容,把一些验证性实验变换为自选或自学内容,并加大探究性实验的比重。与此同时,不少实验可借由电子计算机变革陈旧的实验方式,并时刻增强实验测量的速度及精确度。把这一系列实验教学系统的基本原理及整体框架告知学生,使其经由实际的操作、测量及观察深切地领悟到当代物理科学的魅力,并激发学生们对物理实验奥秘的探究欲望,同时,有助于提高学生的综合实践能力。另外,实验内容的改进需与经典相结合,例如,牛顿环、杨氏模量等实验均能运用CCD成像系统替代目前的观察系统,然而,经典的光杠杆法还需进一步研究。
2.培养学生善于从实验中提出、发现问题的能力。
在物理实验中,问题的发现至关重要,在实验教学中,学生们通过在实验操作中发现问题,手脑并用,不断地在实验中尝试、验证,通过教师适度地引导和激励,让学生在实验中不断地变换实验条件,并严密地查看实验现象,最终提出问题。除此以外,学生们还能从实验指导书中提炼信息,进而发现问题。需强调的是,学生操作实验后所得到的实验结果难免与预期结果有所差异,在这种情况下,教师要仔细检查学生每一环节的操作步骤有无失当,使其在锲而不舍的探究中培养提出问题及发现问题的能力。
3.培养学生结合实验分析问题的能力。
分析问题是实验教学的有机组成部分,对实验现象的科学、合理分析是开启物理科学殿堂的金钥匙。分析问题旨在用理论指导实验,通常,分析问题可采取以下两种办法:定量分析及定性分析。教师要在实验教学中选取若干有代表性的问题和学生共同探讨、分析,在分析问题的同时,教师要扮演组织者和引领者,培养学生自主分析实验问题的能力,在分析的过程中,全体学生会提出多种答案,面对这种情况,教师要悉心听取学生在分析问题时的思考过程,并留意其出发点,肯定和鼓励每位学生的独立思考精神及探究意识,久而久之,学生们便能形成在物理理论的指导下独立分析问题的基本能力。例如,在分析探讨RLC串联谐振实验中,对于电路品质因数Q,存在实验测量值与理论计算值之间的偏差,在电磁学理论的引导下,分析LC的损耗总电阻对电路品质因数测定数值的影响,并将其高频及低频时的影响状况分别开展定量分析,依照定量分析的最终结果,正式决定影响能否修复或忽略。
4.巧妙运用多媒体设备,优化教材结构,注重对实验的探究。
现如今,多媒体以其图文并茂、视听结合的优势特征被广大物理课堂所应用,变革课堂体系,以经典实验为基础,创建多层次的物理教学模式,已经成为实验教学变革的大势所趋。为此,教师需不失时机地引入多媒体教学设备,并不断地优化教材结构,以多媒体辅助实验教学,帮助学生理解实验现象,降低实验理解的难度,将实验步骤分解,努力破除过往物理教学中“力-热-光-电-声”的纵式组织结构,在确保广大学生掌握实验技巧的前提下,果断地忽略掉教材中内容陈旧的实验,抓住实验教学的关键点,将实验与物理教学内容加以有效衔接,逐步地增设设计性实验及综合性实验。具体做法:首先,要结合大学物理实验教学的规范要求,精选传统实验,保留对提高实验操作能力有帮助的经典实验,忽略掉一些价值较低的实验;其次,逐步增设设计性实验及综合性实验的比重及难度,以此培养学生的创新思维及探究能力,通过学生对实验的自行设计,使其充分体会到实验成败的经验教训,不断地激发实验训练的热情,提高综合素养;最后,不但要削减实验成本,还需强化多媒体辅助设计、采集数据及操作管理等知识的有效渗透及实践。大学物理实验教学更加强调学生自主探究的精神,但是在高中时期,教师在指导物理实验时,出现主动点拨频率较高的状况。为此,教师在指导实验时,需树立以学生为本的基本理念,从预习、调试及操作等每个步骤环节均由学生独立完成,学生在完成实验后,可借由多媒体动态影像,还原实验正确的操作经过,使学生们第一时间得知自身实验设计及操作中的问题与失误,进而及时加以纠正。
2大学物理教学存在的问题及原因分析
2.1应试教育思维的消极影响
传统的大学物理教学仍深受应试教育影响.教师仍然认为自己是教学主体,在教学过程中,以教师主导代替学生主体;课程教学一直沿用传统的教学方法,老师照本宣科,学生死记硬背;教材的老化难以涉及物理学科前沿知识,学生在应付这种课堂教学的同时,内心是毫无学习兴趣的.在这种课堂知识无用论的影响下,只求不挂科,考够60分就可以的思想在学生中还是大有市场的.这种消极应付式的学习,只能导致学生动手能力和思维能力的低下.学生毕业走上工作岗位后,深感书本知识用不上的残酷现实,只能在实践中从头学习.这种落后的教条性教育现象造成了高等教育的极大浪费,也严重制约了人才培养的效果.
2.2教学方法与教学手段比较落后
从现今普遍的大学物理教学方法来看,教师在教学过程中对知识传授多采用“满堂灌”的教学方式,使学生被动接受知识,不用对其进行思考,坐享其成,忽视了对学生的能动性发挥.从教学手段看,大学物理课堂教学方法比较单一,教师课堂授课往往拘泥于严谨的科学表述,使学生感到学习物理知识深奥难懂,认为学好物理是难度非常大的一件事.注入式的物理教学方法,再加上传统的物理实验模式,物理知识内在规律的深奥性很难通过与现实生活的结合以深入浅出的形式表现出来,落后的教学观念与现代素质教育脱节严重.大学物理教学的“填鸭式”现象也有其存在的现实原因,比如说大学物理教学任务多,但课时比较少.这种客观事实某种程度上造成了物理教师赶课时的心理,师生间几乎没有互动的时间.这种教学模式脱离了学生学习的实际,挫伤了学生学习物理的兴趣及自主性.同时,这种教学模式下培养出来的学生其学习能力和探索能力也不强,严重影响了学生创新能力的培养.
2.3考核方式比较单一
大学物理课程的考核手段比较单一.一般都采用考教分离的形式,采取平时、期中和期末考试相结合的方法对学生的学习情况进行考核.这种考核方式侧重检查学生掌握课本基础知识和解题能力,从课本到课本,从理论到理论,只能促使学生使用死记硬背式的学习方式,却忽视了对学生自主意识、实践能力、思维能力和创新能力的培养,影响了扩展学生物理知识和培养灵活运用基础知识解决实际问题的能力.大学物理考试试题和答案大多取自于课本、平时的习题册,考试题目重记忆轻理解,题目的答案便于准备,只要学生把这些题目背下来,基本上就能应付考试.这就导致了“应试教育”的出现,学生为分数而学习,为分数而考试,在很大程度上压抑了学生学习物理知识的主动性,丧失了考试应有的指挥棒作用.
3改进大学物理教学模式的策略
3.1研究型教学模式策略
教育的目的关键不是当前学到了多少知识,而是让学生善于提出问题、思考问题.从世界著名大学的教育理念来看,大多都以激发学生潜能、培养学生创新能力和批判思维为目的.大学物理教学更重要的是培养学生科学思维的方法,科学研究的方法,科学素质和创新精神.大学物理课程的研究型教学,就是以培养学生物理学习创新意识和实践能力为目标,着重探索研究,正确引导学生主动获取物理知识和解决物理问题的教学活动.教师在物理课堂上要积极为学生提供更多开放的学习环境和创新实践机会,逐步培养学生对问题的思维理念和分析问题的方法,注重知识获取的过程,激发学生不断获取新知识的兴趣,完善知识结构.教师要展开问题式教学活动,使学生在一个完整、真实的问题式物理背景中,激发主动学习的意识,建立起已知知识和未知知识生成学习的路径,在体验识别物理学习目标和达到物理学习目标的过程中获取知识,增强探索知识的能力.大学物理研究型教学模式所呈现出的学习方式重在让学生锻炼认识问题、解决问题的能力,对物理解题思维策略进行自我完善.在这种物理教学模式中,问题的确立比较关键,对整个教学进程产生决定作用.所以说这对教师提出了更高的要求,教师要充分了解学生已有知识结构,适时提出问题,要防止过早提出问题.学生物理知识建构还没有一定的基础,就会削弱学习的效果.教师提出问题后,要主动发挥指导作用,在学生努力进行物理知识建构的过程中给予超前的方向性的指导.学生物理知识建构后期,教师同样需要积极指导学生建构后的知识或者问题进行归纳总结,努力使物理知识重组得到进一步升华,为将来新的物理知识的学习奠定坚实的知识结构基础.所以教师要能紧紧抓住学生物理知识建构的前期、中期和后期的不同特点,辅以不同的教学策略,引导学生开展研究式学习.
3.2情境型教学模式策略
大学物理教学在知识点的传授上往往具有情境教学的特点.教师围绕知识点有目的地引入或创设具有一定相关性的具体场景,激发学生一定的态度体验,在体验过程中理解教材,并且使学生的学习物理知识的思维能力得到锻炼.大学物理教学不仅要反映物理学在工程中的应用,而且要体现当前的科技发展,力求把经典内容教出新鲜感.大学物理情境型教学模式,实际上是对相关联蕴含物理知识原理的社会或生活提炼加工后展现并影响给学生.在充分考虑到学生已形成的建构知识与经验的基础上,创设一个更容易让学生建构新知识的情境,让学生在与周围情境相互作用的过程中,对蕴含相关物理学原理的社会或者生活在内化知识时进一步提炼加工.也就是说,情境型教学模式利用了学生已有的物理建构知识和经验,创建更适宜学生建构新知识的环境,方便学生将新知识纳入固有知识体系中.大学物理教学创设情境的方法方式多种多样,教师可以带领学生体验社会生活中的物理知识,也可以将社会生活中的物理知识场景通过一定形式在课堂上呈现;教师可以通过物理实验演示情境,在情境再现的过程中体验新的物理知识;教师还可以指导学生进行相关物理知识的角色扮演,在参与过程中加深内心体验.无论是教学内容的情境创设,还是角色扮演式的情境学习,这些情境型教学模式不但能提高学生学习的积极主动性,更能锻炼学生学习物理知识的创造思维,培养学习物理新知识的适应能力.学生在这种情境型的学习环境中,能够最大限度地激发原有认知结构.经过整合个体内部知识,往往会比较容易接纳新的知识,甚至产生学习的顿悟,从而建立更高级的新的认知结构.所以,情境型教学模式对唤醒学生学习物理的兴趣和启迪智慧,往往发挥着出乎意料的作用.
3.3合作型教学模式策略
合作学习是学生之间互动学习为主要取向的教学理论与策略体系.在大学物理教学中,学生以小组为单位开展学习活动,教师依据整个学习小组的成绩,对小组成员进行奖励或课堂成绩认可.比如在小组合作学习中,引导学生通过自主和创造性设计实验研究项目,让学生参与并完成从选题到设计以及动手操作到结果分析的整个程.大学物理教师采用这种合作型教学模式不应采用随机分组的方式组建学习小组,因为每个学生的成绩、能力、知识背景都是不同的.所以要建立在对学生比较熟悉的基础上,利用多元智能理论,根据学生的具体情况组建学习小组,能够让学生在小组合作中不断向其他成员学习,实现学习互补.小组合作学习并不是放任自流,大学物理教师应密切关注小组学习进展,对部分存在搭便车心理的学生及时教育引导,对在合作学习中表现突出的学生尽可能地予以鼓励和表扬,尽量最大程度发挥出朋辈教育的效应.如果物理教师漠视小组合作学习中出现的消极现象,不仅会对评价学生学习成绩的公正性产生影响,还会让小组学习活动的其他成员产生新的消极怠工心理,最终会造成小组合作学习的失败.所以最终的学习成绩评价中,学习成果尽管以小组为单位提交,但物理教师也要注意每个学生在学习过程中的表现,从而给予差别化评价.这一方面保证了学生学习评价的公正性;另一方面也可以激发学生合作学习的积极性.