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2大學物理教學的改革措施
2.1整合教學內容,與學生專業相結合
學校根據應用型人才培養規格和專業人才培養目標,以“大德育、大工程、大實踐”三大教育理念為指導,按照基礎課程服務專業的思想,對大學物理課程內容進行了整合,以滿足專業發展的需要。首先,向各院系專業教師和學生發放調查問卷,了解大學物理與各專業后繼專業課的關系,明確物理知識在專業課中的應用,進行知識點統計,總結出適合不同專業的知識體系[4],按照專業對不同知識的側重,把大學物理教學分成三類。針對建工學院、礦業學院、理學院(工程力學專業)等相關專業應用力學知識較多,增加非慣性系與慣性力、剛體進動、伯努利方程、非線性振動、聲波等教學內容。針對環化學院、材料學院的相關專業應用熱學和元素性質的知識較多,增加多方過程、輸運現象、玻耳茲曼分布、堿金屬原子、交換對稱性、能帶理論和超導等內容。針對電氣學院、電信學院等相關專業應用電磁學知識較多,增加電介質極化、物質磁化、交直流電、暫態過程、諧振電路、超導體電磁性質、電磁場的相對性等內容。在教學中增加了案例教學,根據不同專業,選取工程技術中與專業知識聯系緊密的案例進行教學,培養學生應用知識的能力,樹立學生的工程意識。
2.2優化課堂教學環節,提高授課效率
2.2.1豐富教學內容與課堂節奏的把握
多媒體教學能使課堂信息量達到最高,一定程度上緩解了大學物理學時不足的問題。但是過多的教學內容會使教學節奏加快,學生沒有時間去理解、思考教學內容。因此,教師要根據專業特點,合理地選取教學內容,選擇的教學內容不僅要有一定的信息量,而且要重點突出,與專業結合,詳略得當。多媒體課件文字要簡練,以概念、定理和定律的敘述、圖片的展示、動畫和視頻的演示為主,對于重點、難點和基本方法要放慢教學節奏,使學生看得清,來得及思考,能夠接受和理解。
2.2.2多媒體技術與傳統的板書教學有機結合,優化課堂教學
大學物理教學中的公式推導、定理定律證明、典型例題的分析講解,還需要采用傳統的板書教學方式。通過教師板書、講解和豐富的肢體語言來控制課堂、傳遞信息,實現與學生的互動交流,學生利用教師書寫板書的時間,可以對問題進行深入的思考和消化理解,好的板書還起到提綱挈領的作用,使講授的內容一目了然。對于教師用語言難于敘述的情景、物理過程等,采用圖片展示、動畫演示、視頻播放等多媒體教學和演示實驗教學傳遞教學信息,使學生對教學內容有深刻的理解,達到事半功倍的效果。大學物理教學的板書和演示實驗這些傳統的教學手段是不可缺少的,也是多媒體教學手段無法替代的,因多媒體的使用而放棄這些傳統的教學手段是得不償失的[5]。
2.2.3課堂教學中突出學生的主體地位,發揮教師的主導作用
開展教學活動,目的是傳授知識,培養提高學生的綜合素質。因此,要將所教知識與學生生活實際經驗、專業案例和科技發展相聯系,激發學生的學習興趣。教師要突出學生的主體地位,調動學生參與課堂討論的積極性,讓學生積極思考問題,啟發學生提出各種各樣的問題,引導學生探索思考,開發學生的學習潛能。對課堂中的演示實驗,更要讓學生參與操作,以激發學生主動獲取知識的興趣。發揮學生的主體作用,提高課堂效率。
1.2研究方法的不同中學物理因研究對象簡單,數學知識基礎少,所以研究方法基本是歸納法,討論的規律基本上是從物理現象出發,通過簡單實驗總結出來的簡單規律,比如中學物理力學中得出動量定理、動能定理的時候都是實驗歸納法得出的,并且涉及的力基本是恒定的,只講恒力的沖量、恒力的功,平均沖力等,在電磁學中只介紹勻強磁場、勻強電場的規律等。而大學物理與自然實際就更接近了,要討論變力的沖量、變力所做的功、非均勻磁場、電場,而研究這些復雜問題所用工具主要是高等數學的微積分思想、矢量代數,通過數學推導演繹的方法結合物理概念得出物理規律,即大學物理講的規律比中學物理的規律又上升了一個理論的高度。
1.3教學內容和教學進度的不同從教學內容來講,中學物理量少,概念、原理、規律簡單,對物理基本概念和基本定律只有初步淺層的認識,而大學物理涉及的知識量大,概念、原理多且相對復雜,對物理基本規律和物理基本定律要求更多的是掌握其本質和內涵。從教學進度上講,中學物理講的較慢,每個概念,每個公式,每個原理教師會進行全面詳細講解,每一個知識點教師都會講透講精,講課重點放在解題技巧的應試訓練上,教師會給學生總結題型,歸納方法,并督促學生為了高考不斷學習,學生的學多是跟著教師按部就班。而大學物理教學內容量大,而教學時數非常有限,進度快,教師講課一般都只著重把握知識整體框架,講清思路,注重理論性、系統性,不象中學那樣講得精細全面。對于解題方法有總結歸納,但習題課的次數較少,學生運用所學知識解決問題的能力較弱,對習慣于被安排、缺乏學習主動性的中學生,就很難在短時間內適應大學教學過程。
1.4學生學習方法的不同中學生一般課前不預習,課后也很少翻閱知識輔導書,只要課堂上跟著老師聽課,課余時間除了完成老師布置的作業外,就是作大量的習題,實行題海戰術,重復熟練程度高,認為學好物理的標準就是多做題,解難題,學生自主接受新知識的能力較差,不善于提問題,對教師的依賴性較強。而大學生必須做到課前預習,帶著問題去聽課,課堂上抓住重點、難點,做好課堂筆記,課后要翻閱大量課外資料,對所學知識要融會貫通,及時復結,做的題目不在多,而在精,要學會自學,善于提出問題,要有比較強的學習主體意識。中學物理由于數學知識的欠缺,很多物理概念、規律都是直接給出,沒有經過推導,這就決定了中學生接受物理知識的方式主要靠記憶,而大學由于有了高等數學、矢量代數、數理統計等工具,物理概念、物理規律大多可以做詳盡的推理,因而大學物理學習概念更注重概念的理解和掌握,物理過程的分析和論證。
2如何做好大學物理和中學物理教學的銜接
2.1循序漸進,適當放慢教學進度學生已習慣于中學教學慢節奏,少容量,講練結合的教學方法,若一開始就進行快節奏,大容量的教學,學生一下子不能適應,這不僅影響了大學物理的教學效果,同時也會挫傷學生學習物理的積極性。所以,我們在教學過程中最初應適當放慢教學進度,使學生逐漸適應,慢慢逐步進入正常的教學進度,從而達到讓學生適應大學的教學進度,學會大學的學習方法。
2.2通過物理緒論課灌輸大學物理的重要性大學教師應充分考慮大學物理和中學物理的區別,從一開始就讓學生明白大學物理和中學物理在研究對象、研究內容、學習方法等方面有許多的不同,讓學生知道大學物理不是中學物理的簡單重復。同時我們在緒論課中,應介紹物理學的發展歷史、物理學的發展現狀和物理學的發展的未來展望,從而引起學生學習物理學的興趣,另外對理工科學生來說,可以適當地給他們介紹物理學和自己未來的專業的聯系,以提高他們學習物理的積極性,例如對我們紡織專業的學生,可適當介紹量子力學與紡織材料等、質點、剛體力學與紡織機械方面的關系。同時還應強調,大學物理的基礎學科性質,學學物理不僅僅服務于后續的專業知識,更重要的是學會一種思維的方法、學習方法以及研究問題的方法。
又如,計算機專業的學生往往對自己的專業———計算機更感興趣,其實,計算機的硬件離不開物理,法拉第、麥克斯韋的電磁理論,德布羅意、海森伯、薛定諤等人的量子力學,半導體,甚至牛頓力學,都是計算機誕生的基礎理論,舉個簡單的例子,在電子器件中,電子在電場的作用下沿著設定的電路運動,就實現了器件的功能。科技的發展突飛猛進,而大學物理的理論基礎相對固定,如果不及時更新應用舉例,一直沿用老舊的例子,會令學生覺得物理落伍了,學了沒有用。大學物理作為自然科學的基礎,在打好底子的同時,也應賦予它新鮮血液。教師應時刻關注前沿科技的發展,恰當地引入課堂,激發學生對大學物理的學習興趣。
2多種教學手段相結合
與大學物理豐富的教學探索內容相適應的,是多樣的教學探索手段。物理現象千姿百態,奇妙無窮,僅憑口述和板書,很難展現它的多彩魅力。比如,波動光學里的白光干涉有美麗彩色條紋,教師可以自己制作鐵絲圈配制肥皂水,在課堂上親手演示薄膜干涉現象,定能給學生留下深刻的印象。再如,自帶一根普通跳繩,隨時悠動起來演示橫波現象,既操作簡單又能形象地解釋深刻的波動規律。當然,更多實驗不方便課堂演示,或者得有專門的儀器才能演示,這就得依靠現代教學探索手段———多媒體了。比如,波動學里的駐波,畫在黑板上時,它就是某一時刻的波形圖,看起來和行波完全相同,然而,駐波在同一個波節內各質點的振動相位都相同,這跟行波規律有著本質的不同,這點總是會讓學生感到費解。當運用多媒體教學探索手段,動態地演示駐波的傳播過程,讓學生清楚地看到同一個波節內各質點究竟是如何振動的,這個疑團自然就解開了。
2改革的建議
2.1大學物理實驗項目可選
對大學物理實驗項目進行劃分,分為必做部分和可選做部分。必做部分為測量誤差和數據處理等基礎知識??蛇x部分按基礎、提高、綜合把實驗項目進行劃分。學生可根據自身的情況在選做的部分實驗里選擇實驗,教師根據學生的選課情況,遵照“強化基礎,循序漸進,理工融合,突出應用”的原則,以學生能力的培養為主線建立物理實驗教學體系[2]。
2.2教學模式的改進
把現在上實驗課的模式由老師為主導改為學生為主導。把“教師是演員,學生是觀眾”的講課模式改變為“教師是導演,學生是演員,培養學生的動手能力和解決問題的能力,在時間允許的條件下盡可能的讓學生靠自己的能力獨立完成實驗內容,讓學生體會到獨立完成實驗的成就感和實驗的樂趣。同時可以為一些優秀的或喜歡學習的學生提供一些自由發展的空間,讓學生自己設計實驗方案,自己選擇實驗儀器,獨立完成和撰寫實驗報告,從根本上改變傳統教學模式中時間統一安排,內容統一規定,要求統一標準,不顧個人興趣,不顧水平高低完全一刀切的弊端。
2.3實驗項目與時俱進
當今科技的進步日新月異,最新的科技成果不斷涌現。伴隨著時代的發展和知識不斷增加,要使大學物理實驗跟上時代的進步。因此,大學物理的教學內容在一定程度上能夠體現出現代科技技術的發展的特點,開設一些新穎性、設計性、綜合性、能充分吸引學生學習興趣的實驗項目[3]。限于一些高校的特殊原因,可以增設一些新型科技成果的演示性實驗,增加學生的實驗興趣,激發學生的學習熱情,也利于提高教學效果。
2.4實驗成績的鑒定
在大學物理實驗選做和必做的劃分下,規定每個學生必須完成的實驗數量和實驗種類,使得每個學生都能有充分的實驗動手能力又能全面的掌握各類實驗的方法和技巧,但考核的形式不局限于提交實驗報告為最終形式。規定每個學生必須完成的實驗數量、提交實驗報告占總成績的50%,綜合創新性實驗占總成績的30%,其他占總成績的20%進行劃分。既要學生能完成規定的實驗項目,鍛煉學生基本的實驗動手能力,同時又鼓勵學生以創新性實驗形式完成最終的課程考核,培養學生綜合思維和創新能力,增加課程的教學效果。
2.5各院校加強交流
加強各院校間先進的教學手段和成果的交流,共享一些最新的前沿的實驗趨勢、實驗器材和實驗方法,在一定范圍內進行大學物理實驗競賽活動。各院校通過自己選題,自己組織實驗,然后集中匯報的方式進行交流,以此促進高校物理及實驗教學改革,深入開展創新人才的培養,增強學生實踐能力和創新能力,提高學生的綜合素質。同時定期召開大學物理實驗座談會,交流最新的實驗項目,最新的實驗方法,淘汰一些落后的實驗項目等,促進大學物理實驗的整體進步。
二、多媒體與傳統教學方法結合
多媒體教學是近展起來的一種現代化的教學方式,有非常明顯的教學優勢。比如多媒體教學可以拓寬現有教學模式,能把復雜的物理現象用錄像或者三維動畫的形式展現給同學們,比如在講到駐波時,僅僅靠描述駐波是不夠的,同學們并不能夠準確理解駐波現象,對波節與波腹的概念也比較模糊,如果借助多媒體工具,能將駐波這一過程以動畫的形式展現給同學們,對剛才提到的幾個基本概念就很容易了解了,另外,教師也可以針對不同專業,比如橋梁專業,解釋駐波對橋梁的危害,并搜集相關視頻,將這種物理現象利用多媒體技術與其專業結合起來,可以使大學物理教學內容表現得豐富多彩,形象生動,激發了學生學習的積極性和主動性,增進對所學知識的理解和記憶,這是傳統的黑板加粉筆教學手段難以表現的。凡事有利弊,多媒體教學方式也是如此。雖然多媒體教學方式有許多優勢,被很多年輕教師所采用,但經常會出現一些在傳統教學方式中所沒有遇到過的問題。比如多媒體可以在短時間內提供大量的信息,但學生能不能在短時間內將如此多的信息完全吸收理解,能不能達到預期的上課效果,將會是一個很重要的問題。物理學科是一門邏輯性很強的自然學科,如果學生對教師上課內容不理解,造成的結果是對學習物理課程失去信心,對學生學習物理課程是非常不利的。所以在講解課程的重點部分或者比較復雜的推導過程時,應用多媒體顯然是不合適的,學生還沒有來得及反應,就得到了最后的結果,中間過程少了同學跟隨教師思考的時間,對學生理解物理定律現象是不利的。這時候,教師應該采用粉筆加黑板的傳統教學方式,慢慢引導學生跟上教師的節奏,深入淺出,必能達到較好的教學效果。因此兩種媒體交替使用,更有利于吸引學生的注意力。
2.大學物理中運用案例式教學的優點
傳統大學物理教學是以教師和書本為中心,一般采取原理加例證講授的方式。教師居于主要地位,是對學生單向灌輸知識的溝通,而學生是被動的聽講者和接受者,這就是傳統的“填鴨式”教學方法,這種講授法忽視了對學生學習潛能的激發,導致理論與實踐的脫節。相對于傳統的教學法,案例教學法的優點在于:首先,授課方式上,是以教師主導,學生主體的課堂,教師和學生共同參與對案例的討論和分析,強調師生互動,教師引導學生通過案例的分析、推導,運用概念來解決問題;第二,教學內容上,不拘泥于教材本身的知識內容,而是以大量鮮活案例構成學生需要掌握的知識點和關鍵點??砂讶粘I钪械氖吕鳛橐龑圆牧希寣W生主動探索、發現,并對所學知識進行主動建構[3];第三,教學過程中,案例教學不僅是學生掌握知識的過程,更是學會學習的過程。學生能學會信息的收集、使用和分析,學會和他人探討、交流、促使學生思維深化,能夠對一個問題尋找多種答案,逐漸培養和形成創造性思維;第四,案例式教學是一種動態的開放的教學方式,在教學活動中,教師是引導者和組織者,學生是積極的參與者,這將提高學生獨立決策的能力,學生對復雜多變的案例情況獨立做出判斷,排除以往過分依賴教師的心理,發揮學生的主體性、學習和探究的自主性。
3.案例式教學法的應用
案例教學應用實施中應注意的幾個問題。(1)案例要具有典型性、普遍性及適用性[3,4]。應圍繞所傳授的基本理論和方法選擇具有代表性的典型案例,一個具有普遍意義的案例,能起到舉一反三、觸類旁通的作用。此外,還要注意案例的難易程度應與學生的接受能力相適應,以激發學生的創造性和主動性,提高教學效果。(2)對教師素質提出更高要求[3]。案例教學是否有吸引力和說服力,教師是關鍵因素,教師要精心選擇案例,并熟知案例陳述的背景、事實、觀點,以及所蘊含的原理,據此擬定教學計劃。教學過程中,教師要成為學生的“導師”,引導學生開展探索創新,善于拋磚引玉,打破僵局,使學生融入課堂,還要對學生討論中不完整、不準確的地方給予補充和更正。(3)學生要積極、主動參與教學。學生不再是知識的被動接受者,而是主動參與教學,成為會學、樂學、善學的“主體”。要求學生勤于思考,積極參與,有理有據地陳述自己的觀點;并強化互助合作意識,認真聽取、評析其他人的觀點和意見。下面舉兩個案例教學的例子。如在講解“剛體角動量守恒定律”時,要讓一學生兩手舉著啞鈴站在可繞豎直軸轉動的凳子上,在使凳子轉起來的過程中,學生不時改變兩胳膊與水平方向夾角,周圍同學觀察其轉速變化,啟發大家思考原因。在此基礎上進一步分析,舞蹈時如何控制自身旋轉速度大小?跳水時為何要改變身體和四肢的姿勢?“支奴干”直升機、水中魚雷為什么要采用反向轉動的雙旋翼?由近及遠啟發學生思考并討論,加深學生對角動量守恒定律的理解與認識。再比如講解“感生電場”內容時,知識比較抽象,學生難以理解,教師可以用《夢溪筆談》中的一段記載作為案例,書中記載,一內侍家中遭雷擊,室內的金屬銀扣、寶刀等溶化成汁,而木質的漆器與刀鞘,卻安然無恙,這顯然是有違人們常識的神奇之事,如何解釋呢?教師首先引導,雷擊事件中有電場,也有磁場,所以要從電與磁的內在聯系分析,雷電來襲時,高壓放電,可達到數萬安培的電流,從而產生強大的高頻交變磁場,后面的可以讓學生進行討論,一步一步分析出,變化的磁場在金屬銀扣和鋼刀中激發感生電場,進而形成渦電流,產生大量焦耳熱,將其熔化,由于時間極短,木質漆器和刀鞘這類非導體尚未來得及燒焦,從而解決問題。后面,老師還可以引導學生來解釋電磁爐工作原理等內容,使學生能夠舉一反三,其學習效果也事半功倍。這樣,通過設計案例、啟發引導、組織討論、分析解答等一系列工作,學生的認知中已具有同化新知識的基礎,教師再上升到理論高度講解,使同學們感覺到新知識具有重要的應用價值,不再感覺抽象乏味,有效地調動學生學習物理知識的積極性與主動性。
②演示實驗儀器最適合做開放性實驗項目。儀器種類多,相較于其他的實驗室,它在管理方上比較靈活,同學可以利用課余時間等等來使用這些儀器。再者,這樣的實驗教學方式十分機動,教學形式較其它方式自由,學生可依照自己的選擇來挑選儀器,激發了學生的學習興趣。
③對創造能力的發揮有推動作用。通過這樣的方式有利于學生將其知識向能力轉變,學生的實踐活動的范圍經由他們對儀器的組裝而擴大。學生可以發揮自己的穿鑿能力,也為其科研能力的培養奠定了基礎。
④發達水平較低的地區更適用于使用這種教學方式。還可用于對文科大學物理的實踐性教學。這種辦學思想見效快,且對儀器的投資較少,適合在發展水平不高的地區進行推廣。
⑤設計性實驗用于學生選做實驗階段,主要以對學生綜合素質和綜合能力的培養為主,答辯式、研究式的教學法被這樣的試驗方式所采用。在該階段,經由教師提供實驗的項目,學生依據自身的興趣愛好,進行選擇,通過對資料的查閱以及調研,對理論進行推理驗證,以確定實驗的方法,從而自行對實驗的裝備進行選擇,并獨立地完成實驗。并且在結束試驗之后進行相關經驗的總結和進行論文的撰寫。綜合設計性實驗項目在教育模式方面的主體是教育者,學生的主題活動形式更加具有了實踐和創造性,教育的內容充分考慮到學生和受教育者的需求,學生和教師從課程教學計劃的實施者向設計者轉變,以前的制度化的課程(經由事先確定)也向學生在一定的框架之下進行自主選擇的持續變化的活動內容發生轉化,學生的個體需求在這樣動態化的課堂當中得到了饜足,學生作為主體的活動也得到了積極調動,很多方面都相對于之前的實驗室有了很大的不同。以自我為主體在活動中得到了充分展現。學生對活動的積極參與也將自身的能動作用進行了積極調動,學生實現了自主學習,實現了創造的機會,充分展示了他們的獨特之處,他們獨立發現和思考并解決遇到的問題的能力在暢游于儀器的“海洋”中得到了體現,對課堂教學要創新這一要求在“從任務到觀察到行動到問題到反思到解決”的模式中得到了彰顯。所以,這樣的演示實驗室可以滿足創新教育的需求。對這樣的實驗室的合理科學的利用來建設設計性和綜合性的實驗項目有利于特色化創新教育的進展,這也為以后的實驗室建設發展提供了優良的空間。
2演示實驗室分層次開放的思路與方法
利用現有的儀器設備,分層次對不同專業學生分層次實施不同的實驗項目,加以輔助材料設計一些物理實驗。分為4個層次的實驗專區。
①物理基礎演示實驗,主要針對文科專業學生進行開放。旨在培養文科大學生的自然科學素養。實驗從物理基礎知識為出發點,其內容簡單,應用廣泛。主要以定性研究為主。這類實驗有:能量穿梭機———主要利用機械能守恒,動能與勢能之間的相互轉化,有蒸汽機的模型,還有有趣的光學趣味實驗等。
②對大學理科專業的學生開設的一些與大學物理相關定性實驗,如:李薩如圖像變換、海市蜃樓的模擬原理、電磁加速器的現象及原理等。
③綜合性及自主設計性的實驗,主要針對物理專業大三、大四的學生,在對物理實驗基礎上開設一些綜合性的實驗。例如:激光調腔實驗的研究、多普勒效應的演示、激光竊聽等。根據學生的理論及實驗基礎的特點,由學生自行設計,在實驗老師的協助指導下完成課題的研究。
④培養師資教學技能。利用一些常用儀器演示實驗,如:靜電屏蔽與高壓尖端放電實驗研究,進而研發多種演示小實驗:靜電噴水現象“、電風”吹滅蠟燭等實驗。為以后開展基礎實驗教學示范基地,培養欠發達地區師資力量做好硬件資源的儲備工作。還可以開設一些與中學物理和大學物理實驗均有關聯的實驗,構建實驗預備區,為中學物理與大學物理知識銜接做好準備工作。
3理論價值與應用前景
物理設計性實驗室的開設要建立在學院的實驗能力的基礎之上,需要學員在解決或者實際測量的問題當中將物理的知識還有實驗的技能加以運用。以后的專業課程和科學的訓練還有學術研究的進行要經由學員通過分析和解決問題將自己的理論知識轉變為自己對實際的問題的解決來進行訓練??简瀸W員的物理實驗基本功的把握程度的有效途徑就是設計性實驗室。設計性實驗室同時也是可以使學生發現和解決問題的個人能力得到提高的有效方法。在這個過程當中,學員的學習樂趣將會通過自己對材料的查閱和對方案的比較,自己設計切合原理的實驗操作步驟得以充分體會。該實驗室的開始有利于學員結合自身的相關知識,達到學習和發展能力的有機統一,實驗教師也由此更加便于了解其情況,并為其找到適合的教學方向和制定合適的教學方法。演示實驗室的開放對不同層次的學習者有著深遠的影響,及早地開展物理演示實驗室分層次開放實驗并及時實施有著重要的實踐價值及深遠的意義。
①可以激發實驗人員的創新能力,提高技術能力,促進他們之間的技術交流;
②可以節省或暫時緩解資金問題,進一步提高了該校設備的可利用價值和利用率。
2大學物理設計性實驗體系設計與實踐研究的內容的實施方案
大學物理設計性實驗體系設計與實踐研究的內容評價的方案制定包括確立目標,科學選擇內容、設計工具、靈活運用實驗方法等環節。這些環節相互之間既緊密聯系又相互制約。明確目標和內容是選擇實驗方法的基礎?;\統或瑣碎的實驗標準將不利于數據和資料的收集,而沒有準確、有效的數據,就不可能達成正確的實驗結論,從而影響實驗的反饋以及最終合理改進建議的提出。必須針對不同的實驗項目選取恰當的實驗方式方法,并利用反饋意見改進實驗設計,促進學生綜合實驗素質的發展。其最終目標是學生在進行實驗活動過程中逐步生成的。必須針對不同的實驗項目選取恰當的評價方式方法,并利用評價反饋改進實驗設計,促進學生綜合實驗素質的發展。根據大學物理設計性實驗課程的價值追求和課程特點,大學物理設計性實驗多維度評價的目標包括知識與技能,過程與方法,情感、態度和價值觀3個維度。2.1收集、分析和處理信息。學會收集信息的各種基本方法,嘗試運用調查、考察等方法及利用圖書館、網絡等基本信息工具;能夠對收集的信息或資料進行初步分析和處理;能夠在團隊中進行信息交流。2.2問題解決。學會自主提出問題、制定解決方案,并通過實驗過程驗證方案的合理性;開展問題探究,嘗試探究活動,體驗探究過程;提出問題解決的策略。2.3動手操作。計劃和組織一個實驗項目的實施;嘗試運用已有的儀器設備或通過改造或自制設備完成實驗項目;具有基本的信息操控技術和素質。2.4表達與交流。能夠自主地與指導教師或專家進行聯系,并學會在實驗中自我管理;能夠以書面和口頭等不同的表達方式,表述實驗的結果、體會或思想情感;學會結果分享。2.5情感、態度與價值觀。養成參與意識、服務意識、合作意識、環保意識、效率意識、安全意識、科學精神、創新意識;形成社會責任感和義務感,形成負責任的工作態度和生活習慣。
3大學物理設計性實驗體系設計與實踐研究的內容的啟示
3.1在實驗過程中進一步認識實驗設計體系的重要性。在實驗過程中發現了許多大學物理設計性實驗課程實施中的問題,比如指導教師學科分工的問題、實驗過程中教師的指導問題、實驗過程中資料的規范性問題、指導教師的培訓問題等,這些問題都要在今后的教學中進行整體規劃設計和落實。3.2實驗指導教師在測評過程中得到培訓。在實驗教學中,教師的指導往往過于寬泛,針對性不強,缺乏具體的指導行為和指導規范,部分教師不明確自己在指導實驗過程中的具體指導任務有哪些方面,因此指導方式、指導行為存在著一系列問題。實驗指導教師在評價過程中進一步了解了實驗教學的目標和要求,對指導學生實驗有了更深刻的認識。3.3學生實驗素質得到了全面發展。大學物理設計性實驗體系設計與實踐研究提高了學生合作意識。在大學物理設計性實驗實施過程中,增多了學生之間的交往合作機會,實驗時,學生分工合作,在團隊中學會與人相處,發展協作素質;增強了學生的自信心,大學物理設計性實驗開放的教學方式;培養了發現問題、解決問題的素質,激發了學生的創新潛能;同時也激發了學生關注生活的熱情設計性實驗的開展密切了學生與指導老師的聯系,激發了學生關注生活的熱情。
二、基于信息論的大學物理教學設計目的
(一)提高信息傳播質量,提升教學效率
信息論是應用概率論以及數據統計的方法對信息熵、數據傳輸等問題的應用數學學科。信息論中指出,信息是生命系統、機器系統等適應外部世界和同步世界所開展的一種交換物質的運動形式。在大學物理教學過程中,教師和學生之間所進行的便是一種交換過程,在這一過程當中,老師的教學內容即是信息,而學生則是接收這些信息的外部世界。要保證信息傳輸的真實性和準確性,教師首先需要做的,便是對教材的深入了解和分析,掌握教材的教學中心,提煉準確的教學元素,保證信息的輸出質量和輸出效果,最終實現大學物理教育教學效率的顯著提升。
(二)優化教學方法,改善教學質量
從信息論角度開展大學物理教學方法的研究和設計,對于改善教學質量也將起到非常積極的租用。信息論研究的主要方向是信息的傳播路徑、信息的傳播方法以及信息的傳播形式,通過改善信息通道和優化信息傳播方法,以達到提升信息量和信息傳播質量的目的。大學物理教學中引入信息論,能夠對大學物理教學過程中教學方法進行分析和評估,指出教學中所存在的問題和不足,根據分析結果選擇合理的教學手段來優化知識傳播途徑,達到改善教學質量的目的。
三、基于信息論的大學物理教學設計
(一)提煉教學元素,準確輸出信息
一名優秀的教師,應該懂得如何對信息進行轉化,將枯燥的信息轉成豐富而生動的圖文,使學生能夠樂于接受這些信息,讓學生能夠牢牢地記住教學知識。教材中關鍵點的挖掘,是信息傳輸的前提。許多教師雖然課堂教學方法靈活多變,課堂氛圍活躍,但是教學水平則一般,究其原因,主要是教師沒有真正的抓住教材的主要思想,沒有將教學信息完全的傳輸給學生。因此,教師在大學物理教育教學過程中,必須要抓住信息關鍵,消除思維屏障。適當的教學方法,也是提升信息傳輸效果的有效途徑。在教學過程中,教師可以依靠合適的教學方法來提升教學氛圍,提升學生對知識的理解興趣,提高學生的學習積極性。較為常用的教學方法主要有實驗法、互動學習法、實踐法等多種方法,教師可以根據實際情況采取行之有效的方法達到教學目的。比如,電動勢概念一直以來都被人們當做是大學物理教學中的難點和重點,概念的抽象和不便于理解,使得教師難以達到教學預期。針對這類問題,教師可以采用實驗法,帶領學生進行試驗操作,較低教學難度和坡度,使學生在操作過程中能夠掌握非靜電力的有關概念,激發學生學習積極性和學習興趣,并牢牢記住非靜電力的作用原理和效果。由此可見,從信息論角度來看,教師要想準確的輸出教學信息,保證信息輸出質量和效果,就必須要重視信息元素的提煉和分析,采用行之有效的方法,以達到教學目的。
(二)精簡教學結構,暢通信息渠道
大學物理教學過程中,教師要想實現真正意義上的信息高效率轉化,就必須要從教學結構入手。所謂教學結構,就是教師對教學要點的合理布置,課堂教學時間的應用,以及對教學方法的整合。合理的教學結果,能夠使信息逐層增加難度,在不斷的探索和理解過程中幫助學生掌握相關知識要點,達到教學預期。大學物理中的許多知識點都相對較為復雜,具有一定的教學難度,教師應該根據信息論進行教學結構的優化和改良。在香農-維納公示,信息的頻帶寬越大,則信噪比越高,傳遞的理想信息量就會越大。信息組塊是信息量的一個有效單位,也是測量人短時記憶的最小單位。信息論中指出人的短時記憶容量小于或者等于五個組塊時才能夠牢固的將信息貯存在長時記憶當中。因此,在實際的教學過程中,應該靈活的運用這一原理進行結構的調整,遵從信息塊不得大于5的原則,以4個信息塊來設計新的教學結構。
(三)建立信息反饋機制,發揮信息調控作用
在信息論理論當中,信息在完成輸出活動之后,信息的反饋則成為信息的重要調控元素。信息的存儲和長期保持,必須要有信息反饋的參與。大學物理教學中,教師通過多樣的教學方法和教學結構以實現信息的傳輸目的,幫助學生了解和掌握相關物理學知識。然而,如果缺乏必要的信息反饋和交流,學生將無法完全的吸收和消化信息,這個信息的傳輸工作也便沒有真正的完成。由此可見,建立信息反饋機制是非常重要的,發揮信息調控作用,能夠更好的保證教學質量和教學效率。首先,信息的反饋可以在教學課堂上進行完成。老師在課堂上可以就本堂課所傳輸的信息提出部分問題,供學生回答和思考。根據學生對問題的回答結果,老師能夠較為清楚的了解學生對信息的獲取和吸收情況,并根據實際情況來調整教學內容,鞏固教學知識。同時,教師也應該在課堂之外加強和學生之間的交流和溝通,在和學生的溝通當中了解課堂教學中自身所存在的問題和不足,并對其進行及時的優化和改善。例如,在楞次定律的教學中,老師便可以圍繞這楞次定律提出相關問題:比如,感應電流在什么樣的情況下才會產生,當線圈當中有磁感線的時候,線圈就會產生電流嗎?法拉第電磁感應定律和楞次定律之間存在什么樣的聯系?感應電流磁場是如何阻礙原磁場的變化的?會不會將原磁場中的磁感線阻礙掉一半呢?以上問題的提出,充分的結合了本堂課所傳授的知識信息,學生對該問題進行積極思考和分析的同時,也是自身加強記憶和信息回顧的過程,這對于提升學生對知識的掌握能力以及對問題的處理能夠有有著非常積極的作用。
四、基于信息論的大學物理教學設計體會
(一)調動學生積極性,提升信息傳輸質量
通過將信息論與大學物理教學相結合,一定程度上保證了信息提取的準確度和有效性,使教材中教學內容更為清晰的展現在學生面前,避免了信息數據不準確而導致的教學質量低下的問題。同時,結合信息論理論,實現了教學信息傳輸的準確性,降低了學生的理解難度,調動了學生的學習積極性。
(二)大學物理教學應用信息論開展教學設計的注意點
信息論作為一門專業的應用數學學科,信息論原理較為抽象,導致不同程度的應用困難和障礙,最終影響到信息論的應用效果和教學效果,為此在實際的運用中必須要注意以下幾點。首先,應用信息論開展教學設計和教學分析,必須要循序漸進,將教學過程劃分為準備階段、教學階段和反饋階段,分階段應用信息論開展評估和優化。其次,信息的傳播是相互的,信息反饋是優化信息傳播路徑的關鍵。應用信息論進行教學設計,必須要重視學生的反饋,采取適當的手段在課上及課后開展信息反饋和整理工作,認真分析問題,并解決問題,從而真正的實現教學質量的提升。
2培養學生觀察,分析及實踐能力
要解決問題,首先發現問題,所以培養學生的觀察能力是一項重要任務.感性知識的獲得依賴于敏銳的觀察力,善于觀察才能善于發現.演示實驗能夠形象展示物理現象和物理過程.首先可以用簡單直觀的演示實驗來鍛煉學生的觀察和分析能力,進一步鍛煉思維能力.通過鍛煉后再增加演示實驗的復雜度,讓學生自己去觀察分析物理現象和過程.同時創造條件,使學生參與到演示實驗的展示、制作、維護、改進等創新實踐活動中,充分發揮學生的主觀能動性.觀察、分析和實踐能力的培養既提高了學生的整個邏輯和創新思維能力也對學生以后從事科學研究起到了積極作用.
3建立正確的物理概念,加深知識的理解
對概念的正確理解是學好物理學的基礎.演示實驗建立起來的直觀物理圖像,有利于激發學生的學習興趣,有助于對物理概念的感性認識.例如,在講授“剛體的角動量守恒”時,讓一個學生坐在茹可夫斯基轉椅上,伸開雙臂和雙腿.當轉椅轉動后慢慢收回雙臂和雙腿,轉動的角速度會越來越大.這樣既可以很好地演示角動量的守恒,也可以加深對剛體轉動慣量的認識,同時能讓學生參與其中.在學學物理之前,學生已經對一些物理現象有了初步的認識和理解,但有一些“想當然”的物理現象很容易在學生心中留下錯誤的觀點.比如,一個均質的彈簧如果分為兩部分,彈簧的勁度系數是否和原來一樣.提出這個問題,很多學生會不假思索地回答一樣.在課堂中完全可以用兩根彈簧進行演示,讓學生自己去觀察、分析它們的不同,然后總結為什么會犯這樣的錯誤.這樣的實驗會立即啟發學生的興趣,激起學生的探究欲望,使學生主動探索內在的物理因素,培養學生良好的學習習慣.這樣的問題在學習中比比皆是,演示實驗在設計時就是要貼近學生,突出對物理概念認識的矛盾,能夠讓學生主動地發現、分析去獲得正確的知識,樹立正確的觀念.最后再引導學生去總結犯錯的原因,培養學生良好的思維方式.
4拓寬視野,加強與生活工程及高新技術的聯系
大學物理是一門基礎學科,該課程的學了培養學生各項能力外,還為專業學習建立起基礎知識的儲備.大學物理的內容不能僅限于教材,一定要結合近現代科學和工程技術的發展.比如,美國大學的物理教育近現代知識能夠占據4成以上,美國科學技術的先進與其優良的基礎教育有密不可分的關系.在演示實驗的設計上也要緊跟時代的發展,在貼近生活的同時也要擴展學生的視野.實驗器材和用具取自身邊易得之物,不讓器具本身喧賓奪主.另一方面又把高新技術引入或與工程應用結合,激發學生的求知欲.如,激光器中偏振光的產生,日光燈的鎮流器,微波爐和電磁爐的工作原理演示等.我們在演示實驗的設計時還注重了與不同專業的特點結合,讓學生感到物理與專業的緊密聯系.實踐證明,經過以上原則設計的演示實驗在培養學生的綜合能力上非常有效.5促進與多媒體教學的融合發展
多媒體教學越來越多地被用到課堂教學中來,它以圖、文、聲并茂甚至活動影像的特點以及獨特的人機交互功能,已經被認為是不可取代的教學手段.一些難以用普通器具展示的演示實驗,恰可以用多媒體的方式來實現.如,光學干涉、衍射的色彩斑斕、力學中的復雜裝置以及電學中場的形象演示等.課件制作中的繪圖和程序編寫,都讓學生參與其中,鍛煉能力的同時也加深了對知識的理解.
6培養創新能力,樹立良好的科學態度
大學物理教學中,培養學生的觀察、分析、總結和創新能力是一項重要任務.這些能力也是學生以后從事生活、工作和研究不可缺少的素質.演示實驗有利于這些能力的培養.形象有趣的演示實驗能夠引導學生去觀察物理現象、去分析物理過程、去總結物理規律,再加上與高新技術和工程實例的結合能促使學生去實踐和創新.在大學物理教學中充分發揮演示實驗作用,本身就是理論與實踐相結合的教學模式.在實驗的演示中,教師要引導學生獨立的去觀察、分析和總結.教師也要盡可能使學生參與到整個的實驗過程,不斷地要求學生嚴格遵守操作規程,對實驗中出現的問題,認真分析、查找原因,樹立起解決問題、克服困難的信心,絕不畏難而退、弄虛作假,進而培養起良好的科學態度和作風.良好的科學態度一旦形成,就會對一個人的事業和生活產生莫大的影響.因為它可以促使人們形成正確的人生觀、價值觀和世界觀,它比知識的掌握和能力的形成更為重要.