基于PBL教學模式的“基礎物理實驗網絡課程”

梁會琴， 馮建武， 郭保忠

(洛陽師范學院物理與電子信息學院，河南洛陽471022)

0 引言

本項目是在洛陽師范學院2007年結項的教改項目“大學物理實驗教學手段的創新與實踐”和2009年結項的教改項目“熱學實驗網絡指導課程”的成果基礎上持續開展并如期完成的。項目的主要成果“基礎物理實驗網絡課程”，已于2009年5月掛在校園網上(見洛陽師范學院2009年校級精品課程的教學網站欄目)。成果的主要特色是將基于問題式學習的教學模式應用于設計開發的基礎物理實驗網絡課程之中。項目的初步成果在三年的教學實踐應用中效果良好。

1 項目選題的背景及意義

1.1 背景

基礎物理實驗課程是培養大學生實踐能力和創新能力的具有獨特優勢的教學平臺，因此國家每年都會投入大量的人力、物力、財力來進行物理實驗教學改革乃至建設物理實驗精品課程和物理實驗教學示范中心［1-6］。多媒體現代化的教育手段在物理實驗課程教學改革方面的應用研究，已經取得許多成果［7，8］。但是經過充分調研，我們發現就其總的改革成果而言，還存在著教育理念偏差、呈現形式不夠實用、協調應用不夠恰當及教學引導過程不夠完善等問題:

(1)教育理念偏差。雖然在我們的實驗教學中采用了多媒體新技術，但是已開發的網絡課程、多媒體課件等依然沿用的是舊的教學理念。如實驗講義的網上搬家、實驗錄像、虛擬實驗等。它們雖然在傳統的實驗教學環節上解決了一些問題，但是以“知識傳授為中心”的教學理念沒有得到根本的改變。

(2)呈現形式不夠實用。一些好的網絡課程、多媒體課件、虛擬實驗等的確為改善實驗課的教學環境帶來了生機，能夠激發學生學習的興趣并豐富學生的想象力，但相當一部分只是實驗講義的網上搬家，沒有實用價值。現有的實驗網絡課程從形式上缺乏以學為主的整體教學模式和貫穿始終的明確的教學主線。

(3)協調應用不夠恰當。學生實驗技能和實踐能力的最終提高主要是在實驗室里完成的，而網絡課程，多媒體手段只能夠對實驗教學起到輔助作用。因此網絡課程與實驗課堂教學要互補和滲透，網上資料要切合實際，注重實效。而現有的許多網上資料缺乏與實驗課堂教學的協調和互補。

(4)教學引導過程不夠完善。學生在實驗課學習的過程中，會遇到許多新的問題，特別需要教師的全程指導與幫助，諸如實驗設計中的問題、數據處理中的問題及實驗后問題的探討等。而現有的網絡課程大多是虎頭蛇尾，缺乏對學生全程式的引導和幫助。

經過以上分析，我們認為:當前影響物理實驗課教學改革效果的主要因素是課程設計理念的偏差與教學主線的不明確造成的。

1.2 意義

本項目針對高校物理實驗教學改革中的關鍵問題——教育理念和教學模式問題進行了專項研究和實踐，對解決高校從傳統物理實驗教學的舊模式向以學生為本的新型化、現代化、全程化物理實驗教學新模式轉變的關鍵問題進行了嘗試。

本項目的選題產生于實驗教學改革的現實需求，是國內領先的一項創新型研究項目。該項目對推動我省PBL教學改革及高等教育現代化進程，有著重要的理論研究價值和實際應用意義。項目取得的成果，對加快我省物理實驗精品課程建設和實驗教學示范中心建設的步伐起到了積極的作用。

2 項目研究的重要觀點

PBL(Problem-Based Learning，PBL)是一種以問題為核心，以學生自我管理為主的教學模式。自PBL創建以來，國內外的許多大學采用這種新型的教學模式取得了較好的教學效果［9-14］。將PBL教學模式應用于基礎物理實驗網絡課程，教育理念新、呈現形式實用、網絡課程與課堂教學優勢互補、實現教師對實驗課程的全程負責。具體分析如下:

(1)教育理念新。PBL教學模式中學生圍繞著提出的問題進行咨詢、設計方案、解決問題、反思和總結。學生是教學過程的主體，而教師只是學生解決問題的幫助者。因此它將充分體現以學生為主體、以教師為主導的教學理念。

(2)呈現形式實用。PBL教學模式中教師根據教學采用各種手段(圖片、動畫、虛擬實驗、多媒體課件、網絡課程等)為學生創設情境、提出問題、提供資料、實施幫助、評價交流。教學過程有明確的以“問題”為核心的教學主線，各種網上資料必定切實有用。

(3)網絡課程與課堂教學優勢互補。PBL教學模式中學生針對要解決的問題，需要多方咨詢、綜合思考、設計方案、動手操作、歸納反思，最終使問題得以解決。學生在學習過程中，網絡課程可以為學生提供多方咨詢、實時求證。實驗室是學生動手操作、解決問題的主戰場，教師則是學生整個自主學習、知識建構、能力訓練過程的指導者和幫助者。這種教學模式，將使網絡課程、實驗室充分發揮優勢互補作用。

(4)實現教師對實驗課程的全程負責。PBL教學模式中教師是整個教學過程的主導者，也是對學生解決問題過程的關注者，更是對學生在整個學習過程中的幫助者。教師可以通過網絡課程制作、實驗室指導、平臺交流實現對課程的全程負責。

(5)培養學生團隊合作學習的精神。在PBL教學模式中，學生是解決問題的主體，多數情況下學生可以以團隊小組的形式進行協作學習。

3 項目研究的內容

本項目的主要內容是研究將PBL教學模式應用于基礎物理實驗課程，并且設計開發一門“基于PBL教學模式的基礎物理實驗網絡課程”。

3.1 基于PBL教學模式的課程的總體模式

該課程包括力學實驗、熱學實驗、電磁學實驗、光學實驗、大學物理實驗和近代物理實驗6個分支網絡課程，總計73個實驗項目。各分支課程獨立，結構相仿。即各分支課程都有6個一級欄目，14個二級欄目，其中實驗題目欄目包括若干個實驗題目，而每個實驗題目包括11項三級欄目，參見圖1。PBL教學模式主要體現在“實驗指導”欄目。

圖1 熱學實驗網絡指導課程結構圖

3.2 基于PBL教學模式的課程系統結構的設計

根據PBL學習過程進行了系統結構的設計，參見圖2。具體結構順序是按照學生學習的過程進行設計的，預習并設計實驗、重點提示、操作演示、數據處理、問題討論、交流平臺涵蓋了整個學習過程。體現了PBL教學模式的內涵，即教師以問題為核心，以為學生創設情景、提供資源服務、實時指導和交互平臺為基本策略，設計合理的模塊化結構，真正體現以學生自主學習為主的教學新理念。

3.3 基于PBL教學模式的課程內容

3.3.1 情境內容

情境內容主要由儀器實物總圖、儀器分解圖、儀器原理圖解三部分組成。我們在實驗儀器圖片的布置、拍攝上力求簡潔、清晰、反映全貌，并且加有圖注，可以達到一目了然的效果;儀器分解圖加圖注，主要說明單個儀器的結構原理，使復雜的文字說明變為簡單的圖釋語言;儀器原理圖解用最簡單明了的文字說明儀器、實驗的測量原理。兩三副圖片，一兩行文字不僅可以使學生了解本實驗的概貌，更能激發學生實驗的興趣。

3.3.2 問題設計

問題是根據實驗目的設計的。例如試根據提供的“儀器與用具”進行思考，設計一種測量×××的方案，并完成該實驗。

3.3.3 資源內容

資源內容主要由參考文獻、物理常數、參考網頁、友情鏈接四部分組成。參考文獻列出了主要參考書目;物理常數以表格的形式直接放在網上;參考網頁是兄弟院校的相關網站;友情鏈接則是一些典型的動畫、圖片等。這些可以使學生結合本實驗的儀器用具，對本實驗的問題進行思考，考慮設計實驗方案。

3.3.4 指導幫助內容

網上指導幫助內容由預習思考題及答案、實驗依據及實驗關鍵點、實驗參考步驟及動態演示、實驗數據記錄、處理及實驗數據處理模板、課后問題討論及答案等組成。設計這些內容，充分考慮學生在實驗中遇到的困難，使他們有興趣、有能力將實驗進行到底。

3.3.5 測評內容

測評由學生自評和教師評價結合，重點考察學生分析問題、設計方案、動手操作和解決問題的及與人協作的能力。教師評價主要由實驗要求、評分標準、測試記錄表、測評結果組成。同時設計交流平臺便于學生之間，師生之間實時進行問題討論、交流與評價。

3.4 基于PBL教學模式的網絡課程制作

本課程主要采用 Dreamweaver MX 軟件［3］［15］作為開發制作平臺，并使用Flash MX、Photoshop CS2等軟件作為輔助開發工具制作而成。

課程軟件的特點是:結構非常清晰，可以很方便的進入到各個模塊中;內容布局整齊美觀，并能顯示高清晰的公式和圖片說明;鏈接順暢、交互方便;內容更新也非常容易。

3.5 課程的應用及評價

基于PBL教學模式的基礎物理實驗網絡課程在相應課程教學中使用一年，涉及洛陽師范學院物理學、化學、數學、信息科學與技術、生命科學等14個專業的本科生2 200多人。目前該網絡課程成為教師教學、學生自學的有力工具。具體表現在:

(1)現在學生進入實驗室后，可以直接自己動手做實驗，一般不需要老師講解;實驗課上基本都能順利完成實驗測試任務;數據處理可以通過參考網頁獨立完成;實驗報告抄襲現象基本杜絕，上交率達到98%以上，優質率達到90%以上。

(2)綜合性實驗和設計性實驗的能力大為提高，80%以上的同學能夠獨立完成實驗。

(3)該課程使用以后，激發了學生學習的興趣，有些學生制作了精美的實驗多媒體課件;也有學生用VB等程序開發了實驗數據處理軟件;還有學生積極參與了科技創新活動。該課程在物理實驗課教學改革中效果顯著，“基礎物理實驗網絡指導課程的開發與應用”獲得2008年河南省信息技術教育優秀成果一等獎;2009年“基礎物理實驗”課程被評為校級精品課程;“基礎物理實驗”精品課程獲得2010年河南省信息技術應用成果2等獎。

4 項目的價值、特色和創新點

4.1 項目的創新程度

本項目首次將基于問題式學習的教學模式應用于基礎物理實驗課程，對解決高校從傳統物理實驗教學的舊模式向以學生為本的新型化、現代化、全程化物理實驗教學新模式轉變的關鍵問題進行了研究和嘗試。突出創新點如下:①將高校實驗教學模式改革與校本課程開發同步進行。②對信息技術應用與教育理念更新的整合研究。③對學習理論成果和教學系統設計的結合性研究。④對具有時代特色的物理實驗網絡課程開發與實踐性研究。

4.2 項目的特色

本項目研發的“基于PBL教學模式的基礎物理實驗網絡課程”，有以下特色:①體現了以學生為本的教育理念;②貫穿了以“問題”為主線的實驗教學新模式;③充分發揮了網絡課程在實驗課教學中的優勢互補作用;④實現了教師對實驗課程的全程負責;⑤全面覆蓋基礎物理實驗內容。

4.3 項目的價值

項目將PBL理論應用于物理實驗教學改革，能夠在教育理念、教學模式、教學方法、幾方面有所創新，對PBL理論的應用拓展有一定的意義。

項目研發的“基于PBL教學模式的基礎物理實驗網絡課程”，不僅可供本校師生在教學、學習中使用，也可推廣至其他各級、各類院校的師生在物理實驗課的教學和學習中使用，還對理工科專業的其它實驗課的教學改革也有借鑒意義。

5 結語

項目通過對PBL教學模式、多媒體信息技術與物理實驗教學的整合性研究，取得了預期的效果。通過對本項目的研究我們探索了一種PBL教學模式的實驗教學新方法，研發了一部體現教育新理念、信息新技術和教學新策略的物理實驗網絡課程，走出了一條體現教育新理念、應用網絡多媒體課件輔助實驗教學的新路子，同時也培養了一支觀念新、能力強、熱愛實驗教學的新型師資隊伍。反思項目研發過程及成果，我們認為教育理念、教學模式及教學策略問題，仍然是我們在今后的實驗課教學改革中需要重點關注的問題。該項目的成果基于PBL教學模式的基礎物理實驗網絡課程，還需要進一步的修改和完善。

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