交互式教學(xué)模式下大學(xué)物理理論與實(shí)驗(yàn)改革的實(shí)踐探索

龍濤

摘 要：大學(xué)物理理論與實(shí)驗(yàn)是高等院校理工科各專業(yè)學(xué)生大學(xué)階段的一門重要必修基礎(chǔ)課，在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力、探索精神、參與科學(xué)實(shí)驗(yàn)的能力及掌握科學(xué)方法等方面具有重要的基礎(chǔ)支撐作用。文章提出了一種交互式的課程教學(xué)模式，著重從優(yōu)化理論與實(shí)驗(yàn)課程體系、教學(xué)內(nèi)容的相互融合、傳統(tǒng)與現(xiàn)代教學(xué)方式的相互滲透開展改革實(shí)踐，努力探索大學(xué)物理理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué);交互式教學(xué)模式;教學(xué)改革

大學(xué)物理與實(shí)驗(yàn)是面向全校理工科各專業(yè)開設(shè)的必修基礎(chǔ)課，課程教學(xué)是實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要途徑，深化課程教學(xué)改革，提高教學(xué)質(zhì)量，充分發(fā)揮大學(xué)物理理論與實(shí)驗(yàn)在人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)功能作用意義重大。近年來，人們在大學(xué)物理與實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中不斷地進(jìn)行各種形式的教學(xué)改革，但受傳統(tǒng)教學(xué)模式、課程學(xué)時(shí)及教學(xué)實(shí)驗(yàn)條件等因素的限制，一定程度上對課程教學(xué)質(zhì)量的提高產(chǎn)生了影響。為適應(yīng)新時(shí)代社會(huì)科技發(fā)展對高素質(zhì)人才的要求，我們開展了交互式教學(xué)模式下大學(xué)物理理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)踐，對課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式等直接影響課程教學(xué)質(zhì)量的核心問題進(jìn)行深入研究，努力探索大學(xué)物理理論與實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革模式，有效保障人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

一、交互式大學(xué)物理理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的架構(gòu)

隨著教學(xué)改革的不斷深入，面對現(xiàn)有大學(xué)物理及實(shí)驗(yàn)課時(shí)壓縮的教學(xué)現(xiàn)狀，如何以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)開展大學(xué)物理及實(shí)驗(yàn)教學(xué)，進(jìn)一步提高大學(xué)物理教學(xué)質(zhì)量，我們對前階段的教學(xué)改革進(jìn)行總結(jié)分析，提出了基于交互式教學(xué)模式下的大學(xué)物理理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，新的教學(xué)模式以理論與實(shí)驗(yàn)在體系和內(nèi)容相互交叉、相互融合、相互滲透為改革核心，保證課堂的知識容量，同時(shí)滿足不同專業(yè)，不同層次學(xué)生的教學(xué)需求，以該模式作為改革的切入口，為學(xué)生的個(gè)性發(fā)展積極創(chuàng)造條件，培養(yǎng)學(xué)生深厚扎實(shí)的物理理論基礎(chǔ)，科學(xué)思維和實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練，使學(xué)生具有獨(dú)立獲取知識的能力，科學(xué)思維能力和解決問題的能力。

二、交互式教學(xué)模式的實(shí)踐探索

（一）交互式教學(xué)模式的目標(biāo)

交互式教學(xué)模式下大學(xué)物理理論及實(shí)驗(yàn)改革的目標(biāo)：重建適應(yīng)新時(shí)代人才培養(yǎng)需要的大學(xué)物理及實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)體系及內(nèi)容，理論教學(xué)體系方面在不打亂基本大學(xué)物理理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)總體系的基礎(chǔ)上，保證學(xué)生有寬厚理論基礎(chǔ)知識和基本實(shí)驗(yàn)技能的同時(shí)，遵循物理學(xué)的發(fā)展更新規(guī)律，根據(jù)不同專業(yè)的特點(diǎn)增減不同教學(xué)內(nèi)容，特別增加與新技術(shù)發(fā)展相關(guān)的知識內(nèi)容，確保教學(xué)內(nèi)容的新穎;重新審視現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容之間的關(guān)系，注重理論及實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的相互融合滲透和支撐，能夠使學(xué)生在現(xiàn)有教學(xué)時(shí)數(shù)內(nèi)更加系統(tǒng)掌握物理理論知識，了解現(xiàn)代科技發(fā)展成果，學(xué)會(huì)使用新儀器、新工具及現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)手段開展物理量的測試。實(shí)現(xiàn)在交互式教學(xué)模式下，提高教學(xué)效率，促進(jìn)大學(xué)物理及實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)質(zhì)量的提高。

（二）交互式教學(xué)模式的實(shí)踐探索

1.交互式教學(xué)模式下課程體系和教學(xué)內(nèi)容的改革

對大學(xué)物理理論教學(xué)體系和教學(xué)內(nèi)容的次序作改革，以經(jīng)典為主線，改革傳統(tǒng)的力、熱、電、光、近代物理的教學(xué)次序，近代物理的相對論部分放在經(jīng)典物理的主要內(nèi)容電磁學(xué)、光學(xué)和熱學(xué)之前，使學(xué)生更早了解接觸近代物理，對后續(xù)經(jīng)典物理內(nèi)容的現(xiàn)代化起到支撐作用，保證學(xué)生掌握物理學(xué)中所要求的基本知識、概念、規(guī)律和方法;強(qiáng)調(diào)不同專業(yè)教學(xué)內(nèi)容的針對性和有效性，如對計(jì)算機(jī)類、電子類學(xué)生，增加電磁學(xué)部分的內(nèi)容，介紹電子管束河電磁聚焦技術(shù)，結(jié)合物質(zhì)的磁性介紹一些新材料的發(fā)展，在光學(xué)部分，介紹激光原理及應(yīng)用、光導(dǎo)纖維等，將現(xiàn)代高新前沿技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展前景內(nèi)容，經(jīng)過適當(dāng)?shù)倪x擇、精煉和加工，轉(zhuǎn)換為具有基礎(chǔ)物理學(xué)風(fēng)格和水平又易于學(xué)生接受的知識作介紹，這部分內(nèi)容可通過問題的方式提出，學(xué)生課后查閱相關(guān)資料，在課堂中分組討論總結(jié)并以PPT形式講解問題，也可以提交小論文，意在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

用現(xiàn)代科技發(fā)展和工程技術(shù)應(yīng)用的觀點(diǎn)重新審視現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容之間的關(guān)系，對實(shí)驗(yàn)課程體系和內(nèi)容進(jìn)行改革，在原有三級實(shí)驗(yàn)課程體系內(nèi)容的基礎(chǔ)上，認(rèn)真篩選、調(diào)整實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容，取消重復(fù)性理論驗(yàn)證項(xiàng)目，構(gòu)建科學(xué)合理連續(xù)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容體系，保證學(xué)生熟悉基本物理量的測量和掌握常規(guī)實(shí)驗(yàn)儀器的使用;增加綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，這類項(xiàng)目及要求可由老師提出，實(shí)驗(yàn)室提供實(shí)驗(yàn)條件，學(xué)生通過查閱資料，自行完成與試驗(yàn)相關(guān)的理論推導(dǎo)公式，確定實(shí)驗(yàn)方法，選擇或組合配套實(shí)驗(yàn)儀器，完成綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，初步培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力;在具備一定綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，鼓勵(lì)學(xué)生在課外開展創(chuàng)新設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，將物理實(shí)驗(yàn)原理應(yīng)用在具體專業(yè)領(lǐng)域中，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力、創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力。如：在全息照相的基礎(chǔ)上如何研究光纖全息等方面的內(nèi)容，在惠斯登電橋中加入熱敏電阻溫度特性曲線測量，在分光計(jì)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上如何測定液體折射率等。通過調(diào)整改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主動(dòng)性和學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生更多的了解大學(xué)物理及實(shí)驗(yàn)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用。

2.交互式模式下教學(xué)方式的改革

傳統(tǒng)的大學(xué)物理及實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式大都是由教師講或示范，學(xué)生聽或按教師方法做，嚴(yán)重制約了教學(xué)內(nèi)容的時(shí)效性、直觀性和互動(dòng)性，根據(jù)現(xiàn)代教學(xué)理論，要獲得最佳的教學(xué)效果，必須根據(jù)教學(xué)中的實(shí)際情況，綜合采用各種教學(xué)方式，使教學(xué)方法的整體功能得到充分的發(fā)揮。課程教學(xué)中，以適當(dāng)?shù)恼n時(shí)比例分配，優(yōu)化教學(xué)過程，在采用討論式、探究式課程教學(xué)過程中，引入教學(xué)內(nèi)容的多媒體課件，實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)和插播視頻片輔助教學(xué)，直觀形象的顯示復(fù)雜的物理現(xiàn)象，精講教學(xué)內(nèi)容的思路和方法，設(shè)計(jì)中心問題，引導(dǎo)學(xué)生開展討論，保證了課程教學(xué)效果;加強(qiáng)課外延伸性學(xué)習(xí)，如學(xué)生自擬題目，撰寫相關(guān)教學(xué)內(nèi)容的小論文，定期進(jìn)行網(wǎng)上的分組討論，總結(jié)課程教學(xué)中的重點(diǎn)難點(diǎn)問題，各小組推薦同學(xué)對討論結(jié)果作PPT演示講解，小論文演講交流等。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，對各階段的實(shí)驗(yàn)采用不同的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，基本實(shí)驗(yàn)由學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教材指導(dǎo)下自行熟悉實(shí)驗(yàn)儀器的使用，實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)操作過程及需要解決的實(shí)驗(yàn)問題，教學(xué)過程中教師只作答疑，學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)，這種方法既可以使學(xué)生鞏固、補(bǔ)充和深入理解理論規(guī)律，又能培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和獨(dú)立思維能力;在綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生自己提出題目和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，在教師的把關(guān)下做實(shí)驗(yàn)，采用這樣的教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)。同時(shí)我們將計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)，多媒體信息技術(shù)及計(jì)算機(jī)采集、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等現(xiàn)代計(jì)算手段應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，給實(shí)驗(yàn)教學(xué)注入新的活力。交互式模式下的教學(xué)方式改革最大程度的提高了教學(xué)效率，增強(qiáng)了教學(xué)直觀性。

3.交互式教學(xué)模式下的實(shí)例

在近代物理教學(xué)中，針對“狹義相對論”這個(gè)教學(xué)難點(diǎn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中常常感覺內(nèi)容抽象，時(shí)空效應(yīng)理解困難，我們通過多媒體輔助教學(xué)，配以計(jì)算機(jī)模擬、動(dòng)畫、錄像、聲音、文字等，將狹義相對論的內(nèi)容深入淺出的介紹給學(xué)生，教學(xué)中把理論直觀化、形像化，通過應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)，把復(fù)雜物理理論呈現(xiàn)給學(xué)生，極大地激發(fā)了學(xué)生對近代物理的學(xué)習(xí)興趣，交互式教學(xué)方式的效果得到充分體現(xiàn)。

在波動(dòng)光學(xué)中，針對薄膜干涉中的等傾干涉這個(gè)教學(xué)重難點(diǎn)內(nèi)容，學(xué)生比較難理解，因此講述邁克爾遜干涉這段教學(xué)內(nèi)容時(shí)，我們在光學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行授課，首先結(jié)合實(shí)驗(yàn)室邁克爾遜干涉儀讓學(xué)生了解儀器結(jié)構(gòu)，然后演示觀察等傾干涉花樣及其隨厚度的變化規(guī)律，再定性分析花樣的形成，給出厚度變化與花樣中環(huán)紋數(shù)目變化的定量關(guān)系，通過觀察實(shí)驗(yàn)使學(xué)生直觀形像的理解等傾干涉理論公式，也為后續(xù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)測定氦氖激光波長奠定理論基礎(chǔ)，通過交互式教學(xué)模式，深入淺出的將大學(xué)物理理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容融合起來。

三、交互式教學(xué)模式促進(jìn)了課程教學(xué)質(zhì)量的提高

交互式教學(xué)模式下的大學(xué)物理理論與實(shí)驗(yàn)改革，實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)驗(yàn)體系和內(nèi)容更加優(yōu)化，教學(xué)方式更加靈活，教學(xué)效率得到極大地提高。我們在機(jī)械類、電子類、計(jì)算機(jī)類近兩屆部分專業(yè)、部分班級的大學(xué)物理理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，采用交互式教學(xué)模式開展教學(xué)改革，學(xué)生的物理基礎(chǔ)理論、基本科學(xué)實(shí)驗(yàn)技能、科學(xué)思維和創(chuàng)新意識有顯著提升，體現(xiàn)在以下幾方面：對教師給出的理論問題，會(huì)閱讀教科書和課外參考資料，針對問題撰寫小論文;在已有實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上能自行提出實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，創(chuàng)新性的完成實(shí)驗(yàn);在各種競賽中取得優(yōu)異成績。交互式教學(xué)模式促進(jìn)了大學(xué)物理與實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程質(zhì)量的提高。

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