基于CDIO模式的高等職業教育物理實驗教學改革探索與實踐

高倩男 耿小丕

(承德石油高等專科學校 河北承德 067000)

高等職業教育作為我國高等教育的一部分，在人才培養及社會進步方面起著舉足輕重的作用。當前，國家大力推進高等教育，職業教育也面臨了新的機遇和挑戰。在發展機遇面前，高等職業教育必須緊跟時代步伐，適時引進國內外先進的教育理念，對傳統教學過程進行改革，才能夠培養出適合現代社會的創新型高素質人才。

我校是一所工科為主的高等職業院校，各工科系部等均要求學生掌握一定的物理知識，如：機械系等要求學生掌握一定的力學等知識；電系要求學生掌握電學和電磁學部分內容；石油系對物理實驗方法有要求，比如旋光儀的使用等。物理實驗是重要的基礎實踐課。物理實驗教學目的不僅是使學生掌握基本理論知識、實驗方法和操作技巧，更重要的是培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，特別是與社會進步相適應的綜合素質及創新能力。

CDIO工程教育理念是國際上先進的教育模式之一，其首字母分別代表構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）和運作（Operate）四個階段[1]。我們擬將CDIO理念引入物理實驗教學中，對傳統教學模式進行改革。在物理實驗開課之初，讓學生進行設計性實驗項目選取，先構思和設計具體實驗目的、內容和過程，在此過程中獲得知識和能力，完成實驗后，學生應用所學知識解決實際問題的能力和交流溝通能力都將有所提升[2]。

一、大學物理實驗傳統教學過程中存在的問題

物理實驗課程的教學內容包括基礎性實驗、綜合性實驗和提高性實驗。但是具體到不同的專業，由于專業特色不同、所分配的課時不同，那么，不同專業的學生所能夠開設的物理實驗項目不盡相同。一般來說，傳統的物理實驗教學設計是本著循序漸進的原則，有利于學生對知識的理解和掌握。然而，在實際教學過程中，綜合性實驗和提高性實驗往往無法全數開設。學生通過物理實驗這門課程的實踐學習，能夠掌握的知識往往是一些經典的、基礎的知識；在能力上，觀察能力、操作能力能夠得到一定的提高。但是，通過學習，學生素質的提高與該課程的教學目的不相適應，更無法滿足現今社會的創新型高素質人才要求。

二、大學物理實驗教學改革構想

傳統的大學物理實驗教學過程是由老師講授，學生按著要求完成相應實驗項目，從本質上來說，還是以灌輸式教育為主。

采用CDIO工程教育理念，需要根據CDIO工程教育理念的12條標準制定大學物理實驗教學大綱，根據基于CDIO工程教育理念的教學大綱和各專業學生的實際學情，進行基于CDIO模式的教學設計。在大學物理實驗課程開課之初，將提高性實驗項目或學生自主選題作為本學期物理實驗教學的目的，在整個學期的教學過程中，學生一直帶著最初選定的教學目的進行階段性的驗證實驗、思考為實現一些特定目標而進行創新性實驗。以物理實驗基于CDIO工程教育理念的教學大綱為例，具體的教學過程分為四個階段，如圖1所示。

圖1 基于CDlO模式的高等職業教育物理實驗教學過程設計

（一）構思（Conceive）階段

開學初，每個專業在開設物理實驗課程時，將進行4個學時的基礎知識講授，根據學生學習興趣進行分組，同時，引導學生進行創新性實驗項目選取或進行自主選題。設計性實驗題目確定后，學生隨即開始利用構思如何開展后續的工作。利用課余時間，各個小組將根據需要開展組內討論，并進行任務分配。

（二）設計（Design）階段

隨著實驗課程的開展，在該階段，學生學習了部分基礎實驗內容，掌握了一定的實驗操作技能。因此，在該階段，各個小組內，應集思廣益，為實現設計性實驗目標而進行階段性的實驗。如需要開展一些課外的創新性實驗，則應設計好相應的實驗方案（包括所需實驗儀器、實驗原理及實驗步驟），與指導老師討論實驗方案的可行性，經老師指導后開展實驗項目的準備工作。

（三）實現（Implement）階段

此時，學生還將進行進一步的學習綜合性實驗項目的開展。同時，學生可在課上或者課后到綜合性實驗室開展階段性實驗項目，輔助實現最初確定的實驗目標。

（四）運作（Operate）階段

一個學期的實驗學習結束后，運作階段將對學生一個學期的學習表現進行考核。最終考核方法即綜合考慮過程考核和學生實驗成果展示情況兩部分。其中，過程考核是根據學生的平時參與實驗的積極性、參與程度、實驗報告完成情況、為完成最終實驗目的而開展的創新性實驗報告等進行的；成果展示即以小組為單位進行作品演示、講解原理、介紹設計經驗并回答其他學生和指導老師提出的問題。指導老師根據學生的現場展示情況給予評價。最終，根據學生平時成績和成果展示成績給予學生綜合評價，并作為學生的總評成績。另外，對于完成較好的創新性科技作品，鼓勵學生繼續完善作品，并參加校內外各類競賽活動或發表相關科技論文。

三、大學物理實驗教學改革實踐

基于CDIO工程教育理念的大學物理實驗教學模式在18級機械制造專業01班進行了試行。全班共30人，共分6組。該班學生基礎較好、學習積極性高、有良好的學習習慣。在選題時，部分學生選擇了老師提供的提高性實驗項目，在老師的指導下，順利完成了相應的實驗項目。另外，有一組同學進行了自主選題，設計了一臺新型電位差計。在選題上，學生們從傳統實驗儀器出發，提出儀器使用過程不夠便捷，想要設計一臺操作簡單、讀數方便的電位差計。在實驗過程之初，同學們也沒有思路，于是在跟著老師學習基礎實驗的同時查詢相應的文獻、總結各類儀器的使用經驗，終于形成了一個初步的模型，在與指導老師認真討論后，確定了制作方案。經過指導老師和學生們的共同努力，新型的電位差計做出來了，經過實驗驗證，新式電位差計適用于高等職業教育物理實驗教學。

在完成各個實驗項目的過程中，絕大多數同學能夠積極參與其中，貢獻自己的一份力量。這樣的教學過程是以學生為主的教學過程，無疑對學生思考問題、分析問題、解決問題的能力，創新能力和團隊合作精神等都有一定的提高。

四、結束語

對傳統的物理實驗教學模式進行改革，采用項目式的教學模式，有利于培養學生用心完成一件事的信心；在完成項目的過程中，學生能夠主動思考、積極行動；項目展示及參加競賽等過程能夠教會學生如何準備相關材料，如何更好地展示自己及成果，更加契合學生參加工作后的狀態。