梁會(huì)琴， 馮建武， 郭保忠

(洛陽師范學(xué)院物理與電子信息學(xué)院，河南洛陽471022)

0 引言

本項(xiàng)目是在洛陽師范學(xué)院2007年結(jié)項(xiàng)的教改項(xiàng)目“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段的創(chuàng)新與實(shí)踐”和2009年結(jié)項(xiàng)的教改項(xiàng)目“熱學(xué)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)指導(dǎo)課程”的成果基礎(chǔ)上持續(xù)開展并如期完成的。項(xiàng)目的主要成果“基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)課程”，已于2009年5月掛在校園網(wǎng)上(見洛陽師范學(xué)院2009年校級(jí)精品課程的教學(xué)網(wǎng)站欄目)。成果的主要特色是將基于問題式學(xué)習(xí)的教學(xué)模式應(yīng)用于設(shè)計(jì)開發(fā)的基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)課程之中。項(xiàng)目的初步成果在三年的教學(xué)實(shí)踐應(yīng)用中效果良好。

1 項(xiàng)目選題的背景及意義

1.1 背景

基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)課程是培養(yǎng)大學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的教學(xué)平臺(tái)，因此國(guó)家每年都會(huì)投入大量的人力、物力、財(cái)力來進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革乃至建設(shè)物理實(shí)驗(yàn)精品課程和物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心［1-6］。多媒體現(xiàn)代化的教育手段在物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革方面的應(yīng)用研究，已經(jīng)取得許多成果［7，8］。但是經(jīng)過充分調(diào)研，我們發(fā)現(xiàn)就其總的改革成果而言，還存在著教育理念偏差、呈現(xiàn)形式不夠?qū)嵱?、協(xié)調(diào)應(yīng)用不夠恰當(dāng)及教學(xué)引導(dǎo)過程不夠完善等問題:

(1)教育理念偏差。雖然在我們的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用了多媒體新技術(shù)，但是已開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)課程、多媒體課件等依然沿用的是舊的教學(xué)理念。如實(shí)驗(yàn)講義的網(wǎng)上搬家、實(shí)驗(yàn)錄像、虛擬實(shí)驗(yàn)等。它們雖然在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)上解決了一些問題，但是以“知識(shí)傳授為中心”的教學(xué)理念沒有得到根本的改變。

(2)呈現(xiàn)形式不夠?qū)嵱?。一些好的網(wǎng)絡(luò)課程、多媒體課件、虛擬實(shí)驗(yàn)等的確為改善實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)環(huán)境帶來了生機(jī)，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣并豐富學(xué)生的想象力，但相當(dāng)一部分只是實(shí)驗(yàn)講義的網(wǎng)上搬家，沒有實(shí)用價(jià)值?，F(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)課程從形式上缺乏以學(xué)為主的整體教學(xué)模式和貫穿始終的明確的教學(xué)主線。

(3)協(xié)調(diào)應(yīng)用不夠恰當(dāng)。學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)踐能力的最終提高主要是在實(shí)驗(yàn)室里完成的，而網(wǎng)絡(luò)課程，多媒體手段只能夠?qū)?shí)驗(yàn)教學(xué)起到輔助作用。因此網(wǎng)絡(luò)課程與實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)要互補(bǔ)和滲透，網(wǎng)上資料要切合實(shí)際，注重實(shí)效。而現(xiàn)有的許多網(wǎng)上資料缺乏與實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)的協(xié)調(diào)和互補(bǔ)。

(4)教學(xué)引導(dǎo)過程不夠完善。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課學(xué)習(xí)的過程中，會(huì)遇到許多新的問題，特別需要教師的全程指導(dǎo)與幫助，諸如實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的問題、數(shù)據(jù)處理中的問題及實(shí)驗(yàn)后問題的探討等。而現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)課程大多是虎頭蛇尾，缺乏對(duì)學(xué)生全程式的引導(dǎo)和幫助。

經(jīng)過以上分析，我們認(rèn)為:當(dāng)前影響物理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革效果的主要因素是課程設(shè)計(jì)理念的偏差與教學(xué)主線的不明確造成的。

1.2 意義

本項(xiàng)目針對(duì)高校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中的關(guān)鍵問題——教育理念和教學(xué)模式問題進(jìn)行了專項(xiàng)研究和實(shí)踐，對(duì)解決高校從傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的舊模式向以學(xué)生為本的新型化、現(xiàn)代化、全程化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵問題進(jìn)行了嘗試。

本項(xiàng)目的選題產(chǎn)生于實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的現(xiàn)實(shí)需求，是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的一項(xiàng)創(chuàng)新型研究項(xiàng)目。該項(xiàng)目對(duì)推動(dòng)我省PBL教學(xué)改革及高等教育現(xiàn)代化進(jìn)程，有著重要的理論研究?jī)r(jià)值和實(shí)際應(yīng)用意義。項(xiàng)目取得的成果，對(duì)加快我省物理實(shí)驗(yàn)精品課程建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)的步伐起到了積極的作用。

2 項(xiàng)目研究的重要觀點(diǎn)

PBL(Problem-Based Learning，PBL)是一種以問題為核心，以學(xué)生自我管理為主的教學(xué)模式。自PBL創(chuàng)建以來，國(guó)內(nèi)外的許多大學(xué)采用這種新型的教學(xué)模式取得了較好的教學(xué)效果［9-14］。將PBL教學(xué)模式應(yīng)用于基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)課程，教育理念新、呈現(xiàn)形式實(shí)用、網(wǎng)絡(luò)課程與課堂教學(xué)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、實(shí)現(xiàn)教師對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的全程負(fù)責(zé)。具體分析如下:

(1)教育理念新。PBL教學(xué)模式中學(xué)生圍繞著提出的問題進(jìn)行咨詢、設(shè)計(jì)方案、解決問題、反思和總結(jié)。學(xué)生是教學(xué)過程的主體，而教師只是學(xué)生解決問題的幫助者。因此它將充分體現(xiàn)以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)的教學(xué)理念。

(2)呈現(xiàn)形式實(shí)用。PBL教學(xué)模式中教師根據(jù)教學(xué)采用各種手段(圖片、動(dòng)畫、虛擬實(shí)驗(yàn)、多媒體課件、網(wǎng)絡(luò)課程等)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)情境、提出問題、提供資料、實(shí)施幫助、評(píng)價(jià)交流。教學(xué)過程有明確的以“問題”為核心的教學(xué)主線，各種網(wǎng)上資料必定切實(shí)有用。

(3)網(wǎng)絡(luò)課程與課堂教學(xué)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。PBL教學(xué)模式中學(xué)生針對(duì)要解決的問題，需要多方咨詢、綜合思考、設(shè)計(jì)方案、動(dòng)手操作、歸納反思，最終使問題得以解決。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，網(wǎng)絡(luò)課程可以為學(xué)生提供多方咨詢、實(shí)時(shí)求證。實(shí)驗(yàn)室是學(xué)生動(dòng)手操作、解決問題的主戰(zhàn)場(chǎng)，教師則是學(xué)生整個(gè)自主學(xué)習(xí)、知識(shí)建構(gòu)、能力訓(xùn)練過程的指導(dǎo)者和幫助者。這種教學(xué)模式，將使網(wǎng)絡(luò)課程、實(shí)驗(yàn)室充分發(fā)揮優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)作用。

(4)實(shí)現(xiàn)教師對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的全程負(fù)責(zé)。PBL教學(xué)模式中教師是整個(gè)教學(xué)過程的主導(dǎo)者，也是對(duì)學(xué)生解決問題過程的關(guān)注者，更是對(duì)學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)過程中的幫助者。教師可以通過網(wǎng)絡(luò)課程制作、實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)、平臺(tái)交流實(shí)現(xiàn)對(duì)課程的全程負(fù)責(zé)。

(5)培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作學(xué)習(xí)的精神。在PBL教學(xué)模式中，學(xué)生是解決問題的主體，多數(shù)情況下學(xué)生可以以團(tuán)隊(duì)小組的形式進(jìn)行協(xié)作學(xué)習(xí)。

3 項(xiàng)目研究的內(nèi)容

本項(xiàng)目的主要內(nèi)容是研究將PBL教學(xué)模式應(yīng)用于基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)課程，并且設(shè)計(jì)開發(fā)一門“基于PBL教學(xué)模式的基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)課程”。

3.1 基于PBL教學(xué)模式的課程的總體模式

該課程包括力學(xué)實(shí)驗(yàn)、熱學(xué)實(shí)驗(yàn)、電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)、光學(xué)實(shí)驗(yàn)、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)和近代物理實(shí)驗(yàn)6個(gè)分支網(wǎng)絡(luò)課程，總計(jì)73個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。各分支課程獨(dú)立，結(jié)構(gòu)相仿。即各分支課程都有6個(gè)一級(jí)欄目，14個(gè)二級(jí)欄目，其中實(shí)驗(yàn)題目欄目包括若干個(gè)實(shí)驗(yàn)題目，而每個(gè)實(shí)驗(yàn)題目包括11項(xiàng)三級(jí)欄目，參見圖1。PBL教學(xué)模式主要體現(xiàn)在“實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)”欄目。

圖1 熱學(xué)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)指導(dǎo)課程結(jié)構(gòu)圖

3.2 基于PBL教學(xué)模式的課程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

根據(jù)PBL學(xué)習(xí)過程進(jìn)行了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，參見圖2。具體結(jié)構(gòu)順序是按照學(xué)生學(xué)習(xí)的過程進(jìn)行設(shè)計(jì)的，預(yù)習(xí)并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、重點(diǎn)提示、操作演示、數(shù)據(jù)處理、問題討論、交流平臺(tái)涵蓋了整個(gè)學(xué)習(xí)過程。體現(xiàn)了PBL教學(xué)模式的內(nèi)涵，即教師以問題為核心，以為學(xué)生創(chuàng)設(shè)情景、提供資源服務(wù)、實(shí)時(shí)指導(dǎo)和交互平臺(tái)為基本策略，設(shè)計(jì)合理的模塊化結(jié)構(gòu)，真正體現(xiàn)以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主的教學(xué)新理念。

3.3 基于PBL教學(xué)模式的課程內(nèi)容

3.3.1 情境內(nèi)容

情境內(nèi)容主要由儀器實(shí)物總圖、儀器分解圖、儀器原理圖解三部分組成。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)儀器圖片的布置、拍攝上力求簡(jiǎn)潔、清晰、反映全貌，并且加有圖注，可以達(dá)到一目了然的效果;儀器分解圖加圖注，主要說明單個(gè)儀器的結(jié)構(gòu)原理，使復(fù)雜的文字說明變?yōu)楹?jiǎn)單的圖釋語言;儀器原理圖解用最簡(jiǎn)單明了的文字說明儀器、實(shí)驗(yàn)的測(cè)量原理。兩三副圖片，一兩行文字不僅可以使學(xué)生了解本實(shí)驗(yàn)的概貌，更能激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的興趣。

3.3.2 問題設(shè)計(jì)

問題是根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑O(shè)計(jì)的。例如試根據(jù)提供的“儀器與用具”進(jìn)行思考，設(shè)計(jì)一種測(cè)量×××的方案，并完成該實(shí)驗(yàn)。

3.3.3 資源內(nèi)容

資源內(nèi)容主要由參考文獻(xiàn)、物理常數(shù)、參考網(wǎng)頁、友情鏈接四部分組成。參考文獻(xiàn)列出了主要參考書目;物理常數(shù)以表格的形式直接放在網(wǎng)上;參考網(wǎng)頁是兄弟院校的相關(guān)網(wǎng)站;友情鏈接則是一些典型的動(dòng)畫、圖片等。這些可以使學(xué)生結(jié)合本實(shí)驗(yàn)的儀器用具，對(duì)本實(shí)驗(yàn)的問題進(jìn)行思考，考慮設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

3.3.4 指導(dǎo)幫助內(nèi)容

網(wǎng)上指導(dǎo)幫助內(nèi)容由預(yù)習(xí)思考題及答案、實(shí)驗(yàn)依據(jù)及實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)參考步驟及動(dòng)態(tài)演示、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄、處理及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理模板、課后問題討論及答案等組成。設(shè)計(jì)這些內(nèi)容，充分考慮學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中遇到的困難，使他們有興趣、有能力將實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到底。

3.3.5 測(cè)評(píng)內(nèi)容

測(cè)評(píng)由學(xué)生自評(píng)和教師評(píng)價(jià)結(jié)合，重點(diǎn)考察學(xué)生分析問題、設(shè)計(jì)方案、動(dòng)手操作和解決問題的及與人協(xié)作的能力。教師評(píng)價(jià)主要由實(shí)驗(yàn)要求、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)試記錄表、測(cè)評(píng)結(jié)果組成。同時(shí)設(shè)計(jì)交流平臺(tái)便于學(xué)生之間，師生之間實(shí)時(shí)進(jìn)行問題討論、交流與評(píng)價(jià)。

3.4 基于PBL教學(xué)模式的網(wǎng)絡(luò)課程制作

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

課程軟件的特點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)非常清晰，可以很方便的進(jìn)入到各個(gè)模塊中;內(nèi)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(nèi)容更新也非常容易。

3.5 課程的應(yīng)用及評(píng)價(jià)

基于PBL教學(xué)模式的基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)課程在相應(yīng)課程教學(xué)中使用一年，涉及洛陽師范學(xué)院物理學(xué)、化學(xué)、數(shù)學(xué)、信息科學(xué)與技術(shù)、生命科學(xué)等14個(gè)專業(yè)的本科生2 200多人。目前該網(wǎng)絡(luò)課程成為教師教學(xué)、學(xué)生自學(xué)的有力工具。具體表現(xiàn)在:

(1)現(xiàn)在學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后，可以直接自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，一般不需要老師講解;實(shí)驗(yàn)課上基本都能順利完成實(shí)驗(yàn)測(cè)試任務(wù);數(shù)據(jù)處理可以通過參考網(wǎng)頁獨(dú)立完成;實(shí)驗(yàn)報(bào)告抄襲現(xiàn)象基本杜絕，上交率達(dá)到98%以上，優(yōu)質(zhì)率達(dá)到90%以上。

(2)綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的能力大為提高，80%以上的同學(xué)能夠獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。

(3)該課程使用以后，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，有些學(xué)生制作了精美的實(shí)驗(yàn)多媒體課件;也有學(xué)生用VB等程序開發(fā)了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理軟件;還有學(xué)生積極參與了科技創(chuàng)新活動(dòng)。該課程在物理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革中效果顯著，“基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)指導(dǎo)課程的開發(fā)與應(yīng)用”獲得2008年河南省信息技術(shù)教育優(yōu)秀成果一等獎(jiǎng);2009年“基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)”課程被評(píng)為校級(jí)精品課程;“基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)”精品課程獲得2010年河南省信息技術(shù)應(yīng)用成果2等獎(jiǎng)。

4 項(xiàng)目的價(jià)值、特色和創(chuàng)新點(diǎn)

4.1 項(xiàng)目的創(chuàng)新程度

本項(xiàng)目首次將基于問題式學(xué)習(xí)的教學(xué)模式應(yīng)用于基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)課程，對(duì)解決高校從傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的舊模式向以學(xué)生為本的新型化、現(xiàn)代化、全程化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵問題進(jìn)行了研究和嘗試。突出創(chuàng)新點(diǎn)如下:①將高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革與校本課程開發(fā)同步進(jìn)行。②對(duì)信息技術(shù)應(yīng)用與教育理念更新的整合研究。③對(duì)學(xué)習(xí)理論成果和教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)合性研究。④對(duì)具有時(shí)代特色的物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)課程開發(fā)與實(shí)踐性研究。

4.2 項(xiàng)目的特色

本項(xiàng)目研發(fā)的“基于PBL教學(xué)模式的基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)課程”，有以下特色:①體現(xiàn)了以學(xué)生為本的教育理念;②貫穿了以“問題”為主線的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式;③充分發(fā)揮了網(wǎng)絡(luò)課程在實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)作用;④實(shí)現(xiàn)了教師對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的全程負(fù)責(zé);⑤全面覆蓋基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

4.3 項(xiàng)目的價(jià)值

項(xiàng)目將PBL理論應(yīng)用于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，能夠在教育理念、教學(xué)模式、教學(xué)方法、幾方面有所創(chuàng)新，對(duì)PBL理論的應(yīng)用拓展有一定的意義。

項(xiàng)目研發(fā)的“基于PBL教學(xué)模式的基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)課程”，不僅可供本校師生在教學(xué)、學(xué)習(xí)中使用，也可推廣至其他各級(jí)、各類院校的師生在物理實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)和學(xué)習(xí)中使用，還對(duì)理工科專業(yè)的其它實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)改革也有借鑒意義。

5 結(jié)語

項(xiàng)目通過對(duì)PBL教學(xué)模式、多媒體信息技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整合性研究，取得了預(yù)期的效果。通過對(duì)本項(xiàng)目的研究我們探索了一種PBL教學(xué)模式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新方法，研發(fā)了一部體現(xiàn)教育新理念、信息新技術(shù)和教學(xué)新策略的物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)課程，走出了一條體現(xiàn)教育新理念、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)多媒體課件輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新路子，同時(shí)也培養(yǎng)了一支觀念新、能力強(qiáng)、熱愛實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新型師資隊(duì)伍。反思項(xiàng)目研發(fā)過程及成果，我們認(rèn)為教育理念、教學(xué)模式及教學(xué)策略問題，仍然是我們?cè)诮窈蟮膶?shí)驗(yàn)課教學(xué)改革中需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。該項(xiàng)目的成果基于PBL教學(xué)模式的基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)課程，還需要進(jìn)一步的修改和完善。

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