李經(jīng)菊 胡曉娟 蓋艷琴(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)材料與物理學(xué)院 江蘇 徐州 221116)

1 引言

課堂討論教學(xué)一直是本科教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，它對(duì)課程的掌握及擴(kuò)展起到積極作用[1].作為工科院校開設(shè)“等離子體物理基礎(chǔ)”這門專業(yè)選修課程，由于課時(shí)設(shè)置的短時(shí)性，且涉及知識(shí)廣泛，部分學(xué)生認(rèn)為這門課枯燥，常常學(xué)完課程只記得結(jié)論，中間過(guò)程模糊不清，更是覺(jué)得與之前學(xué)過(guò)的電磁學(xué)完全脫鉤.這種情況下，為了取得更好的教學(xué)效果，使學(xué)生們更好地理解這門課，課程中我們應(yīng)用已學(xué)過(guò)的其他課程方法，對(duì)章節(jié)中的某些知識(shí)點(diǎn)加以課堂討論，通過(guò)討論參與，使學(xué)生們對(duì)知識(shí)點(diǎn)加深理解，同時(shí)對(duì)等離子體模型滿足的條件有了更深刻的認(rèn)識(shí).

本文以“等離子體物理基礎(chǔ)”課程為目標(biāo)開展討論教學(xué)，總結(jié)了討論教學(xué)的過(guò)程和實(shí)施方法.同時(shí)就該課程中討論教學(xué)的幾點(diǎn)體會(huì)展開評(píng)述，期望得到同行的批評(píng)指正，也希望對(duì)其他類似課程起到拋磚引玉的作用.

2 討論教學(xué)的基本原則與方法

2.1 目標(biāo)的明確

開展討論教學(xué)是培養(yǎng)本科生學(xué)生獨(dú)立思考和動(dòng)手能力的一個(gè)有力手段，同時(shí)討論課可以激發(fā)學(xué)生們的興趣，培養(yǎng)他們的獨(dú)立思考和創(chuàng)新能力.討論教學(xué)由于具有開放性，因此必須具有明確的目標(biāo)，需要依據(jù)課程目標(biāo)確定討論教學(xué)內(nèi)容[2,3].

2.2 選題的可執(zhí)行性

隨著課程的深入，教學(xué)中不同章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)都可以用類似的思路啟發(fā)學(xué)生們的思路，使得他們不再局限于理論結(jié)果.但是選題必須要考慮可執(zhí)行性，即在學(xué)生的能力范圍之內(nèi)選擇議題.一般遵循由易到難的原則，逐漸加深難度.開始可取一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，比如大家熟知的電磁學(xué)中的知識(shí)點(diǎn).

2.3 選題的可討論性

討論教學(xué)對(duì)知識(shí)的探索性尤其重要，通過(guò)對(duì)議題的探討拓展認(rèn)識(shí)，特別是與目前研究相關(guān)領(lǐng)域的前沿課題聯(lián)系起來(lái)，使學(xué)生們擺脫課程的枯燥感，增加課程的新意和新鮮感，拓展學(xué)生們的視野和學(xué)習(xí)興趣[4].對(duì)于有一定難度的選題，可以讓學(xué)生們組成小組，以小組的形式來(lái)完成一個(gè)選題的討論.

3 討論教學(xué)的基本流程

討論教學(xué)不同于理論教學(xué)的基本流程，其主要過(guò)程包括5個(gè)重要階段：提出問(wèn)題、優(yōu)選議題、條件討論、解析實(shí)踐和分析問(wèn)題階段(圖1).

提出問(wèn)題是討論教學(xué)的起點(diǎn)，該階段主要是對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行討論和拓展，由于討論教學(xué)內(nèi)容具有開放性，提出問(wèn)題階段具有較大的挑戰(zhàn)性，因此需要對(duì)重要知識(shí)點(diǎn)的外延具有清晰的把握度.

優(yōu)選議題是在提出議題之后，進(jìn)行內(nèi)容篩選，選擇議題的過(guò)程.該過(guò)程要按照討論教學(xué)的基本原則(目標(biāo)明確、可執(zhí)行性、可討論性)進(jìn)行綜合比較，選擇最終的討論議題.

條件討論是深刻認(rèn)識(shí)物理模型的基礎(chǔ)，通過(guò)問(wèn)題分析，對(duì)不同條件進(jìn)行討論，學(xué)生們會(huì)對(duì)模型的變化及適應(yīng)性有更深刻的認(rèn)識(shí).

解析實(shí)踐是關(guān)鍵，很多時(shí)候?qū)嶋H模型較為復(fù)雜，我們常常可以取某種近似使模型進(jìn)一步簡(jiǎn)化，若不加以簡(jiǎn)化，往往解析不出結(jié)果.模型簡(jiǎn)化后，通常會(huì)與其他已知模型類似，因而較容易得到結(jié)果.通過(guò)簡(jiǎn)化模型動(dòng)手實(shí)踐(推導(dǎo)、模擬、程序等)，能極大地鍛煉學(xué)生們的思維和實(shí)踐能力.

分析問(wèn)題是教學(xué)討論中期望得到的最終目標(biāo).通過(guò)分析問(wèn)題，學(xué)生們才能對(duì)整個(gè)知識(shí)點(diǎn)有一個(gè)全貌的認(rèn)識(shí)，提高了理解力.而這一階段內(nèi)容正好可以在課堂上展示，通過(guò)展示和進(jìn)一步討論，增加了教學(xué)效果，拓展了學(xué)生們的視野，對(duì)他們的進(jìn)一步學(xué)習(xí)有一定的啟示意義.

圖1 討論教學(xué)基本流程圖

3.1 討論教學(xué)的議題選擇

討論教學(xué)議題選擇具有開放性，但是為更好達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，需要根據(jù)教學(xué)目標(biāo)比對(duì)理論教學(xué)內(nèi)容，提出討論教學(xué)議題.討論議題可以是理論內(nèi)容的補(bǔ)充、理論內(nèi)容的深化、理論內(nèi)容需要的實(shí)踐以及理論內(nèi)容的前沿發(fā)展等.在具體議題選擇中，兼顧形式多樣、實(shí)踐方式和組合方式多樣變化，讓議題保持既有知識(shí)性又有新鮮感.根據(jù)等離子物理基礎(chǔ)課程的特點(diǎn)選擇的議題如表1所示.

表1 課程內(nèi)容及議題選擇

3.2 討論教學(xué)議題的比較與優(yōu)選

討論教學(xué)是理論課程內(nèi)容的補(bǔ)充，因此討論教學(xué)內(nèi)容具有較大的開放性，比較和優(yōu)選議題具有非常重要的意義.合適的議題能夠提高教學(xué)的效果，深化理論內(nèi)容的理解和掌握.錯(cuò)誤的議題可能會(huì)影響學(xué)生們的實(shí)踐積極性，重挫學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣.選題過(guò)程可以按照如下過(guò)程進(jìn)行：

(1)議題提出與列示，根據(jù)課程理論內(nèi)容進(jìn)行重點(diǎn)知識(shí)的列表，包括新理論、新方法及與生活科技有關(guān)議題.

(2)議題比較，在上述議題中按照教學(xué)目標(biāo)的要求，比較每個(gè)議題可能涉及的知識(shí)點(diǎn)，通過(guò)討論可以達(dá)到和提升的能力.

(3)議題優(yōu)選，選擇適合課程總體目標(biāo)的議題，在課程整體目標(biāo)相似的情況下，通過(guò)對(duì)比議題的難易程度，選擇能由簡(jiǎn)到難的議題，通過(guò)議題的啟發(fā)，使得學(xué)生們有興趣和信心參與其中.

4 討論教學(xué)案例的設(shè)計(jì)

4.1 討論教學(xué)內(nèi)容

這里我們以表1中第1個(gè)議題中的單粒子軌道運(yùn)動(dòng)中的電漂移運(yùn)動(dòng)為例加以討論.前期電磁學(xué)學(xué)習(xí)中帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律學(xué)生們已有了比較好的了解，但是主要討論的是電場(chǎng)或磁場(chǎng)獨(dú)立存在的情況，對(duì)于它們同時(shí)存在時(shí)粒子運(yùn)動(dòng)滿足的規(guī)律學(xué)生們只有一個(gè)定性的大致了解，它們的綜合作用涉及較少，與科技生活中的聯(lián)系也比較少.通過(guò)選擇該議題，運(yùn)用程序語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)算法的功能，通過(guò)改變電磁場(chǎng)參數(shù)深入理解不同模型下帶電粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律.由此建立電磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子的綜合作用，結(jié)合物理場(chǎng)景，討論其在科技和自然中的影響.

4.2 實(shí)踐過(guò)程

對(duì)于工科本科學(xué)生來(lái)說(shuō)，提升實(shí)踐能力一直具有特殊重要的意義.通過(guò)確定的議題，選擇可以實(shí)踐的技術(shù)和方法(比如制作、算法編程、軟件使用等)提升學(xué)生的動(dòng)手能力.以上述帶電粒子在電磁場(chǎng)中的漂移運(yùn)動(dòng)為例，通過(guò)改變模型、控制物理參數(shù)，可以討論電磁場(chǎng)中的粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律，實(shí)踐過(guò)程圖如圖2所示.從圖中可以看到，既有前期已知均勻電磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子的作用，也有非均勻電磁場(chǎng)綜合作用對(duì)帶電粒子的影響，即我們所期望得到的漂移運(yùn)動(dòng)，包括均勻電磁場(chǎng)中的電漂移、磁場(chǎng)梯度漂移及非均勻電場(chǎng)引起的電漂移等.經(jīng)過(guò)前期基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，開展上述實(shí)踐是可行的，對(duì)于大部分未參與過(guò)數(shù)值計(jì)算的工科本科生來(lái)說(shuō)，課堂討論準(zhǔn)備提供了參與實(shí)踐的機(jī)會(huì)，參與的實(shí)踐過(guò)程讓他們體驗(yàn)到一種不同于理論學(xué)習(xí)的全新感受.當(dāng)?shù)谝粋€(gè)討論議題能夠順利開展下去后，學(xué)生們對(duì)后續(xù)議題的開展就會(huì)比較有信心了，通過(guò)課堂結(jié)果展示，極大地鍛煉了他們的動(dòng)手和獨(dú)立思考的能力.同時(shí)由于討論教學(xué)的開放性，課堂教學(xué)中的理論結(jié)果變得較為直觀，學(xué)生們對(duì)內(nèi)容的理解更為深刻，課堂也更顯生動(dòng).

圖2 實(shí)踐過(guò)程圖

4.3 討論過(guò)程安排

對(duì)待解決問(wèn)題的結(jié)果進(jìn)行分析時(shí)，學(xué)生們可能會(huì)得出出乎意料的不同于理論結(jié)論的錯(cuò)誤結(jié)果，或者某些定性分析結(jié)果并未出現(xiàn).這時(shí)集體討論的重要性就體現(xiàn)出來(lái)了.為什么會(huì)出現(xiàn)這種錯(cuò)誤，錯(cuò)誤在哪里？只有分析了原因、修正錯(cuò)誤之后，學(xué)生們才會(huì)對(duì)理論有更深刻的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也拓展了思路.對(duì)于較難的選題，為了較好地解決問(wèn)題，可以讓學(xué)生們分組，以3～4人一組為宜，分工合作，通過(guò)查閱資料，分析討論問(wèn)題，得到結(jié)果，最后推薦代表在課堂上總結(jié)匯報(bào).課堂討論教學(xué)中師生可以充分互動(dòng)，評(píng)選優(yōu)秀小組，最后綜合各小組成果，完善選題內(nèi)容.當(dāng)學(xué)生們都參與其中后，不僅開拓了他們的視野，也鍛煉了他們獨(dú)立思考的能力，甚至有的時(shí)候可能會(huì)得到一個(gè)新的未涉及的結(jié)果，具有一定的學(xué)術(shù)意義.

5 討論教學(xué)效果分析

討論教學(xué)不同于傳統(tǒng)課堂教學(xué)，傳統(tǒng)課堂可以通過(guò)試卷成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)學(xué)生們的掌握情況，討論教學(xué)由于內(nèi)容的開放性和培養(yǎng)目標(biāo)的長(zhǎng)期性，難以通過(guò)簡(jiǎn)單的考試方式進(jìn)行評(píng)價(jià)，因此討論式教學(xué)的結(jié)果和評(píng)價(jià)需要加強(qiáng)對(duì)過(guò)程的管理和考核，通過(guò)過(guò)程的管理和考核實(shí)現(xiàn)對(duì)最終目標(biāo)效果的掌控.這里常常需要結(jié)合組內(nèi)評(píng)價(jià)、課內(nèi)評(píng)價(jià)、結(jié)果評(píng)價(jià)相結(jié)合的方式進(jìn)行.這里以“單粒子在電磁場(chǎng)中的軌道運(yùn)動(dòng)”知識(shí)點(diǎn)作為案例，通過(guò)改變電磁場(chǎng)條件，對(duì)討論教學(xué)案例進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，通過(guò)該設(shè)計(jì)表明討論教學(xué)過(guò)程是可控的，教學(xué)效果是可評(píng)價(jià)的.

在組織整個(gè)討論教學(xué)的過(guò)程中，學(xué)生和教師都付出了比傳統(tǒng)課堂教學(xué)更多的精力，達(dá)到了所追求的“教學(xué)相長(zhǎng)”的目的，既鍛煉了學(xué)生們獨(dú)立思考和創(chuàng)新的能力，也豐富了教學(xué)手段，提高了教學(xué)效果，教師和學(xué)生在教學(xué)中不斷進(jìn)步.