劉 艷,王長昊

(吉林化工學(xué)院 理學(xué)院,吉林 吉林 132022)

大學(xué)物理實驗課程是高等學(xué)校理工科類學(xué)生的基礎(chǔ)課程,學(xué)生通過系統(tǒng)學(xué)習(xí)實驗方法和技能訓(xùn)練,系統(tǒng)了解科學(xué)實驗的過程環(huán)節(jié),加深對大學(xué)物理理論知識的理解和掌握,對培養(yǎng)學(xué)生的理論聯(lián)系實際的實踐能力和綜合素質(zhì)具有重要作用[1-2]。隨著科技的發(fā)展和社會的進(jìn)步,學(xué)生更新學(xué)習(xí)新知識、新課程體系的需求日益增加,大學(xué)物理實驗課作為傳統(tǒng)課程其課時數(shù)相應(yīng)縮減。在這種情形下,需要教師不斷改進(jìn)其教學(xué)方法,在保證其教學(xué)效果的同時進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量。因此,眾多高校紛紛推出了改革措施,增設(shè)綜合設(shè)計實驗,建設(shè)開發(fā)實驗室,進(jìn)行分層次教學(xué)等。同時隨著數(shù)字時代的到來,教學(xué)形式、教學(xué)平臺呈現(xiàn)多樣化。面對形式多樣的教學(xué)模式,在教學(xué)過程中難免出現(xiàn)了過多重視教學(xué)形式而忽視教學(xué)內(nèi)容及學(xué)生的應(yīng)用反饋。在這種情況下,物理實驗教學(xué)需有效結(jié)合信息化的教學(xué)手段的同時創(chuàng)新教學(xué)理念及模式,提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力及創(chuàng)新意識[3-5]。

1 傳統(tǒng)大學(xué)物理實驗教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 課前預(yù)習(xí)階段

學(xué)生課前預(yù)習(xí)過程多數(shù)是通過書本,只能對理論知識進(jìn)行預(yù)習(xí)完成。單純地把實驗書本上的實驗原理、裝置結(jié)構(gòu)、測量方法機(jī)械地抄寫在預(yù)習(xí)報告上,只能憑借書本上儀器的圖片了解儀器設(shè)備的原理及使用方法。無法建立對實驗的直觀認(rèn)識。學(xué)生缺少對實驗的操作的觀察和獨(dú)立思考。

1.2 課堂教學(xué)階段

在傳統(tǒng)的教學(xué)活動中,由于多數(shù)高校實驗課時緊張,學(xué)生通常需要在規(guī)定時間內(nèi)完成教學(xué)任務(wù)。整個教學(xué)活動中學(xué)生被動地忙于調(diào)節(jié)儀器、測量數(shù)據(jù)。把精力放在快速獲得實驗數(shù)據(jù)上,導(dǎo)致缺少對實驗原理、實驗過程的思考和深入研究的動力。同時教師在制定實驗教學(xué)任務(wù)時,忽略了與實驗內(nèi)容相匹配的知識拓展、綜合性應(yīng)用及創(chuàng)新研究。

1.3 課后考核評價階段

實驗考核評價以教師為主導(dǎo)。最終實驗考核成績由預(yù)習(xí)報告成績、課堂操作成績、實驗報告成績?nèi)糠纸M成。整體評價過程過于關(guān)注實驗結(jié)果,缺乏對課中及課后拓展學(xué)習(xí)過程的評價。

傳統(tǒng)實驗教學(xué)過程忽視了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、思考能力及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。物理實驗教學(xué)改革應(yīng)當(dāng)著力轉(zhuǎn)變教育理念,突破學(xué)生被動學(xué)習(xí)的局面為自由探究式學(xué)習(xí),激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,為提升學(xué)生動手操作能力、自主學(xué)習(xí)意識和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)奠定堅實的基礎(chǔ)。

2 基于OBE理念的大學(xué)物理實驗教學(xué)活動模式

成果導(dǎo)向教育OBE理念(Outcomes Based Education)來源于80年代美國提出的基于“學(xué)習(xí)產(chǎn)出,以成果為本”教育改革思想[6]。教師對學(xué)生最終學(xué)習(xí)活動應(yīng)達(dá)到的能力及水平有明確的目標(biāo),圍繞學(xué)習(xí)產(chǎn)出目標(biāo)制定適合的教學(xué)活動來保證學(xué)生的學(xué)習(xí)活動能夠?qū)崿F(xiàn)這些預(yù)期目標(biāo)[7,8]。以學(xué)生為主,強(qiáng)調(diào)學(xué)生終身學(xué)習(xí)的可持續(xù)性的能力培養(yǎng),充分調(diào)動學(xué)生教學(xué)活動過程中的主動性和積極性,以提高學(xué)生的分析問題和解決問題及創(chuàng)新、創(chuàng)造能力為目標(biāo)的創(chuàng)新教學(xué)模式[9,10]。

本研究根據(jù)大學(xué)物理實驗課程的實踐性較強(qiáng)的特點(diǎn),采用OBE教育理念,以學(xué)生為主體,以教學(xué)活動過程中需要完成的任務(wù)目標(biāo)為核心,以豐富的網(wǎng)絡(luò)資源、多媒體平臺、虛擬仿真實驗為載體,通過學(xué)生自主探索學(xué)習(xí),引導(dǎo)學(xué)生完成基于實驗、而高于實驗的創(chuàng)新教學(xué)模式。從而實現(xiàn)學(xué)生綜合分析解決問題能力及探索創(chuàng)新能力的提高。

3 基于OBE理念大學(xué)物理實驗教學(xué)模式實踐案例

測量液體黏滯系數(shù)是大學(xué)物理實驗課程中一個基本實驗,教材中采用傳統(tǒng)經(jīng)典的落球法測量蓖麻油的黏滯系數(shù)。此實驗原理清晰,現(xiàn)象直觀明顯,注重實驗操作環(huán)節(jié)。有利于培養(yǎng)學(xué)生基本的科學(xué)實驗素養(yǎng)和動手能力。同時,OBE教學(xué)理念強(qiáng)調(diào)“以學(xué)習(xí)成果為本”,圍繞學(xué)生的預(yù)期學(xué)習(xí)成果來設(shè)計和實施教學(xué)活動。為此根據(jù)實驗課題內(nèi)容,提出以下教學(xué)目標(biāo):①學(xué)習(xí)用落球法測量液體黏滯系數(shù),提高學(xué)生基本的動手操作能力及分析問題能力。②理解黏滯力在現(xiàn)實生產(chǎn)、生活中的意義,提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。③了解并設(shè)計測量液體黏滯系數(shù)的多種方法,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新拓展能力。教師以支撐教學(xué)目標(biāo)為出發(fā)點(diǎn),選擇教學(xué)內(nèi)容,精心設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)。教學(xué)設(shè)計如下:

3.1 課前預(yù)習(xí)階段

教師在互動教學(xué)平臺發(fā)布教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)任務(wù),虛擬仿真操作實驗鏈接及預(yù)習(xí)自測習(xí)題,學(xué)生通過解答自測習(xí)題加深對實驗原理、實驗設(shè)計的理解。例如,在本實驗中設(shè)計如下預(yù)習(xí)自測問題:①什么是黏滯力?②若小球直徑大于2 mm,使得雷諾系數(shù)大于0.1,如何計算黏滯系數(shù)?

學(xué)生根據(jù)教師發(fā)布的實驗課程任務(wù),進(jìn)行自主學(xué)習(xí),通過查閱書本及課外資料,完成虛擬仿真模擬操作實驗,了解掌握落球法測蓖麻油黏滯系數(shù)的實驗條件、實驗方法步驟及操作注意事項,數(shù)據(jù)處理過程中的黏滯系數(shù)及雷諾系數(shù)的計算。通過學(xué)習(xí)通互動學(xué)習(xí)平臺,學(xué)生可直接在預(yù)習(xí)過程中遇到的問題及想法反饋給老師。

3.2 課堂實踐教學(xué)階段

進(jìn)入實驗實踐階段,教師再次發(fā)布與實驗操作相關(guān)的問題,在本實驗教師提出如下問題:①為什么落球要在圓筒中心軸線垂直下落如果落球偏離中心軸線下降,值有什么變化?②分析實驗中誤差的主要來源。③實驗時,若小球表面粗糙,有塵埃、油脂,將產(chǎn)生哪些影響?

學(xué)生進(jìn)入實驗室后按之前預(yù)習(xí)內(nèi)容獨(dú)自完成實驗課題,在操作過程中,通過對教師發(fā)布的一系列問題的思考、討論回答,更深刻地理解、掌握實驗相關(guān)的知識。在實驗過程中遇到的問題可多人合作小組討論,通過深入思考、討論交流,充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性,其自我學(xué)習(xí)能力也得到提高。教師觀察學(xué)生實驗操作進(jìn)展情況,對學(xué)生提出的問題及時反饋。

3.3 課外拓展與延伸階段

在完成基本實驗教學(xué)內(nèi)容基礎(chǔ)上,根據(jù)OBE教育理念,把與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的延伸開放題目須達(dá)成產(chǎn)出目標(biāo)發(fā)放給學(xué)生,學(xué)生根據(jù)自己的興趣,收集、查閱相關(guān)資料,根據(jù)實驗室現(xiàn)有的實驗器材,自主完成實驗設(shè)計,實驗方案的制定。通過數(shù)據(jù)處理、實驗分析得出其自主設(shè)計實驗的可行性與準(zhǔn)確性。

在落球法測液體黏滯系數(shù)這一實驗課題研究過程中,學(xué)生通過對基本落球法測量原理及實驗環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)實踐,查閱文獻(xiàn)資料,對比多種測量液體黏滯系數(shù)方法的特點(diǎn),根據(jù)身邊現(xiàn)有的實驗器材,通過與老師討論分析改進(jìn),自擬出利用智能手機(jī)軟件測液體黏滯系數(shù)的實驗方案。搭建的實驗裝置如圖1所示。

圖1 實驗器材及裝置

學(xué)生通過數(shù)據(jù)記錄、查閱資料、學(xué)習(xí)研究數(shù)據(jù)誤差處理方法,自主完成本實驗數(shù)據(jù)處理和實驗分析,如圖2所示,通過數(shù)據(jù)分析論證了實驗的可行性。并對溫度、裝置的穩(wěn)定性及彈簧的勁度系數(shù),這些可能影響實驗結(jié)果因素及處理的方法進(jìn)行分析。鍛煉了學(xué)生撰寫報告的科研分析總結(jié)能力。通過這一階段自我探究學(xué)習(xí)過程,踐行了OBE教育理念。培養(yǎng)學(xué)生的分析問題、解決問題及獨(dú)立思考探究能力。提升學(xué)生理論聯(lián)系實際能力及創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。實現(xiàn)全方位高效育人。

圖2 實驗數(shù)據(jù)分析

3.4 實驗評價及反饋

教師綜合學(xué)生實驗預(yù)習(xí)、課堂操作及實驗拓展與延伸三方面的成果給予評價,學(xué)生對自己本次實驗的心得與收獲在學(xué)習(xí)通進(jìn)行分享。同時,教師引導(dǎo)學(xué)生積極參加物理實驗競賽、大學(xué)生創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)培訓(xùn)項目。通過一系列后續(xù)的教學(xué)活動跟進(jìn),既深化學(xué)生對實驗知識、基本能力的掌握,又鍛煉其組織、協(xié)作、交流能力。教師從學(xué)生參與的后續(xù)各類型活動中得到真實、有效的教學(xué)質(zhì)量反饋。由“封閉課堂”發(fā)展到“開放教學(xué)”,實現(xiàn)真正意義上的教學(xué)活動可續(xù)性發(fā)展OBE教學(xué)理念。

4 結(jié) 論

將“以特定的學(xué)習(xí)成果輸出”O(jiān)BE教育理念融入到大學(xué)物理實驗課程中進(jìn)行改革實踐,圍繞學(xué)生預(yù)期教學(xué)成果來設(shè)計和實施教學(xué)活動。對課前預(yù)習(xí)、課堂實踐教學(xué)、課外拓展與延伸、實驗評價及反饋一系列教學(xué)活動進(jìn)行初步探索和實踐,整個教學(xué)過程強(qiáng)調(diào)“以學(xué)生為中心”開展自主探究學(xué)習(xí),從中培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題,理論聯(lián)系實際、團(tuán)隊協(xié)作、交流表達(dá)、挫折應(yīng)對等綜合能力。這些能力的培養(yǎng)對學(xué)生后續(xù)投身于社會中的自身可持續(xù)性學(xué)習(xí)活動是必不可少的。這是教育教學(xué)活動的最終培養(yǎng)產(chǎn)出目標(biāo)。