大學物理實驗教學改革與實踐思考

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大學物理實驗作為理工科高等院校中一門通識基礎實踐課程，其作用在于培養和提高學生的實踐能力、科學實驗思維和科學研究能力［1］．以工科為主的地方性本科院校在向應用型人才培養轉型的過程中，以學生能力本位培養為中心的課程改革也在不斷的實踐中進行探索．新時代大學物理實驗所涵蓋的學習內容和學生對所學內容的應用能力也成為當前大學物理實驗課程教學改革研究的主要方向［2－5］．根據實驗課程需要學生獨立思考并完成相關操作的課程特點，設計出切實有效、符合現有實驗教學條件同時兼備可操作性的教學環節和教學方法，輔助學生對實驗內容的習得，成為實驗課程改革亟待解決的問題．通過對同類院校物理實驗的課堂觀察，結合實驗教學經驗，使用能夠調動學生學習興趣的參與式教學方式對物理實驗課堂進行了重新設計．在改變傳統講授式的基礎上，以學生參與的方式對大學物理實驗的教與學進行改革，教學效果已初見成效，基本達到了大學物理實驗課程對學生實踐能力培養和科學實驗思維形成提出的課程要求．

1大學物理實驗教學改革的理論基礎

1．1積極教學法內涵的界定．“Activinglearning”最早由英國學者R．W．Revans［6］提出，20世紀80年代由華東師范大學教育科學學院與加拿大維多利亞大學教育學院通過啟發式教學方法研究合作項目［7］引入中國，并且將其翻譯為“積極教學法”．在華東師范大學徐勛等的研究基礎上，逐步將積極教學法的概念衍生為能夠協助學生進行積極學習的所有教學策略與手段的結合［8］．積極教學法主要倡導教師的職責在于幫助學生學習，教師可以通過各種教學方法和教學策略的實施，讓學生積極參與課堂教學的所有環節．早在中國古代春秋戰國時期，孔子的“吾聽吾忘、吾見吾記、吾做吾悟”的學習策略，正是倡導啟發式教學的開端和對“積極教學法”的最好解釋，即所有能夠調動學生積極性、讓學生主動參與課堂和能夠在課堂上最大限度提升學生學習效果的方法都可以叫做積極教學法．以學生為主體，兼顧培養學生自主探索問題、發現問題并解決問題的能力，加強學生分析概括能力、協作溝通能力和動手操作能力，這種以學生能力為本位的教學模式正是當前大學物理實驗課程所期待并亟待實現的教學理念．1．2積極教學法和傳統講授式實驗課堂的區別．大學物理實驗課程中涵蓋的任何一個實驗項目的教與學始終需要回答2個基本問題，即做什么和怎么做．在解決這些問題的教與學過程中，傳統實驗課堂大致可以歸結為如下流程：實驗原理講解→實驗儀器介紹和演示→學生操作→數據處理及誤差分析［9］．由此可以明顯地感受到傳統實驗課堂中，學生的自主能動性差，經?？梢园l現學習習慣較好的學生能夠在教師的“指引”下，按部就班地完成實驗內容，而缺乏學習興趣的學生群體并不能得到實驗教學應該給予的訓練與能力提升．2015年教育部、國家發改委和財政部聯合發文，引導部分地方普通本科高校向應用型轉變，其中對應用型高校在強化實踐教學方面作出了明確指示．但在教育改革的課堂主陣地，傳統“填鴨式”的教學方式仍然沒有改變．根據云南師范大學胡曉娟［10］等的課堂觀察研究，傳統講授為主的課堂教學占到課堂時間的89．4％，教師教學手段單一，教師與學生之間缺乏溝通，學生缺乏學習主動性．基于積極教學理念，需要做出改變的首先是教師．結合對實驗課程改革的實踐，現將教師分別采用積極教學法和傳統講授法，教師行為的對比總結如表1所示．1．3積極教學法主要采取的教學方法．1946年美國教育學家EdgarDale提出“學習金字塔模型”［11］，該模型指出：學習者采用不同學習方式進行學習，學習內容隨著時間的平均留存率將有很大的不同，如圖1所示．圖1學習效率金字塔模型從圖1中可以看出，學生采用單純的“聽講”方式被動學習，學生對所學知識點的平均留存率只有5％！這意味著教師自身教學行為和課堂組織形式的改變將直接決定學生對課堂內容的學習效果．基于大學物理實驗課程自身理論結合實踐的特殊性，采用積極主動的學習方式組織課堂教學對教師而言可操作并不復雜：以設計能夠推動課堂教學的問題為主線，教學過程中采用自主閱讀、小組討論、小組成果展示以及學生展示操作等學習方式為輔助的雙線教學模式，為切實有效的大學物理實驗教學改革奠定了科學的理論基礎．教師在使用積極教學法對實驗課堂進行雙線教學模式改革時，應注意以下幾點：1．3．1問題的設計與有導向的點名提問流程．區別于傳統課堂設計，教師在備課過程中需詳細設計能夠推動課堂教學的相關問題，并隨著教學環節的不斷熟練，結合課堂學生的反饋對設計的問題進行不斷更新和調整．問題的設計不包括與教學無關或關系不大的問題，避免學生思路跑偏，也不包括純概念性問題，避免學生回答不出內心受挫，概念、知識點的學習可以先以閱讀或小組討論的形式進行自主學習，然后以提問的方式協助學生梳理問題的邏輯性及難點．對設計好的問題，以積極教學法為主的課堂提倡使用有導向的點名提問推動課堂，其關鍵流程在于：第一，先拋出備課過程中設計好的問題，并根據問題的難易程度給出學生足夠的獨立思考時間（學生思考的過程教師可以觀察學生思考的情況，為后續有導向的點名提問做準備）；第二，基于對思考過程的觀察，進行有導向的點名提問（切忌按一定規律或順序點名，可在課前要求學生為自己制作名牌并配帶名牌上課，便于有導向點名提問的實施）；第三，根據學生回答情況給予明顯的、強烈的肯定（在設計問題時應該考慮到會有回答不出預期答案的學生，切忌不了了之，一定要善于給出明確、難度明顯降低的引導，然后再繼續追問，直到學生回答出肯定的答案，最后得到教師的認可）．1．3．2小組討論的組織與實施．對于學習興趣不高的學生，打破常規的教室桌椅障礙，讓學生以小組為單位進行問題的交流與討論，并對討論的結果進行展示，對學生學習興趣和學習能力的提升很有幫助．有人質疑，放手讓學生討論難以得出正確答案，浪費課堂時間．但結合實際經驗發現，只要教師相信學生，通過合理的分組搭配，小組討論之前給出學生充分的獨立思考時間并要求將所思所想快速記錄下來，再在討論過程中教師給予恰當的引導，學生往往會有令人驚訝的表現．1．3．3實驗儀器的介紹和操作．傳統的實驗課堂，實驗儀器的介紹和操作講解通常由實驗教師完成，然后讓學生進行“獨立操作”，并按教師設定的表格記錄實驗數據，整個實驗操作部分學生都是按照既定的步驟完成實驗任務．結合實驗課程對學生能力本位的培養要求，筆者認為實驗課程最能體現學生自主性的環節是實驗儀器的操作和數據處理，可以在梳理清楚實驗原理的同時，讓學生以小組為單位將實驗儀器配備的說明書分發給學生，并通過學生的自主閱讀，自行給出實驗操作步驟，并自行設計需要記錄實驗參量的表格，教師在這個過程中只需要判斷或指出學生設計過程中的不足并給出改進意見．對于多個小組提出的不同實驗操作步驟，教師可選出最優方案，并鼓勵該組學生在全班范圍內演示實驗儀器的操作與數據處理方式，并盡可能地給出設計理由．

2大學物理實驗教學改革實踐

2．1使用積極教學法前后學生成績反饋．通過1年的觀察，筆者先后對同一個班級的大學物理實驗（上）和大學物理實驗（下）分別采用傳統講授式教學和積極教學法教學，學生的課堂表現和學習成績整體有了明顯的提升．圖2為我校地質工程17－1班（46人）第1學期和第2學期大學物理實驗成績水平分析，從圖2可以看出，通過積極教學成績分布在60～70分區間的學生人數明顯減少了，而成績分布在80～90分區間的學生人數有了明顯增加．圖2教學方法轉變前后學生成績分布對比2．2基于積極教學法的實驗課程設計案例．為了展示采用積極教學法設計實驗課堂的實施方法，根據教學實際，以大學物理實驗中“電流表的改裝與校準”實驗［12］為例，給出具體的課堂設計．2．2．1學習目標的編寫．在傳統的實驗教學中，教師按照既定的教學目標編寫教案，往往會忽略學生的認知水平和具體可測量的學習產出，其缺點在于先入為主地讓教師成為了課堂教學的主體．基于積極教學法中倡導的以學生為主體的課堂，課程設計中的教學目標應該轉化為學習目標，并避免使用掌握、了解、熟悉等不可測量動詞．本節課結束后，學生將能夠做到：1）測出未知表頭的滿偏電流Ig和內阻Rg；2）畫出擴大電流表量程的電路圖；3）校準改裝電流表，并畫出校準曲線．2．2．24欄教案的編寫．以積極教學法為主導的課堂教學，教師在教案編寫方面應以具有明顯時間分段的教師活動和學生活動為主，并將其作為指導教師授課的重要文件，用于提醒教師確保以最高效的方式幫助學生達成學習目標．基于教師備課階段的認真思考和多種教學方法的選擇，教案縱向應該包括課堂導入、主體和總結，橫向應包括貫穿于整個教學過程中明確時間節點的教師活動、學生活動和學習資源，如表2所示．2．2．3板書呈現．基于課堂主線問題和課堂輔助活動并行的雙線教學改革思路，課堂上呈現在黑板的重要學習內容在形式上也要做出相應的調整，通常以明確主題和重要知識點的思維導圖的形式給出，便于學生記錄和知識結構建立．

3結束語

基于積極教學法對大學物理實驗教學改革的理論支撐，在地方普通高校逐步向應用型本科轉型的過程中，采用積極教學法對大學物理實驗進行課堂教學改革，在以教師教學行為轉變為主旨的教學探索中，通過對教師教學活動的重新認識、課堂的重新設計、課堂活動的組織與實施，較以講授為主的傳統課堂，學生學習興趣的激發和學生學習能力的培養都有明顯的改變．學生學習興趣和有效學習能力的培養必將是學生實踐能力和科學實驗素養提升的必經之路，同時培養能力本位的當代大學生也是新時代賦予一線教師的歷史使命．

作者:謝寧 魏欣雨 彭敏 單位:新疆工程學院