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大学物理教学效果与方法(5篇)

 论文栏目:大学物理论文     更新时间:2016/9/13 9:16:02   

第一篇:大学物理混合型教学的学习效果

摘要:以大学物理的教学为例,通过聚类分析和比较分析的方法,研究SPOC模式下混合型学习效果提高的原因.结果表明导致混合型教学学习效果提高的主要原因是学生利用线上教学增加了有效学习时间.

关键词:SPOC;混合型教学;教育研究

近年来,随着信息技术的飞速发展以及大规模在线开放课程(MOOC)的出现,高等教育的教学理念和教学形式正接受着前所未有的挑战.传统的教学以教师为中心,教学过程往往是单向式,传递的信息是同质的,很难实现个性化;学生在学习过程中缺乏实践体验,学习过程以记忆理解为主,缺少对知识的应用和评价以及基于所学知识的创新,这样的教学模式难以适应信息时代的需要.MOOC的出现降低了课程的运行成本,因而上线课程和受教育人数都在增加,这使得学习名校名师的课程不再成为奢望,教育变得更加平等.对于在线课程,学习者可以根据自身的偏好和能力,挑选适合自己的课程;在课程进行中,学习者还可以和不同知识背景的同伴组成学习小组,通过交流学习知识.在MOOC的实施过程中,教育者可以根据需要形成小规模限制型教学班级(SPOC),结合班级特点,开展线上教学.但是MOOC课程也存在一些问题,比较突出的是难以实现与学习者所处的学习环境的对接[1],课程与课程之间也缺乏足够的联系[2],学生难以通过在线平台实现实践性课程的学习;由于缺乏足够的约束机制,能完成MOOC课程学习的学生比例偏低.采取线上线下混合型教学和翻转课堂的教学模式,可以实现在线课程和课堂教学的优势互补.一方面相比于在线教育,教师的监督作用得到了加强,学生完成课程的比例得到大幅度的提高[3];另一方面,相比于课堂教学,教师可以通过选取适当的内容作为线上教学课程,降低了授课过程的成本;同时教师还可以根据学生线上学习的反馈信息,改进课堂教学;此外在课堂教学中,教师还可以引入实践环节,强化学生的体验,增进教学效果.此外根据教育理论,学习过程包括程序性学习和启发性学习两种.对于以记忆为主的程序性学习,学习完全可以以学生自主学习为主;而对于启发性学习过程,需要通过作为专家的教师与学生之间的互动来完成.实践表明,混合型教学模式的教学优于单纯的课堂教学[4].由此可见,将信息技术和课堂教学有机整合,有助于形成以学生为中心,充分发掘学生自主学习动力和创新能力,形成互联网+高等教育教学的特色教学模式,提高高等教育的竞争力.

1大学物理

SPOC模式混合型教学的实施自2013年秋季以来,基于对SPOC教学模式的研究,我们通过翻转课堂将SPOC线上课程和课堂教学结合起来,在SPOC线上教学中,要求学生完成基本概念的学习和理解;在课堂讨论中,强化学生对知识的应用和评价.一方面,利用线上教学的泛在性,学生可以及时弥补在课堂上学习的不足;另一方面,通过课堂讨论,教师和学生可以及时发现解决问题过程中出现的误区,并加以纠正.线上课程在中国大学MOOC网站上提供的同济大学大学物理SPOC专区进行,整个教学的具体实施过程由图1给出在这个模式中,教师首先将准备好的线上教学资料(课程教学视频等)上线,供学生泛在学习;课堂上则是相关的讨论活动,包含线上学习过程中的自测题、讨论的问题以及能力拓展的问题等.图2给出混合型教学班和传统型教学班在2013—2014学年4次测试中的成绩比较,其中测试1和测试2对应于大学物理(上)的期中考试和期末考试,测试3和测试4对应于大学物理(下)的期中考试和期末考试.从考试成绩上看,混合型教学班的成绩相对于传统型教学有所提高,与其他混合型教育研究的结果一致,符合我们的预期.

2传统型教学效果分析

为了更好地了解混合型教学学习成绩提高的原因,我们选取某传统型教学班作为研究对象,在教学过程中单独命题,以保证4次测试的难度不发生大的变化,在测试3、4中加大了课堂教学中强调的内容和方法的考查比例.剔除少数长期旷课的学生之后,对考试成绩进行分析,发现学生成绩并不呈现正态分布,而是主要由两个特征峰构成,对学生成绩作二聚类分析,结果如表1所示.从结果上看,对于高分段同学,4次测试的特征分数没有发生明显变化;而对于低分段同学,在测试中加大课堂教学强调的内容和方法的考察后,特征分数发生较大幅度的下降.从这一结果上看,造成低分段学生考试不理想的主要原因是上课时没有集中注意力听讲,课堂学习的效果较差.此外我们还对该班级的其他科目成绩作了调查,并作了相关性分析,结果如表2所示.该结果表明:物理课程除与高等数学成绩高度相关之外,与外语类课程和计算机课程的成绩也中度相关,和政治类课程成绩不相关,符合我们的预期.这说明对于传统型教学方式,学生在课堂上课的认真程度是决定多数科目测试成绩的重要因素.

3混合型教学效果分析

对2014—2015学年混合型教学班的卷面成绩作分析,发现存在3个特征峰,如图3所示.由于该教学班单独命题,故无法和传统型教学班的成绩作比较.将期中成绩作聚类分析,同样可以得到高分区,中间区,低分区3个部分.对于低分区学生,根据传统型教学班的分析结果,我们认为同样存在上课缺乏注意力是影响学习成绩的主要原因.通过中国大学MOOC网站,我们获得了该教学班3个分数段同学在线学习时间的数据,图4—图6给出了3个分数段学生观看视频时间与学习成绩之间的关系从图4可知,对于低分区学生,观看时间与考试成绩的关系和学习曲线十分类似,所不同的是,随着观看时间的增长,成绩达到最大值后逐渐下降而不是趋于饱和,成绩与观看视频时间呈负相关.出现这一现象可能和学生的注意力有关,对于在线学习,由于缺乏有效的监督,自控能力较差的学生的线上学习效率更加低.由于线上学习占用了线下学习时间,有效学习时间反而会变得更小.图5给出的是对应中间区的情况,相对于低分区,中间区学生成绩和观看视频时间呈正相关关系,相关系数达到0.62,属于中度相关.说明中间区学生对在线视频的利用效率高于低分区学生,线上学习增加了有效学习时间.由此可见,混合型教学之所以取得比传统型教学更好的教学效果,主要是中间区学生通过增加有效学习时间,提高了学习成绩.对于高分区学生,学习成绩与观看视频时间没有相关性,相关系数为0.03.学生通过课堂学习和线下学习已经能较好地完成学习任务,线上学习无助于增加有效学习时间,学习成绩不因观看视频发生变化.

4结论与讨论

在混合型教学模式中,不同类型的学生线上学习的效果并不相同.对于自制能力较低的学生,线上学习时更容易出现注意力不集中的现象,通过在线学习无助于增加他们的有效学习时间.对于低分区学生,也存在数理基础较差的问题,在在线学习模式下,仍然有不少疑问难以及时解决,这也影响了他们的学习效果.对于高分区的学生,通过课堂教学已经能够较好地掌握所学知识,通过在线学习也不能再明显增加有效学习时间.只有对于中间区的学生,在线学习能够弥补课堂学习的不足,对学习起到促进作用,使得这些学生学习效率超过低分区学生.混合型教学效果的改善主要来自于中间区学生的进步.此外,学生线上学习的效果还与线上资源的质量有关,提高线上资源的质量,增加针对低分区学生的视频材料,将有可能改善混合型教学的教学效果.一方面增强学生之间的互动以及师生之间的互动,都是改进混合型教学教学效果的重要措施,也是我们下一步工作的重点之一;另一方面,不同分数段学生的线上学习效率以及不同聚类学生占学生总数的相对比例也是评价在线课程质量的一个重要指标,在大数据时代的今天,这些数据将为管理者制定评价体系提供有参考价值的依据.我们这里的工作主要考察的是学生对知识的掌握情况.学生的学习主动性,批判性思维,创新性思维等形成性因素的培养,也是混合型教学希望实现的另一个重要目标.我们将在后续工作中进一步考察和研究。

作者:张睿 王祖源 徐小凤 单位:同济大学 物理科学与工程学院

第二篇:大学物理实验课程操作考试的实践

摘要:利用SPSS软件对2014级本科生大学物理实验II课程操作考试试卷进行分析,结果表明:该试卷具有一定的信度值,且难度合理、区分度较好.考试结果分析表明:考试内容能反映学生对于实验设计、操作、分析及处理等实验能力的掌握,且契合课程培养目标.建议今后应加强实验方法和理论的教学,注重学生科学实验的素质培养,促进学生养成主动分析判断的习惯.

关键词:实验操作考试;试卷分析;SPSS

自2010年以来,为了适应学校拔尖型人才培养的要求,我校物理实验中心从授课形式、考查方式等方面对大学物理实验课程作了一定调整.本文选取部分2014级本科生实验操作考试试卷作相关分析,并对我校大学物理实验操作考试的实践情况进行总结,以揭示其对今后教学的启示.

1考试方式简介

操作考试是检验学生实验学习效果的有效方式之一.然而,若操作考试考核的内容仅仅是让学生重复已做过的实验,学生则只要记住操作步骤即可[1-4],这难以准确地反映学生的实验设计能力和操作能力,也难以对学生的实验学习进行有意义地引导.为此,物理实验教学中心在开展操作考试时,以原有实验内容为基础进行拓展延伸命制试题,另外,由于仪器数量的限制,物理实验教学中心无法满足同时修读的学生在同一时间考同样的内容,命制了多个题目,由学生抽签选择考题,并且分批次进行考试.每一场考试时间为40min.

2对象与方法

2.1对象我校2014级修读大学物理实验课程的本科生180人参加了期末考试,随机选取了2个实验的答卷(共80份)进行统计分析.2.2方法依据教育统计和教育测量的理论、方法,对80名考生的总成绩及每道题的答题情况用SPSS软件进行统计分析.

3试卷分析

本考试从学生做过的12个实验中选取了难度大致相当的4个实验略加提高后,命制成试卷.试题属于不完全设计题目,学生需根据新的实验情境设计并完成实验操作,最终上交报告.3.1试卷基本情况4套试卷结构大致相同,其具体内容虽不同,但都从固定的维度考查了学生的实验素养和能力.试卷满分100分.选取的2套试卷分别为“采用光学方法测量所给液体的折射率”(实验一)和“测量RLC串联电路中LC两端的电压随频率f变化的曲线”(实验二),考查分布见表1.由表1可知2套题目考查的内容较全面,结构较合理。3.2考试成绩分布选取的80份试卷平均成绩为63.84分.鉴于2套试卷考查内容较为一致,将整体成绩分布总结为表2,成绩分布图如图1.从表2和图1看来,成绩有高斯分布的趋势.统计发现:实验一及格率为66.67%,优良率达24.45%;实验二及格率为60%,优良率达22.86%.3.3试卷质量分析3.3.1难度难度指试题的难易程度,是评估试卷质量的主要指标之一.设P为试卷的难度系数,x为试卷平均分,W为试卷满分,则试卷的难度为当P≤0.3时说明试卷难度低;当0.3<P<0.7时说明试卷难易适度;当P≥0.7时说明试卷难度高.表3分别给出了2个实验的难度系数,由此可见2套试卷的难度相当,试卷总体难度适宜。3.3.2区分度采取极端分组法计算试题各指标的区分度D:将排名前27%的学生划为高分组,排名后27%的学生划为低分组,最后按Di=(XiH-XiL)/(Hi-Li)计算区分度,其中Di表示第i题的区分度,XiH表示第i题高分组的平均得分,XiL表示第i题低分组的平均得分,Hi表示第i题的最高得分,Li表示第i题的最低得分.D的评价指标:D>0.4优秀,0.3<D<0.39良好,0.2<D<0.29合格,0.19以下为不合格.表4为试题的区分度,其中1)2)3)表示各项的评分指标.经计算,两实验总体区分度分别为0.63和0.66,说明这2套试题均达到了较好的效果.3.3.3信度鉴于本试卷均为自由答题,故采用克伦巴赫α系数计算其信度较为合适.一般认为[5],课程结业考试要求信度在0.5~0.9之间.统计分析得两实验试题的克伦巴赫α系数分别为0.76和0.72,故认为本次考试成绩可以依赖.

4学生考试情况分析

4.1实验一的答题情况试题:当透镜与显微镜平台之间的介质折射率为n时,第k级牛顿环的直径Dk与牛顿环的曲率半径R、入射光波波长λ之间满足的关系为D2k=4kRλ/n.要求使用所给器材,测量所给液体的折射率.实验要求:1)写出实验方法和必要的计算式;2)写出必要的实验步骤;3)记录必要的实验数据;4)处理实验数据,给出结果.表5给出了该实验各部分的得分情况,并计算了方差和离散系数.4.1.1实验方法该项实际考查用牛顿环测凸透镜曲率半径的实验方法,目的在于检测学生是否掌握“用相对级次代替绝对级次”的实验方法,具体要求:1)报告中要有相关推导并得出公式;2)有待测量说明.实际上,要求1)可看做是一种实验报告素养的体现.统计结果如图2~3所示.可见,学生大都能掌握牛顿环的实验方法并加以运用,但仍然有近图2实验方法完成情况考查统计图30%的学生未掌握该实验方法,故今后的教学中要加强实验方法、原理的教学.从待测量说明一项来看,学生的实验报告素养较好.4.1.2实验的关键步骤该项要求学生呈现关键的操作步骤,具体要求:1)写出操作步骤;2)写明“不能有螺距差”;3)写明“目镜与叉丝与干涉环相切”.要求1)考查学生的实验操作,2)3)两项与1)构成包含关系(即步骤中必须写出),考查学生对实验关键细节的掌握情况,某种程度上也属于对实验方法的考查.统计发现:能写出实验步骤者占100%,其中能清晰写出步骤者91.11%,要求2)3)完成情况见图4~5.两者都写明且步骤清晰者只占20%.可以看出,学生对实验步骤基本上掌握过关,但是过半的学生对其中的关键步骤掌握欠佳,能较好完成该项的学生所占比例较低,在牛顿环实验的教学中应当提醒学生对这两处的理解,重视对细节处的学习.从结果来看,只有近两成学生能准确呈现实验结果,且实验数据处理方法基本正确,结果不合格者有71.11%,其原因或在于实验方法不理想,或因逐差法的数据间隔不大,误差抵消失败;测不出实验数据;作为实验报告的呈现(科学素养体现),学生应该分析实验的成功、失败、误差来源以及自己为了抵消误差用的什么方法等,遗憾的是只有5名学生分析了失败的原因或实验体会.4.2对实验二的简要分析采用类似方法分析实验二,见表6.

5讨论

我校的实验操作考试有以下特点:1)以学生做过的实验为基础进行拓展,学生在规定的时间内完成实验与报告的书写,借此考查独立实验的能力;2)实验一定程度上能考查其创新能力,学生经过适当分析后再实验,也就考查了分析与研究能力;3)学生用已学到的实验方法和技能等完成考试,是将理论和实际相联系的体现.大学物理实验的培养目标要求[6]:培养学生的基本科学实验技能,提高其实验素质,让学生掌握基本实验方法和思想,培养学生独立实验能力、分析与研究能力、理论联系实际的能力和创新能力.可见,我校的实验操作考试能反映培养目标的要求.从考试成绩以及考核指标分析的情况来看,2套试卷具备一定的信度值,其难度合理,区分较好,能将不同层次的学生区分开.考核指标包括实验方法、实验步骤与操作、数据处理能力、实验结果分析与运用4个方面,均围绕培养目标而制定.综合来看,试卷质量合格,能体现对培养目标的考核,检验学生是否达标.统计发现,操作考试的及格率超过60%,优良率在22%以上,但离散系数较大,学生的掌握水平差异较大,从分数集中情况来看,我校2014级本科生对本门课程的掌握程度总体符合期望.综上可认为,我校物理实验中心的培养模式兼顾学生基本的实验技能、实验素质、实验方法等方面能力,且有一定成效.但从考试结果也发现一些问题,如:部分学生实验方法掌握不牢,学生的基本科学素质有待进一步提高,学生不擅于对实验进行分析总结等.鉴于此,提出以下建议:第一,应加强实验方法和理论的教学.学生掌握了一定的实验方法后才能在今后的实验、工作中运用,触类旁通,为后续学习提供帮助.从前文分析来看,部分学生对实验方法的掌握不尽人意,对实验涉及理论知识一知半解,故教师在教学中应该加强实验方法的教学,讲清内涵外延,不忽略每个细节,建议加强日常实验教学的评价,及时发现问题.学好实验方法也是对理论知识的巩固,学习时不能不求甚解,建议学生在预习课上先自主学习,后相互讨论.教师点拨讲解,进行启发式教学,要特别注重对实验方法的强调.第二,教学要注重学生科学实验的基本素质.分析发现,学生在实验过程中还存在不严谨之处,表现在不用尺规作图、忽略实验细节、漏写单位等方面.在平时的教学中,教师应该帮助学生训练这一方面内容,严格要求.第三,今后教学应促进学生养成主动分析判断的习惯.理论上讲,学生应该运用所学知识对实验现象和结果进行初步地分析判断、得出结论,对实验失败或未在规定时间内完成实验任务的学生更该如此,然而很多学生未在实验报告中作分析.平时教学中,教师应该训练学生的分析能力,建议开展探索性的综合性实验,多提出引发学生分析思考的问题.例如教师可以搜集学生在实验中遇到的问题,供大家在实验后的讨论课上思考讨论,对积极发言的学生有一定的奖励.最后,操作考试需再进行调整.分析发现,学生实验水平离散系数很大,中、低分段学生在实验方法掌握一项得分普遍低,导致后续实验进行不顺利,得分极低,故有的考查项区分度达到1.00.可见实验关键是对方法的掌握,若学生实验方法错误,必会影响后续考试,乃至整体评价.鉴于此,建议考试在进行15min左右时,教师可向未得出实验方法的学生提供所需要的实验方法,但评定成绩时扣除相应分数,或借鉴Alevel考试的形式:将“理论分为设计和数据处理、实践操作单独考查”的模式,单独考查各方面,兼顾各层次的同时又各有侧重[7].6结束语通过分析试卷发现,我校的考核方式在一定程度上具有较好的测试作用,同时我校学生大学物理实验成绩基本能够达到培养目标,但其中仍存在一些不足,今后的教学工作应该围绕提高学生的科学实验素养进行,培养出社会需要的人才.

作者:李佳隆 舒峥 郑荣炜 李晓云 柴志方 单位:华东师范大学物理系

第三篇:大学物理教学模式与方法

摘要:本文针对二本师范院校大学物理课程教学中存在的实际问题进行教学改革,提出根据学生实际进行分层次教学模式,根据大学物理课程内容、基于“四基”进行大学物理课程整合,采用教学方法多元化和考核成绩评定的多样化。

关键词:教学模式;分层次;教学方法;教学内容;考核

大学物理是高等院校部分理科专业和工科各专业学生必修的一门重要基础课程,在培养高素质人才工作中起着其它课程不可替代的作用。然而,受生源、专业、相对教学课时少与内容多的矛盾、教学方法更新等问题制约,在大学物理课程的教学中,还存在许多亟待解决的问题。

1目前大学物理课程教学存在的问题分析

第一,学生的物理基础和对物理的兴趣、及各专业存在差异。高校录取率从80年代的6%左右增加到现在的约60%左右,高校教育由精英教育转为大众教育导致录取学生物理基础参差不齐,兴趣也使学生对物理课投入精力和时间差别较大,在课堂上表现为一些学生注意力不集中,反应迟钝,一部分学生课堂吃不饱,另一些学生又消化不了,课后作业抄袭等现象。第二,教学内容亟需优化。传统的大学物理内容体系是由力学、热学、电磁学、光学和近代物理几大块构成的,内容广泛,尤其是现代物理新思想、新观点不断涌现,但现在大学物理的学时数在逐渐减少。物理教育本身的循环性、内容的广泛性、经典内容和近代物理的关系等,使得大学物理教学的学时数、教学内容的矛盾日益突出。第三,大学物理课程内容多、涵盖面广、利用传统的教学手段进行教学时,存在课时紧,该讲的内容讲不透,想讲的内容展不开,许多抽象的物理知识讲不清,有时想结合专业,补充一些与专业相关的实例,也因时间不够而讲不透,学生也听不太明白,同时一些现代教学手段也有不恰当地应用在大学物理教学中,所以,合理将传统和现代教学手段相结合也是大学物理教学应注意的问题。第四,目前考核方法比较单一。现在一般大学物理课程的考核办法,是采用考试题、实验成绩和平时成绩来进行评估的。但学生的知识水平不能完全由计算题来评估,素质更不能由是否会做题来衡量,所以大学物理课程考核办法的改进仍是该门课程研究的问题之一。

2大学物理教学改革实践性探索

基于以上几方面存在的问题,我们从咸阳师范学院物理与电子工程学院的电子信息科学与技术专业、电子信息工程和电气工程及其自动化专业的大学物理课程教学入手,进行了如下实践性试探。2.1建立大学物理课程分层次教学模式通过高考成绩、专业方向、个人自愿和兴趣确定分层次原则;根据大学物理课程目标确定不同层次教学目标、授课内容;制定分层次教学管理方法。根据制定的分层次教学原则,通过目标分层、备课分层、授课分层、辅导分层、考核分层等,指定专任教师负责各层制。两学期试行结束,调查显示各层次学生对物理产生的兴趣均有大幅度提高。2.2基于四基模式对教学内容进行整合四基是指基本概念、基本规律、基本物理思想、基本研究方法。以电磁学内容为试点内容,基于四基模式,在处理好近代物理和经典物理、定量和半定量关系、人文与自然科学关系基础上,在传统教学模式和渗透教学模式相结合基础上进行教学内容整合。2.3应用多元化教学方法传统教学方法和多媒体、演示实验、仿真实验等相结合应用在大学物理教学的课堂中。教与学同时进行,课堂不再是教师一人的舞台,采用教师精讲20分钟,剩下30分钟的时间由学生讨论和自拟本节内容的习题并自主完成的方式进行良好的互动式教学。以电磁学内容为例,应用多元化教学方法实践。2.4课程考核方式多样化在传统考核方法的基础上,采用诸如统一试题、小论文、小创新实验、平时自主学习报告等相结合的课程考核方法。

3结论

对咸阳师范学院物理与电子工程学院三个专业的大学物理教学模式及教学方法进行了实践。两学期结束,学生普遍对物理知识感兴趣,对物理实验的操作普遍有较强的自主性,分析问题的能力普遍有所提高。考核办法不再单一,按照学生的点点滴滴自主学习行为给以成绩评定,大学物理不及格率由原来的30%左右降低到了3~5%。尤其对物理兴趣比较浓厚的学生而言,进步更大,多名学生参加了大学物理创新实验研究,并发表了小论文。

作者:马晴 张辉 华雪侠

第四篇:PBL模式对大学物理教学的运用

摘要:在大学物理教学中,PBL教学模式值得我们学习和使用。经实践研究,在大学物理教学中采用PBL教学模式要重点把握内容的选择、问题的创设、分组和讨论、总结与评价四个环节,PBL教学模式能够促进学生的创新精神和实践能力的培养、激发学生的学习兴趣和主动参与性、拓展评价的范围和功能。

关键词:PBL;大学物理;教学模式

一、引言

基于问题和项目的学习(ProblemBasedLearning,简称PBL)“最早起源于20世纪50年代美国西域大学医学院的综合教育课程改革,1969年,美国神经病学教授Barrows在加拿大McMaster大学第一次将全新的PBL教学模式引入到医学教育领域”[1],随后从医学领域推广到了其它学科领域,目前已成为国际上较流行的教学方法,“世界范围内的高校都在不同程度上对PBL教学模式进行尝试”[2]10-55。作为一种教学模式,PBL体现了建构主义、人本主义等的学习和教学理念,它的主要特点是使学习发生在问题的探究解决过程中,小组学习或自主学习是其主要的学习方式,教师在此过程中的作用是及时提供帮助和指导,以确保学习活动能顺利进行。这一教学模式与当前的教学理念相吻合,“效果也被广泛证实”[3],值得我们在大学物理教学中学习和借鉴。

二、PBL与大学物理课程的适契程度分析

纵观物理学的发展史,人们在观察和探究自然世界的过程中遇到的问题和疑惑是推动物理学发展的直接动力。比如经典物理学的发展就是在与传统观念的决裂开始的,在对轻重物体下落快慢的质疑过程中,总结出了落体定律,开始了物理学的发展。正当物理学家们为经典物理学的成就而感到满意时,迈克尔逊—莫雷实验和黑体辐射实验带来了巨大的冲击,被称为笼罩在19世纪物理学上空的两朵乌云,再次促成了物理学的大发展,导致相对论和量子力学的创立,开辟了物理学的新篇章。可以说,物理学的发展始于一些列的问题。基于问题的PBL学习模式让学生从问题开始,通过问题的解决来建构物理学知识,这与物理学的发展规律是相吻合的。从物理学的方法论分析,观察、实验与科学思维相结合是推动物理学发展的主要方法。“在中世纪,物理学和其他科学一样,是神学的侍女和奴婢,只有当物理学家有可能采用科学实验仪器和精确的数学计算作为认识大自然的锐利武器后,物理学才完全从自然哲学中分化出来,成为一门独立的真正的科学。”[4]1589年,伽利略做了著名的斜面实验,并进行了定量的计算,从而奠定了物理学的方法论基础。可以说,物理学是在观察、实验的基础上通过理论总结发展来的,而不是对公式和定律的解释和运用。PBL通过建立小组,让学生经历观察、分析、讨论和总结的过程,这不仅与物理学方法论相一致,同时也为培养物理学的基本技能和方法提供了有效途径。可见,PBL与物理学的本质是相适应的。同时,作为一种注重过程的教学模式能克服传统教学的诸多弊端,限于篇幅不一一例举。毋庸置疑,在大学物理中采用PBL能够极大地丰富我们的教学手段。

三、PBL的教学设计

PBL有两种代表性的教学设计,“一是问题导向学习之先驱Barrows(1985)提出问题导向学习的学习过程可分为五个阶段:问题分析阶段、资料搜集阶段、综合阶段、摘要阶段、反思阶段。二是Benjamin,Schneider和Hinchey(1999)认为问题导向学习过程可分为:确定问题、分析问题、形成假设、确认已知、确立所需信息、确认资源、收集新信息、新旧知识整合等八阶段。”[5]任何的教学模式都要根据具体学科的特点进行了创新和发展,也正因如此它在实践中的发展日益多元化,“呈现出不同的形态和模式”[3]。结合上述两种教学设计和大学物理学科的特点,笔者认为在大学物理教学中运用PBL,需要突出以问题为导向、以学生自主学习为主要手段的本质,重点把握好内容的选择、问题的创设、分组和讨论、总结与评价四个环节。以驻波的教学为例进行说明。(一)内容的选择一个内容需要根据授课对象、环境条件等选择最合适的教学方法;同样一种教学方法也要有适合的内容和条件才能发挥最大功效。因此,内容的选择成了采用PBL模式的前提和必须要重视的问题。首先,PBL是开放性的教学方式,需要大量时间做支持,否则无法完成授课任务,这要求数量上不宜过多;其次PBL要求学生的合作探究,这要求内容上要具有探究性和可操作性的特点。驻波这一内容根据教学要求有驻波的产生、驻波的方程、相位跃变、驻波的能量和简正模式五个知识点,我们选择驻波的产生和驻波的方程两个知识点进行PBL教学。(二)问题的创设问题创设的质量,决定了PBL教学的成败,因为问题情境在很大程度上决定着能否激发学生的兴趣并引起认知冲突和积极的参与。情境的创设要结合学生的生活实际、联系生活经验,在驻波方程的讨论中创设了这样的问题情境。(1)角铁演示实验:手握住角铁的中点,另一只手抹上松香,摩擦角铁,可以听到刺耳的单频率声音。(2)鱼洗视频:视频播放,双手弄湿之后,在雨洗两边的铜耳上来回摩擦,听到雨洗发出的嗡鸣声,伴有水珠在盆中跳跃而起。(3)弦线驻波演示实验:弦线的一端系在音叉上,另一端系着砝码使弦线拉紧。当音叉振动时,调节劈尖至适当位置,可以看到弦线被分为长度相等的几段作稳定的振动。在这样的情境下,学生提出了各种问题:我们平时听到角铁发出是声音都是“叮叮当当”的声音,为什么摩擦角铁就能发出刺耳的单音节声音?雨洗中为什么会产生水柱,水柱的形状为什么像波形?改变辟尖的位置,振动的情况会发生怎样的变化?弦线中的振动是怎么产生的,方程如何表示?等等。教师要发挥引导员的作用,分析和评价学生的这些问题,最终引导学生确立这种振动的形成原因和方程的表述这一问题。(三)分组和讨论分组和讨论是PBL教学的核心,物理学的技能方法,自主学习能力、合作交流能力和创新能力的培养都需在这一过程中得到培养和锻炼。首先,对学生进行分组,以5-10人为一组,组员之间既要相互合作也要进行分工,明确各自的主要责任,如组织员、操作员、记录员、汇报员等角色。然后组织各小组进行资料的收集,如图书资料、网络资料、演示实验等。最后进行集体讨论,并形成假设、制定验证的方案。在制定验证方案的过程中,有学生提出了可以用两根细铁丝,弯成波的形状,重叠在一起后分别使之向两个方向运动,观察在这一过程中两列波叠加情况。这在我们以前的教学中是不曾使用过的,体现了学生的创造性。教师要做好引导的工作。首先要营造轻松愉快的学习氛围,这样有利于激发学生的参与性和现场的发挥,同时能够促进学生开动头脑风暴,提出各种的猜想和假设。其次要根据学习的进度提供必要的学习资源,并以恰当的形式呈现,引导学生对问题的解决。最后对毫无头绪的小组要进行适当的干预帮助;对假设错误的小组要进行解释引导;对假设正确的小组要进行宣传鼓励。(四)总结与评价总结与评价的方式不仅决定着PBL教学的最终成效,也在很大程度上影响着学习的策略,决定着对PBL过程的反馈,从而影响PBL模式的开展,因此必须要处理好总结与评价环节。总结汇报和过程性评价是这一教学模式中必须要重视的环节。在总结环节,要让每个小组推荐自己的代表上台进行交流汇报,讲解他们对问题的研究过程及结论。可以采用不同的形式、工具和技能,如实验展示、理论推导、图表、口头表述等方式。学生的总结不完善,缺乏严密性和完整性,教师要根据学生的汇报情况加以总结引导,使学生建立系统的知识结构。在评价环节,可以采用学生的自评、学生间的互评和教师评价相结合的方式,重点要根据学生在这个学习过程中的参与程度、表现、作用等给予总结与评价,指出好的方面和有待改进的方面,要发挥评价的激励和促进功能。

四、PBL教学模式的效能分析

从驻波的教学可知,PBL教学模式是一种强调以学习者为中心的主动、开放式的教学模式,这一模式与传统的以教师讲授为主的授课模式具有明显的优势,在大学物理教学中具有积极意义。(一)促进了创新精神和实践能力的培养关于创新精神的认知机制,国内外的心理学家和教育家尚未形成有说服力的成果。一种普遍的共识是,让学生经历科学研究的过程,经历观察、分析、综合、演绎、科学抽象、类比联想、实验等方法,在这一过程中能培养创新精神,轰轰烈烈的基础教育课程改革便是一例证。PBL让学生经历问题解决的过程,学生在对问题进行研究分析,对解决问题的方法进行假设、判断,以及实践操作和总结的过程,这些过程需要学生的思考和相互之间智慧的碰撞,这有利于创新精神和实践能力的培养。(二)激发了学生的学习兴趣和主动参与性根据建构主义学习理论,兴趣是学习过程中的一个极为重要的因素,研究表明,如果学生的动力被激发了,学习的质量和效果都会提高。PBL教学模式将学习者投入于问题的情境中,加强了物理与生活实际、与学生的认知经验的联系,克服了物理学的枯燥、晦涩、难懂的现象,能够有效激发学习的兴趣;其次,小组学习或自主学习的方式将学习的主动权交还给学生,在制度上保证了学生的参与性。(三)拓展了评价的范围和功能传统教学模式主要以教师的讲授为主,因此在评价上只能以考试成绩为标准,过程性评价无法实施;从评价的功能来讲,考试的评价只起到了甄别的功能,而评价的激励功能、促进功能被荒废。PBL教学模式注重学习的过程,在参与过程中,教师能够根据学生的具体表现,如发现、解决问题、交流合作、分析判断、查阅文献等能力等进行综合评价,自评、互评的评价方式也能得以实施;这些评价能够反映学生的现实状况,明确存在的缺点和不足,进而促进学生的发展、教师的成长和教学质量的提高。

作者:陈杰 单位:公安海警学院基础部

第五篇:大学物理课程教学目标分析

摘要:设定科学合理的教学目标是大学物理教学设计的首要和核心环节,是进行有效教学的前提。该文在布卢姆教学目标分类学理论框架下对《理工科类大学物理课程教学基本要求》进行了教学目标分析与应用探讨,展示了其对设定含义具体、目标全面、定位精准的大学物理教学目标的指导作用。

关键词:教学目标;大学物理;理工科类

大学物理课程教学基本要求目标分析教学目标作为教学出发点和归宿支配着整个教学设计过程,具有导向和调控等功能,其设定是教学设计中的首要和核心环节。现有中国知网数据库显示,有关国内大学物理教学目标方面的研究论文只有寥寥数篇,且缺乏深入和系统性的研究,远远不能满足教学的需要。在大学物理教学活动中,教学目标的设定比较普遍地存在着表述空洞、模糊、不全面、缺乏层次等问题,因此,针对大学物理课程教学目标的理论和应用研究亟待推进和加强。2010年,教育部颁布了《理工科类大学物理课程教学基本要求》(以下简称《基本要求》),该文件是教师设定大学物理教学目标的基本依据。[1]不过,教师需要在一定教学目标分类学框架作下对《基本要求》进行准确、清晰的教学目标分析,才能设定具体、全面的大学物理教学目标。该文将以布卢姆教学目标分类学为框架,讨论对《基本要求》(2010)进行教学目标分析,并探讨其在教学目标设定中的应用。

1布卢姆教学目标分类学概述

教学目标分类学框架是教学目标设定的理论基础,在教学目标分析与设定中有非常重要的作用。因为教师只有在一定的分类学框架下才能对《基本要求》进行全面、准确的教学目标分析,才能使教学目标的设定具体化、易于操作。不同学者基于不同的理论提出了众多的分类学框架,其中影响比较大的有布卢姆模式、加涅模式、马扎诺模式等。不同的理论框架各有优劣,教师可以结合教学实际情况和个人偏好进行选择。对大学物理课程的教学,推荐布卢姆模式,该模式从一开始就是针对高校教学设计的,而且更适合理科课程教学。1956年由美国著名教育心理学家布卢姆等人提出的布卢姆模式是一个成熟而且被广泛应用的分类学理论框架。该模式将教学目标分为认知、情感、动作技能三大领域,与大学物理教学相关的是认识和情感领域。在认知领域,2000年L•W•安德森等学者进一步发展了布卢姆的理论,推出了布卢姆教育目标分类学的修订版。[2]修订版为教学目标分析与设定提供了一个二维目标分类表,其中一个维度是四个知识类别:事实性知识、概念性知识、程序性知识和元认知知识;另一个维度是6个认知过程类别:记忆、理解、运用、分析、评价、创造。该表为解读《基本要求》、设定述教学目标提供了一个有效的分析工具。[2]主要强调的是记忆、理解、运用、分析、评价、创造等是描述内在心理活动的动词,不易操作和观测。要设定具体、易操作的教学目标,需要将上述动词转化为描述外显行为的动词。描述内在心理的动词与相应的外显行为动词可参考文献[2,3]。在情感领域,1964年布卢姆与克拉斯沃尔等人编制了情感教育目标分类学,将情感教育目标分为5个逐步深入的层次:接受、反应、价值评价、组织化、价值促进的性格化。[4]与认知领域相比,情感教学目标本身难以描述和测量,这使情感教学目标常常难以用外显动词表述,因此,情感教学目标比较难具体化。艾思纳提出用表现性目标表述法来规避上述困难,建议设定情感体验方面的教学目标可以规定学生需要参与的与培养目标相关的活动,而不表述具体结果。[5]

2《基本要求》教学目标分析

《基本要求》规定大学物理课程的总教育目标,是高校编制大学课程教学计划和教学大纲、教师从事教学活动、教学效果评估的基本依据。文件提出了“实现学生知识、能力、素质协调发展”的基本目标,[1]该目标要求教师应该从知识、能力、素质这三个维度全面地设定教学目标应,避免片面化。在具体教学中,教师需要在学情分析和教材分析的基础上,对《基本要求》进行教学目标分析,将文件中的基本要求分解、细化,转化为一系列全面、具体、可操作性强的课堂教学目标。在知识学习方面,《基本要求》将大学物理课程的教学内容之分为A、B两类,其中A为核心内容,B为扩展内容,并提出大学物理教学内容可以通过各个高校教学大纲加以规范。[1]1987年版和1995年版的《基本要求》按学习水平要求将教学内容分为了解、理解、掌握三级,但是2010版的《基本要求》没有作分级处理,需要教学大纲进行规定。在各个高校的教学大纲中,一般都会对教学内容按学习水平要求程度进行分级处理,因此,教师需要在布卢姆分类学框架下对教学大纲的具体要求进行教学目标分析。在布卢姆分类学框架下,了解、理解、掌握三级要求的具体含义可参考文献[3]。在下文中,将以具体案例为例说明如何进行知识学习方面的教学目标分析。在能力培养方面,《基本要求》提出培养学生“独立获取知识”“科学观察和思维”“分析问题和解决问题”等三种能力[1],也就是培养学生独立学习物理知识的能力,运用所学的物理知识、思想和方法提出、分析和解决问题的能力。能力培养目标不可能在短短一节课内达成,需要在较长时间的物理课程学习中逐渐实现,因此,在实际教学中,需要把能力培养目标分解成一系列具体、可操作的短期子教学目标贯穿在整个物理课程的学习过程中。在能力培养与知识学习的关系上,大家赞同“作为智育目标的能力不在知识掌握之外,而寓于知识掌握之中”的观点[6],能力的培养不能独立于知识的学习之外而单独进行。能力形成于学习过程中,形成于运用物理知识、思想和方法提出、分析和解决问题的实践过程中,因此,可以将能力目标具体地分解为认知领域的教学目标。在教学中,能力是学生在创设的“实践情境”中通过实践中形成的,因此,在布卢姆分类学框架下,“培养独立获取知识能力”主要归为“运用元认知知识”类目,而培养“科学观察和思维”“分析问题和解决问题”能力主要归为“运用程序性知识”类目。在素质培养方面,《基本要求》提出了素质培养的3个方面:求实精神、创新意识、科学美感。[1]素质培养教学目标是非认知领域教学目标,属于情感体验领域。如前文所述,设定情感体验方面的教学目标可以设定学生需要参与的相关活动,而不表述具体结果,而活动的设计可以按照布卢姆情感教育目标5个层次逐层深入地展开。求实精神的培养可以以“教师要求”的形式体现在学生学习的各个环节,如:听课、作业、论文写作、完成教学项目等。在创新意识培养方面,《基本要求》则建议在教学中采用包含现代科学与高新技术的物理基础专题方式实现。[1]科学美感的培养可以与典型的知识点学习结合起来,例如:在学习麦克斯韦方程组时,可以让学生了解、感受、体会方程中蕴含的简单美、对称美、统一美等,当然也可以采用专题讲座方式进行。知识、能力、素质是大学物理教学目标的三个层次,三者不是孤立的,而是一个有机联系着的整体,统一于学生整个大学物理课程的学习中,三者不能分别独立实现,因此,建议在设定教学目标时将三者进行有效整合,采用一体化表述策略[7]。

3案例分析

下面以机械能守恒定律教学目标设定为例进行说明《基本要求》如何指导教学目标设定。首先看一个教学目标实例。实例1:掌握机械能守恒定律,了解机械能守恒与对称性之间的关系。首先来分析上述教学目标设定中存在的不足之处。第一,教学目标设定不具体,难以操作。这种课程标准式的教学目标表述中所使用的“掌握”“了解”等动词比较抽象,具体含义难以被确切理解和观测,不易用以指导教学策略和测评的设计,无法起到教学目标应有的作用。需要在布卢姆分类学框架下将上述抽象、概括的动词转化为具体、易操作的外显行为动词。按照修订版的布卢姆二维教育目标分类学框架,这里的“掌握”可以分解为框架中“理解”与“应用”两个认知过程类目。机械能守恒定律作为理解的对象时它属于原理和通则知识,也就是概念性知识。理解机械能守恒定律属于“建构一个系统的因果关系”[2],即说明原理。作为运用的对象时,机械能守恒定律可以转化为程序性知识,运用机械能守恒定律属于“将程序应用于不熟悉的任务”[2],即使运用程序性知识。“了解”对应认知过程中的“理解”类目,机械能守恒与对称性之间的关系属于概念性知识中的“理论、模型和结构知识”[2],那么“了解机械能守恒与对称性之间的关系”即为说明理论、模型和结构知识。设定教学目标时,可以使用认知过程相应类目中的外显性动词给予表述。第二,教学目标设定不够精准。正如《基本要求》中所指出的,大学物理中很多物理概念和物理规律“学生在中学阶段已有接触,故教学中展开应适度,以避免重复”[1]。大学物理学应以高中物理为起点,在更高层次上展示物理学的内容,避免与高中物理教学目标重合。要突出重点,更加精准地设定教学目标,而上述教学目标并没有体现这一点。高中物理与大学物理中,机械能守恒定律的表述并不相同,区别在于机械能守恒成立的条件。高中物理中其条件表述为:“在只有重力或者弹力做功的物体系统内”[8],大学物理中则表示为“外力和非保守内力都不做功或所做功的代数和为零”[9]。要求学生在新的高度上,即保守力概念的基础上,理解和应用机械能守恒条件显然是教学的重点,需要将此明确写入教学目标。应用机械能守恒成立条件判断某物理问题是否适合运用机械能守恒定律去解决是属于运用准则知识。第三,教学目标设定不全面,缺乏更高层次教学目标。上述教学目标设定主要体现在“知识”这个层次,而在能力、素质层次则没有充分展开。在能力层次,固然,在“掌握能量守恒定律”的目标中包含了应用物理知识分析、解决物理问题的能力子目标,但是这并不充分,作为大学物理课程的重点内容,还应该进一步扩展能力培养目标。《基本要求》中提出要培养学生“独立获取知识的能力——逐步掌握科学的学习方法,阅读并理解相当于大学物理水平的物理类教材、参考书和科技文献,不断地扩展知识面,增强独立思考的能力,更新知识结构;能够写出条理清晰的读书笔记、小结或小论文。”[1]为了培养学生独立获取知识的能力,在学习机械能守恒定律时,可以要求学生针对困扰世界的能源问题或者各种各样的“永动机”发明进行调研分析,写出与其水平相称的调研论文。在素质层次,机械能守恒定律所蕴含的深刻的科学美学思想应该深入挖掘、充分利用。《基本要求》提出的培养目标之一就是培养“科学美感——引导学生认识物理学所具有的明快简洁、均衡对称、奇异相对、和谐统一等美学特征,培养学生的科学审美观,使学生学会用美学的观点欣赏和发掘科学的内在规律,逐步增强认识和掌握自然科学规律的自主能力。”[1]首先,能量守恒定律源自于物理规律对时间的平移对称性,深刻地体现了科学中的对称美及其重要意义;其次,世界万物运动均统一遵从简单的能量守恒定律,体现了科学的简单之美和统一之美。结合机械能守恒定律学习科学美,可以让学生深入和具体地感知科学美,从而培养学生的科学美感。从上述分析可以看出前述教学目标实例需要从内容上给予充实、从表述上给予完善。可以把教学目标修订如下:(1)能正确叙述机械能守恒定律原理;能够在保守力概念的基础上运用机械能守恒定律成立条件判断系统机械能是否守恒;能运用机械能守恒定律分析、解决物理问题。(2)能阐述对称性与能量守恒定律之间的关系;能够阐述能量守恒定律所蕴含的科学美(对称美,简洁美,统一美等)。(3)通过调研多种形式的“永动机”发明,撰写关于永动机分析的小论文,培养学生独立获取知识、分析问题、解决问题的能力。

4结语

通过该文对《基本要求》的教学目标分析与应用探讨可以看出,科学合理的大学物理教学目标应该建立在对《基本要求》科学的教学目标分析的基础上。在一定教学目标分类学框架下进行的教学目标分析有利于有效地减少教学目标设定中常见的模糊、空洞、片面等问题,有利于具体、全面、精准地设定教学目标。

作者:雷勇 单位:南京信息工程大学物理与光电学院

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