大学物理实验教学改革与实践思考

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大学物理实验作为理工科高等院校中一门通识基础实践课程，其作用在于培养和提高学生的实践能力、科学实验思维和科学研究能力［1］．以工科为主的地方性本科院校在向应用型人才培养转型的过程中，以学生能力本位培养为中心的课程改革也在不断的实践中进行探索．新时代大学物理实验所涵盖的学习内容和学生对所学内容的应用能力也成为当前大学物理实验课程教学改革研究的主要方向［2－5］．根据实验课程需要学生独立思考并完成相关操作的课程特点，设计出切实有效、符合现有实验教学条件同时兼备可操作性的教学环节和教学方法，辅助学生对实验内容的习得，成为实验课程改革亟待解决的问题．通过对同类院校物理实验的课堂观察，结合实验教学经验，使用能够调动学生学习兴趣的参与式教学方式对物理实验课堂进行了重新设计．在改变传统讲授式的基础上，以学生参与的方式对大学物理实验的教与学进行改革，教学效果已初见成效，基本达到了大学物理实验课程对学生实践能力培养和科学实验思维形成提出的课程要求．

1大学物理实验教学改革的理论基础

1．1积极教学法内涵的界定．“Activinglearning”最早由英国学者R．W．Revans［6］提出，20世纪80年代由华东师范大学教育科学学院与加拿大维多利亚大学教育学院通过启发式教学方法研究合作项目［7］引入中国，并且将其翻译为“积极教学法”．在华东师范大学徐勋等的研究基础上，逐步将积极教学法的概念衍生为能够协助学生进行积极学习的所有教学策略与手段的结合［8］．积极教学法主要倡导教师的职责在于帮助学生学习，教师可以通过各种教学方法和教学策略的实施，让学生积极参与课堂教学的所有环节．早在中国古代春秋战国时期，孔子的“吾听吾忘、吾见吾记、吾做吾悟”的学习策略，正是倡导启发式教学的开端和对“积极教学法”的最好解释，即所有能够调动学生积极性、让学生主动参与课堂和能够在课堂上最大限度提升学生学习效果的方法都可以叫做积极教学法．以学生为主体，兼顾培养学生自主探索问题、发现问题并解决问题的能力，加强学生分析概括能力、协作沟通能力和动手操作能力，这种以学生能力为本位的教学模式正是当前大学物理实验课程所期待并亟待实现的教学理念．1．2积极教学法和传统讲授式实验课堂的区别．大学物理实验课程中涵盖的任何一个实验项目的教与学始终需要回答2个基本问题，即做什么和怎么做．在解决这些问题的教与学过程中，传统实验课堂大致可以归结为如下流程：实验原理讲解→实验仪器介绍和演示→学生操作→数据处理及误差分析［9］．由此可以明显地感受到传统实验课堂中，学生的自主能动性差，经常可以发现学习习惯较好的学生能够在教师的“指引”下，按部就班地完成实验内容，而缺乏学习兴趣的学生群体并不能得到实验教学应该给予的训练与能力提升．2015年教育部、国家发改委和财政部联合发文，引导部分地方普通本科高校向应用型转变，其中对应用型高校在强化实践教学方面作出了明确指示．但在教育改革的课堂主阵地，传统“填鸭式”的教学方式仍然没有改变．根据云南师范大学胡晓娟［10］等的课堂观察研究，传统讲授为主的课堂教学占到课堂时间的89．4％，教师教学手段单一，教师与学生之间缺乏沟通，学生缺乏学习主动性．基于积极教学理念，需要做出改变的首先是教师．结合对实验课程改革的实践，现将教师分别采用积极教学法和传统讲授法，教师行为的对比总结如表1所示．1．3积极教学法主要采取的教学方法．1946年美国教育学家EdgarDale提出“学习金字塔模型”［11］，该模型指出：学习者采用不同学习方式进行学习，学习内容随着时间的平均留存率将有很大的不同，如图1所示．图1学习效率金字塔模型从图1中可以看出，学生采用单纯的“听讲”方式被动学习，学生对所学知识点的平均留存率只有5％！这意味着教师自身教学行为和课堂组织形式的改变将直接决定学生对课堂内容的学习效果．基于大学物理实验课程自身理论结合实践的特殊性，采用积极主动的学习方式组织课堂教学对教师而言可操作并不复杂：以设计能够推动课堂教学的问题为主线，教学过程中采用自主阅读、小组讨论、小组成果展示以及学生展示操作等学习方式为辅助的双线教学模式，为切实有效的大学物理实验教学改革奠定了科学的理论基础．教师在使用积极教学法对实验课堂进行双线教学模式改革时，应注意以下几点：1．3．1问题的设计与有导向的点名提问流程．区别于传统课堂设计，教师在备课过程中需详细设计能够推动课堂教学的相关问题，并随着教学环节的不断熟练，结合课堂学生的反馈对设计的问题进行不断更新和调整．问题的设计不包括与教学无关或关系不大的问题，避免学生思路跑偏，也不包括纯概念性问题，避免学生回答不出内心受挫，概念、知识点的学习可以先以阅读或小组讨论的形式进行自主学习，然后以提问的方式协助学生梳理问题的逻辑性及难点．对设计好的问题，以积极教学法为主的课堂提倡使用有导向的点名提问推动课堂，其关键流程在于：第一，先抛出备课过程中设计好的问题，并根据问题的难易程度给出学生足够的独立思考时间（学生思考的过程教师可以观察学生思考的情况，为后续有导向的点名提问做准备）；第二，基于对思考过程的观察，进行有导向的点名提问（切忌按一定规律或顺序点名，可在课前要求学生为自己制作名牌并配带名牌上课，便于有导向点名提问的实施）；第三，根据学生回答情况给予明显的、强烈的肯定（在设计问题时应该考虑到会有回答不出预期答案的学生，切忌不了了之，一定要善于给出明确、难度明显降低的引导，然后再继续追问，直到学生回答出肯定的答案，最后得到教师的认可）．1．3．2小组讨论的组织与实施．对于学习兴趣不高的学生，打破常规的教室桌椅障碍，让学生以小组为单位进行问题的交流与讨论，并对讨论的结果进行展示，对学生学习兴趣和学习能力的提升很有帮助．有人质疑，放手让学生讨论难以得出正确答案，浪费课堂时间．但结合实际经验发现，只要教师相信学生，通过合理的分组搭配，小组讨论之前给出学生充分的独立思考时间并要求将所思所想快速记录下来，再在讨论过程中教师给予恰当的引导，学生往往会有令人惊讶的表现．1．3．3实验仪器的介绍和操作．传统的实验课堂，实验仪器的介绍和操作讲解通常由实验教师完成，然后让学生进行“独立操作”，并按教师设定的表格记录实验数据，整个实验操作部分学生都是按照既定的步骤完成实验任务．结合实验课程对学生能力本位的培养要求，笔者认为实验课程最能体现学生自主性的环节是实验仪器的操作和数据处理，可以在梳理清楚实验原理的同时，让学生以小组为单位将实验仪器配备的说明书分发给学生，并通过学生的自主阅读，自行给出实验操作步骤，并自行设计需要记录实验参量的表格，教师在这个过程中只需要判断或指出学生设计过程中的不足并给出改进意见．对于多个小组提出的不同实验操作步骤，教师可选出最优方案，并鼓励该组学生在全班范围内演示实验仪器的操作与数据处理方式，并尽可能地给出设计理由．

2大学物理实验教学改革实践

2．1使用积极教学法前后学生成绩反馈．通过1年的观察，笔者先后对同一个班级的大学物理实验（上）和大学物理实验（下）分别采用传统讲授式教学和积极教学法教学，学生的课堂表现和学习成绩整体有了明显的提升．图2为我校地质工程17－1班（46人）第1学期和第2学期大学物理实验成绩水平分析，从图2可以看出，通过积极教学成绩分布在60～70分区间的学生人数明显减少了，而成绩分布在80～90分区间的学生人数有了明显增加．图2教学方法转变前后学生成绩分布对比2．2基于积极教学法的实验课程设计案例．为了展示采用积极教学法设计实验课堂的实施方法，根据教学实际，以大学物理实验中“电流表的改装与校准”实验［12］为例，给出具体的课堂设计．2．2．1学习目标的编写．在传统的实验教学中，教师按照既定的教学目标编写教案，往往会忽略学生的认知水平和具体可测量的学习产出，其缺点在于先入为主地让教师成为了课堂教学的主体．基于积极教学法中倡导的以学生为主体的课堂，课程设计中的教学目标应该转化为学习目标，并避免使用掌握、了解、熟悉等不可测量动词．本节课结束后，学生将能够做到：1）测出未知表头的满偏电流Ig和内阻Rg；2）画出扩大电流表量程的电路图；3）校准改装电流表，并画出校准曲线．2．2．24栏教案的编写．以积极教学法为主导的课堂教学，教师在教案编写方面应以具有明显时间分段的教师活动和学生活动为主，并将其作为指导教师授课的重要文件，用于提醒教师确保以最高效的方式帮助学生达成学习目标．基于教师备课阶段的认真思考和多种教学方法的选择，教案纵向应该包括课堂导入、主体和总结，横向应包括贯穿于整个教学过程中明确时间节点的教师活动、学生活动和学习资源，如表2所示．2．2．3板书呈现．基于课堂主线问题和课堂辅助活动并行的双线教学改革思路，课堂上呈现在黑板的重要学习内容在形式上也要做出相应的调整，通常以明确主题和重要知识点的思维导图的形式给出，便于学生记录和知识结构建立．

3结束语

基于积极教学法对大学物理实验教学改革的理论支撑，在地方普通高校逐步向应用型本科转型的过程中，采用积极教学法对大学物理实验进行课堂教学改革，在以教师教学行为转变为主旨的教学探索中，通过对教师教学活动的重新认识、课堂的重新设计、课堂活动的组织与实施，较以讲授为主的传统课堂，学生学习兴趣的激发和学生学习能力的培养都有明显的改变．学生学习兴趣和有效学习能力的培养必将是学生实践能力和科学实验素养提升的必经之路，同时培养能力本位的当代大学生也是新时代赋予一线教师的历史使命．

作者:谢宁 魏欣雨 彭敏 单位:新疆工程学院