大学物理实验PPBL教学模式研究

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【摘要】针对大学物理实验教学中学生自主学习意识淡薄的问题，在OBE教育理念的指引下，将ppbl教学模式应用于大学物理实验教学中，取得了很好的教学效果。依据课程目标，优化设计了实验的教学内容，根据知识点提出物理问题。从基础性问题到综合性问题，再到研究性问题逐级设计实验方案。充分发挥物理问题的引导作用，实现了学生自主学习能力的有效培养。

【关键词】大学物理实验；PPBL；教学改革

大学物理实验作为一门学科基础实验课程，是理工科学生接受系统实验方法和实验技能训练的开端，同时也是培养学生科学实验能力、提高科学素质的重要基础。目前，课程教学内容相对稳定和成熟，但随着对人才培养质量的高阶要求，即知识、能力和素质有机融合，培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维，合理有效的教学方式起着至关重要的作用。近些年来，大学物理实验教学模式上的创新改革如雨后春笋，例如，问题驱动式教学、MOOC（慕课）、PI（同伴互助教学）、翻转课堂、BOPPPS有效教学模式、线上线下混合式教学等，大大提高了学习者的参与度和教学成效。在OBE（Outcomebasededucation）教学理念的引导下，基于物理问题的学习“PPBL（Physicsproblembasedlearning）”教学模式是以物理问题为基础，以学生为中心，以提高学生分析和解决问题能力为目标的创新性教学模式。该模式的精髓在于充分发挥问题在学习过程中的指导作用，调动学生的主动性和积极性[1-4]。本文将该模式应用于光学系列实验的教学过程中，目的是突破传统的被动学习状态，让学生进入自主学习状态，提高大学物理实验教学质量。

1教学中存在的突出问题

（1）教学理念转变过程教师经验缺乏。随着信息技术的发展，传统的教学模式越来越不能满足信息时代社会的要求，“以教师为中心”向“以学生为中心”转变的过程中，教师转变了角色，由“演员”变成了“导演”。但是在转变过程中，由于部分教师教学经验不足，不能积极地引导学生自主学习。（2）教学内容缺少创新元素融入。实际上很多实验教师在授课时注重学生知识和能力方面的锻炼，并没有重视学生素质方面的培养，缺少课程思政元素的有效融入。另外，实验项目偏重经典的和基础的验证性实验，缺少与现代科技技术相结合的综合性实验和设计性实验，缺少与创新创业、物理实验竞赛等相结合的创新性实验。（3）教学方式单一，课堂沉闷。一般要求学生实验前预习，在实验室教师讲解、演示之后，学生按实验操作步骤进行数据测量，教师对学生实验过程中出现的一些实验现象给予指导，学生课后完成实验报告。实际上整个教学过程学生按步骤机械地重复实验操作，忽略了学生自主能力的培养和潜能的发挥，也会导致学生在思想上不重视实验，缺乏独立思考，创新能力得不到有效提升。（4）教学评价作用和功能不突出。在实际的教学过程中，教学评价的作用和功能并不突出。学生的学习效果主要的评价指标是实验平均成绩，多元的过程评价没有得到有效体现。教师教学过程的评价表现为学生、教学督导和同行以及学院教学质量评价小组三个层次，评价结果的导向功能和反馈功能不明显。

2物理问题的设计与创建

在课前，从实验原理、实验方法、仪器使用、实验操作、数据处理、实验拓展等方面有针对性地设计问题。通过将问题碎片化，再把问题融入每个教学环节中，学生可以通过思考、讨论、查阅资料等方式，逐渐地投入到实验研究中来。

2.1物理问题的设计原则

PPBL教学模式重在问题引导，突出问题的指导性作用，因此，问题的选择和设计要达到提高学生解决问题和分析问题的能力、提高学生自主学习意识的要求。大学物理实验课堂教学一般按照实验预备、实验讲解、实验操作和实验总结四个环节进行。根据教学目标，主要围绕知识巩固、能力提升和素质拓展三个方面设计问题。

2.2物理问题的创建类型

教师依据教学目标合理选择教学内容，认真分析实验教学的重点和难点问题，可利用思维导图等形式先把实验原理、实验操作等涉及的知识点展示出来，再根据每个知识点提出具体的有建设性的问题。另外，根据知识点的难易程度，问题也可以由易入难，从基础性问题到综合性问题，再到拔高性问题，让不同层次的学生有选择的余地。以光栅衍射实验为例，我们设计了一些问题：（1）光栅有哪些种类？什么是二维光栅和立体光栅？（2）光栅方程反映的是哪些物理量之间的关系？光栅常量是什么？（3）光栅衍射实验中，如何保证平行光垂直照射到光栅平面上？（4）如果观察到的光栅光谱是倾斜的，该如何调整？（5）系统误差有哪些？随机误差有哪些？（6）为什么分光计设计两个角游标？（7）什么是各半调节法（逐次逼近法）？（8）你还知道哪些测量光波波长的方法？（9）拓展问题：如何用分光计测氦氖激光器的波长并与迈克尔逊干涉仪所测波长比较。

2.3物理问题的有效融入

在预备环节，教师通过学习通平台向学生提出2～3个预备性问题，学生在问题引导下主要熟悉实验的原理和实验的设计思想。例如在光的等厚干涉实验中，学生在大学物理课程中已经了解了光的波动性和部分干涉理论，在实验课中学生要充分利用此部分时间加深对光的相干性、等厚干涉、相干条件、光程差和半波损失等概念的理解。在实验讲解过程中，一般把讲解内容分解成若干个小碎片，每个小碎片关联一个教学内容，教师引导学生积极思考，并给学生机会和一定的时间展示自己对内容的理解，让学生充分表达，教师对学生讲解的内容进行评价和补充。在实验操作中，学生首先按照教材中的要求完成基本的实验操作内容，主要包含熟悉实验仪器的调节和使用方法，完成实验数据的测量。在此环节，预留一定的时间让学生讨论，将学生分成若干个讨论小组，由组长记录下实验操作过程中遇到的难题和解决方案，还有哪些困惑？之后让小组代表向大家展示，教师给予解答或指导。在实验总结环节，教师对学生参与课堂的情况给予评价，学生也要对自己本次实验给予评价，要求学生将自己的收获分享在学习通讨论区里。另外，教师对学生提出高阶要求，学生在报告中不仅要回答指导书上的常规思考题，还要通过查阅文献，思考一些拓展问题，目的是让学生进一步加深对实验原理和实验方法的理解，并养成良好的自我学习的习惯。

3结语

在OBE教学理念和新时代背景下，大学物理实验教师要思考如何扮演好自己的教书育人角色，让学生对物理实验有兴趣，学生能够主动学习。PPBL教学模式在很大程度上调动了学生做实验的积极性和主动性，同时通过讨论交流，激发学生积极思考，学生不仅掌握了知识，创新意识和创新能力也得到了提升，还培养了学生团结协作和一丝不苟的科学精神，有效地提高了大学物理实验的教学质量。

【参考文献】

[1]李金环，王笑军，王庆勇.PPBL教学模式在光学教学中的实践探索[J].物理实验，2015（8）：10-14.

[2]蒋芸，王亚芳，董爱国，等.问题引导型物理实验自主学习模式的探索[J].实验室研究与探索，2017（8）：237-239.

[3]华硕，张天懿.基于PBL的新型大学物理实验教学模式探索[J].大学物理实验，2019（3）：135-138.

[4]赵国俭，王旗.翻转课堂结合PBL在物理实验教学中的实践[J].教育教学论坛，2020（47）：226-228.

作者：吕东燕 周原 单位：湖北汽车工业学院理学院