基于CDIO理念的大學物理教學改革研究

彭傳正

(廣東白云學院電氣與信息工程學院 廣東 廣州 510450)

CDIO代表構思(conceive)、設計(design)、實施(implement)、運行(orerate).把CDIO理念貫穿到大學物理教學中，通過設置大學物理各級項目構建學生的知識體系，培養學生的能力，有著比傳統教學模式更好的效果.

1 CDIO理念

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果.從2000年起，麻省理工學院和瑞典皇家工學院等4所大學組成的跨國研究獲得Knut and Alice Wallenberg基金會近2 000萬美元巨額資助，經過4年的探索研究，創立了 CDIO 工程教育理念，并成立了以 CDIO命名的國際合作組織.

CDIO理念不僅繼承和發展了歐美20多年來工程教育改革的理念，更重要的是系統地提出了具有可操作性的能力培養，全面實施以及檢驗測評的12條標準.

2 大學物理的知識體系和任務要求

《大學物理》是理工類各本科專業的公共基礎課程，是學生學習專業課的基礎.本課程的主要任務是使學生獲得包括力學、熱學、電磁學、波動光學和近現代物理的基本理論、基本知識和基本技能.

2.1 教學改革的目標

本項目以促進教學為中心，以加強應用為目的，探討新的教育教學理念，建立在《大學物理》課程基礎之上，研究在《大學物理》教學中如何加強學生能力的培養，如何更好地服務于學科和專業.

在項目研究中緊抓課堂教學這個中心環節,結合素質教育的精神實質,開展優化大學物理教學的研究,是有效地推進素質教育在大學物理教學中得以實施的關鍵.要把大學物理課堂教學作為一個整體性的師生相互作用的動態過程來研究,讓大學物理課堂教學煥發出生機和活力.大學物理難學是由來已久的問題,除了課程本身較難，學生的基礎有所下降外,沒有優化教學過程也是原因之一.過去的大學物理教學,注重知識傳授而忽視能力培養,注重教師的教而忽視學生的學,強調教師的主導地位而忽視學生的主體地位.因此,優化大學物理教學過程已是亟待解決的問題，這也是CDIO理念的要求.

2.2 教學改革的內容

本項目是基于CDIO理念具體設計《大學物理》課程，任務包括編寫符合CDIO理念的《大學物理》課程教學大綱，構建符合CDIO理念的《大學物理》課程的知識體系，提出符合CDIO理念要求的《大學物理》課程考核方法.

2.2.1 知識體系的重構

在知識體系重構上，我們繼續保留力學、熱力學、電磁學、光學和近現代物理5部分.但在力學部分和電磁學部分，以項目為主線來覆蓋知識體系.

在力學部分，主要設置8個項目.

(1)平動模型和參考系的建立.

(2)平動物理量的關系.

(3)升降機和跳傘模型的分析.

(4)漏斗漏沙的分析.

(5)嫦娥奔月的能量分析.

(6)電扇的轉動分析.

(7)太陽和行星.

(8)CDIO項目：力學在生活或專業中的應用.

在電磁學部分，主要設置9個項目.

(1)電偶極子.

(2)靜電屏蔽和靜電除塵.

(3)壓電效應.

(4)電磁炮.

(5)霍爾效應.

(6)鐵磁材料.

(7)發電機與電動機.

(8)磁懸浮列車.

(9)CDIO項目：電磁學在生活或專業中的應用.

以上兩部分中，CDIO項目的教學內容主要是，通過對某個項目進行研究開發的過程，實現學生初級的“做中學”，對構思、設計、實現及運行有一個全過程的、綜合性的、初步的了解，建立工程的基本概念，并以這一過程加強對該部分知識的了解和興趣.

2.2.2 CDIO項目的設置

主要通過上述的兩個CDIO項目來訓練與培養學生各方面的能力及綜合素質，并通過項目要求來規范學生.

從知識要求到能力要求，從課堂授課到考核方式，均與傳統的《大學物理》課程要求不同.

2.2.3 大學物理實驗改革

依據CDIO理念提出了實驗物理的設想，對大學物理實驗教學進行改進.根據CDIO模式，開設了4人一組的兩個綜合設計性實驗，一個是“導熱系數的測量”實驗，另一個是“磁阻效應的測量”實驗.在這兩個實驗教學中，采用基于CDIO模式的新方法，如項目教學和學習方法，重點培養學生的能力和素質；培養學生應用知識解決實際問題的能力、交流溝通的能力和團隊合作精神等.多次實驗教學體驗表明，學生在實驗的過程中獲得應有的能力培訓，取得了較好的教學效果，完全達到了項目的預期效果.

CDIO教學大綱對個人能力和素質的要求中，強調了實驗的探索和知識的發現.在實驗的研究過程中，筆者指導學生進行了實驗方法探索和實驗儀器的改進，改進的新型測量儀器和實驗方法，測量精度更高，測量的范圍也擴大了.在不久的將來如果能夠得到廣泛應用，將為社會獲得很大的經濟效益.

3 教學方法改革

教學方法包括教師教的方法(教授法)和學生學的方法(學習方法)兩大方面，是教授法與學習方法的統一.教授法必須依據學習法，否則便會因缺乏針對性和可行性而不能有效地達到預期的目的.但由于教師在教學過程中處于主導地位，所以，在教法與學法中，教法處于主導地位. 我們對于教學方法的改革就是以學生為中心，以教學質量為中心，以教學效果為中心.

在傳統的物理教學中，主要采取講授法和討論法兩種教學法.我們經過研究，基于CDIO理念，在大學物理教學中主要采取任務驅動教學法和自主學習法.

3.1 教學方式改革

教學方法不同于教學方式，但與教學方式有著密切的聯系.教學方式是構成教學方法的細節，是運用各種教學方法的技術.任何一種教學方法都由一系列的教學方式組成，可以分解為多種教學方式.另一方面，教學方法是一連串有目的的活動，能獨立完成某項教學任務，而教學方式只被運用于教學方法中，并為促成教學方法所要完成的教學任務服務，其本身不能完成一項教學任務.

教學方式是指教師在要求學生獲取知識，提高能力，獲取學習方法的過程中所采用的方式.包括談話式、談論式、歸納式、講授式、重難點講授法、實踐活動式等.

在傳統物理教學方式中，主要采取談話式和重難點講授法.我們經過研究，基于CDIO理念，在大學物理教學中主要是談話式和實踐活動式.

3.2 教學手段改進

教學手段是師生教學相互傳遞信息的工具、媒體或設備.隨著科學技術的發展，教學手段經歷了口頭語言、文字和書籍、印刷教材、電子視聽設備和多媒體網絡技術等5個使用階段.

現代化教學手段是與傳統教學手段相對而言的.傳統教學手段主要指一部教科書、一支粉筆、一塊黑板、幾副掛圖等.現代化教學手段是指各種電化教育器材和教材，即把幻燈機、投影儀、錄音機、錄像機、電視機、電影機、VCD機、DVD機、計算機等搬入課堂，作為直觀教具應用于各學科教學領域.因利用其聲、光、電等現代化科學技術輔助教學，又稱為“電化教學”.

4 考核方式改革

4.1 理論課程考核

考核類型：考試.

考核形式：開卷、筆試.

4.2 CDIO項目考核

項目的考評分為兩大部分,第一部分是研究記錄，通過這個過程鍛煉學生自我學習、自我管理的能力；第二部分是成果匯報，通過此過程鍛煉學生傳播知識的能力(交流溝通).

5 結論

通過項目的設置和運行，讓學生在做中學，既鞏固了學科知識，又鍛煉了學生的能力，還培養了學生的創新精神，效果很理想.實踐證明，CDIO理念是吻合現代教育要求，行之有效又具有可執行性的方法，值得借鑒和推廣.

參考文獻

1 顧佩華，陸小華，沈民奮.CDIO大綱與標準.汕頭:汕頭大學出版社，2008

2 陸小華.CDIO一體化課程體系的特點與設計.CDIO工程教育模式試點商校骨干教師培訓班，2009

3 王根平,等.基于CDIO的《檢測與傳感器原理》課程設計研究與實踐.計量與測試技術,2011,38(1)