趙麗華,戴朝卿,王悅悅
(1.浙江農(nóng)林大學(xué) 實(shí)驗(yàn)室與設(shè)備管理處,浙江 臨安 311300;2.浙江農(nóng)林大學(xué) 理學(xué)院,浙江 臨安 311300)
近年來,不少高校提出培養(yǎng)創(chuàng)新人才,強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[1-3]。創(chuàng)新人才的培養(yǎng)必須強(qiáng)化基礎(chǔ),按金字塔模式建立基礎(chǔ)、應(yīng)用、創(chuàng)新3個(gè)層次的內(nèi)容,在加強(qiáng)基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)突出應(yīng)用又兼顧創(chuàng)新,這有利于學(xué)生個(gè)性的發(fā)展和創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程涉及了自然界的力、熱、電、磁、光等各種規(guī)律,是學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)基本實(shí)驗(yàn)知識(shí)、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能的開端[4],是專業(yè)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ),對(duì)提高學(xué)生素質(zhì)具有舉足輕重的作用[5-7]。
“十二五”期間,浙江農(nóng)林大學(xué)確立了建設(shè)生態(tài)性、創(chuàng)業(yè)型大學(xué)的戰(zhàn)略目標(biāo)[8]。生態(tài)大學(xué)建設(shè)的核心是生態(tài)化教育。生態(tài)化教育的本質(zhì)是“全面發(fā)展、因材施教”,教學(xué)體系也體現(xiàn)在以人為主體的生態(tài)適應(yīng)性[9]。為此,圍繞“解決適應(yīng)、加強(qiáng)銜接、重視個(gè)性、增強(qiáng)能力”的教學(xué)改革思路,使教育過程成為有機(jī)生態(tài)整體,從課程體系、教學(xué)內(nèi)容、模式、方法與手段、教學(xué)資源建設(shè)、學(xué)生實(shí)踐等多方面、多角度進(jìn)行大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革,強(qiáng)化大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程在學(xué)生專業(yè)發(fā)展及個(gè)性養(yǎng)成中的作用,明確了與專業(yè)課程間的關(guān)系,突出專業(yè)人才培養(yǎng)的針對(duì)性、適應(yīng)性和應(yīng)用性,提高了教學(xué)質(zhì)量與學(xué)生學(xué)習(xí)效果[10-13]。
作為學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后第一門理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的公共基礎(chǔ)課程——大學(xué)物理課,正處于學(xué)生從基礎(chǔ)教育向高等教育、公共基礎(chǔ)學(xué)習(xí)向?qū)I(yè)學(xué)習(xí)兩個(gè)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時(shí)期,教學(xué)新體系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)從以學(xué)生為主體的兩個(gè)“適應(yīng)性”出發(fā):適應(yīng)素質(zhì)的培養(yǎng)、適應(yīng)能力的培養(yǎng),體現(xiàn)生態(tài)適應(yīng)性。
我們認(rèn)為,目前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的關(guān)鍵在于:
(1)基于生態(tài)化教育理念,著眼于教學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí),從依賴教師的學(xué)習(xí),轉(zhuǎn)變?yōu)橥黄茣r(shí)空限制的自主學(xué)習(xí),使學(xué)生“學(xué)到(做實(shí))”→“學(xué)會(huì)(學(xué)活)”→“會(huì)學(xué)(探究)”知識(shí),培養(yǎng)學(xué)生對(duì)前沿問題的敏感以及知識(shí)遷移的意識(shí)和能力。解決學(xué)生學(xué)習(xí)適應(yīng)性問題,夯實(shí)學(xué)生“終身學(xué)習(xí)”的基礎(chǔ)。
(2)從創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā),立足培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和探究能力,把教育過程看成一個(gè)有機(jī)的生態(tài)整體,包括教師、學(xué)生、課堂、內(nèi)容、方法,環(huán)境設(shè)施、文化氛圍,是把親和、融合的精神貫注在每一個(gè)有機(jī)因素和環(huán)節(jié)之中,最終形成統(tǒng)一的生態(tài)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系,培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立獲取知識(shí)的能力,做到“授之漁”而不是“授之魚”。
引入生態(tài)學(xué)上“群”、“鏈”的概念,以“知識(shí)模塊群”、“層次鏈”的形式對(duì)大學(xué)物理教學(xué)體系進(jìn)行全面規(guī)劃,創(chuàng)建并實(shí)施了以下生態(tài)化教學(xué)新體系(見圖1)。

圖1 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)生態(tài)化教學(xué)新體系
在“平臺(tái)+模塊”的第一課堂教學(xué)體系中,任課教師注重理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的結(jié)合,教授物理所涉及到的先進(jìn)技術(shù)和有代表性的成果,引導(dǎo)學(xué)生勇于探索、樂于實(shí)踐、敢于創(chuàng)新。“公共基礎(chǔ)平臺(tái)”選取力、熱、光、電等基礎(chǔ)物理知識(shí)及實(shí)驗(yàn),所選內(nèi)容反映物理思想、注重基礎(chǔ),貫穿“基礎(chǔ)性-綜合性-探索性”實(shí)驗(yàn)三大層次,解決學(xué)生從基礎(chǔ)教育向高等教育轉(zhuǎn)變、突出素質(zhì)培養(yǎng)的適應(yīng)性問題。“專業(yè)提高模塊”主要包含“力、熱、電、光”四大模塊,精選模塊知識(shí)內(nèi)容,注重模塊知識(shí)的系統(tǒng)性和任務(wù)型學(xué)習(xí),銜接專業(yè)課程,實(shí)現(xiàn)分類教學(xué),解決學(xué)生從公共基礎(chǔ)學(xué)習(xí)到專業(yè)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變,突出能力培養(yǎng)的適應(yīng)性問題。
各模塊知識(shí)層層遞進(jìn)、螺旋式上升,按照基本知識(shí)或操作(做實(shí))-應(yīng)用知識(shí)或儀器(學(xué)活)-探索知識(shí)或設(shè)計(jì)方案進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)(探究)三階段實(shí)施,突出學(xué)生能力的培養(yǎng)過程。
我校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容將基礎(chǔ)平臺(tái)與專業(yè)提高模塊相互融合,具體內(nèi)容見表1。
實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)主要由自行研發(fā)的導(dǎo)學(xué)軟件、虛擬仿真軟件、教學(xué)錄像和教學(xué)互進(jìn)系統(tǒng)(理論與實(shí)驗(yàn)習(xí)題庫)4部分組成。學(xué)生通過近、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)、數(shù)據(jù)處理,有效地保證課堂教學(xué)效果,提高學(xué)習(xí)效率。

表1 大學(xué)物理課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置
自主開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)分為初級(jí) (做實(shí))、中級(jí)(學(xué)活)和高級(jí)(探究)。初級(jí)平臺(tái)主要讓大一學(xué)生經(jīng)基礎(chǔ)性知識(shí)與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)訓(xùn)練后,再通過開放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)完成一些拓寬思維的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,如簡(jiǎn)諧振動(dòng)實(shí)驗(yàn)方法的應(yīng)用研究等。中級(jí)平臺(tái)主要是“四大模塊”的拓展和延伸,選擇適合學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)需要的綜合設(shè)計(jì)性開放項(xiàng)目,如對(duì)生物類學(xué)生開設(shè)“環(huán)境振動(dòng)與低頻噪聲頻譜分析”等實(shí)驗(yàn),更能滿足學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)需要,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。高級(jí)平臺(tái)面向參與學(xué)科競(jìng)賽、大學(xué)生科研訓(xùn)練項(xiàng)目的學(xué)生開設(shè)具有創(chuàng)新性和研究性的課題,如模擬寡肽氨基酸的尺寸效應(yīng)、掃描電子顯微鏡分析木蘭屬植物的花粉形態(tài)等。學(xué)生可根據(jù)自己的興趣愛好和專業(yè)需求選擇合適的開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。教師結(jié)合實(shí)驗(yàn)中心的具體情況安排開放時(shí)間,合理利用資源為學(xué)生提供自主開放的學(xué)習(xí)平臺(tái)。
我們利用自行研發(fā)的導(dǎo)學(xué)軟件、虛擬仿真、課內(nèi)外演示、教學(xué)視頻、教學(xué)互進(jìn)系統(tǒng)及BBS論壇等網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)資源及實(shí)驗(yàn)室門禁與教學(xué)監(jiān)控等現(xiàn)代化教學(xué)管理體系,實(shí)現(xiàn)課前預(yù)習(xí)自學(xué)、課堂教學(xué)研討、課后反饋拓展的“三位一體”實(shí)驗(yàn)教學(xué)。我校大學(xué)物理課程教學(xué)以課堂為中心,課前、課后為兩翼,“中心”帶動(dòng)“兩翼”齊飛,三者緊密結(jié)合解決學(xué)生兩個(gè)“適應(yīng)性”問題,實(shí)現(xiàn)虛擬和真實(shí)教學(xué)有機(jī)結(jié)合。
在第二課堂網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的教學(xué)互進(jìn)系統(tǒng)中,精心設(shè)計(jì)各知識(shí)點(diǎn)的問題,充分利用仿真實(shí)驗(yàn)和導(dǎo)學(xué)軟件的預(yù)、復(fù)習(xí)新手段,讓學(xué)生帶著問題聽課,引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)→探索→解決問題,完成學(xué)習(xí)思考過程,培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。該系統(tǒng)中通過以物理知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用為課題,要求學(xué)生分組制作與課題相關(guān)的PPT并進(jìn)行課堂講解等形式,在師生角色互換的活動(dòng)中,培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。導(dǎo)學(xué)軟件在實(shí)驗(yàn)課內(nèi)外與學(xué)生交互、教師在教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)學(xué)生個(gè)性化指導(dǎo)、專家通過互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程答疑和指導(dǎo),克服課程學(xué)時(shí)數(shù)少的難題,突破教學(xué)時(shí)空限制,師生間實(shí)現(xiàn)資源交融交互,使學(xué)生適應(yīng)大學(xué)學(xué)習(xí),完成從中學(xué)“被動(dòng)式”到大學(xué)“自主式”學(xué)習(xí)的過渡。
現(xiàn)以“分光計(jì)的調(diào)節(jié)和使用”實(shí)驗(yàn)為例介紹學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的過程。首先,學(xué)生根據(jù)個(gè)人興趣、專業(yè)特點(diǎn)及選課建議,參照實(shí)驗(yàn)教材,在網(wǎng)絡(luò)選課系統(tǒng)中選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和時(shí)間。然后,進(jìn)入第二課堂完成預(yù)備實(shí)驗(yàn),進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)。學(xué)生在完全開放的預(yù)備實(shí)驗(yàn)室觀看光學(xué)實(shí)驗(yàn)規(guī)范的基本操作及注意事項(xiàng)的視頻材料,通過近、遠(yuǎn)程手段完成與之配套的預(yù)習(xí)內(nèi)容,克服了課程中缺乏直觀感、立體感和動(dòng)態(tài)感的問題,使學(xué)生學(xué)會(huì)預(yù)習(xí)。接著,學(xué)生刷卡進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室完成真實(shí)實(shí)驗(yàn)。若學(xué)生預(yù)習(xí)未通過,實(shí)驗(yàn)室門禁系統(tǒng)會(huì)報(bào)警,學(xué)生不能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。上課時(shí),教師先提問了解學(xué)生的預(yù)習(xí)情況,然后根據(jù)學(xué)生預(yù)習(xí)的程度結(jié)合導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)。在實(shí)驗(yàn)過程中,學(xué)生遇到原理、操作疑問時(shí),通過查詢導(dǎo)學(xué)軟件自行解決,以此培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力,如遇到個(gè)別性的問題,則在教師引導(dǎo)下由學(xué)生自主解決。課后,學(xué)生利用教學(xué)互進(jìn)系統(tǒng)等多種形式進(jìn)行課后復(fù)習(xí)。最后,在第二課堂開放實(shí)驗(yàn)繼續(xù)進(jìn)行探索研究。
為支撐上述大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系及“三位一體”教學(xué)模式對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、探究能力培養(yǎng)的順利開展,我校建設(shè)了網(wǎng)絡(luò)信息綜合教學(xué)平臺(tái)和教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控體系,實(shí)現(xiàn)了教學(xué)過程與結(jié)果監(jiān)控的有機(jī)結(jié)合。
4.1.1 數(shù)字化教學(xué)資源平臺(tái)
該平臺(tái)由課前預(yù)習(xí)系統(tǒng)(仿真軟件、教學(xué)視頻、教學(xué)互進(jìn)系統(tǒng))、課堂指導(dǎo)系統(tǒng)(導(dǎo)學(xué)軟件)、課后習(xí)題練習(xí)系統(tǒng)(教學(xué)互進(jìn)系統(tǒng))、綜合信息系統(tǒng)和學(xué)生創(chuàng)新園地組成。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源平臺(tái)的搭建支撐了教學(xué)過程的順利開展,實(shí)現(xiàn)了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主化、網(wǎng)絡(luò)化和交互化,提高了教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率。
4.1.2 數(shù)字化管理服務(wù)平臺(tái)
該平臺(tái)分為教學(xué)管理系統(tǒng)(學(xué)生選課系統(tǒng))、師生交流平臺(tái)(教學(xué)反饋系統(tǒng)和BBS論壇)、教學(xué)評(píng)價(jià)系統(tǒng)和資產(chǎn)管理系統(tǒng)4個(gè)子系統(tǒng)。學(xué)生通過選課系統(tǒng)選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。教師可通過教學(xué)反饋系統(tǒng)了解教學(xué)督導(dǎo)和學(xué)生信息員反饋的信息,及時(shí)改進(jìn)教學(xué)方法,提高教學(xué)質(zhì)量,通過BBS論壇了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況,做到因材施教。此外,自主開發(fā)了教學(xué)評(píng)價(jià)系統(tǒng),要求學(xué)生每次實(shí)驗(yàn)后進(jìn)行評(píng)教,便于課程組了解教師教學(xué)現(xiàn)狀,及時(shí)提出改進(jìn)措施,使教與學(xué)互相促進(jìn),共同提高。通過教學(xué)管理服務(wù)平臺(tái)的運(yùn)作,理順了教學(xué)管理過程,使得優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的傳承和利用達(dá)到最大化。
該體系實(shí)現(xiàn)身份認(rèn)證、實(shí)驗(yàn)預(yù)約、預(yù)習(xí)報(bào)警、分配座位、實(shí)時(shí)監(jiān)控及電源控制。學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室時(shí)在數(shù)據(jù)采集終端上刷卡實(shí)時(shí)認(rèn)證身份、預(yù)約信息等,數(shù)據(jù)采集終端顯示用戶身份、可用設(shè)備信息及控制實(shí)驗(yàn)室門禁開門,并接通所預(yù)約儀器設(shè)備的電源。同時(shí),利用攝像機(jī)管控學(xué)生實(shí)驗(yàn)全過程及學(xué)生實(shí)際上課時(shí)間。
特別地,系統(tǒng)可自動(dòng)判斷學(xué)生的預(yù)習(xí)狀態(tài)并決定學(xué)生是否可參加實(shí)驗(yàn),同時(shí)還可進(jìn)行學(xué)生評(píng)教監(jiān)督,加強(qiáng)教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控。每次實(shí)驗(yàn)前學(xué)生必須預(yù)習(xí)達(dá)到良好成績(jī)且通過學(xué)生評(píng)教,否則不能做實(shí)驗(yàn)。此外,系統(tǒng)具有實(shí)驗(yàn)操作考試的安排與派位及操作考試前安排預(yù)約開放實(shí)驗(yàn)室讓學(xué)生復(fù)習(xí)的功能。

圖2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)監(jiān)控管理體系
將平時(shí)與期末結(jié)合、理論考試與操作考試結(jié)合,作出預(yù)習(xí)成績(jī)(教學(xué)互進(jìn)系統(tǒng)導(dǎo)出)、平時(shí)作業(yè)、小論文、小競(jìng)賽、小課題研究、第二課堂表現(xiàn)等多維度課程考核。教師針對(duì)不同層次的實(shí)驗(yàn),布置不同的、個(gè)性化的作業(yè):基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練學(xué)生數(shù)據(jù)處理能力;綜合性實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生自行完成數(shù)據(jù)和結(jié)果處理過程;設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)由教師出題,學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,完成一篇設(shè)計(jì)小論文。課外開放項(xiàng)目由學(xué)生自擬課題完成實(shí)驗(yàn),以論文或作品評(píng)定成績(jī)。
近幾年的教學(xué)實(shí)踐表明,教學(xué)新體系的實(shí)施使得學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)與創(chuàng)新能力得到了充分的培養(yǎng)。例如,在浙江省物理實(shí)驗(yàn)技能與創(chuàng)新大賽以及浙江省大學(xué)生物理科技創(chuàng)新競(jìng)賽中獲得一、二、三等獎(jiǎng)共計(jì)25項(xiàng),并且在全國(guó)及省挑戰(zhàn)杯、全國(guó)機(jī)器人大賽、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)、周培源大學(xué)生力學(xué)競(jìng)賽等后續(xù)學(xué)科競(jìng)賽及浙江省、國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目立項(xiàng)研究中進(jìn)一步獲得優(yōu)異成績(jī)。依托各種大學(xué)生科研訓(xùn)練項(xiàng)目,教師指導(dǎo)學(xué)生第一作者發(fā)表8篇SCI索引論文,對(duì)分光計(jì)、長(zhǎng)直螺線管磁場(chǎng)測(cè)定儀等實(shí)驗(yàn)儀的改進(jìn)獲得10項(xiàng)國(guó)家專利授權(quán)。
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