CDIO教學模式在驗證機械能守恒定律實驗教學中的應用

【摘 要】本文探討了CDIO教學模式在驗證機械能守恒定律實驗教學中的應用效果。通過選取臨清市第二中學2020級高一1—4班192名學生作為研究對象，其中1、2班為傳統教學組（96人），設為對照組;3、4班為CDIO教學組（96人），設為觀察組。課程結束后，比較兩組學生的理論成績、操作成績以及對教學模式的滿意度、認可度，結果表明觀察組學生的理論成績、操作成績以及對教學模式的滿意度均高于對照組（P<0.05）。在對教學模式的認可度方面，觀察組學生在激發學習興趣、提高自主學習能力、加深學習記憶和物理思維培養四個方面的評價均優于傳統教學組（P<0.05）。由此可見，應用CDIO教學模式有利于增強驗證機械能守恒定律實驗教學中學生的學習興趣，能提高教學效果。

【關鍵字】CDIO教學模式;在機械能守恒定律實驗;物理教學

【中圖分類號】G633.7 ?【文獻標識碼】A ?【文章編號】1671-8437（2021）10-0128-02

物理是一門建立在實驗之上的學科，要求學生不僅能基于自身認識，通過邏輯推理、學術演算得到相關理論，同時應具備很強的動手能力和實踐能力。然而，物理實際實驗教學仍存在一些問題，如學生的理論思維不扎實、師生缺乏互動等，這些會導致實驗成為教材內容的簡單復演，不利于培養學生的核心素養[1]。因此，改變傳統的實驗教學方式勢在必行。CDIO教學方式強調學生為學習的主體，教師為引導者，其教學優勢顯著[2-3]。本研究探討了CDIO教學模式在驗證機械能守恒定律實驗教學中的應用效果，結果表明該教學模式的應用能取得良好的教學效果。

1 ? 對象與方法

1.1 ?研究對象

選取臨清市第二中學2020級高一1—4班192名學生作為研究對象，其中1、2班為傳統教學組（96人），設為對照組;3、4班為CDIO教學組（96人），設為觀察組。

1.2 ?方法

1.2.1 ?對照組

對照組學生采用傳統教學模式，“驗證機械能守恒定律實驗”分兩課時，分別屬于理論課程和實驗操作課程。理論課程中，教師根據教材實驗方案講解“驗證機械能守恒定律實驗”的步驟及注意事項。實驗操作課程中，學生按照教師講解的實驗步驟進行操作，借助打點計時器，測出重物某時刻的下落高度h和該時刻的瞬時速度v，即根據公式mgh=1/2mv2驗證機械能是否守恒，學生驗證后結束教學。

1.2.2 ?觀察組

對觀察組學生采用CDIO教學模式，具體措施如下：

（1）構思（conceive）。教師構思若干個問題導入學習任務，如機械能守恒定律的內容？機械能守恒的條件？滿足機械能守恒的物體運動情境有哪些？以課本上的“驗證機械能守恒定律實驗”的實驗方案為模板設計出新的實驗方案。提前1周給學生布置作業，要求學生通過預習或者檢索文獻尋找問題的答案。該課程分為兩課時，即實驗方案模擬課程和基礎理論課程。

（2）設計（design）。將每個班級分成5個小組，每組6到7個學生，每組推選出1名學生為組長，組長組織組員學習交流，共同討論問題答案，并設計1個實驗方案。

（3）實現（implement）。各組成員分工合作，完成實驗方案的模擬。教師在每組學生完成模擬后，客觀地給出評價，并針對性地指出問題，引導學生找出出現問題的原因，正確處理問題。

（4）運作（operate）。實驗方案的模擬課程完成后，教師進行總結，引出課本上“驗證機械能守恒定律實驗”的實驗方案，并按照原先的組別要求小組完成操作以及數據分析，得出結論。最后要求小組反思實驗過程，引導學生討論和分析各組實驗方案、課本上實驗方案的優缺點，并評出最佳的實驗方案。

1.3 ?評價指標

課程結束后，比較兩組學生的理論成績、操作成績以及對教學模式的滿意度、認可度。進行統一命題、閱卷，以同樣的評分標準得出兩組學生的成績，且理論成績和操作成績都以百分制表示。學生對教學模式的滿意度和認可度均采用問卷調查進行測評，分為非常滿意、滿意、中立、不太滿意、不滿意5個等級，滿意度=（非常滿意人數+滿意人數）/總人數×100%。認可度的測評共計四個方面（激發學習興趣、提高自主學習能力、加深學習記憶、物理思維培養），每個條目采用Likert5點評分，分數越高，認可度越高。

1.4 ?統計學分析

運用SPSS 22.00進行數據統計分析。學生的理論成績、操作成績以及對教學模式的認可度采用“均數±標準差”表示，兩兩采用t檢驗，學生對教學模式的滿意度用“百分比”表示，兩兩采用χ2檢驗。P<0.05為差異有統計學意義。

2 ? 結果

2.1 ?兩組學生的理論成績、操作成績比較

由表1可得，觀察組學生的理論成績、操作成績明顯優于對照組（P<0.05）。

2.2 ?兩組學生對教學模式的滿意度和認可度的比較

由表2可得，觀察組學生對教學模式的滿意度明顯高于對照組（P<0.05）;在對教學模式的認可度方面，觀察組學生在激發學習興趣、提高自主學習能力、加深學習記憶和物理思維培養四個方面的評價優于傳統教學組（P<0.05）。

3 ?討論

近幾十年來，為不斷推進新課改，全面提升學生的素質，課程體系從單一逐步走向多元，教學方式從以教師為中心逐步轉向以學為中心，管理方式從重管治逐步轉向重服務，評價方式從重選拔逐步轉向重發展。目前，德育為先、能力為重、全面發展的課程改革理念得到廣泛認同。2017年底，教育部頒布《普通高中物理課程標準》，要求課程目標由三維教學目標變為核心素養培養目標，因此，如何在物理實驗教學中發展物理核心素養是一線物理教師關注的焦點。

實驗是一種依照實驗方案進行操作的實踐活動。做好實驗，不但有利于學生深入理解所學知識，培養學生的實踐能力，而且能提升學生的物理核心素養[1]。CDIO教學模式是一種符合“做中學”“知行統一”“項目教學”“理實一體”等理念的新型教學模式[4]。本研究探究將CDIO教學模式應用到驗證機械能守恒定律實驗教學中的效果，結果發現CDIO教學模式下學生的理論知識和操作考核成績明顯提高。CDIO教學模式下，教師把課堂交給學生，讓學生在“做”時發現問題，在“學”時找出答案，再通過“做”理解答案，將“走過場”、“造假”式的驗證性實驗轉變為生動有趣的實踐課，使學生把所學知識與實踐有機結合，從而提高教學質量，落實物理核心素養的培養[5]。此外，本研究還發現CDIO教學模式與傳統教學模式相比，明顯改善了學生的學習能力和學習態度。分析其原因是，教師在教學前會讓學生帶著相關問題積極自主預習，這使學生能夠主動獲取知識，不再是被動接受知識，有助于提高學生的自主學習能力[6]。此外，教師會采取分組交流學習，營造良好的學習氛圍，在加深學生對知識的記憶的同時，提高學生合作交流能力，這深受學生的歡迎，有助于提高學生對教學的滿意度和認可度[7]。

綜上所述，應用CDIO教學模式有利于增強驗證機械能守恒定律實驗教學中學生的學習興趣、提高教學效果。但值得注意的是，由于大多數高中學生的學業任務重，加上CDIO教學模式會使學生具有較多的學習內容，容易導致學生壓力過大、出現畏學等心理。對此，在開展CDIO教學時，一定要合理安排教學內容，不可過分提高教學要求、教學目標。

【參考文獻】

[1]薄祥中，姜峰.基于核心素養提升的驗證性實驗教學策略——以“驗證機械能守恒定律”為例[J].物理教師，2020（4）.

[2]賓津佑，陳士銀，喬俊果.基于CDIO模式的土地資源學課程教學改革實踐——以廣東海洋大學為例[J].安徽農學通報，2020（22）.

[3]林美華，陳賽玉，鄭少梅.CDIO教學模式在腫瘤血液內科護理教學臨床實習中的應用及對評判性思維能力影響[J].醫學理論與實踐，2020（16）.

[4]徐東輝，劉國東，郭文普，等.基于CDIO工程教育理念的翻轉課堂教學模式研究[J].教育教學論壇，2020（13）.

[5]印曉明.“科學實踐”視角下的學科核心素養培育——以人教版普通高中物理教材編排變化為例[J].基礎教育課程，2020（23）.

[6]劉興.以問題為導向的物理教學淺探——以“自由落體運動”教學為例[J].中學教學參考，2020（35）.

[7]李國冬.合作學習在高中物理教學中應用的理論和實踐研究[J].考試周刊，2020（95）.

【作者簡介】

王新山（1968～），男，漢族，山東臨清人，本科，高級教師。研究方向：高中物理教學方面。