基于i-PDCA質量循環的大學物理實驗教學改革研究*

劉正奇 柳 葉 唐 倩

(江西師范大學物理與通信電子學院 江西 南昌 330022)

近年來國家對科技創新的重視，擴大了對創新型人才的需求. 在推進教育與科技的融合和鼓勵學生積極思考敢于創新的前提下[1,2]，要求高校通過實驗教學注重培養學生的創新精神和實踐能力. 大學物理實驗作為各大高校理工科類學生的一門必修課程，正是推動當代大學生創新技能培養的重要課程體系，該課程體系也獲得了國內學者的廣泛關注和研究[3～5]. 該課程將所學理論知識與實驗操作相結合，具有理論性、操作性、設計性和創新性相融合的四位一體的特征[4,6]. 此外，理論源于實踐，實踐可以深入研究理論的知識結構，通過大學物理實驗課程可以進一步深化當代理工科大學生對普通物理定理定律的認識和理解；這些也進一步證實了實驗過程的重要性[3]. 開展大學物理實驗課程有望成為幫助學生學會獨立思考和自主解決問題的重要環節，采用知行合一的教學方式更是培養和提高學生實驗能力和創新思維的重要途徑. 但在現有教學模式下開展大學物理實驗課程，學生思考問題及解決問題的能力并沒有得到顯著地提高，為進一步促進實驗課程對大學生實驗能力和創新思維的培養，我們提出了應用i-PDCA質量循環方法對當下教學模式進行改革的研究設想和驗證實驗.

1 傳統教學模式存在的弊端

1.1 學生的主觀能動性過低

學生在實驗課程上的主觀性和積極性太低，極大地限制了學生自身實驗技能和創新能力的發展. 學生在態度上并未引起高度重視，學習動機不夠強，未積極主動地去了解實驗、思考實驗，整個實驗過程處于教師不講就不學的“被動狀態”，因而導致大部分學生不愛思考，自身不注重實驗過程中創新能力的培養.

1.2 教師教學側重點有偏差

目前高校實驗教師往往以帶領學生完成實驗操作，督促學生完成實驗報告為主要教學任務. 教師對實驗原理及內容的講述是學生學習實驗知識的主要來源，一旦學生脫離了教師填鴨式教學模式[4]，學生便不會積極主動地去了解相關知識，也不會對存在的問題進行探索. 因此，現行教學方式中教師未能正確引導學生發現問題、思考問題和積極主動解決問題，忽略了對學生思維的啟發和創新意識的培養，使實驗課程過于形式化，導致學生缺乏創新精神.

1.3 實驗考核方式有待優化

當前高校教師對大學物理實驗的考核方式主要采用的模式是三部分相結合的形式，即實驗預習、實驗操作、實驗報告這三大部分. 針對預習部分，教師根據學生書寫內容的多少、整潔程度、內容翔實程度等加以評定，不夠系統客觀；實驗操作部分主要依據所測實驗數據的完整性、準確性為主要考核標準；對實驗報告的內容要求不嚴謹，主要依據學生是否完成實驗報告的各項內容進行打分，并未對學生完成實驗報告的質量進行系統監督.因此，當前較為普遍存在的實驗考核方式中教師對實驗過程未能進行嚴格把控，學生容易產生投機取巧的想法，不利于學生開放性思維和創造力的培養.

2 i-PDCA質量循環教學改革的特點

PDCA循環法是由出生于美國而成名于日本的耶魯大學博士、質量管理專家愛德華茲·戴明(Edwards Deming)于20世紀50年代提出的，又稱為戴明循環或戴明環. PDCA的實質是指在管理活動中，為提高管理質量和管理效益，所進行的計劃(Plan)、實施(Do)、檢查(Check)、總結(Action)4個階段性工作的循環過程[7～9]. i-PDCA循環是在原有質量循環的基礎上，增加自發性(initiative)因素的循環過程. i-PDCA質量循環由自主(Initiative)地制定實驗計劃(Plan)、自主完成實驗操作(Do)、自主進行實驗檢查(Check)和自主進行實驗總結(Action)4個步驟形成一個循環,如圖1所示.

圖1 圍繞自主探索為中心的“1+4”i-PDCA教學模式

在整個大學物理實驗課程教學過程中，通過一系列的實驗項目，系統運用整個循環過程的4個階段,如圖2所示，不斷提升大學生的實踐技能、科學思維和創新能力.i-PDCA各個環節均以學生為主體[10～13]、教師為輔助的模式進行教學，形成學生獨立完成與實驗相結合的“1+4”教學培養新模式.

圖2 基于i-PDCA質量循環過程進行系統實踐培養路線圖

通過應用i-PDCA質量循環教學模式，促使學生在掌握相關理論知識的前提下，自發地對物理現象進行探索，對實驗結果進行分析和總結，培養學生自主完成實驗操作的能力，從而提高實驗課程的教學質量. 根據傳統教學模式，縱觀整個實驗過程所存在的問題，強調將學生作為主要改革對象，課程指導教師作為核心參與角色，通過重視對學生實驗能力的培養，激勵學生利用實驗加強對理論知識的理解，提高學生對實驗課程的興趣.

i-PDCA質量循環模式下的實驗課程教學與傳統實驗教學模式相比較，i-PDCA質量循環教學方法具有以下特征.

2.1 重視自主性

i-PDCA質量循環法包括自主制定實驗計劃(Plan)、自主性完成實驗步驟(Do)、自主進行實驗檢查(Check)、自主進行實驗總結(Action)4個環節，每個環節都需要學生獨立查詢相關資料、自主獨立完成課前調研，打破了以往“老師不教，學生不學”的教學弊端，增強學生主動學習的意識，將學生從被動式完成學習任務轉化成主動探索和解決實際問題[14～19]，提高學生主動學習的積極性.

2.2 側重實驗過程

i-PDCA質量循環是圍繞學生 “重理論，輕實驗”展開的一系列改革. 實驗之前學生要做好充分的預習準備，制定出在有效時間內完成實驗操作的方案，以此提高學生的實驗效率. 教師對學生進行相關指導，以啟發式教學[20]代替原有的填鴨式授課模式. 為提高實驗的準確性，要求學生結束實驗操作之后對實驗進行檢查，明確具體實驗過程是否按照所制定方案進行實施，并對課前的設計方案進行反饋和完善.

2.3 強調實驗過程的循環性

i-PDCA質量循環過程針對上一個實驗過程存在的問題進行正反饋，并總結經驗，運用所獲得知識與經驗，進行下一個i-PDCA質量循環，通過對實驗中存在的問題進行反復探索和思考，進而達到學生期望的實驗結果和實驗目的. 通過實驗解決問題的過程有利于提高學生獨立分析問題和解決問題的能力，使學生的發散性思維能夠得到較高效率的鍛煉. 每完成一個i-PDCA循環，學生的實驗能力進入一個更高的層次. 學生在每個循環中的自我創新意識也會得到提升.在不斷地循環和積累中，學生的自我創新意識、自我管理能力和實驗能力得到進一步的提高.

2.4 符合社會對新型人才的需求

黨的十九大報告及政府工作報告明確提出要把中國建設成為創新型國家，為實現科技強國的目標而努力奮斗.一切創新成果的發明來源于當今有創新思維和具備過硬實驗技能的人才，因而人才培養決定了國家科學技術的發展. 社會鼓勵高校對創新型人才的培養，而i-PDCA質量循環方法彌補了傳統實驗教學模式中以教師為主導的不足，通過采用以學生為主、教師為輔的模式，運用“1+4”i-PDCA教學新模式讓學生各項實驗技能在實驗過程中得到提高，為創新型人才的培養創造更大的空間.

3 建設i-PDCA質量循環實驗課堂

應用“1+4”i-PDCA質量循環的實驗教學方法將質量循環理念引入大學物理實驗教學模式，在結合課堂實驗前指導教師對實驗原理及其基本操作進行系統分析后，引出一系列值得注意的核心問題，進而推動學生立足自主實踐進行實驗.秉持教師輔導為輔、學生自主探索為主的理念，其具體設計過程如下.

3.1 自主制定實驗計劃(Plan)

在正式開始進行具體實驗操作之前，學生要制定好完成整個實驗過程的方案. 在此階段，學生應通過書本預習或查詢資料等途徑明確實驗目的、實驗原理和實驗操作內容；明確應按照怎樣的流程來進行實驗，在某個問題上有自己的獨特見解和創新想法，在預習過程中做好記錄，為實驗做足充分準備. 針對實驗的核心問題，要細致理解指導教師課堂的講解及分析，完善實驗計劃.

3.2 自主完成實驗操作(Do)

在實驗操作過程對實驗計劃中所遇到的問題加以思考和驗證. 教師在一旁起指導作用，無需再向學生講解實驗內容及進行具體實驗操作演示，以引導的模式來輔助學生獨立自主地完成實驗操作. 在實驗操作過程中學生按照自主制定的實驗計劃進行實驗，教師以問題導向的方式代替以往的填鴨式教學，能夠促進對學生創新思維的培養和實驗技能的提高.

3.3 自主進行實驗檢查(Check)

學生主動將實驗具體操作情況與實驗計劃進行比較，檢查是否有按計劃完成實驗，查找其中存在不足的地方，理清楚與實驗計劃相比所存在的偏差，對實驗過程中存在的問題進行整理和思考，自主地通過查找各種資料及相關書籍進行深入探討，針對短時間里難以解決的問題，可以通過與指導教師進行探討獲得建議，進而解決自己在此過程中所產生的疑惑. 通過檢查實驗中所存在的問題，可以培養學生發現問題、思考問題和解決問題的能力.

3.4 自主進行實驗總結(Action)

為了讓學生從每一次實驗中學到知識和獲得經驗，學生應對實驗計劃部分(Plan)所獲得的可取經驗和不足之處、實驗過程中存在的問題及解決方法和檢查環節(Check)中的注意事項進行總結，此過程利于學生下次遇到類似問題時借以參考，豐富學生的知識層面，提高了學生的綜合素質，培養了學生嚴謹的科學態度，促進學生總結歸納能力和創新技能的提高.

由上可知，將i-PDCA質量循環應用于大學物理實驗進行教學，以教師教學為輔而學生自主實踐為主的模式，整個實驗過程由自主制定實驗計劃、自主完成實驗操作、自主進行實驗檢查和自主進行實驗總結4個環節組成并循環. 以培養學生的自主性探索為前提，提高了學生學習的主觀能動性；教師根據學生各環節完成情況進行系統、客觀的評價及考核[11]，使學生的各項實驗技能得到一定的培養.

4 應用i-PDCA質量循環優化實驗課堂教學展示

將i-PDCA質量循環引入實驗課程教學，通過指導學生在遇到實際問題學會通過查閱文獻資料進行深入探討，促進了對大學生自主學習能力的培養，幫助提高學生處理問題的積極性和獨立性. 同時，在實驗探究過程中使學生的創新意識、創新思維、創新能力得到鍛煉，為學生在今后申報項目、專利和參加各類科技創新競賽活動打下堅實基礎，有利于學生今后的研究工作能力的培養.通過激發學生開放學習思維，加強學生對實驗的重視程度，培養學生的學習興趣，以此提高實驗教學的質量[21].

以某師范大學為例，應用i-PDCA質量循環方法進行大學物理實驗的教學模式改革，將改革前后具體情況做出對比分析，如表1所示.

表1 不同教學模式下實驗課程的對比

通過采用改革后的實驗課程教學模式，讓學生獲得了更多自主設計和思考的機會，形成自主動手與實踐分析的循環，最終獲得高效的實踐創新與思維鍛煉的教學效果，形成了高水平的創新意識和創新思維.

5 結論

隨著科學技術的快速發展，社會對創新型人才的需求量越來越大，當代高校教師肩負著學生創新技能培養的重大責任. 大學物理實驗課程以培養學生綜合素質、創新能力和科學素養為主要目的，同時使學生在實驗過程中的發散思維、實踐能力、創新能力得到提高，為學生未來職業發展和科學研究打下堅實的基礎. 通過將i-PDCA質量循環應用于相應的教學過程，將學生從被動式學習轉化為主動式學習，提高了學生學習的自主性和積極性，實現了對學生創造性思維的啟發，進而逐步完成培養創新型人才的目標.