（课程与教学论专业论文）微波技术与微弱信号检测实验课设计——兼选修课理论研究.pdf

摘要 论文在分析选修课的历史和研究现状的基础上指出了选修课存在的 一些问题， 如实践类选修课比例偏低等。 作为一种解决途径， 探讨了物理 实验对人才培养和社会发展的意义及实验选修课的教育功能， 分析了实验 选修课开设的可行性和所需的素质基础， 介绍了实验选修课设计的理论和 方法。 在此基础上具体设计了微波技术实验和微弱信号检测实验两门实验 选修课，从学习需要分析、实验内容分析、学习者分析、学习目 标确立、 教学策略制定、教学效果评价等几个角度对两门实验选修课进行了设计， 并规定了两门课的教学内容和学时。 利用大量篇幅对教学过程的相关问题 进行了讨论， 主要是针对实验题目的前瞻性、 新颖趣味性以及实验与计算 机等现代技术相结合等儿个方面进行了探索和研究: 通过寻找合适的微波 源和性能良 好的定向祸合器，利用实验室现有条件搭建了以魔t 为核心的 微波反射计和以微波鉴相器为主要元件的网络分析实验教学装置， 将实验 室研制的集等幅、 调幅、 调频和窄带扫频于一身的体效应振荡器及控制电 源引入教学， 从而实现了利用自 制低成本实验仪器开设前瞻性实验课题的 教学目的; 将上几届研究生的工作加以总结和完善， 形成了微波段电子顺 磁共振教学用小型波谱仪 e p r s ) ， 实现了实验检测系统的自 动化，论文 工作主要体现在对原有实验装置的小型化，并编写了数据采集处理软件 e p r s .v i ;在实验设计中 增加了 微波信息传输等新颖趣味性较强的实验内 容，旨 在提高学生的积极性和主动性。 最后， 对论文工作进行了总结， 指 出微波技术和微弱信号检测实验选修课同时可以为处理实际问题提供设 备、方法和思想，从而为进一步研究奠定了良好的基础。 关键词:实验选修课，因材施教，微波网络分析教学实验装置， 微波段电子顺磁共振波谱仪，微波反射计 abs t r a c t t h e p a p e r p o i n t s o u t s o m e p r o b l e ms c o n s i s t i n g i n t h e s e l e c t i v e c o u r s e s o n t h e b a s i s o f a n a l y z i n g t h e i r h i s t o ry a n d a c t u a l i t y . a s a s o l u t i o n , t h e s i g n i f i c a n c e o f p h y s i c a l e x p e r im e n t s t o t h e c u l t i v a t i o n o f p e r s o n w i t h a b i l i t y a n d t h e d e v e l o p m e n t o f s o c i e t y ,t o g e t h e r w i t h t h e e d u c a t i o n a l f u n c t io n o f p h y s ic a l e x p e r i m e n t a l s e l e c t i v e c o u r s e s i s d i s c u s s e d . t h e f e a s i b i l i t y a n d d i a t h e s i s b a s i s o f p h y s i c a l e x p e r i m e n t a l s e l e c t i v e c o u r s e s a r e a n a ly z e d , t h e p r i n c i p l e a n d m e t h o d s t o d e s i g n t h e c o u r s e i s i n t r o d u c e d . o n t h i s b a s i s , w e d e s i g n c o n c r e t e l y t w o e x p e r i m e n t a l s e l e c t iv e c o u r s e s i n v o l v e d w i t h t h e t e c h n o l o g y o f mi c r o w a v e a n d t h a t o f t h e d e t e c t i o n t o f a i n t s i g n a l , w i t h m a n y p o i n t s o f v i e w s u c h a s t h e a n a l y s i s o f s t u d y n e e d ,t h e e s t a b l i s h o f s t u d y a i m a n d e t c ,a n d p r e s c r i b e t h e i r c o n t e n t a n d p e r i o d . we a l s o u s e m o r e s p a c e d i s c u s s i n g t h e c o r r e l a t i v e p r o b l e m s . t h e e x p l o r e a n d s t u d y a r e t a k e n a i m i n g a t s u c h a s p e c t s a s t h e p r e m o n i t o ry a n d n o v e l t y o f t h e e x p e r i m e n t a l t o p i c , a n d t h e c o n n e c t i o n o f t h e m o d e m t e c h n o l o g y l i k e c o m p u t e r a n d t h e e x p e r i m e n t s . t h r o u g h s e e k i n g a p p r o p r i a t e s o g i c o n a n d d i r e c t i o n a l c o u p l e r , u s i n g t h e e x i s t i n g c o n d i t i o n s , w e a s s e m b l e t h e m i c r o w a v e r e fl e t e me t e r a n d t h e s e t o f n e t w o r k a n a l y s i s . b o d y - e ff e c t e d s o g i c o n a n d i t s p o w e r s u p p l y i n v e n t e d b y o u r l a b a r e p u t i n t o t e a c h i n g e x p e r i m e n t s , w h i c h p u tt i n g t h e m o t i v e o f d e s i g n i n g a d v a n c e d e x p e r i m e n t s b y h o m e - m a d e c h e a p i n s t r u m e n t s in t o r e a l i s e . e p r s i s i m p r o v e d ,w h i c h r e a l i z e d t h e a u t o o f t h e d e t e c t i o n s y s t e m . t h e w o r k o f t h i s p a p e r m o s t l y l i e s i n t h e m i n i a t u r i z a t i o n o v e r t h e o r i g i n a l e x p e r i m e n t a l e q u ip m e n t , a n d t h e d e s i g n o f d a t a g a t h e r in g a n d d i s p o s i n g s o f e w a r e . t h e m o r e i n t e r e s t i n g c o n t e n t s u c h as t h e t r a n s m i t o f c o m m u n i c a t i o n t h r o u g h m i c r o w a v e i s m a d e u p t o e n h a n c e t h e e n t h u s i a s m a n d g o - a h e a d i s m o f s t u d e n t s . i n t h e l a s t p a rt t h e p a p e r i s s u m m a m i z e d . i t i n d i c a t e s t h a t t h e s e t w o c o u r s e s c a n p r o v i d e t h e e q u i p m e n t s , m e t h o d s a n d t h o u g h t s i n d e a l i n g w it h p r a c t i c a l p r o b l e m s , s e q u e n t i a l l y s e tt l e s w e l l b a s i s f o r t h e d e e p d e v e l o p m e n t o f t h e r e l e v a n t f i e l d . k e y w o r d s : e x p e r i m e n t a l s e l e c t i v e c o u r s e d , t e a c h s t u d e n t s i n a c c o r d a n c e o f t h e i r m i cr ow ave a p t i t u d e , t e a c h i n g e x p e r i m e n t a l n e t w o r k a n a l y s i s , e p r s , mi c r o w a v e e q u i p m e n t s o f r e fl e c tme t e r 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。 据我所知， 除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得东 北师范大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表 示谢意。 学位论文作者签名:日 期: # , 4 - z b 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、 使用学位论文的 规定， 即: 东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。 本人授权东北师范大学可 以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影 印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学 位 论 文 作 者 签 名 : 鲤 睡 违 一 日期:初 尹 .奉了 指导教师签名:, 1 -1 禅 日期: z - y - v - - s 4 学位论文作者毕业后去向: 工作单位: 通讯地址: 电话 邮编 引台 近几年来随着国内课程改革的不断深入，选修课越来越受到人们的 重视， 逐渐走上规范化的道路， 但仍存在一些问题，比如实践类选修课比 例偏低等。 从国外和国内部分高校的成功经验看， 实验选修课的开设是重 要而叮 行的。 针对二十一世纪信息化时代对人才 一 的新要求和国内师范院校 中微波技术、 微弱信号检测实验选修课的空白情况， 具体设计了 微波技术、 微弱信号检测这两门实验选修课。 从实验内容的前瞻性、 新颖趣味性和实 验与计算机等现代技术相结合等几个方面对实验内容进行了设计和扩充， 论文的主要工作是设计两门实验课的教学方案， 并在前几届研究生工作的 基础上， 设计和完善课程所需的实验仪器和设备， 如微波反射计、 微波网 络分析教学实验装置等。 这些仪器的研制成功可望为实际科研问题的解决 和工业研究应用提供低成本高精度的实验设备， 同时为相关技术开发提供 思想和方法，因此具有使用意义和推广价值。 第一 章选修课的历史与现状 虽 1 -1选修课的历史回 顾 据查考， 选修课这个词是从国 外的 选课制( 也称选修制或选科制) 中衍 生而 来的。 选课 制是 选修课 制度的 简称， 又 称选科 制 ( e l e c t i v e s y s t e m) , 是一种允许学生在一定程度和范围内自己选择学科、 专业和课程的教学管 理制度。在这种制度下， 学生可以根据自己的需要、兴趣与能力选择他所 希望学习的一些课程。 选课制是同学分制相联系的， 它是学分制的基础， 也是学分制的核心 内容。 其内涵是将所学课程分为必修课、 指定选修课和任意选修课等几类， 每一类课程均规定一定的学分， 凡修满学分的学生方可毕业。 选课制的基 本特征是: 首先，以开设相当数量的选修课程为基础，以给予学生充分自 由选择为目的: 其次， 选课制往往与学分制同时实行; 再次，选课制中每 课程的学分数和毕业应修满的总学分数一般按教学计划来规定。 选课制是在 1 8 世纪末产生的。当时由于科学技术的迅速发展，高等 学校的传统课程设置己经不能满足科学技术发展的需要， 学校的教学既要 保留基础科学的课程，又要 增设新科学技术课程，课程体系越来越庞大。 在一定年限内， 学生不可能修完所有的课程， 只能在一定的专业或学科范 围内 修习其中部分课程，因此产生了选课制。最早实行选课制的是德国， 此后选课制在美国得到了进一步的发展和改进。 选课制产生于1 8 - 1 9 世纪 的欧美国家， 有其深刻的社会背景和动因， 资本主义自由竞争和市场经济 最先也最充分地在欧美国家得到发展， 因此对当时欧美高校的人才 一 培养规 格提出了多样化的新的需求， 直接推动了选课制的产生和发展;同时， 欧 美国家的一些社会思潮和教育思想， 也为学分制和选课制提供了有力的支 持。 德国著名教育家洪堡 ( h u m b o l d t , w i lh e l mv o n , 1 7 6 7 - 7 8 3 5 ) 主张 学 习自由” ，倡导自由的个j胜教育，强调人的个性和自我形成;主张学生自 行选择学习的课程、教师和学校，自 行安排学习顺序和进度等等。1 9 世 纪初， 他出任普鲁士教育部长， 并在自己创办的柏林大学( 又称洪堡大学) 中推行选课制。 1 8 世纪下半叶，美国经济进入快速发展时期，社会和专业分工越来 越细，以学科为中心的传统课程受到诸多指责，美国于1 8 6 9 年首先在哈 佛大学实行选课制 ; 相应地在高校也出 现了院系和课程设置数量剧增和 多样化的发展趋势， 从 1 8 世纪末到 1 9 世纪中叶， 美国逐步在高校推行了 选课制。 由于这种制度较好地适应了教育的基本规律，后来，英国、加拿大、 中国等各国相继采用了这种制度。 在我国， 选修课的正式提出是在2 0 世纪8 0 年代初， 其大力倡导和推 广始于9 0 年代2l 。 但 其在学 校中的开设可 追溯到一千多 年以 前的隋 唐时 代l3 l隋唐时期， 我国的学校教育比 较兴旺发达， 学生在学校学习的知识 范围和程度远远超过了前代。 当时的最高学府国子监， 把学生所学的 知识 ( 儒家经典课)分为大、中、小三经以供学生研习，并规定学生， 凡 学习二经者，可选一大经和一小经;凡学习三经者， 可选大、中、小各一 经。这是我国开设选修课的最早记载。 辛亥革命以后，产生了 “ 壬子癸丑新学制” ，美国的选课制也随之传 入了我国。1 9 1 8 年蔡元培率先在北京大学实行了 “ 选课制” 。他在 新教 育与旧教育之歧点的讲演中指出: 是否尊重、 发展个性， 是新旧教育的 一大分歧点。 “ 教育者，与其守成法，毋宁尚自 然;与其求划一，毋宁展 个性。 ”他反对大学教育对学生强求一律，主张因材施教。他主张文与理 二者应该通科， 文理资料之间互有交错， 应当沟通各科界限， 治学者不可 局守一门，以免习文者轻理、 学理者轻文。 他说: “ 盖世界为有机的组织， 有特长者不可强屈之以普通。 世界有进化之原则， 有天才者尤当利用之以 为先导。此后新教育，必将改年级制而为选科制。 ” 1 9 1 9 年，北大一改 旧学制中各系课程均为必修的惯例， 正式实行选科制， 取代过去的学时制。 1 9 2 1 年蔡元培强调: 所谓 “ 选科制” 是 “ 学生只有相对的选择， 无绝对 的选择。除必修以外的科学，才有选择权。 ”学校将课程分为必修、选修 两类， 本科学生8 0 个单位，一半为必修， 一半为选修; 预科学生4 0 个单 位，3 / 4 为必修。选修课不仅可选本系课程，也可选外系课程。东南大 学等高校紧随其后，也将学级制改为选科制。1 9 2 2 年颁布的 “ 新学制” 特别强调 “ 谋个性之发展” ， 规定大学采用 “ 选科制” 和 “ 学分制” 。( 学 分制是随选课制的产生和发展而建立起来的。 它是一种以学分为计量单位 来衡量学生学业完成状况的教学管理制度， 是为了解决选课制遇到的如何 计算学生毕业取得学位所必须完成的学习量的问题而产生的。) 新中国成立之后， 从 1 9 5 2 年开始高校院系进行调整， 取消了学分制。 直到1 9 7 8 年，才再次崭露头角。浙江大学、武汉大学、福州大学、复旦 大学等先后建立学分制，1 设选修课程。1 9 8 5 年5 月颁布的 中共中央 关于教育体制改革的决定 明确指出要减少必修课， 增加选修课， 实行学 分制。 此后高校中出现了实行学分制的“ 高潮”。 不少院校还以法规形式 对选修课设置进行了规范，选修课逐渐走上制度化、规范化的轨道。 夸 1 -2选修课的研究现状及现实意义 选修课从字面理解就是可供学生选择是否修习的课程， 它是相对于必 修课而言的。 近几年来， 随着课程改革的不断深入， 选修课越来越受到人 们的重视， 对选修课的认识和功能的挖掘越来越全面， 选修课开设的模式 和类型也随之不断增多。 最初开设选修课是为了缓解课程体系逐渐庞大和学生修习时间有限 之间的矛盾， 供选修的课程多为 “ 一定的专业或学科范围内的必修课程” ， 随着选课制的不断完善， 选修课的设置模式也不断成熟， 归纳世界各国的 做法，大概可分为以下两类: 一、 综合培养模式亦称能力培养模式， 这是当前世界各国多数院校 采取的模式。 采取这种模式的人们认为: 现代科技与生产发展， 综合化为 其基本特征， 为使在校学生适应社会发展需要， 应当努力实现教育综合化， 具体是实现课程综合化，使基础教育与专业教育、应用研究与开发研究、 自 然科学与人文科学相互渗透、 相互交叉， 以培养学生主动获取多种新知 识、独立思维、独立解决问题的能力和创造能力。 二、目的培养模式即按照专业人才培养目 标和要求而设置选修课。 这是近年来我国教育界探讨的一种模式。 持这种观点的人们认为: 任何历 史时期， 人们都要按照社会需要来确定培养目 标。 因此， 课程的设置必须 围绕培养目 标来进行， 课程中的必修课如此， 选修课是必修课的补充和配 合， 因此也应该如此， 与培养目 标没有多少联系的科目 没有作为选修的必 要。 在这种模式的引导下， 选修课一般是与专业紧密相联系的前沿科日 或 边缘科目，或由原来的必修课转化而来。 无论是哪一种培养模式的选修课， 其类型都大致相同。 选修课的类型 按适应范围 与 选修方式不同 可以 分为 五种i4 . 一、通选课即全校 ( 院)不同专业均可选修的课程。 二、必选课一般为某专业特设， 属 “ 指令性” 选修课程，要求学生 具有特殊基础知识，又为某些专业知识结构所必需。 三、限选课为某些相近专业设置，属 “ 指令性” 选修课程， 其内容 特点和在课程结构中的地位与必选课有相似之处， 不同的是: 必选课要求 某个专业学生必修， 而限选课限定某些专业学生可选， 其余专业学生不能 选修。 四、 交叉型选课某个专业的必修课为另外专业的选修课， 其日的在 于实现不同专业 ( 通常是文、 理专业) 知识的交叉和互补。当然， 在多数 情况下， 尽管课程名称相同， 但面向不同的专业时， 课程内容多寡、 层次 深浅、授课时数和对学生的要求均有差别。 五、 套餐式选课将门类众多的选修课按专业 ( 或方向) 分组， 组合 成 “ 套餐”，供学生选修。 选修课的特点正在于一个 “ 选” 字， 学生可以选或不选，因此它的自 由度更大， 更有利于学生的个性发展， 更顺应教育的基本规律， 有利于教 育事业的发展。 一、 适应学生身心发展的需要选修课是学生根据自己需要， 包括兴 趣、爱好、特长等而选择的科目，因此它具有充分发挥学生个体自 主性、 积极性、 培植创造能力的学习条件。 以选修课为主体的课程设置有利于适 应不同基础、 不同兴趣和志向学生的不同需要。 学校适应学生需要， 这在 市场经济国家是学校办学的一个基本信条。 二、 适应社会和市场的需要现代科技的发展、 融合与交叉， 对人才 提出了 “ 宽专业、厚基础、高素质”的市场新要求。与学分制并存的选课 制为构建适应和达到这种需求目 标的新型课程结构和内容体系， 营造一个 开放、 宽松、自由的学习环境提供了可能。 各类新知识、新技术，可通过 选修， 使学生得到积累和增加， 大大提高了他们对人才市场的适应性。 从 这个意义上看，选修课的开设适应了社会和市场的需要。 三、有利于院校自 身建设和发展首先，课程体系变化是衡量院校 本质变化的尺度。 有没有面向未来的教育和教育研究思想， 培养的人才能 不能适应社会发展的需求，是决定院校成败的关键因素。一些名牌大学， 如美国西点军校、 迈阿密大学、 德国柏林大学等开设的选修课比例都比较 大， 有的甚至整个学期都安排选修课， 充分体现了现代大学的开放性、国 际性、 和未来性等特点。 其次， 选修课制度能促进教学水平的整体性提高。 教学质量的关键在于教师， 院校开设选修课对教师的知识结构和能力水平 是个很大的检验。 开设选修课， 不但能充分调动那些知识面较宽、 知识结 构合理、 教学水平高的教师的积极性， 还能促使其他教师加强学习， 加强 研究，不断更新和提高自 身知识结构，提高教学水平。 1 -3选修课设置的理论支点 一 “ 尊 重 ” 的 教 育 理 念 阎 “ 尊重的教育” 是东北师范大学率先提出的一种新的教育理念。 “ 尊 重的教育” 作为一种带有指向性的整体教育观， 涵盖着多层面的内涵， 其 中对于教育对象的尊重在于尊重受教育者的个性和身心发展规律， 强调满 足学生的发展需要， 创造和谐的教育环境， 尊重学生的个性、 独立性、 选 择性和创造性， 尊重个体的兴趣和爱好， 培养和发挥个体的个性特长。 “ 尊 重的教育”作为一种教育理念，具有多重价值意义。 第一是高扬 “ 以人为本”的价值理想。“ 以人为本” 就是坚持人的自 然属性、社会属性和精神属性的辩证统一， 它有几层意义:第 一 ， 教育发 展不仅是社会发展的需要，也是人自身发展的需要，“ 社会” 和 “ 人”都 是教育的主体; 第二， 教育工作的最终目的是推动人类社会的不断延续发 展， 但这要通过培养社会所需要的人来实现; 第三， 培养社会所需要的人， 必须全面提高人的综合素质，把学生培养成富有主体精神和创造力的 “ 人” 。 教育是人自身发展完善需求的产物， 人作为教育的主体之一， 是 教育存在的出发点和归宿。 “ 以人为本”是教育的天然规定，以人为本， 全面发展人的个性， 培养人的创造力， 不仅是信息社会的客观要求， 也是 人的白 身发展的要求。 创造力的源泉属于个人， 群体创造力是个体创造力 的集合与补充， 鲜明的个性是发挥创造力的前提， 任何创新都闪烁着个性 的光辉，没有个性的解放就没有社会上广泛的创造力的形成。 罗杰斯的学习 理论和教学思想6 j 是当代人本主义的典型代表。 1 . 罗杰斯的学习理论 罗杰斯的学习理论主要有如下几个观点: 强调学生为 “ 中心”的教育理念 罗杰斯认为学生是有目的、 能够选择和塑造 自己行为并从中得到满足 的人， 他们各有其求知向上的潜在能力， 只要视他们为活动的主体， 为他 们创设一个良 好的学习环境，他们就会学到所需要的一切。 坚持学生负责任地参与学习过程 罗杰斯认为，当学生自己选择学习方向、参与发现自己的学习资源、 阐述自己的问题、 决定自己的行动路线、自己 承担选择的后果时， 就能在 最大程度上从事意义学习。 而且如果学生处理的问题是他们曾经体验过的 问题， 那么就可以更加促进学习的有效性。 证据表明， 这类参与学习比消 极被动的学习有效得多。 z罗杰斯的 “ 非指导性教学”思想 罗杰斯的“ 非指导性教学” 思想是当代人本主义教育思想的一个典型 代表。 按照这一思想， 教学活动应把学生放在中心位置， 把学生的“ 自 我” 看作教学的根本要求， 所有的教学活动不仅要服从 “ 自 我” 的需要， 而且 也要围绕着 “ 自 我”进行。 罗杰斯认为， 既然学生是教学活动过程中的核心， 学生就应该自 主地 选择课程内容， 选择学习方法， 有学习的自由选择权和支配权。 而只有当 个体需求、 身心发展状态以及个体学习风格与学习目 标相互一致时， 学习 才会有效。 教师在教学过程中只起教学促进者的作用， 为学生的学习创造 自由的学习氛围和情境。 根据罗杰斯的 “ 非指导性教学”思想，教师的 任务不再是行为主义所强调的 “ 传授学生知识” ，也不是认知学派所关注 的“ 教学生如何学习” ， 而是教会学生如何 “ 自 我实现” ，即:如何决定学 习内容， 怎样掌握所学知识， 采用何种步骤进行学习。 只有这样， 才能实 现学生学习的自由性、 独立性、 能动性和创造性， 达到真正有意义学习的 目的。 根据罗杰斯的人本主义理论， 学生是学习活动的主体， 他们在教师 的引导下， 可以按照自己的兴趣和特点选择学习内容和学习方法， 可以在 教师设定的教学情境中自主地探索和自由地想象，并自我评价学习结果。 罗杰斯的人本主义理论所倡导的思想、 观点与方法， 正是创造性思维培养 环境所应该体现的。因此，选修课的设计应该充分考虑每个学生的经验、 意向、 需要、 情感、 兴趣等要素， 设定多种教学情境， 提供多种特点各异、 可供自由选择的学习内容和方法， 以实现学生自由的、 独立的、 能动的和 创造性的学习，进而达到培养创造性思维的目的。 第二是确认教育的自由价值观。“ 尊重的教育” 理念，其核心是一种 教育自由观。 人的本性是自由的， 人的发展也应该是自由的。 教育作为人 的自我发展完善的基本方式，追求和促进人的自由发展是其最高价值目 标。 没有自由和宽松的学习环境， 就没有长期、 稳定而深刻的思考， 也没 有人的在全面发展基础上的多样性发展。“ 尊重的教育” 作为一种教育自 由观， 首先是尊重教育和受教育者的选择权， 尤其是要尊重教育对象依据 社会需求、 身心发育规律和特点、 兴趣、 爱好，自由 选择教育内容、 专业、 方式、 途径和手段等的权利， 这里当然包括对课程的选择权。 其次，“ 尊 重的教育” 理念就是要改变那种千人一面的目标模式， 改变那种整齐划一 的教育教学观念， 尊重不同层次、 不同走势的成才标准，因材施教， 追赶 教育自由的、 多样化发展的潮流， 这也是当前教育体系结构、 人才培养层 次与人才培养模式多样性的客观要求。 二、激励原则 美国哈佛大学的心理学家威兼 詹姆士指出: 在调动内在潜力去实现 目 标的过程中，激励发挥着重要作用。它可以使人充分发挥技术和才能， 变消极为积极， 从而保持工作的有效性和高效率， 还可以进一步激发人的 创造性和革新精神，从而大大提高工作效绩。选修课就是以激励为原则， 利用外部诱因调动教师和学生的积极性和创造性， 使教师和学生有一股内 在的动力，朝向所规定的目 标前进。 三、 个体 差异理 论7 1 个体的个别差异表现在很多方面。 目前， 通常以与学习关系密切的能 力倾向表示个别差异。 一般分为三类: 智力与已有知识， 成就动机及相应 的个性特征，学习风格 ( 学习方式)。 1 . 作为潜在的认知加工 技能的智力， 对教学活动的质， 即学习活动的 种类有着根本性的影响。 从理论上讲， 教师可以通过因人而异的教学进度 来平衡学生之间的智力差异; 还有的主张同时采用接受学和发现学两种方 式教学并辅之以适当的补救措施。 在选修课中， 通过各种不同难度和不同 知识背景的选修内容便可以有效地缓解学生智力水平和已有知识不同这 一矛盾，如果能够实现个别化辅导，效果会更明显。 2动机， 是在需要的基础上产生的。 当 代美国教育心理学家奥苏贝尔 指出:学习动机有三种内驱力，即: 认知的内驱力、自 我提高的内驱力和 附属的内驱力。 认知的内驱力是一种要求了解和理解的需要，要求掌握知识的需要， 以及系统地阐述问题并解决问题的需要。 一般说来， 这种内驱力多半是从 好奇的倾向如探究、 操作、 领会以及应付环境等有关的心理素质中派生出 来的: 认知的内驱力是 一 种源于学习者自身的内部动机， 大量的日常观察 表明，儿童早期就具有一种好奇的心理倾向和探索周围环境和事物的行 为。 这种潜在的动机力量要通过个体在实践中不断取得成功， 刁能真正表 现出来。 实践性的选修课既能满足这种好奇的心理倾向， 也提供了探索的 实践机会。 自 我提高的内驱力是一种通过自 身努力， 胜任一定的_ l 作， 取得一定 的成就， 从而赢得一定社会地位的需要。 选修课给不同学生以全新的挑战， 为每一个选修的学生提供均等的实现自我的机会， 也给平时某一方面能力 不一定很强的学主提供了成功的机会， 因为他们可以找到适合自己的学习 方式， 或通过合作学习取得成功。 只要教师多采用激励机制， 促进学生学 习，就能取得良 好的效果。 附属的内驱力是指个人为了保持长辈或权威的赞许或认it , 而表现出 来的一种把学习或上 作做好的需要， 这是学生为了赢得家长或教师的认可 或赞许而努力学习， 取得好成绩的需要。 在完成学习过程中， 学生在教师 面前有表现自 我的心理倾向，赢得教师表扬，从而获得学习动力。 3 . 学习风格 ( 学习方式)，这一概念是哈伯特 塞伦在 1 9 5 4 年提 出的，但直到8 0 年代初，学习风格的研究才从理论、模式的探讨转向教 学实践。 学习风格是学习者持续一贯的带有个性特征的学习方式， 是学习 策略和学习倾向的总和。 这里学习策略指学习方法， 而学习倾向指学习者 的学习情绪、态度、动机、坚持性以及对学习环境、学习内容等的偏爱。 具体的讨论见本节第四部分。 四、 学习 方式的 个体差异与因 材施教 理论8 1 因材施教原则是古今中外倡导的教育教学原则之一。所谓因材施教， 就是根据学生的个别差异和其它具体情况， 有的放矢、 因利势导地组织和 进行教育、 教学工作。 这里所谓的 “ 材”， 指的是学习者的个体差异。最 早研究个体差异的是我国古代伟大的思想家、 教育家孔子。 孔子在多年的 教学实践中， 通过听其言、 观其行的方法， 发现不同的学生在学习过程中 有不同的表现， 并且有针对性地在教育、 教学中因人而异地选择教学内容 和教学方法。朱嘉将其概括为 “ 孔子教人， 各因其材”， 后来简化为“ 因 材施教”。孔子对学生心理的个别差异作了较系统、 全面的考察和论述， 包括人的智力、能力、性格、志向及学习态度、学习专长等，并根据这几 个方面的个别差异形成了因材施教的思想。 近代对个体差异的重视和研究源于生理学家和心理学家对个体差异 的实验室认定。冯特、高尔顿、卡特尔、 桑代克、比奈、斯腾等人对个体 差异进行了大量的研究。 随着科学技术的日 益发展和各学科的研究既纵 深分化又综合贯通， 人们对个体差异的研究也进一步微观化和综合化， 从 而极大地深化、 完善了对个体差异的研究。 近年来， 关于个体差异的研究 仍然是心理学、 教育学中的一个热点问题。 其中， 学习方式逐渐受到人们 的重视。 学习方式是指学生在学习时所具有的或偏爱的方式或风格， 对于 学习方式的理解是多种多样的， 其中主要因素有感觉通道、 认知方式、 生 活方式和大脑单侧化等。 学习方式同学习效率息息相关， 只有当教师采用 了最适合于学习者特质的教学方法时才能产生最好的教学效果。 教师要做 到因材施教，必须关注学习方式。 1 . 感觉通道的个体差异 感觉通道是指学习者对视觉、 听觉和触动觉的偏重程度。 视觉型的学 习者， 对视觉刺激敏感， 习惯从视觉接受学习材料; 听觉型的学习者侧重 听觉刺激; 触动觉型的学习者喜欢接触、 操作物体， 对 自己能够动手参与 的认知活动感兴趣，但是通过视觉、听觉接受信息欠佳。学习者对视觉、 听觉和触动觉三种感觉通道各有不同的偏爱， 对此教师应采取不同的教学 策略， 实施因材施教。 实验可以发挥触动觉学习者的优势， 比理论课对他 们的教育效果更好。 2 . 认知方式的个体差异 认知方式是个体在信息加工和完成认知任务过程中其个性特征的具 体表现。 由于认知方式已成为个性心理现象的有机组成部分， 因此， 一个 人的学习活动必然会受到其认知方式的影响。 从个体在认知加工中对所处 环境线索的依赖程度，美国心理学家威特金 ( h a w i t k i n ) 把个体的认 知方式划分为场依存性与场独立性。 场依存性者对客观事物的知觉倾向于 以外在参照作为信息加工的依据，其态度和意向较易受他人，尤其是教 师、 领导者或权威人士的影响与干扰， 在决定或实施某些想法前， 常常注 意和了 解他人的想法与做法; 场独立性者在认知活动中较少受环境因素的 影响和干扰， 更多的是利用自己内 在参照进行理解与判断， 倾向于在抽象、 分析的水平上对信息进行加工并独立采取某种行动。 心理学研究表明， 人 们在场依存性与场独立性 上的个体差异， 不仅反映在知觉方面， 也反映在 思维领域、 情感领域以及社会领域 ( 如社交关系) 等方面。 场依存性与场 独立性这两种认知方式与学习密切相关。 一般来说， 场依存性者对人文学 科和社会学科更感兴趣; 而场独立性者在数学与自然科学方面更擅长。 场 依存性与场独立性既属于智能差异的范畴， 又属于学习方式的范畴。 因此， 场依存性与场独立性在学习上的不同特点便成为因材施教的理论前提之 一。 在理科教学中， 场依存性者偏爱于问题的直观性， 而场独立性者偏爱 于问题的抽象性。因此， 对前者， 实验可以满足他们的思维习惯， 对于他 们可以以实验作为研究问题的切入点， 当然也应在充分发展其形象思维能 力的同时， 注重其抽象思维能力的培养。 对后者， 除充分发展其抽象思维 能力外，还要通过实验等来培养或增强其形象思维能力。 3 . 与学习有关的生活方式的个体差异 学习方式离不开个人的生活方式， 因此个人的生活方式对学习是有影 响的，不同的生活方式的学生喜欢或偏好不同的教学组织形式。狄玛科 ( d i m a c c o , 1 9 7 4 )列举了三种不同的生活方式: ( 1 )正规化的方式。 在这种方式下， 活动价值和观念都出自 正规的格式， 这种生活方式的学生 更喜欢以教师为中心的课堂组织形式。 ( 2 )以社会为中心的方式。在这 种方式下， 活动是在社会的相互影响相互作用下， 与其他人取得一致而继 续进行下去的，这样的学生喜欢通过协作来学习。 ( 3 )个人人格至上的 方式。 在这种方式中， 活动是出自 个人的经验和感情， 生长和发展起因于 增长的自 我觉悟和自主( 自治) 性， 他们所愿选择的学习方式则为自 我引 导式的。 实验课不仅是相对于理论课来说的一种课程类型， 也是一种同以 讲授为主的课堂教学相对应的教学组织形式， 后两种生活方式的学生就更 加倾向于和适合选择实验这种教学组织形式。 4 . 脑功能单侧化优势的个体差异 脑科学研究发现， 在功能上， 左脑擅长于言语和逻辑思维， 是处理言 语、 进行抽象逻辑思维、 集中思维、分析思维的中心， 具有连续性、有序 性、 分析性等机能; 而右脑则擅长于形象思维， 是处理表象， 进行具体思 维、发散思维、直觉思维的中枢，具有不连续性、弥漫性、整体性等机 能。 两半脑虽然有许多不同功能， 但并不是以高低级或主次来区分的。 它 们都牵涉到高级的认知功能， 都是高度复杂的， 只不过用它们自己不同的 方式来起作用，影响人们不同的心理活动，它们之间是互相补充的。 大脑的单侧化是指学生大脑两半球所形成的特征， 是左侧优势还是右 侧优势。 大脑的单侧化是 一 般概念， 具体到一个学生， 究竟是哪一侧占优 势时，就是个别差异问题。以理论为主的课程主要是发挥了左脑的作用， 偏重于逻辑和语言的训练: 而实验类课程可以激活和发展右脑的功能。 过 分强调理论， 轻视实验会阻碍学生的全面发展。 所以， 在教学中要根据脑 功能单侧化优势的个体差异，做到因材施教。 1 -4现行选修课存在的问 题及启示 我国自8 0 年代中期开始设置选修课以来，选课制和学分制不断改革 和完善，但依然存在一些问题。 一、 选修课比例偏低， 任选课比例更加偏低， 各校大多采用 “ 必修课 指定选修课选修课”的模式，这三类课程的学分比例一般为7 : 2 : 1 ，不能很好地满足学生合理构建知识结构的需要。 二、 选修课的数量和质量不利于因材施教和学生个性的发展， 不利于 发挥学生学习的主动性和积极性。 例如，由于选修课数量过少， 有的选修 课学生想选而选不上; 还有的选修课没有人选， 而不得不采取名额分配到 班级， 通过抽签决定选课名单。 结果是想选的课选不上， 不想选的课又非 上不可， 极大地挫伤了学生学习的积极性。 在专业任选课中， 有的课程由 于选课人数少而取消开班; 在限定性选修课中， 因提供选择的课程门数少， 几乎成了必修课。这些都限制了选课的自由。 三、 理论类选修课和实践类选修课比例失调， 尤其在理科院校中， 实 践类选修课比 重偏低， 专门开设实验选修课的院校更少。 我国历来就有“ 重 理论、轻实验”的倾向，这一倾向在选修课的设置中表现得尤为明显。 针对前两个问题，教育者们纷纷思考解决的方法，提出了许多建议， 但对第三个问题公开提及的得很少。 事实上， 实验在人类科学的发展中起 着不可忽视的作用， 实验选修课在人才培养中也承担着理论选修课不可取 代的作用， 实验选修课作为选修课的一 个分支和组成部分， 应该得到研究 者和教育者们的重视和关注。 首先， 实验可以预示或验证理论， 是科技之母。自 然科学从根本上讲 是实验科学， 没有实验就没有现代科学技术。 丁肇中先生在获得诺贝尔奖 时说:“ 我希望， 我得到诺贝尔奖能提高中国人对实验的认识，中国人从 小受到 “ 劳心者治人，劳力者治于人”的观念影响，普遍不重视实验， 觉 得理论比实验高明， 我是通过实验得到诺贝尔奖金的中国人， 希望从此以 后能够摆脱中国人轻视实验、过分重视理论的旧 传统。”19 1 其次， 实验教学可以帮助学生感受、 理解知识的产生和发展过程， 学 习和掌握必要的工程技术、 测量方法、 先进设备和各学科的基本研究方法， 培养学生的科学精神和创造思维习惯，以及收集、 处理信息和分析、 解决 问题的能力， 因此实验教学对培养学生的创新能力、 实践能力和创业精神 有着不可取代的作用。 对于物理学来说， 物理是一门实验科学，物理实验是物理学发展的 基础， 是自 然科学和工程技术发展的动力。 物理思想和方法、 实验手段和 技术， 不仅对物理本身的学习有利， 而且对于学习其他课程、 处理其他工 程技术问题都是有好处的。 在实验教学中让学生从“ 实验的基础物理模刑 和目的任务”、“ 实验的物理设计模型”以及 “ 实验的表现观测手段” 三 个方面去挖掘和理解其中的物理思想和方法， 这种从每个实验中抽象出 来的又不依赖于单个实验的在选用实验方法、 进行实验设计、 编排实验或 在实验中进行调节和测量时具有普遍指导意义的思想和方法， 对于其他应 用或技术类的学习必定具有很大的指导意义。 再次， 实验课是一种实践活动， 实验过程需要学生独立完成， 每个实 验组学生人数少， 有利于教师对学生的个别指导， 也便于对学生个性的了 解和掌握， 更有利于因材施教， 实验选修课更能体现选修课的实质和日的。 而且， 从上一节的讨论可以看出， 实验类课程同理论类课程相互配合， 可 以促成学生的全面发展。 最后， 实验研究和理论研究是科学研究的两种不同的手段， 在科学研 究中起着同等重要的作用。 更擅长使用哪种手段或更倾向发展哪种能力与 每个人的能力基础及个性特点有关， 实验选修课可以为那些倾向或擅长实 验的学生提供继续深入探究的机会。实验教学应该从理论教学中独立出 来， 设计出不同层次、 不同系列的实验内容， 形成完整而又相对独立的教 学体系供学生选择， 实验室应成为创造性的场所， 成为培养人才的基地9 第二章物理实验选修课理论研究 2 -1物理实验选修课开设的可 行性 一、实验选修课内容开放性大，符合学生的知识水平 实验选修课同时具有实验课和选修课的双重优势， 它自由度大， 内容 设置也比必修实验课灵活。 我们在实验选修课中设置了入门实验( 自 学实 验) 、研究性实验、应用性实验和开发性实验等，实验涉及到的理论多为 以往理论课中接触过的， 让学生不会产生无从着手的陌生感; 尽量选取来 源于学生生活的课题作为实验的应用性内容， 因而不会象学科课程那样抽 象， 而是主动而具体的、 学生易接受的; 开发性实验的课题既是学生感兴 趣， 又是有所了解的， 符合学主的认知水平， 即使进一步研究的内容和深 度超过了学生现有的知识范围，经过教师的指导和学生对有关资料的查 阅， 也可自 行设计出实验方案。