基于现代教育理论的综合性设计性大学物理实验.pdf

第2 7 卷第9 期 2 0 0 8 年9 月 实验室研究与探索 R E S E A R C HA N DE X P I O R A T I O NI NL A B O R A T O R Y V 0 1 2 7N O 9 S e p 2 0 0 8 基于现代教育理论的综合性设计性大学物理实验 漆建军 肖化 华南师范大学物理与电信工程学院 广东广州5 1 0 0 0 6 摘要 根据现代教育理论基础 提出了开设综合性设计性大学物理实验的必要性 论述了开设综合性 设计性大学物理实验应凸现其综合性与创造性 对具体教学的实施过程中的的各种组织形式及评价方 式进行了阐述 关键词 现代教育理论 综合性 设计性 大学物理实验 中图分类号 G 6 4 2 4 2 3文献标识码 A文章编号 1 0 0 6 7 1 6 7 2 0 0 8 0 9 0 0 9 9 0 4 T h eS y n t h e t i cD e s i g n O r i e n t e dE x p e r i m e n to fP h y s i c sf o r U n d e r g r a d u a t e SB a s e do nM o d e r nE d u c a t i o n a lT h e o r y A b s t r a c t T h i sp a p e rp u tf o r w a r dt h en e c e s s i t yo fs e t t i n gu pt h ec o u r s eo fs y n t h e t i cd e s i g np h y s i c se x p e r i m e n to fu n i v e r s i t yb a s e do ne d u c a t i o n a lt h e o r y T h ec o u r s ee m p h a s i z e st h ei n t e g r a t i o na n dt h ec r e a t i v i t y T h ep a p e ra l s od i s c u s s e da l l k i n d so fo r g a n i z a t i o n a lf o r ma n dt h ew a yo fe v a l u a t i o na b o u tt h ec o u r s ei np r a c t i c e K e yw o r d s m o d e r ne d u c a t i o n a lt h e o r y s y n t h e t i c d e s i g n p h y s i c se x p e r i m e n to fu n i v e r s i t y C L Cn u m b e r G 6 4 2 4 2 3 D o c u m e n tc o d e A A r t i c l eI D 1 0 0 6 7 1 6 7 2 0 0 8 0 9 0 0 9 9 0 4 1 引言 现代科学技术的飞速发展要求现代教育也必须作 出相应的改革 以现代教育的理念去指导教学实践 当 今各种各样新的教育理念的不断涌现也是映衬人们在 反思传统的教育的不足与缺陷 是在新的社会条件下 对教育的自我更新与完善 新的教育理念历练着人们 的思想也改变着人们的教育行为 逢勃兴起的是体现 学生创新精神和实践能力的综合性创造性教学 现代 的教学是以问题为纽带的教学 是一种化结果为过程 的教学 是一种以综合为导向的教学 是一种以研究性 探究性为特色的教学 这一系列的变化所带来的必然 结果是整个教育质量的提升 学生素质的提高 理工 科高校的大学物理课程是一门重要的专业基础课 如 收稿日期 2 0 0 7 一l l 0 2 作者简介 漆建军 1 9 6 6 一 男 湖南祁东人 博士 主要从事大学 物理教学研究 E m a i l q j j l 9 6 6 1 6 3 c o r n 通信作者 肖化 1 9 5 8 一 男 江西吉安人 教授 博士生导师 主 要从事物理教学研究 何将现代的教育理念与大学物理实验结合起来 一直 是从事大学物理实验教学的教师及教育研究者们所探 究的问题 大学物理实验是最能体现学生的探究性与 创造性的一门课程 适应现代教育理论的要求 在高校 开设综合性设计性大学物理实验成为必然的要求 2大学物理实验的教育理论基础 2 1 罗杰斯的人本主义教育方法 人本主义教育理论是以卡尔 罗杰斯 C a r l R o g e r s 人本主义心理学为理论基础 吸收当代西方哲学 中有关人的问题的研究成果 运用于解决教育问题而 形成的人本化色彩浓厚的理论体系 它主张教育是为 了培养心理健康 自我实现和富于创造的人 学校必须 提供最好的条件 并创造促进儿童学习和成长的良好 的心理气氛 使每个学生达到自己力所能及的最佳状 态 人本主义教育方法的出发点是创造一种轻松 和 谐 自由的心理气氛 人本主义教育者相信 人性内部 具有实现潜能的倾向 学习是内在的个人参与 p e r s o n a li n v o l v e m e n t 自我促动自我发起 s e l f i n i t i a t e d anhC3605UOhZ g naUG V eVnUa眦O口N 舭 眦 D M m CX 山UO k 和唱 帆面 凹嚼 EO6aCnUmmOCeeTdnaC y hPfooOhCS 万方数据 1 0 0实验室研究 与探索第2 7 卷 教育的作用就是创造最佳条件 以利于学生 自我实 现 这种最佳条件就是一种自由的心理气氛 在人本主义教育者看来 这种自由气氛的实质上 是一种能使学生自由地选择和接受挑战 自发地参加 学习 创造等活动 自如地表达各种体验的心理气氛 创造自由的心理气氛关键是三个条件 一是能起促进 作用的教师 二是人与人之间的帮助关系 三是以学生 为中心的教学和评价 2 2 实用主义教育理论 杜威 J o h nD e w e y 的实用主义的教育理论的基本 原则是 从做中学 学生应该从自身的活动中进行学 习 教学应该从学生的经验和生活出发 使得学生的知 识的获得与其共同生活的环境中所进行的活动或作业 联系起来 其实 从做中学 就是 从活动中学 其 教学的方法就是问题教学法 教学实践中着重解决的 是学生怎样学而非教师怎样教 在情景中感觉疑难所 在 明确问题 提出问题 提出解决问题的假设 推断假 设的内涵到验证假设的这 思维五步 来完成问题的 解决 这种教学方法的最终目的正如杜威本人所言 是引导学生从实际问题到理论原则 从具体的感性再 到抽象的理性的一种手段 3现代教学理论与传统教学理论的转型 了解现代教学论与传统教学论的差别所在有助于 在具体的教学实践当中将两种教学理念与教学方法进 行比较 尤其是教学实践中有意识采取现代的教学论 的观念与方法对大学物理实验的综合性与设计性的开 设有积极的推进作用 3 1 教学目的 传统教学着眼于让学生高效率地继承前人的知 识 掌握前人的技能 而现代教学论则是特别强调对 学生素质发展的要求 强调学生在学习的过程中素质 全面提高的能力 促进心智和情感全面协调发展 3 2 教学过程 传统教学论以学生认知和掌握知识为目的 注重 结果而忽略过程 而现代教学论认为 教学过程不但是 一个认识过程 而且是一个发展的过程 认识与发展是 相互依赖 不可分割的 教学过程既不但要促进认识 完成从不知到知的认识过程 让学生掌握知识 更重要 的是促进学生的发展 不促进发展 认识过程就会受到 限制 知识的掌握也达不到高质量 3 3 教学方法 传统教学把传授知识摆在首位 现代教学论则从 课程设计的角度出发认为教师不仅是知识的传播者 更是一个课程的设计者 教师的责任是通过所设计的 课程把学生引入学习情景 让学生自己去探索知识 培 养学生的思维能力 3 4 师生关系 传统教学论认为 教师是知识的拥有者的传播者 是教学活动的主角 强调教师的权威 而现代教学论则 要求教师由知识的传播者变为学生学习的组织者 帮 助者与促进者 在教学活动中教师由主角变为导演 与学生共同探讨共同发展 4 大学物理实验应凸现综合性与设计性 据以上所论述的当代教育理论基础及现代教学与 传统教学的比较分析 回到具体的教学的实践中来 在 具体实施大学物理实验的教学中践中 要从教学目的 教学过程 教学方法 师生关系等等方面 体现现代教 育的理念和特色 而综合性设计性大学物理实验的开 设正是基于此教育理论而提出的 4 1 综合性设计性物理实验的内涵 传统的大学物理实验教学的思想及观念 课程体 系及内容 教学模式与现代的教学理念不甚适应 不能 适应新时代对人才发展的需要 必须进行大力改革和 探索 随着高等院校的实验教学的改革大力推进 加 强对大学生的创新教育是新世纪高等教育教学改革的 重点 各高校根据专业培养目标及实践课程的自身特 点 本着致力于培养学生创新意识和实践能力的原则 组织和优化教学内容 逐渐形成了兼基础性 综合性 设计性 研究性 发展性为一体的多层次 全方位的大 学物理实验创新体系 使大学物理实验教学不仅成为 学生获取知识 训练技能的过程而且成为学会学习学 会 创造塑造个性的发展过程 调查全国各高校大学物 理实验田的开设情况来看 不管以何种层次与模块的 结构出现 各高校均致力于提高学生的创新意识和实 践能力的培养 大多数高校大学物理实验的内容均包 含综合性设计性物理实验 且综合性设计性物理实验 在大学物理实验内容中所占的比例呈上升趋势 物理实验是利用实验仪器人为地控制或模拟物理 现象 排除干扰 突出主要因素 在最有利的条件下去 研究物理规律的一种活动 就实验分类而言可分为定 性实验 定量实验 检验实验和综合设计性实验等 其 实 这些类别中的定性实验 定量实验 检验性实验无 不包含设计这一环节 所以 实验的构思与设计是整个 物理实验的关键性环节 所谓设计性物理实验 就是 让学生应用所学的物理知识 根据指导教师提供的实 验题目 自主查阅参考资料 根据已有的实验条件 自 主设计实验方案 自选与组装实验设备 自拟实验操作 步骤 在规定的时间内完成的实验 学生做完实验后 对实验结果进行系统的分析和综合 写出完整的实验 报告 从而让学生经历一次科学实验过程的基本训练 也可以说 综合设计性物理实验是一种介于基础教学 实验与科学实验之间的教学实验 目的是使学生运用 万方数据 第9 期漆建军 等 基于现代教育理论的综合性设计性大学物理实验 1 0 1 所学的实验知识和技能 在实验思想的构建 实验方法 的形成 测量仪器的选择 测量条件的确定等方面受到 系统的训练 4 2 综合性设计性物理实验的特点 1 综合性 设计性物理实验是继一些前导实验 和基本训练实验之后进行 是对已学过的物理理论知 识和物理实验的综合与总结 所涉及的不只是物理实 验某一方面或某一层次的内容 而是具有高度的概括 性与综合性 在设计性物理实验的完成过程中 要求 学生必须综合运用所掌握的基本理论知识 实验技能 以及各测量原理和方法来组织进行 设计性物理实验 具有对学生进行科学实验全过程初步训练的性质 也 是对学生掌握实验技能和理论知识进行综合运用的检 验 在这个过程中 其训练的内容与层次更高 体现较 强的综合运用知识的能力和综合解决问题的能力 2 创造性 设计性物理实验要求学生在解决问 题的过程中 大胆假设 多方求异 突破束缚 创造性地 提出解决问题的途径和方法 无论从实验思想 实验方 法 实验原理的应用 还是实验仪器的选择 实验步骤 的进行 都要求学生有一定的创新精神 综合设计性 物理实验的实验思想与方法的找寻就要求学生必须沿 着不同的方向去选取与重组信息 不依常规 寻求变 异 从多方面寻求解决设计实验的方法与途径 当然 发散的最终目的是为了聚合 实际上 构思综合设计性 物理实验的过程 就是思维不断 发散 聚合 发散 聚合 的过程 这就是创造性思维 它是一种 以发散思维为核心 聚合思维为支持因素的发散思维 与聚合思维有机结合的操作方式 学生在此过程中充 分体现其思维的创造性 5开设综合性设计性物理实验形式的多样性 因设计性物理实验所具备的独特的要素特点 这 就要求在实施过程中相应的教学模式也要有所改变 将传统的灌输式变为学生主体探索式 将传统的以教 师为中心变为以学生为中心 教师起着一个知识传播 的引导者和组织者 在组织实施设计性物理实验的具 体形式上可采取灵活多样的形式 只要能体现其综合 性创造性 能培养学生的创新意识与实践能力 提高学 生的综合素质的各种组织形式均可采用 5 1 组织学生在实验室完成综合设计性物理实验 这种组织形式由教师提出要求 布置任务 组织学 生到实验室进行设计性物理实验的设想 论证 探索 完善与提高 采取这种组织形式 教师易于对学生进 行监控引导和及时掌握完成的进度 师生之间易于交 流沟通 信息能及时下传与反馈 能及时处理和解决设 计过程中所碰到的相关问题 5 2 组织学生参加物理实验设计制作大赛 这也是设计性物理实验的组织形式 现今全国及 省级高等院校均举行大学生物理实验设计大赛 从事 物理实验教学的相关工作人员积极与上级组织机构进 行必要的联系 领会大赛的精神和进行的程序 对学生 进行发动宣传明确参赛的时间 要求和内容等 也可以 院 系 班级的名义组织实验设计 仪器制作大比武 将 学生交上来的作业进行考究和评定 选取其中优秀制 作和设计置于专门科技走廊予以展示 供学生们课余 参观和借鉴 5 3 组织学生参加物理实验设计小论文的征文活动 这种组织活动重在训练学生对物理实验设计进行 概括和表述的能力 当然在论文的撰写过程中一定离 不开学生直接参与的物理实验设计 但较为侧重科技 论文的撰写 训练学生对论文的组织 表述能力 这种 能力的提高有助于其正确完整地表达其物理实验的设 计思想和步骤 为日后的从事科研工作的科研论文撰 写能力打下坚实的基础 5 4 教学场地及设备的开放 教学场地及设备的开放性是保证设计性物理实验 良好顺畅进行的先决条件 即物理实验教学要突破以 往的封闭教学模式 要建立开放式的实验教学环境 因综合设计性物理实验的自身特点 学生进行实验的 设想 论证 探索 实施必须借助一定的客观条件才能 完成 所以应保持足够的时段对实验室开放 对仪器设 备开放 开放的实验条件可以为学生综合设计性物理 实验的完成提供帮助 这里所指的开放 不但实验室的 资源是开放的 而且教师的教学手段和辅导方式也是 开放的 在这一教学过程中 学生根据自主学习探索的 需要在开放的时段到开放的实验室去利用相关的资源 进行探索和设计 6 实验评价应突出创造性 因综合设计性物理实验是学生自主完成的 教师 只给出了选题 任务和要求 这样一来 学生对此项任 务的完成各有千秋 各有特点 各有侧重 如何评价学 生所完成的设计性物理实验就成为一个重要问题 因 为设计性物理实验的一个重要特点是创新性 所以教 师在对学生所完成的实验的设计的质量进行评价时应 牢牢把握这一特点 无论学生就实验原理的创新 实验 方法的创新还是实验装置的创新 哪怕就是对某一技 术的改进与完善都体现了设计性物理实验创新性这一 特点 而那种毫无新意 照搬照抄人家的千篇一律的东 西是不符合创新性这一特点要求的 是一种不合格的 设计 同时对设计性物理实验的评价还要重在发现和 肯定学生身上所蕴藏的潜能 所表现出的闪光点 鼓励 学生每一步的想象 创造和实践 激励和维持学生在设 下转第1 0 4 页 万方数据 1 0 4实验室研究与探索 第2 7 卷 主完成实验课的学期项目 教师只提供必要的指导 在自主完成项目的过程中 学生需要将整个学期学习 的内容综合应用 是对学生的编程能力 代码规范 算 法灵活运用和优化 程序调试等多方面的有效考查 这是基于项目学习的重要环节 对于学生应用能力和 解决实际问题能力的提高至关重要 2 4 学习评价 以学生为中心的教学强调对动态的 持续的 不断 呈现的学习过程和学习者的进步进行评价 重视学习 者知识综合运用水平等高层次学习目标的评价 为此 我们在 数字图像处理 的实验课教学中引入了 学习文件夹 这一评价方法 它是近年来英 美 日 等国教育界广泛应用的一种评价方法 受到各国教育 界的普遍重视 每一位学生的学习文件夹中主要包括课堂任务的 成果 教师的评语和重要指导意见记录 参看学习同伴 成果后的学习反思 以及学期项目作品等 学习文件 夹由学生个人在学习过程中进行连续归纳整理 学期 末统一上交 作为教师对学生进行评价的主要依据 学习文件夹在学习评价中的运用 不仅有利于教师对 学生的学习过程和学习结果进行公平 全面的评价 有 助于发现学生的进步和成长 也有效维持并提高了学 生的学习动力 有助于学生进行自我分析和学习总结 使学生真正成为学习的主人 3 总结与展望 通过上述四个环节的系统教学设计对软件工程专 业本科生 数字图像处理 的实验课教学进行了改革 取得了良好的教学效果 对学生进行访谈发现 学生 普遍反映这种实验课教学方法非常适合他们的学习基 础和需求 显著提高了他们的程序编写 算法优化 调 试程序的能力 也提高了编程过程中代码规范性的意 识 此外 从学生上交的学习文件夹和实验课上的表 现来看 学生的学习积极性有了明显提高 学生的一系 列作品也表明学生较好地掌握了课程中基本的算法 并能够综合灵活地应用 达到了本课程的教学目标 文章在分析课程特点和学习者特点的基础上 提 出通过实验环境的建立 学习内容的筛选 教学策略的 运用 以及学习评价等四个环节对 数字图像处理 的 实验课教学进行系统的教学设计 以学生主体 教师主 导 以及应用能力培养作为实验课教学改革的主要指 导思想 运用基于项目学习的教学策略和学习文件夹 的评价方法保证理论知识的学习和实践能力的提高相 结合 实践证明 这一教学改革方案达到r 预期的教 学效果 针对软件工程专业本科生独特的社会需求 今后将从培养团队合作的工程实践能力上进一步探索 教学改革的策略和方法 参考文献 R e f e r e n c e s 1 贾永红 数字图像处理 课程的建设与教学改革 J 高等理科 教育 2 0 0 7 7 1 1 9 6 9 9 2 张坤华 纪震 数字图像处理 可视化教学体系探索 J 电 气电子教学学报 2 0 0 7 2 9 1 1 1 3 1 1 5 3 唐红梅 三霞 李琦 等 数字图像处理课程教学改革与实践 J 河北丁业大学成人教育学院学报 2 0 0 6 2 1 4 8 1 0 4 俎晓芳 郑 孳红 数字图像处理 多媒体教学探索与实践 J 湖 北成人教育学院学报 2 0 0 6 1 2 5 8 2 8 3 5 王勇 数字图像处理 课程教学改单探讨 J 高等理科教育 2 0 0 0 3 2 4 5 3 5 4 6 教高 2 0 0 1 3 号 教育部关于试办示范性软件学院的通知 h t t p w w w m o e g o v e n e d o a s w e b s i t e l 8 i n f 0 1 3 6 7 8 h t m 7 何克抗 郏永柏 谢幼如 教学系统设计 M 北京 北京师范 大学出版社 2 0 0 2 8 T h o m a s J W M e r g e n d o l l e r J R a n dM i e h a e l s o n AP r o j e c t b a s e dl e a r n i n g Ah a n d b o o kf o rm i d d l ea n dh i g hs c h o o lt e a c h e r s M N o v a t o C A T h eB u c kI n s t i t u t ef o rE d u c a t i o n 1 9 9 9 士篓曼絮l 烈 一 M q 参考文献 R e f e r e n c e s 计过程中的积极性 主动性和创新性 要重视通过评 一 价 使学生找到积极的参照点 从而调适自己的学习行 1 曲振囤主编 当代教育学 M 北京 清华大学出版社 2 0 0 6 2 9 0 为 提高设计和动手实践的水平 2 9 6 7 结语 现代的教育理念是我们教育教学实践中的理论指 导 以此理论为指导在大学物理实验教学中须践行一 种突破传统教学模式的新的教学模式 在大学物理实 验中 凸现其综合性与设计性 旨在提高学生的创意识 与实践能力 意在培养学生的创新的素质与能力 引导 学生依照于书本知识但又不拘泥于书本知识 这种综 合性设计性物理实验可以培养学生强烈的创新欲望 创新意识 组织学生的创新行为 鼓励学生去发现问 题 解决问题 在具体实践的情景中探究 在探究中提 高 达到提高学生整体的综合素质的目的 施良方 学习论 M 北京 人民教育m 版社 1 9 9 4 3 8 3 3 8 6 王铁云 改革物理实验教学模式培养学乍创新能力 JJ 实验事研 究与探索 2 0 0 7 2 6 8 6 8 曲金泽 综合性设计性实验教学的实践 J 实验室研究与探索 2 0 0 5 2 4 s 2 6 8 6 9 赵家风主编 大学物理实验 M 北京 科学出版社 1 9 9 9 2 2 0 2 2 2 张诬妮 王较过 优化设计性实验教学培养学生的科学素质 j 物理实验 2 0 0 2 2 2 1 0 2 2 2 4 金恩培 如何开好设计性实验 J 物理实验 2 0 0 0 2 0 7 2 4 2 5 黄羽中 设计性实验与应用结合的尝试 J 物理实验 i 9 9 5 1 9 5 2 8 3 0 曹国飞 关于设计性物理实验的几个问题 J 物理实验 1 9 9 8 1 8 3 3 3 3 4 j 1J 心口 H 随 p 万方数据 基于现代教育理论的综合性设计性大学物理实验基于现代教育理论的综合性设计性大学物理实验 作者 漆建军 肖化 QI Jian jun XIAO Hua 作者单位 华南师范大学 物理与电信工程学院 广东 广州 510006 刊名 实验室研究与探索 英文刊名 RESEARCH AND EXPLORATION IN LABORATORY 年 卷 期 2008 27 9 被引用次数 3次 参考文献 9条 参考文献 9条 1 曲振国 当代教育学 2006 2 施良方 学习论 1994 3 王铁云 改革物理实验教学模式培养学乍创新能力 期刊论文 实验室研究与探索 2007 08 4 曲金泽 综合性设计性实验教学的实践 2005 z2 5 赵家凤 大学物理实验 1999 6 张亚妮 王较过 优化设计性实验教学培养学生的科学素质 期刊论文 物理实验