合作学习在大班大学物理教学中的实践

合作学习在大班大学物理教学中的实践

随着我国高等教育的快速发展，传统的教育形式越来越不能满足高等教育的需求。在今天的基础课程课上，越来越多的教育工作者讨论了改变现有的教育形式，提高了教育质量，培养了创新人才。在这一过程中，有许多创新的教育方法和方法，如《pedermesse艺术节教育法》、《coordina学习法》、《自主学习法》、《问题学习法》、《开放学习法》等。去年，著名期刊《科学》发表了这些教育方法和教育方法的改革和实践，并指出现代高等教育应该与教育活动和科学研究密切相关。我们不仅要为学生提供广泛的科学知识，还要培养学生分析和解决问题的能力。深化对科学研究过程的理解，激发学生的兴趣，并拓展学生的学习观念。教育更应该针对不同的学生，让他们通过课堂实践来培养学生终身学习的概念。本文结合电子科技大学研究性大学背景,基于“源于课堂,高于课堂;注重基础,突出应用”的理念,在大学物理课堂教学中,针对大班低年级学生,以小组为单位,合作探究开放性课题,推行新型的合作学习模式.通过几年来针对大班低年级本科生合作学习的实践,激发了低年级学生对物理学的学习兴趣,提高了学生的创新能力,培养了学生的科学精神,学生渴望知识的主动性和应用知识的创造性明显增强.2010—2013年的几年中,在国内外主要物理教学期刊上,我校本科生以第一作者身份发表与课程相关的教学研究论文累计达18篇,其中还有被SCI收录的教研论文[7,8,9,10,11,12,13,14,15,16].1运用学生小组,促进他们共同学习合作学习(Cooperativelearning)就是在教学中运用学生小组,通过小组内学生的共同活动以最大程度地促进他们自己以及他人的学习.这是组织和促进课堂教学的一种行之有效的方法,旨在增强学生在异质小组中互相合作,达成共同学习的目标.它的具体内容是:(1)提出问题2如何在大学教育中学习的例子下面介绍大学物理教学中合作学习的一个案例.在课堂讲授电学中关于电阻内容时,涉及计算方格电阻网络中任意两点间电阻的问题,我们的做法是:(1)平面正微分方程电阻网络老师临堂提出方格电阻网络问题,同学随堂从有限网络到无限网络、从梯状(ladder)网络到正方(square)网络的不同角度进行了分析和讨论,课上就初步确定所选问题为无限大平面正方电阻网络中任意两点间电阻的计算.平面正方格电阻网络如图1所示,每个格点间的电阻为固定值R,求(0,0)与(m,n)两点间的电阻阻值.(2)管路电阻网络同学们按学习兴趣、专业方向、物理知识背景等特点组成若干3~5人的学生小组,课后对上述问题进行深入分析和评估.通过初步查阅文献,发现上述无限大平面正方电阻网络问题已经解决.它是利用数学中的二维傅里叶变换,以二重积分来表示该网络中任意两点间的电阻,即面对已被解决的课题,同学们并不气馁,通过深入思考和广泛讨论,又提出了各种新的想法和见解.尤其是考虑到近年来对碳纳米管的研究现状,了解到管状材料具有独特的结构和有趣的性质,而管状结构中一个最简单的模型就是管状的正方格网络.同学们充分发挥主观能动性,最后确定了所探究的课题,就是管状正方格电阻网络问题.管状正方格电阻网络如图2所示,每个格点间的电阻为固定值R.管轴沿柱坐标系z轴方向,管半径为r,在过原点且垂直于z轴的平面内沿顺时针方向具有周期性,周期T即为圆周上的电阻个数.(3)无限大平面电阻网络针对边界条件发生的改变,即从平面正方电阻网络的平移不变性变成了管状正方电阻网络的周期不变性,同学们将二维傅里叶变换略做推广,计算出了该网络中任意两点间电阻为可以明显看出,公式(3)可以方便地数值计算出任意大小T时的管状正方网络电阻阻值,并且当T值趋向于无限大时,利用下述变换或者管状正方格电阻网络的公式(3)就变成无限大平面电阻网络的公式(1).(4)教学研究过程同学们向教师和其他小组进行汇报,详细介绍了从选择课题时文献的广泛查阅、深入讨论和反复斟酌,到自主探究过程中数学和物理知识的具体应用以及数值计算等一系列过程.最后结合教师和其他小组的修改和完善建议,最终完成了教学研究论文“论管状电阻网络的阻值”,并成功发表在物理教学的核心杂志《大学物理》上.(5)拓展实践过程,提高合作学习的创新能力以上案例是在低年级学生自身基础知识有限的情况下,通过学生小组合作学习模式,基于大学物理课程内容,进行自主拓展研究取得的成果.但是在实践过程中应注意以下问题:①选择的课题要符合低年级学生知识范围和学习能力,不能为了研究而研究,而是要注意培养学生在学习中的探究意识和在探究中的学习主动性.②课题研究要以学生为主体,让学生通过合作学习的方式培养其创新能力.教师要科学引导和启发,深化同学们对探究过程的理解,增强他们合作学习的能力.3新型教学模式的提出和应用.合作学习是带有科学研究性质的小组学习模式,与传统学习相比有更多探究、讨论、互动的元素,它不仅局限于单纯的概念讨论,而是增加了学生自主选择课题、广泛讨论、查阅文献、数理知识实际应用、模拟仿真、师生互动等众多环节,能真正让同学们从以前为了获得学分而学习,转变到为了科学探究而去学习.通过合作学习过程,学生更加愿意去主动发现问题,自主探究创新.从传授知识,到培养科学精神和创新意识,是对传统教育模式的一大改革,完全符合现今大学生尤其是理工科学生的发展需要.通过合作学习等一系列新型教学模式的改革与实践,低年级本科生能更好地完成从中学到大学的转型,真切感受从学习到研究、从学生到学者的过渡,从而为今后的发展打下坚实的基础.教师在完成基本教学的前提下,基于课程内容和学生能力范围,提出一些启发式、拓展性、开放型的问题,引导学生进行拓展性思考,进而凝炼出具体的具有研究价值的课题.(2)自主评估设计按兴趣、专业、背景等特点,组成3~8人的若干学生小组,小组内基于上述问题展开讨论,合作解答,确定一个感兴趣的课题进行自主评估设计,提交评估报告.(3)计算机仿真模拟教师评阅评估报告后,指导小组成员一起讨论探究,充分发挥学生的主观能动性,从零开始查找文献,确定研究方案;然后进行理论分析、数学推导,自主寻求解决困难的办法,并结合计算机技术进行数值计算、模拟仿真;最后设计实验,对理论和数值结果进行验证和完善.(4)研究发现与简化公式学生小组向教师和其他小组公布合作学习报告,在报告中着重汇报合作研究过程中对该问题的理解和探究过程,并且接受老师和其他小组同学们的质疑甚至指正,最后形成具有一定创新性的观点、方法及结果的待发表的研究论文.在深入分析讨论之后,发现在进行数值计算过程中遇到了问题.一是当T取值较大(比如T取200)时,受到计算机运算能力的限制,出现了数值溢出的情况而不能计算其阻值.二是当T趋于无限大时,管状正方电阻网