1、基于學生自主設計低成本演示裝置的大學物理開放創新教學    1. 引言大學通識教育階段應以培養有堅實的科學素質、出色的研究能力和創新精神的高素質人才為目標1. 物理學是一門集合思想、方法、實驗探索為整體的先導學科,在大學通識教育中具有關鍵性的作用。但長期以來,我國的物理教學模式主要以理論推導教學為主,輔助驗證、操作實驗教學. 導致理論教學與實驗教學分離;學生發現問題、分析問題、解決問題能力的目標與手段分離的窘境。大學物理涵括了從最小的基本粒子到最遙遠宇宙、提供理解和把握世界知識基礎的重要學科,是一個龐大的專業知識和方法的體系,要教給學生所有的物理知識是不

2、現實的,但是可以讓學生掌握和理解其中的部分知識,可以讓學生領略物理知識與現實世界的緊密聯系。21世紀的大學生應成為具備堅實的基礎理論、出色的實驗能力和創新精神的高素質人才. 大學物理集思想、方法、實驗于一體, 在演示實驗中適當地提供一些相關科技領域的新信息發展作為“創新點”,以培養學生發現問題、分析問題、解決問題的能力推動大學物理教學改革。引入學生自主設計低成本、高智慧演示的教學方法,高智慧、低成本的物理實驗,豐富教學手段和教學考核手段尤為必要2。2. 現狀目前大多數學生接受傳統教學模式接受式教學,影響很深,習慣處于一種被動學習的狀態。但同時又厭倦了接受式教學方法,導致學生普遍的厭學情緒。大學

3、階段的物理基礎課范圍跨度廣、理論深度大、專業性強、學術性高,在一定程度上講,課程的難度大,同時不可避免出現抽象、枯燥的狀態。在當前的教學改革中,流行多媒體課件代替板書,多媒體動畫演示代替實驗演示,虛擬儀器實驗代替設備操作,造成學生思辨過程缺位,想像過程的空間、時間受壓縮,不能聯系實際,抽象出問題,分析、解決問題能力普遍下降,使物理的魅力（思想、方法、實驗探索集于一體）無法有力發揮,致使學生對物理課的學習熱情不高,教學效果較差.因此,促進學生轉變學習觀念,發揮學習主動性,是大學物理基礎課教學改革亟需解決的問題。而中外教學方法史上源遠流長的“快樂學習”教學思想,則為大學物理教學改革指明了方向,為學

4、生自主設計低成本演示實驗在大學物理通識教育中作用研究實踐提供了有效的理論基礎。通過激發學生發現問題、分析問題、解決問題的欲望。在教學中,學生以一種愉快的、主動的、富有個性情感的態度積極地參與探索學習,其教學效果遠遠好于傳統的接受式教學模式。因此國內外對集高智慧、高技術和新思想于一體的低成本演示裝置創新設計的實踐青睞有加,由于這類實驗的趣味性和較少受語言障礙影響的特性,在國際交流場合往往很受歡迎3。3.自主設計低成本演示裝置的自我考核和激勵作用大學物理演示教學是指以具有可見度,可呈現性,以定性與半定量方式為主,側重培養學生的創新意識、開發學生的創造潛能和科學實驗能力,其中包括:(一)通過形象生動

5、的演示實驗,消除學生因抽象、枯燥而產生的畏難、厭煩的心理。激發學習興趣。(二)通過形象生動的演示實驗、以期達到理解知識,理論聯系實際,調動感知功能,最提高物理教學效果和效率。(三)物理演示教學過程,學生處于探索、發現的過程。能激發思維,培養學生的創新意識和創造力。雖然多媒體的動畫很能說明問題,但是明了的實驗更具說服力,更能激發學生的探索發現興趣。由于學生的知識面較窄,缺少生活經驗,以致只能被動接受,不能激發想象。而不少具有成本低、高智慧的實驗裝置具備教學功能包括: (1) 創設教學情境,便于引入物理知識,同時激發學生學習的興趣和求知愿望;(2) 提供感性素材,幫助學生建立物理概念和認識規律;

6、(3) 通過觀察和思維設計,不僅能達到鞏固的目的,還能更好地把知識運用到創新中,進一步發展學生的思維能力; (4) 提供典型范例,為學生訓練實驗技能和科學研究能力創造條件; (5) 有利于發揮教師的情感、思維方法和科學作風等,潛移默化地教育學生.讓學生成為學習的主體,提高學生的參與意識,調動主觀能動性,是增強學生實驗研究能力的有力環節。3.1 建立學生關愛周邊事物的激情社會進步,科技發展,與其說是在不斷解決問題的過程中促成的,倒不如說是在不斷發現、提出問題的過程中促進的,因為,如果不能發現、提出問題,也就談不上去解決問題。興趣是學習最好的老師、最好的朋友。因此,只要能夠提高學生對物理學的濃厚興

7、趣,他們就會去關注物理學、去主動學習物理知識,教學效果也就不言而喻。而如何引起、提高和保持學生對物理學的興趣,一直以來都是物理教師最為關心的問題之一。因此,要培養學生的創造能力,就要培養學生發現、提出問題的能力。發現、提出問題,需要擺脫習慣認識的限制,更富創新性。認真觀察周邊事物就會成為學生的自我要求提出新發現,提出創新性問題。學生自主設計低成本演示實驗裝置應具備:學術性 、智慧性、啟發性、簡單性。低成本物理演示設計更側重對生活實際的觀察,并從中抽象出物理問題。可同時在設計過程中激發學生關愛周邊事物的激情,喚起學生學習的主動性和積極性。3.2 讓學生在創新設計活動中培養發散性思維按思維的智力品

8、質分,可分為再現性思維和創新性思維。學生在學習中,再現式思維是主要的學習方式,相比之下,創新性思維的實踐機會則非常有限。如何發展創新性思維,就顯得尤為關鍵。心理學認為,學生的發散性（輻射性）思維方式有利于發展創新能力,當學生通過發散性思維所形成的觀念,經過收斂性（輻合性）思維方式的組合,便可以提出新發現,提出創新性的物理問題。低成本物理演示裝置的設計需要學生發揮發散性思維能力,即使對同一個物理原理的闡釋,皆可產生不同的表現形式和方案4。3.3 建立學生的自尊心當教學過程形成一種壓力,把成績、名次、評獎等榮譽簡單的與分數緊密聯系時,學生就會想方設法獲得高分,而不會去關注學習要求。一旦可以自由選擇

9、,學生們總是趨利避害,把時間和精力花在尋求正確答案的線索上。許多學生由于擔心失敗,害怕提問題,不愿意直面問題。而遇到問題,或者解決問題失敗,等同與缺乏能力,就使得學生把碰到困難歸結于智力缺陷,歸結于學不好。因為學習帶來的僅僅是失望,成績不理想的學生越多,意味著人生失敗的學生也就越多。大學物理教學,低成本物理演示裝置的設計可營造一個成功的氛圍,樹立人人都能成功的信念。反饋給學生的信息中包含學習中成功的地方,同時提出怎樣才能進一步提高的建議。3.4 建立學生的自我評價機制自我評價,是指學生依據一定的標準,對學習進行自我反醒和調節,以提高學習能力的發展。建構主義學說認為,教學過程是學生建構知識的過程

10、,教師只是指導者,對學生的變化只是起影響作用,而最終起決定作用的應是學生自身。在發展性評價體系中,學生自我評價是不可忽視的一部分,通過自我評價,學生可以及時了解學習狀態,及時調整,增強自信,形成自我約束的學習習慣5。低成本物理演示裝置設計本身是一個過程性很強的研究實踐活動,在評價時采用傳統的筆試測驗是不行的,而表現性評價卻是一種很好的評價方式。表現性評價是通過讓學生完成某一特定的任務,來評價學生學習狀態的一種方式。與傳統評價方式的區別在于,它不僅要評測學生完成任務時的表現,還要對學生在學習過程中的行為進行評價。表現性評價不但能評價學生的知識層次,還能評價學生應用水平,并且可以在實驗活動中評價學

11、生的創新精神、實踐能力、合作與交流能力、學習態度和習慣。使學生參與對自己的評價,不但改變了學生作為學習者的角色,而且改變了師生關系的性質,使得學生對學習肩負起更多的責任。3.5 重視不成功的創新方案設計過程任何創新性設計,都不可能完美無缺,以往的設計實驗,教師只顧追求設計的完美而忘記了設計的初衷,既然我們把低成本實驗裝置設計作為鍛煉學生的方法,就應該讓他們體會真實的設計研究過程,從不成功的設計中他們學到的會更多. 善于從不成功的創新設計過程中發現“閃光點”,要比一做就成功的實驗設計更讓學生分享創新性設計的過程, 易于突出物理教學過程的本質,富于創新性,更能激發學生的參與熱情,開闊學生的視野,從

12、而從發現問題、提出問題,再到分析問題,直至發展學生解決問題的能力,體會科學研究過程中產生的樂趣6,7。4. 學校在演示教學和學生自主設計中的成果浙江工業大學的國家級基礎物理實驗教學示范中心,專門設置了學生自選開放創新實驗室,建立了自選開放實驗教育平臺和探索性物理實驗平臺。演示實驗儀器涵蓋物理學領域中的力學、光學、電磁學、熱力學、振動與波、等教學內容,將一些抽象的定理、定律研制成直觀的演示儀器進行形象化教學。自選開放實驗教育平臺。以全面開放、自主選擇、自主實驗的教學思想來構建自選開放實驗,并使實驗教學內容系統化。采取充分利用舊設備和購置新設備相結合的方式,建設自選開放實驗室,為學生提供各個層次的

13、設計性實驗和制作性實驗60個,使之成為培養學生創新能力的教育基地。探索性物理實驗平臺,全面開放,并集演示和實驗探索于一體來建設探索物理實驗基地,使之成為理論課堂教學向實驗探索延伸（突破傳統課堂演示模式,讓學生走進探索實驗室并親自動手設計演示實驗）,實驗教學向理論探索邁進的橋梁,以改變目前理論與實驗教學相脫節的現狀,已開設探索性物理實驗項目58個。參考文獻:1 李自華.大學物理中的人文素質教育J.長春師范學院學報,2009,28(1):105107.2 宋賢征,竹有章.國內大學物理演示實驗教學現狀調查J.廣西物理.2009,30(1):55-57.3Alexander P. Mazzolini

14、, Peter J. Cadusch. A simple low-cost demonstration of wavelength division multiplexing . American Journal of Physics. 2006 , 74(5): 419-422.4 李國峰,李劍生,陳 華.大學物理實驗教學中培養學生創新能力的探索與研究J.高校實驗室工作 研究.2009,99(1):14-15.5 馬紅.論發展性評價在大學物理實驗課中的實踐與應用J. 西安郵電學院學 報.2009,14(3):147-150.6代 偉,陳太紅.如何做好大學物理演示實驗教學J.物理與工程.2008,18(4):29-32.7 張欣艷,王暢,趙達. 大學物理設計性實驗教學體系的構建J.高師理科學刊.2009,29(5):102-104.作者簡介:唐軼峻 (1970),男,浙江工業大學副教授、博士,主要