基于创新创业教育理念的大学物理实验课程改革探索与实践

所属栏目:物理教育论文 发布日期:2021-05-08 14:21:30 论文作者:佚名
[摘要]2019年3月,教育部提出将专业知识传授与创新创业能力训练有机融合,打造专创示范课。大学物理实验是学生进入高校后接受的第一门实践类课程,课程对提升学生的实践能力、培

[摘要]2019年3月,教育部提出将专业知识传授与创新创业能力训练有机融合,打造专创示范课。大学物理实验是学生进入高校后接受的第一门实践类课程,课程对提升学生的实践能力、培养学生的创新意识和创新能力有潜移默化的作用。课题组通过对大学物理实验现状进行调研分析,指出现有教学模式的弊端,探索并实践了通过改变教学模式、提高教师创新能力、搭建创新平台等举措,深化创新创业教育理念在大学物理实验教学中的地位,提升教学质量,提高学生的创新技能。

[关键词]创新创业;教育理念;大学物理实验;课程改革

习近平总书记在党的十九大报告中强调,“人才是创新的根基”“创新驱动实质上是人才驱动”,大学生是创新人才的核心部分,是科技创新的中坚力量,大学生创新能力培养已被纳入国家创新发展战略的重要环节。2019年3月,教育部发布的《关于做好深化创新创业教育改革示范高校2019年度建设工作的通知》提出,要挖掘和充实各类专业课程的创新创业教育资源,将专业知识传授与创新创业能力训练有机融合,打造一批专创示范课。为了落实文件精神,促进创新创业教育理念在大学物理实验课程教学中落地生根,课题组探索并实践与创新创业教育理念相融合的大学物理实验课程教学模式和课程体系改革,以期对学生创新精神培养、创新意识和创新能力提高起到潜移默化的影响。

一、大学物理实验教学现状分析

笔者通过与不同院校实验教师交谈和文献检索分析两种方式获知,目前大学物理实验的教学现状不容乐观。现阶段各高校大学物理实验教学多采用三段式教学模式。

第一阶段,课前预习。要求学生书写预习报告并在实验开始前交教师检查。预习报告抄书现象比较明显,多数学生是教材的“搬运工”,预习效果欠佳。

第二阶段,实验操作。学生进入实验室进行实验操作训练并测量数据。动手操作前,实验指导教师一般会边演示操作边讲解实验要点,之后学生自己动手完成操作及数据测量。学生模仿教师操作,没有深入思考相应的实验思想和实验技术应用。

第三阶段,数据处理。学生在实验室完成数据测量、经教师签字确认无误后,离开实验室,在规定时间内完成数据处理并按时上交报告,这样的报告雷同现象比较突出。

整个实验流程学生对教师有严重的依赖心理,处于被动学习状态,学生为完成任务而做实验,缺少学习的主动性,更谈不上创新。很显然,在突出应用能力和创新能力发展的时代,此种教学模式不利于学生实践能力的提高以及创新意识和创新精神的培养。基于此,项目组对物理实验教学进行了改革探索,将创新创业融入实验教学全过程。

二、基于创新创业教育理念的大学物理实验课程改革探索与实践

(一)改进教学模式,实现实验过程与创新意识相结合

上述“填鸭式”“保姆式”的灌输教学模式造成学生在学习过程中不会主动思考,为此,项目组在物理实验教学中引入“问题一探究式”教学模式,将“问题”贯穿整个实验过程,并尝试“线上+线下”相结合的教学模式,教学过程图如下图1所示。

1.预习阶段:印制实验指导手册,不再要求学生书写预习报告。指导手册的预习部分主要让学生完成两个内容,即实验原理和实验步骤。实验原理以思考题的形式呈现,主要围绕实验原理展开,激发学生深层次思考,同时让学生带着问题来做实验。实验步骤以“表格一问题”的形式呈现,学生根据已经设计好的表格仔细阅读实验步骤,弄清楚该实验项目用什么仪器、测量什么物理量、测量几次,真正达到预习的目的。而实验目的和实验仪器已经在指导书中列出,不需要学生再书写。

所有实验项目的资源已经建好并上传至“大学物理实验”网站,学生可以在预习时实现“线上”預习查看,资源库包括实验仪器图、实验操作视频、简明的实验步骤以及实验问题集锦等。借助现代教育技术,课题组已经将部分实验视频和仪器简介制作成微视频并尝试转化成二维码附在实验指导手册上,方便学生预习时查看。

2.操作阶段:教师在指导学生实验时不再做实验演示,只讲解关于仪器和人身安全的注意事项。实验之初,教师设置问题,并对学生随机提问,问题的设置起到启发学生思考的作用。教师根据学生的回答掌握当次实验学生的预习情况,这样可以有针对性地进行实验辅导。学生在实验操作过程中对有疑问的知识点可以通过再次回看“线上”实验视频自己解决,针对比较集中的疑难点,教师可以采用集中讲解的方式答疑。

实验操作阶段教师引导学生基于问题,自主探究实验内容,启发学生思维,让学生在探究中解决问题并探究解决新的疑问,将学生在实验中的新疑问记录在册,建立实时动态化的问题库。以“液体表面张力系数的测定”实验为例,目前建立的问题库如图2所示。

3.数据处理阶段:本阶段的主要任务是训练学生规范完成报告的能力、基础的实验数据处理能力以及实验技术的应用能力。教师在实验结束之前可预留一段时间,提示学生在数据处理过程中容易出现问题的地方,要求学生积极完成相应的内容。如果课后有不会处理的数据可以通过QQ群、微信群等方式在线咨询。

为了让学生对实验项目、实验仪器及实验技术应用有进一步的思考,教师在实验结束后布置的思考题要有延展性且要定期更新,教师要引导学生思考尤其是进行创新应用方面的思考。比如“良导体导热系数的测量”实验,该实验利用加热水循环的方式给铜管传递热量实现测量铜管线膨胀的目的,其中一个星期布置的课后思考题是“请列出水的一个物理特性并说明其在实验或生产中的应用”。

(二)建设结构合理的高素质教师团队,实现师生共长

长期以来教师对创新创业教育理念有误解,以为创新创业教育就是创新创业活动,是学工部门的任务,与教学任务无关。要改变这种理念就要对教师做好创新创业教育理念的培训。必须明确创新创业教育理念是一种新的教学模式,在这种教学模式中,教师与学生的关系发生了本质改变。教师从传统的知识传授者转变为学生学习的引导者和协助者,与学生之间形成一种新型的相互学习的伙伴关系。

除了对教师角色提出新的定位外,其对教师技能也提出了全新的要求。在传统教学模式下,教师只要会“教”似乎就可以顺利通关,但在新的教学理念下,教师除了要会“教”,还要会“帮”。教师要帮助学生解决在实验过程中的疑难问题,帮助学生扫除创新路上的障碍,比如实验仪器创新、实验思想创新等,这就要求教师备足功课,既要有扎实的知识功底,还要有全能的技术。如何做到这些要求?可以从以下几点入手。

1.观摩学习。通过观摩往届互联网+大学生创新创业、大学生创新创业专项等国家、省级层面的竞赛视频、获奖项目清单等,引导教师正确认识创新创业活动,寻找与教学密切相关的切入点,储备相关知识背景。

2.参加岗位轮换和在职培训。深入创新创业学院、创新创业基地、兄弟院校的实践基地进行学习交流,积极参加校级、市级等创新创业短期培训,提高个人综合素质和创新精神。

3.鼓励教有余力的实验教师参与、指导各级各类赛事,形成教学能力强、具有创新精神和创新能力的高水平师资团队。

(三)研发新型教学实验仪器,构建创新实验教育平台

传统实验教学模式造成学生在完成實验之后基本不再踏入实验室,更不用说在基础实验室进行创新研究了。为了扭转这个现象,可以从以下两方面着手改进。

1.研发新型教学仪器,提高学生的参与度。由于实验教师长期从事某一个实验教学工作,对仪器和操作内容比较熟悉,容易形成固定思维,这非常不利于实验创新。为此,实验指导教师在指导实验时要擅用学生思路开阔的优势,鼓励学生多思考、多提问,在问题的基础上提出相应的优化方案。也可以定期召集部分学生进行座谈,基于实验中发现的新问题、新现象,讨论仪器可改进或可设计的新方案,邀请学生深度参与仪器研发的全过程,并将改造或设计方案以文章、专利等形式呈现,用于教学、科研或充实到实验教学中。

2.搭建创新实验平台,提高学生的参与度。通过与校教务处、创新创业学院等部门的专家不定期交流、访谈,进行多元化创新实验教育。鼓励学生根据自己的兴趣、特长选择不同的实验创新项目,以应用为导向,从“学徒”做起,历经方案设计、仪器设计改进等流程,完成项目或仪器制作。比如结合我校汽车专业特色,学生提出通过改变折射率改进汽车前车窗的入射光,并申请一项发明专利,现已进入实质审查阶段。

三、取得的教学成效

据不完全统计,2019年1—6月由项目组成员参与或指导的成果如下图3所示。

对实验指导教师来说,单纯的实验教学的时代一去不复返,将仪器改造、实验竞赛、创新创业融入实验教学过程,不仅能使其教学视野更加开阔,而且通过前期的成果积累,对项目申报、职称评审、论文发表等都有一定的帮助。

对学生来说,教学改革的“红利”主要体现在成绩上。我校每年参与大学物理实验学习的学生约为2300人,往年的成绩分数在75—80分之间的人数居多,但是这个学期的学生分数则以80—89分之间的人数居多。

除此之外,学生在实验操作技能、知识应用等能力的培养上也有显著提高。课题组对选修“液体表面张力系数的测定”的学生做过两次深度访谈,学生普遍反映“问题—探究式”教学模式更有利于他们开拓思考空间,加深他们对实验项目的理解,这也提高了他们对实验的兴趣,让他们愿意在实验的基础上提出自己的想法,实现了从“模仿”到“拓展”的进步。

四、不足及改进

1.考评机制。虽然项目组对教学模式和授课内容进行了改进,但是与之相适应的实验成绩评价体系还未纳入改革范畴。今后还要探索将学生参与课题研究、项目实验等活动认定为课堂学习的有效延展,建立将学生创新实验、发表论文、申请专利等情况折算为实验成绩的评价体系,摒弃唯分数论的评价体系。

2.物理实验采用开放式教学,每次做实验的学生物理基础不尽相同,教师对学生提出问题的难易程度不容易掌控。一般来说,问题的提出掌握来源于个人教学经验、学生入学分数、院系专业等。显然这种掌握方式不尽完美,有待提出新的解决方案。

3.不能全面掌握学生在各类竞赛中的表现及能力,应与教务处、双创学院等部门负责单位联动,共建实验创新教育平台,协同育人,掌握学生在大学生双创竞赛、互联网+创新创业、物理实验创新竞赛等各方面的能力水平和表现。

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