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一、電磁學(xué)教材的整體結(jié)構(gòu)
電磁運動是物質(zhì)的一種基本運動形式.電磁學(xué)的研究范圍是電磁現(xiàn)象的規(guī)律及其應(yīng)用.其具體內(nèi)容包括靜電現(xiàn)象、電流現(xiàn)象、磁現(xiàn)象,電磁輻射和電磁場等.為了便于研究,把電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象分開處理,實際上,這兩種現(xiàn)象總是緊密聯(lián)系而不可分割的.透徹分析電磁學(xué)的基本概念、原理和規(guī)律以及它們的相互聯(lián)系,才能使孤立的、分散的教學(xué)變成系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化的教學(xué).對此,應(yīng)從以下三個方面來認真分析教材.
1.電磁學(xué)的兩種研究方式
整個電磁學(xué)的研究可分為以“場”和“路”兩個途徑進行,這兩種方式均在高中教材里體現(xiàn)出來.只有明確它們各自的特征及相互聯(lián)系,才能有計劃、有目的地提高學(xué)生的思維品質(zhì),培養(yǎng)學(xué)生的思維能力.
場的方法是研究電磁學(xué)的一般方法.場是物質(zhì),是物質(zhì)的相互作用的特殊方式.中學(xué)物理的電磁學(xué)部分完全可用場的概念統(tǒng)帥起來,靜電嘗恒定電嘗恒定磁嘗靜磁嘗似穩(wěn)電磁嘗迅變電磁場等,組成一個關(guān)于場的系統(tǒng),該系統(tǒng)包括中學(xué)物理電學(xué)部分的各章內(nèi)容.
“路”是“場”的一種特殊情況.中學(xué)教材以“路”為線的大骨架可理順為:靜電路、直流電路、磁路、交流電路、振蕩電路等.
“場”和“路”之間存在著內(nèi)在的聯(lián)系.麥克斯韋方程是電磁場的普遍規(guī)律,是以“場”為基礎(chǔ)的.“場”是電磁運動的實質(zhì),因此可以說“場”是實質(zhì),“路”是方法.
2.物理知識規(guī)律物
理知識的規(guī)律體現(xiàn)為一系列物理基本概念、定律和原理的規(guī)律,以及它們的相互聯(lián)系.
物理定律是在對物理現(xiàn)象做了反復(fù)觀察和多次實驗,掌握了充分可靠的事實之后,進行分析和比較找出它們相互之間存在著的關(guān)系,并把這些關(guān)系用定律的形式表達出來.物理定律的形成,也是在物理概念的基礎(chǔ)上進行的.但是,物理定律并不是絕對準確的,在實驗基礎(chǔ)上建立起來的物理定律總是具有近似性和局限性,因此其適用范圍有一定的局限性.
第二冊第一章“電潮重要的物理規(guī)律是庫侖定律.庫侖定律的實驗是在空氣中做的,其結(jié)果跟在真空中相差很?。溥m用范圍只適用于點電荷,即帶電體的幾何線度比它們之間的距離小到可以忽略不計的情況.
“恒定電流”一章中重要的物理規(guī)律有歐姆定律、電阻定律和焦耳定律.歐姆定律是在金屬導(dǎo)電的基礎(chǔ)上總結(jié)出來的,對金屬導(dǎo)電、電解液導(dǎo)電適用,但對氣體導(dǎo)電是不適用的.歐姆定律的運用有對應(yīng)關(guān)系.電阻是電路的物理性質(zhì),適用于溫度不變時的金屬導(dǎo)體.
“磁場”這一章闡明了磁與電現(xiàn)象的統(tǒng)一性,用研究電場的方法進行類比,可以較好地解決磁場和磁感應(yīng)強度的概念.
“電磁感應(yīng)”這一章,重要的物理規(guī)律是法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律.在這部分知識中,能的轉(zhuǎn)化和守恒定律是將各知識點串起來的主線.本章以電流、磁場為基礎(chǔ),它揭示了電與磁相互聯(lián)系和轉(zhuǎn)化的重要方面,是進一步研究交流電、電磁振蕩和電磁波的基礎(chǔ).電磁感應(yīng)的重點和核心是感應(yīng)電動勢.運用楞次定律不僅可判斷感應(yīng)電流的方向,更重要的是它揭示了能量是守恒的.
“電磁振蕩和電磁波”一章是在電場和磁場的基礎(chǔ)上結(jié)合電磁感應(yīng)的理論和實踐,進一步提出電磁振蕩形成統(tǒng)一的電磁場,對場的認識又上升了一步.麥克斯韋的電磁場理論總結(jié)了電磁場的規(guī)律,同時也把波動理論從機械波推進到電磁波而對物質(zhì)的波動性的認識提高了一步.
3.通過電磁場在各方面表現(xiàn)的物質(zhì)屬性,使學(xué)生建立“世界是物質(zhì)的”的觀點
電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象總是緊密聯(lián)系而不可分割的.大量實驗證明在電荷的周圍存在電場,每個帶電粒子都被電場包圍著.電場的基本特性就是對位于場中的其它電荷有力的作用.運動電荷的周圍除了電場外還存在著另一種唱—磁場.磁體的周圍也存在著磁場.磁場也是一種客觀存在的物質(zhì).磁場的基本特性就是對處于其中的電流有磁場力的作用.現(xiàn)在,科學(xué)實驗和廣泛的生產(chǎn)實踐完全肯定了場的觀點,并證明電磁場可以脫離電荷和電流而獨立存在,電磁場是物質(zhì)的一種形態(tài).
運動的電荷(電流)產(chǎn)生磁場,磁場對其它運動的電荷(電流)有磁場力的作用.所有磁現(xiàn)象都可以歸結(jié)為運動電荷(電流)之間是通過磁場而發(fā)生作用的.麥克斯韋用場的觀點分析了電磁現(xiàn)象,得出結(jié)論:任何變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生電場,任何變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場.按照這個理論,變化的電場和變化的磁場總是相互聯(lián)系的,形成一個不可分割的統(tǒng)一場,這就是電磁場.電磁場由近及遠的傳播就形成電磁波.
從場的觀點來闡述路.電荷的定向運動形成電流.產(chǎn)生電流的條件有兩個:一是存在可自由移動的電荷;二是存在電場.導(dǎo)體中電流的方向總是沿著電場的方向,從高電勢處指向低電勢處.導(dǎo)體中的電流是帶電粒子在電場中運動的特例,即導(dǎo)體中形成電流時,它的本身要形成電場又要提供自由電荷.當(dāng)導(dǎo)體中電勢差不存在時,電流也隨之而終止.
二、以“學(xué)科體系的系統(tǒng)性”貫穿始終,使知識學(xué)習(xí)與智能訓(xùn)練融合于一體
1.場的客觀存在及其物質(zhì)性是電學(xué)教學(xué)中一個極為重要的問題.第一章“電潮是學(xué)好電磁學(xué)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵.電場強度、電勢、磁嘗磁感應(yīng)強度是反映電、磁場是物質(zhì)的實質(zhì)性概念.電場線,磁感線是形象地描述場分布的一種手段.要進行比較,找出兩種力線的共性和區(qū)別以加強對場的理解.
2.電磁場的重要特性是對在其中的電荷、運動的電荷、電流有力的作用.在教學(xué)中要使學(xué)生認識場和受場作用這兩類問題的聯(lián)系與區(qū)別,比如,場不是力,電勢不是能等.場中不同位置場的強弱不同,可用受場力者受場力的大?。ǚ较颍└涮卣魑锢砹康谋戎祦砻枋鰣龅膹娙醭潭龋陔妶鲋杏秒妶隽ψ龉?,說明場具有能量.通常說“電荷的電勢能”是指電荷與電場共同具有的電勢能,離開了電場就談不上電荷的電勢能了.
3.認真做好演示實驗和學(xué)生實驗,使“潮抽象的概念形象化,通過演示實驗是非常重要的措施.把各種實驗做好,不僅使學(xué)生易于接受知識和掌握知識,也是基本技能的培養(yǎng)和訓(xùn)練.安排學(xué)生自己動手做實驗,加強對實驗現(xiàn)象的分析,引導(dǎo)學(xué)生從實驗觀察和現(xiàn)象分析中來發(fā)展思維能力.從物理學(xué)的特點與對中學(xué)物理教學(xué)提出的要求來看,應(yīng)著力培養(yǎng)學(xué)生的獨立實驗?zāi)芰妥詫W(xué)能力,使知識的傳授和能力的培養(yǎng)統(tǒng)一在使學(xué)生真正掌握科學(xué)知識體系上.
第二學(xué)期,我增加了難度,學(xué)生幻燈片的內(nèi)容只能顯示他要講解的詩歌,然后按照自己的理解,用自己的語言來為大家解讀這首詩,按照題目—作者—背景—詩歌大意—情感—表現(xiàn)手法的順序來為大家解讀。增加了對學(xué)生自我表達能力、語言組織能力等的訓(xùn)練。在學(xué)生解讀完之后,教師再適當(dāng)點撥、提醒,或者提出幾個問題讓學(xué)生來思考、回答。
通過這樣的每課一首詩,學(xué)生見識了許多古典詩詞,并且也在古典詩詞的解讀過程中,慢慢了解了詩歌的許多特征,比如,理解詩歌大意時要注意語序的調(diào)整,詩歌中運用了多種多樣的表現(xiàn)手法,如借代、比喻、用典、借景抒情等等,中國古典詩歌中常見意象的含義等等,長期的耳濡目染之后,在高三的詩歌專題復(fù)習(xí)中學(xué)生或許就不會對古典詩詞的鑒賞感到陌生了。
增加積累,厚積才能薄發(fā)
除了廣泛地涉獵,增加了解之外,應(yīng)該讓學(xué)生有適當(dāng)?shù)姆e累,這要通過背誦。除了課本上要求背誦的詩詞,課外的一些學(xué)生喜歡的、覺得好的詩詞,也應(yīng)該背下來,或者單純背名句,意思不了解也沒關(guān)系,先背,古語云“書讀百遍,其義自見”,且詩歌本來就是情感性的東西,靠的更多的是心靈的意會,特別講究“只可意會,不可言傳”。當(dāng)然,積累得多了,接觸多了,學(xué)生就會經(jīng)常運用到古典詩詞,并不自覺地運用到作文中去。
詩詞歌曲,交相輝映
可通過研究性學(xué)習(xí)或者選修課等活動讓學(xué)生自行探討中國古典詩詞在現(xiàn)代流行歌曲中的運用。在現(xiàn)代流行歌曲特別是中國風(fēng)的歌曲中經(jīng)常會出現(xiàn)許多古典詩詞,比如,周傳雄的《寂寞沙洲冷》一句,運用了蘇軾的《卜算子•缺月掛疏桐》,比如,王菲演唱的《明月幾時有》出自蘇軾的《水調(diào)歌頭•明月幾時有》,許嵩的《如果當(dāng)時》“與你若只如初見,何須感傷離別”化用了納蘭容若的“人生若只如初見,何事秋風(fēng)悲畫扇”。
學(xué)以致用,厚積才能薄發(fā)
現(xiàn)在,很多高考優(yōu)秀作文中常有古典詩詞的影子,可引導(dǎo)學(xué)生有意識地運用一點,當(dāng)然,前提是對詩歌本意的透徹了解,運用得恰到好處,而不是亂用、濫用。
1.1知識結(jié)構(gòu)分散,實踐教學(xué)單一
自教學(xué)設(shè)計這一學(xué)科產(chǎn)生以來,教學(xué)設(shè)計領(lǐng)域已經(jīng)有許多教學(xué)設(shè)計模式,諸如“肯普模型”“史密斯—雷根模型”“AirForceModel“”迪克—凱瑞模式”等。傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計模式并不適合于學(xué)生完成復(fù)雜學(xué)習(xí)任務(wù)的教學(xué)設(shè)計,傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計一般是把復(fù)雜的任務(wù)分解為簡單的成分,傳統(tǒng)的教學(xué)模式注重概念,原則,理論的解釋理解,依據(jù)課本對知識分散講解,關(guān)聯(lián)性差,從而導(dǎo)致實踐教學(xué)難成一體。電子技術(shù)實踐課對學(xué)生的動手能力要求較高,學(xué)生必須具備將理論知識轉(zhuǎn)化為實踐的能力,融理論知識于實際產(chǎn)品生產(chǎn)中,能夠運用所學(xué)知識搭建電路,完成相應(yīng)的控制要求。而傳統(tǒng)的實踐教學(xué)只是對理論知識的一個驗證過程,實驗簡單,獨立,與實際生產(chǎn)生活脫離,這早已不能滿足時代對大學(xué)生能力的要求。
1.2學(xué)生學(xué)習(xí)狀況與學(xué)習(xí)效果
基于傳統(tǒng)教學(xué)的模式,再加計算機專業(yè)學(xué)生專業(yè)設(shè)置各方面的客觀原因,學(xué)生的硬件知識薄弱,學(xué)生讀寫電路結(jié)構(gòu)能力差,接收能力較差,動手能力更差,在以前的教學(xué)過程中為讓學(xué)生讀懂一個簡單的電路通常要花費教學(xué)大綱規(guī)定的雙倍或更多學(xué)時才能完成,教、學(xué)都比較困難,從而導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高,甚至每屆都存在有少部分學(xué)生會放棄對該課程的學(xué)習(xí)。另外,由于時代問題,大學(xué)生學(xué)習(xí)目的性非常強,計算機專業(yè)學(xué)生一向認為電子技術(shù)課程與自己的專業(yè)沒有關(guān)聯(lián),這也是學(xué)生不愿學(xué)習(xí)該課程很重要的原因之一。所以該課程的學(xué)習(xí)基本只是完成學(xué)時應(yīng)付考試,實際效果不大。
24C/ID四要素教學(xué)設(shè)計模型
20世紀30年代到50年代,貝培朗菲提出了整體論,按整體論的觀點,學(xué)習(xí)任務(wù)應(yīng)該被視為一個整體性任務(wù),其根本思想是在充分考慮各要素相互關(guān)系的基礎(chǔ)上來考慮和應(yīng)付其復(fù)雜性。荷蘭開放大學(xué)著名教學(xué)設(shè)計理論家麥里恩博爾(JeroenJ.G.vanMerrienboer)在此基礎(chǔ)上綜合各種教學(xué)理論提出了面向復(fù)雜學(xué)習(xí)的4C/ID整體任務(wù)設(shè)計模式,即四要素教學(xué)設(shè)計模式。該模式面向復(fù)雜學(xué)習(xí),是以提高和改進學(xué)生在專業(yè)領(lǐng)域的業(yè)績表現(xiàn)為宗旨,注重的是如何應(yīng)用這些知識解決實際生活中所遇到問題的能力,這是4C/ID的根本特征。4C/ID模型以“學(xué)習(xí)任務(wù)”作為核心支柱,以“支持性信息”、“即時性信息”、“分任務(wù)練習(xí)”為輔助要素,旨在幫助學(xué)習(xí)者學(xué)會解決復(fù)雜問題、發(fā)展推理機能,并最終開展自我導(dǎo)向的學(xué)習(xí)。它強調(diào)給學(xué)生提供一套具體的、真實的、面向?qū)嶋H工作實踐的整體學(xué)習(xí)任務(wù),始終將學(xué)習(xí)任務(wù)作為一個復(fù)雜的整體來對待,它有利于知識、態(tài)度和技能的綜合運用,有利于訓(xùn)練學(xué)生把所學(xué)知識遷移到實際工作和日常生活中的能力。目前國外對于4C/ID模型研究現(xiàn)狀是基于實踐,主要倡導(dǎo)利用技術(shù)的支持來實現(xiàn)技能培訓(xùn)、案例學(xué)習(xí)等。這里將技術(shù)作為教學(xué)設(shè)計的重要因素,現(xiàn)代教育教學(xué)設(shè)計的又一個發(fā)展趨勢就是借助技術(shù)的力量實施各種問題解決學(xué)習(xí)策略。4C/ID模型是教學(xué)設(shè)計的新發(fā)展,是一種面向復(fù)雜學(xué)習(xí)的整體性的教學(xué)設(shè)計,它試圖實現(xiàn)學(xué)習(xí)者在真實的情境中“做”真實的學(xué)習(xí)任務(wù),在應(yīng)用情境中能以一種協(xié)調(diào)和綜合的方式運用所有技能,以便提高他們在復(fù)雜認知技能操作上的綜合能力。因此,在運用該模型時,我們應(yīng)該考慮到學(xué)習(xí)者的認知負荷和指導(dǎo)者知識的權(quán)威性與廣博性,這樣才能真正將該模型所體現(xiàn)的思想落到實處,更好、更有效、更全面地指導(dǎo)實踐。
3基于4C/ID模型的實踐教學(xué)設(shè)計
依據(jù)這個模式建立的實踐教學(xué)貫穿于一種實際的電子產(chǎn)品生產(chǎn)與制作的全過程,將企業(yè)文化貫穿于高校教學(xué)中,進行實訓(xùn)與理論一體化教學(xué)。生產(chǎn)設(shè)計過程分任務(wù)進行,每次任務(wù)涉及到的理論知識學(xué)習(xí)之后進行實踐設(shè)計,分任務(wù)分步驟有序進行,同時實踐教學(xué)又基于虛擬環(huán)境,利用仿真軟件完成電路設(shè)計。
3.1任務(wù)和技能分解
大學(xué)教學(xué)過程的特點是理論知識學(xué)習(xí)循序漸進的過程,所以利用4C/ID模型有別于企業(yè)生產(chǎn)和短程培訓(xùn),對于4C/ID模型在教學(xué)中的應(yīng)用,不能死搬硬套,要靈活使用,與傳統(tǒng)教學(xué)模式相輔相成,取長補短,不能完全摒棄傳統(tǒng)教學(xué)模式。課程教學(xué)起始給學(xué)生下發(fā)一個完整的產(chǎn)品設(shè)計樣例,并附帶了詳細的工程師設(shè)計步驟與過程。和學(xué)生一起分析樣例,引導(dǎo)學(xué)生進行角色轉(zhuǎn)變,從工程設(shè)計的角度分解設(shè)計任務(wù)和所需技能,對任務(wù)進行分類,排序,通過這個環(huán)節(jié)目的是要學(xué)生了解學(xué)習(xí)該課程應(yīng)該做些什么,做到什么程度。有了案例分析鋪墊以后,給學(xué)生一個相似的完整任務(wù),例如,給學(xué)生提出要求完成的一個整體任務(wù)即實踐課程任務(wù)是“汽車尾燈控制電路”的產(chǎn)品設(shè)計,參照下發(fā)給學(xué)生的設(shè)計樣例對設(shè)計過程進行詳細分解。該任務(wù)包括開關(guān)控制電路,顯示、驅(qū)動電路,譯碼電路,計數(shù)器,最后任務(wù)整合組成尾燈控制。
3.2構(gòu)成子技能涉及相關(guān)知識分析
分解任務(wù)和子技能后,需要將理論知識和任務(wù)掛靠,確定完成任務(wù)所需的認知策略,描述每個非重復(fù)性子技能的心智模式。教學(xué)采取讓學(xué)生讀懂課本目錄的方式,查找子技能所需知識對照內(nèi)容所在目錄,記錄目錄所在章節(jié)需掌握的理論知識,包括概念、原則、電路原理及需達到程度。在這一過程中并不局限于是采取再用性構(gòu)成技能分析方法還是采用非再用性構(gòu)成技能分析方法,只要最終促進學(xué)生建立認知圖式,實現(xiàn)認知圖式達到自動化,能夠明白學(xué)習(xí)完每章節(jié)自己必須具備的技能,或者說完成每一任務(wù)需要的知識點所在即可。從而建立了一個描述解決問題的模型。上述案例中控制電路分解后要給學(xué)生分析講解每部分對應(yīng)的知識點所在章節(jié),也就是分析對應(yīng)章節(jié)知識點學(xué)習(xí)后要完成的任務(wù)。要完成電路設(shè)計首先要具備邏輯門電路及集成芯片的工作原理認知,這部分內(nèi)容在教材第一章到第三章系統(tǒng)學(xué)習(xí)(選用教材是閻石主編《數(shù)字電子技術(shù)》),其它子任務(wù)在教材中對應(yīng)著單獨章節(jié)講解,例如,譯碼電路設(shè)計直接對應(yīng)著獨立章節(jié),講解譯碼器74ls138集成芯片的工作原理及應(yīng)用。
3.3任務(wù)合成及完整作品呈現(xiàn)
經(jīng)過任務(wù)分解以及部分任務(wù)的完成后,理論知識循序漸進地融進實踐中,而所有前序設(shè)計數(shù)據(jù)和電路或程序都在虛擬環(huán)境保存,接下來就可以依據(jù)案例要求將所有任務(wù)合成,實現(xiàn)完整作品呈現(xiàn)。這個過程使學(xué)生將知識、技能和態(tài)度綜合一體,理論知識精致化、整體化,厚書讀薄,將知識轉(zhuǎn)換為技能的一個提升。個人認為要在現(xiàn)時代立足,一個應(yīng)用性大學(xué)必須能夠培養(yǎng)出時代需要的人才,現(xiàn)時代不再像十年前只要是一個有理論知識的人就有足夠時間讓他經(jīng)過社會的洗禮成熟,而是踏出大學(xué)校門的那一刻他必須有能力將理論知識轉(zhuǎn)換為社會效益,這是教改的原因和目的,也是時代對現(xiàn)代大學(xué)提出的新要求。
4結(jié)束語
4C/ID模型在國外早已廣泛應(yīng)用,不過主要還是用在企業(yè)短程培訓(xùn)中,在高校教學(xué)中使用該模式還處于探索階段。經(jīng)過實踐檢驗,4C/ID模型在“大學(xué)電子技術(shù)”實踐教學(xué)中的靈活使用,效果顯著:
(1)改變了傳統(tǒng)教學(xué)理論與實際相脫離的現(xiàn)象,傳統(tǒng)教學(xué)學(xué)生概念原理爛熟,但實驗時一頭霧水。采用了復(fù)雜認知技能學(xué)習(xí)后,將理論學(xué)習(xí)融入實踐中,學(xué)習(xí)不只為考試,主要為掌握技能,利用知識解決實際問題的能力。當(dāng)代大學(xué)生必須具備將理論知識轉(zhuǎn)換為實際生產(chǎn)技能的能力,以前這個環(huán)節(jié)是社會完成的,現(xiàn)在移交給了大學(xué),這也要求我們的培養(yǎng)目標做相應(yīng)地轉(zhuǎn)變。
理解。
一是把運動電荷要產(chǎn)生磁潮理解為電荷運動形成電流(傳導(dǎo)電流),這個電流要產(chǎn)生磁場,這是中學(xué)生所能理解的層次。按照這種理解,這個電場是由傳導(dǎo)電流產(chǎn)生的,而不是由“位移電流”產(chǎn)生的,即不是由變化的電場產(chǎn)生的。甲種本的論斷是錯誤的。
二是從較高的層次來理解“運動電荷要產(chǎn)生磁潮”這句話。電荷的運動是任意的,由于既有速度v,又有加速度a,這個電荷產(chǎn)生的電場和磁場是非常復(fù)雜的,要用電動力學(xué)的方法才能處理,中學(xué)生一般不可能理解到這一層次,而且這時在運動電荷產(chǎn)生的磁場中,既有由變化的電場產(chǎn)生的,也有由傳導(dǎo)電流產(chǎn)生的,到底哪一部分主要,要視電荷的運動情況及觀測點的位置而定。在電荷附近(近場區(qū))磁場主要由傳導(dǎo)電流產(chǎn)生,所以不能簡單地認為“這個磁場是由變化的電場產(chǎn)生的”。
綜上分析,甲種本用一個運動電荷產(chǎn)生磁場為例來說明電磁場理論的第二個要點是欠妥的,其結(jié)論“這個磁場是由變化的電場產(chǎn)生的”也是不對的。
關(guān)鍵詞:研究型物理教學(xué) 電磁學(xué) 作業(yè)和測試
中圖分類號:G652 .4 文獻標識碼:A 文章編號:1673-9795(2014)05(a)-0109-02
在一般大眾眼中,物理學(xué)一直是以枯燥艱深的形象出現(xiàn)的。這一認識在很大程度上來自于我們傳統(tǒng)的物理教學(xué)模式。從初中、高中到大學(xué),我們印象中的物理課程都是以課堂授課為主,輔以課后布置的習(xí)題和設(shè)計好的實驗操作。但是,隨著教育教學(xué)改革的深入發(fā)展,人們逐漸認識到傳統(tǒng)教學(xué)―以知識為中心的傳授模式非常不適應(yīng)人才培養(yǎng)的需要,這一傳統(tǒng)的教學(xué)模式正在發(fā)生深刻的變革。國外一些大學(xué)正在嘗試引入一種新的研究型物理教學(xué)方法,包括在教學(xué)過程中具體采用的方法(即一般意義上的教學(xué)方法)、教學(xué)組織形式、使用的各種電子或非電子教學(xué)媒體、教學(xué)語言、教學(xué)藝術(shù)風(fēng)格、課堂管理技術(shù)等諸多方面,可以說在教學(xué)過程中師生雙方為了教學(xué)活動的順利進行、達到一定的教學(xué)目的而采取的一切途徑、方法和手段都屬于教學(xué)方法的范疇。在這一新模式下,學(xué)生將更多的參與互動,甚至將主導(dǎo)自己的學(xué)習(xí)過程,而教師在這個過程中更多地起到組織和引導(dǎo)的作用。由于條件所限,本人在《電磁學(xué)》的教學(xué)中并沒有完全采用這一模式,只是在作業(yè)和測試的安排上進行了一些嘗試。
一個好的教學(xué)過程應(yīng)該是充滿互動的,其中必須包括兩個重要的元素:(1)我們要為學(xué)生提供一些活動,以鼓勵他們思考。這些活動既包括課上活動,如聽講、記筆記、做實驗,也包括課下活動,如讀書、做作業(yè)等。(2)這些活動中必須包括雙向的反饋機制。作為教師,我們需要時刻掌握學(xué)生在做什么,以及從中學(xué)到了什么。作為學(xué)生,則需要了解自己是否達到了課程要求,以及如何達到這些標準。作業(yè)和測驗,是教學(xué)過程中最常見,也是最容易實踐的活動。下面,我分別敘述自己在這兩方面進行的嘗試。
1 作業(yè)
作業(yè)是在教學(xué)過程中最常見的由學(xué)生主導(dǎo)的環(huán)節(jié)之一,對物理教學(xué)尤其如此。絕大多數(shù)物理教師都認為只有通過做習(xí)題,學(xué)生才能真正學(xué)好物理。根據(jù)我的經(jīng)驗,很多學(xué)生認為物理學(xué)是由一系列需要記住的“定律”和“公式”堆砌而成的。而他們只要熟練記住這些定律和公式,并通過題海戰(zhàn)術(shù)加以熟練應(yīng)用,就算是學(xué)好了物理。只有很少的學(xué)生能主動深入理解概念、建立正確的知識結(jié)構(gòu)、并培養(yǎng)自己分析問題解決問題的能力。布置作業(yè)當(dāng)然對物理學(xué)習(xí)非常重要,但如果不得當(dāng),反而有可能助長“死記硬背+題海戰(zhàn)術(shù)”的思想。
在大多數(shù)國內(nèi)《電磁學(xué)》的教科書中,我發(fā)現(xiàn)很多內(nèi)附的習(xí)題都有可能向?qū)W生傳達這一錯誤信號。對很多學(xué)生而言,他們解題的方法就是從書中找到和題目有關(guān)的公式,如果會應(yīng)用就應(yīng)用,如果不會就抄下來得一部分成績。長此以往,他們就養(yǎng)成了記公式套公式的習(xí)慣,而忽視了作業(yè)最基本的目的:促使他們思考和理解。為了改變這一狀況,我減少了習(xí)題的數(shù)目,作為替代,我為他們布置一些難度較大、或是論述類和分析類的題目。在這些題目中,我盡量真實地還原現(xiàn)實世界的情況,不再為學(xué)生削減多余的信息,我希望用這種方式來促使他們思考,并培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。一開始,學(xué)生對這類問題大多表示不適應(yīng),這時需要教師及時地反饋、指導(dǎo)和鼓勵。經(jīng)過一個學(xué)期的鍛煉后,大部分同學(xué)在面臨問題時都能主動地分析,即使分析中出現(xiàn)了偏差,我認為也是一大進步。
在布置了作業(yè)之后,及時地批改和反饋也是非常重要的環(huán)節(jié)。在學(xué)生看來,他們經(jīng)過深思熟慮后完成的作業(yè),如果能得到足夠的重視和反饋,將極大地激發(fā)他們的學(xué)習(xí)動力。反之,如果教師拖了一個星期才發(fā)還作業(yè),即使對每份作業(yè)都認真批改,也會使效果大打折扣。在這種情況下,學(xué)生很有可能會忽略我們的批改,從而使這個方向的反饋失效。
2 測驗
測驗也是傳統(tǒng)教學(xué)過程經(jīng)常運用的手段之一。但傳統(tǒng)的測驗存在一些無法避免的限制。例如,由于閱卷的工作量相當(dāng)繁重,很多時候教師不得不選取相對容易判斷對錯的問題,包括復(fù)述正確的概念、完成一些數(shù)學(xué)計算,等等。而這些題目的設(shè)置,卻不可避免地向?qū)W生傳遞了錯誤的信號――“這些知識是你們需要記住的”。
為了鼓勵學(xué)生進行獨立思考和分析,我們在設(shè)計測驗題目的時候需要非常謹慎。事實上,如果考題大多來自作業(yè),學(xué)生就會在考試前復(fù)印同學(xué)的作業(yè)或習(xí)題解答并加以背誦;如果考題大多是對公式的應(yīng)用,學(xué)生就會盡量多地記住書上的公式,而完全忽略其中的邏輯關(guān)系;而如果我們讓學(xué)生帶一張公式表進入考場,且只出公式表上相關(guān)的題目,學(xué)生甚至連公式都不會去記,而只靠題海戰(zhàn)術(shù)練習(xí)演算。
除了測驗題目的選擇,對測驗的安排和處理也是非常重要的。對學(xué)生而言,測驗其實是一個非常好的總結(jié)和反饋的機會,但大多數(shù)學(xué)生不會利用這個機會。當(dāng)他們考的不好時,他們會苦惱,但不會從中尋找有用的信息。為此,我在安排測驗時會采用如下的方式。
(1)每個學(xué)期我會安排三次測驗。
(2)測驗都安排在每個階段的習(xí)題課講完之后。
(3)試卷將會在下一堂課之前批改完成。
(4)在下一堂課伊始,我會先把試卷發(fā)給學(xué)生,并在課上評講試卷,尤其是計算題會詳細講述分步驟評分的標準。
(5)我鼓勵學(xué)生根據(jù)評分標準尋找打分的錯誤,或是通過向我解釋他們的思路以提高成績。我會讓他們提交一份修改成績的申請,詳細解釋為什么他們覺得自己應(yīng)該得到更高的成績。
(6)如果學(xué)生對自己的成績不滿意,可以參加一次課外補考(補考的題目不同于原始的試卷)。補考成績不會取代原始成績,學(xué)生的最終成績是兩次考試的平均。
(7)我會向他們詳細說明,如果不認真分析原始試卷中的錯誤,補考后的成績很可能更低,如果想取得更高的成績,則需要好好彌補以前知識的漏洞。
(8)我會告訴學(xué)生每道考題的平均得分,而期末考試中至少會有一道題目源自測驗中學(xué)生表現(xiàn)最差的題目。
我希望通過這些安排,向?qū)W生傳遞一個清晰的信號,即及時地分析試卷和彌補不足是測驗最重要的功能。
3 題目設(shè)置
無論是作業(yè)還是測驗,我都會嘗試不同于傳統(tǒng)物理考試的題目類型,其目的只有一個,即通過題目設(shè)置鼓勵學(xué)生深入思考和理解。我嘗試的題目類型包括。
3.1 圖像判斷題
此類型題目的原理在于鼓勵學(xué)生從多個不同的表象認識同一個概念,拋開現(xiàn)象認識本質(zhì),而這正是物理學(xué)習(xí)的精髓。對于一個初學(xué)者,經(jīng)常遇到的困難是在頭腦中建立正確的物理圖像,并依靠這些圖像而非公式進行判斷和分析。例如,我會用語言描述一個物理過程(如帶電粒子在電磁場中的運動),由學(xué)生選擇正確表示這一過程的圖示;又如,我會用公式給出一個電磁場的分布,然后由學(xué)生選擇正確的圖示。我發(fā)現(xiàn),這一類型的題目能很有效地幫助學(xué)生建立物理圖像,從而幫助更深入地理解概念。
3.2 排序題
此類型題目的原理是需要學(xué)生根據(jù)所掌握的概念,進行定性或半定量的分析。例如,我會給出6個電荷組的排布方式,讓學(xué)生將靜電能按從大到小的順序排列。在這個過程中,學(xué)生不僅需要掌握靜電能的概念,還需要了解能夠影響靜電能的因素,以及這些因素產(chǎn)生影響的方式。
3.3 文字論述題
文字論述題是我發(fā)現(xiàn)最能反應(yīng)學(xué)生思維方式的一類題目。在這類題目中,我會描述一個現(xiàn)實世界中常見的情況,所有過程都是我們在日常生活中熟知的,然后要求學(xué)生利用物理學(xué)原理進行分析并得出結(jié)論?;卮鸬年P(guān)鍵是需要學(xué)生能運用所學(xué)過的知識,邏輯嚴密、思路清晰地用文字表述好自己的論點、論據(jù)和論證過程。在有些情況下,題目甚至沒有一個確定的答案,評分完全依據(jù)學(xué)生在論述中的表現(xiàn)。文字論述題的價值在于以下三點:首先,我們都知道學(xué)好一個知識和把這個知識講好,代表理解程度的兩個不同層次,而文字論述題恰恰是從更高的程度要求學(xué)生把頭腦中的話講出來,考察了他們對概念的理解;其次,文字論述題的選材根植于日常生活,有利于培養(yǎng)學(xué)生分析問題解決問題的能力;再次,此類題目由于取材貼近生活,容易激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。
3.4 估算題
最早將估算題作為物理學(xué)習(xí)研究手段的是著名物理學(xué)家費米。他提出的類似于“芝加哥有多少理發(fā)師?”的題目,會在以下四個方面對學(xué)生進行培養(yǎng)。
(1)訓(xùn)練邏輯推理能力。
(2)對數(shù)值的數(shù)量級進行操作。
(3)正確運用有效數(shù)字。
(4)對日常生活的定量化描述。
例如,我會在學(xué)期初的作業(yè)中要求學(xué)生估算北京市由于電腦待機每天所耗費的電量。為了完成這一過程,學(xué)生首先要調(diào)研電腦待機的一般耗電量,然后從北京市的常住人口估算電腦的數(shù)量,再通過待機時間估算耗電量。在批改作業(yè)的時候,我會對每一步推理都分別給分,并在習(xí)題課的時間詳細闡明。隨著學(xué)期的進行,當(dāng)學(xué)生對這類題目越來越熟悉的時候,我會加入物理性更強的估算,例如:變電站附近的電磁輻射強度,等等。
3.5 論文題
論文題是對學(xué)生要求更高,考察也更全面的題型。它不僅需要學(xué)生對物理概念有更深的理解,還需要他們有一定的創(chuàng)新精神。例如,我在講授完光電效應(yīng)之后,會布置一道論文題,“假設(shè)光子的色散關(guān)系不是線性的,而是和動量平方成正比,那么光電效應(yīng)的規(guī)律會發(fā)生什么樣的改變?”在講授麥克斯韋電磁場理論后,我會再布置一道論文題,“本學(xué)期我們在課堂上介紹了電場和磁場,請解釋為什么需要引入場的概念?請比較電場和磁場異同,至少列出一個相似點和一個不同點?!庇捎谡撐念}對學(xué)生的考察非常廣泛,且需要更多的知識,我一般不會在考試中選擇此類題型。當(dāng)作業(yè)中布置此類題時,我還會鼓勵學(xué)生廣泛調(diào)研,相互討論。
以上三點,是我在不長的本科教學(xué)工作中進行的嘗試。通過幾屆學(xué)生的反饋,也產(chǎn)生了一定效果?!峨姶艑W(xué)》是物理專業(yè)學(xué)生的必修課,它是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,是學(xué)習(xí)許多后續(xù)課程的知識基礎(chǔ),它的基本原理在現(xiàn)代科技領(lǐng)域有許多廣泛的應(yīng)用,它的研究方法對學(xué)生今后的學(xué)習(xí)或科研有深遠的影響。本人會在以后的工作中繼續(xù)努力,改變“粉筆加黑板”的傳統(tǒng),適當(dāng)采用現(xiàn)代教育技術(shù),在教學(xué)方式方法、課程編排、課堂組織形式等方面借鑒更多國內(nèi)外先進經(jīng)驗,把《電磁學(xué)》這門學(xué)科基礎(chǔ)課講好講精。
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