第一篇：研究型教學(xué)模式在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

研究型教學(xué)模式在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

摘要：研究型教學(xué)模式要求在教學(xué)過程中結(jié)合具體教學(xué)內(nèi)容把科研方法、科研態(tài)度、科研思想等灌輸給學(xué)生，使學(xué)生能知其然并知其所以然，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是重要的實(shí)踐性課程，其課程特點(diǎn)非常適合采用研究型教學(xué)模式，在教學(xué)過程中采用研究型教學(xué)模式有利于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：研究型；教學(xué)模式；創(chuàng)新；質(zhì)量

自1977年恢復(fù)高考以來，高考錄取率已經(jīng)由1977年的不到4.8%提高到2015年的75%以上。相應(yīng)的錄取人數(shù)也由27萬提高到700萬以上。隨著畢業(yè)生人數(shù)的增加，社會(huì)對學(xué)生素質(zhì)的要求也越來越高。但當(dāng)前教育模式大多側(cè)重于書本上知識(shí)的傳授，結(jié)合具體實(shí)踐的內(nèi)容相對較少。這使得高等學(xué)校學(xué)生普遍缺乏良好的動(dòng)手能力與解決實(shí)際問題的能力，在工作時(shí)難以滿足用人單位高標(biāo)準(zhǔn)的要求。在就業(yè)壓力日益增大的今天，如何提高學(xué)生的綜合素質(zhì)是全國各高校面臨的一個(gè)迫切問題。

為了提高學(xué)生的素質(zhì)，我們要注重加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，增強(qiáng)學(xué)生自主解決問題的能力。而大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是大多數(shù)本科學(xué)生學(xué)習(xí)的第一個(gè)實(shí)踐類課程，該課程對學(xué)生的后期實(shí)踐學(xué)習(xí)具有重要的輔助作用，它可以為學(xué)生打下堅(jiān)實(shí)的實(shí)踐基礎(chǔ)，促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力，提高學(xué)生的應(yīng)變能力，對學(xué)生的綜合發(fā)展有著重要的作用。

大學(xué)教育要培養(yǎng)具備良好科學(xué)素質(zhì)的人才，因此大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)該建立一種適合當(dāng)代科技發(fā)展、能夠培養(yǎng)具備深厚基礎(chǔ)知識(shí)的創(chuàng)造性人才的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)結(jié)合當(dāng)代教育思想和高科技成果，實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和教學(xué)手段應(yīng)改變過去的講解加演示模式，逐步建立針對不同層次學(xué)生的開放實(shí)驗(yàn)室，以滿足不同知識(shí)層次學(xué)生的需要，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。

一、研究型教學(xué)模式的特點(diǎn)及意義

研究型教學(xué)模式要求在教學(xué)過程中把與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的科學(xué)進(jìn)展、科研方法、研究思維等傳授給學(xué)生。把科學(xué)知識(shí)、科學(xué)研究與實(shí)踐教學(xué)緊密的結(jié)合，這是研究型教學(xué)和創(chuàng)新性教育的本質(zhì)要求，也就是說要邊學(xué)習(xí)、邊研究、邊實(shí)踐，強(qiáng)調(diào)要把實(shí)踐與研究融入到教學(xué)過程中，并在教學(xué)過程中通過不斷優(yōu)化調(diào)整課程結(jié)構(gòu)建立一種基于研究探索的學(xué)習(xí)模式。該模式以研究為本，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中獲得一個(gè)發(fā)現(xiàn)世界、探索世界的寬松教學(xué)環(huán)境，能夠給學(xué)生提供自主研究問題的時(shí)間和條件，能夠激發(fā)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新的欲望。

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)作為一門實(shí)踐性課程，要求學(xué)生結(jié)合理論知識(shí)去操作儀器從而獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在教學(xué)過程中注重學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)態(tài)度等方面的培養(yǎng)。當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程多采用教師講解理論、儀器操作示范、數(shù)據(jù)計(jì)算說明等傳統(tǒng)模式。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在剛接觸實(shí)驗(yàn)課時(shí)，學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容有較高的興趣，這表明學(xué)生更愿意學(xué)習(xí)實(shí)踐性課程。但上過幾輪實(shí)驗(yàn)課后，學(xué)生的熱情下降，喜歡物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)生比例降低。這其中一個(gè)原因是學(xué)生認(rèn)為實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過程只是機(jī)械模仿老師的實(shí)驗(yàn)操作，感覺枯燥乏味沒有挑戰(zhàn)，從而喪失學(xué)習(xí)熱情。而采用研究型教學(xué)模式，可以開拓學(xué)生思維，使他們思考為什么做、怎么做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)有什么用處、還能干什么，不斷地思考以及結(jié)合科學(xué)的講解，能夠極大地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

教育部關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高等學(xué)校本科教學(xué)工作的若干意見中明確提出“積極推動(dòng)研究性教學(xué)，提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力”。因此，在教學(xué)過程中如何實(shí)施研究性教學(xué)，推動(dòng)學(xué)生的研究性學(xué)習(xí)，處理好教與學(xué)兩者之間的關(guān)系，進(jìn)一步深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，是高校教育改革的重要課?}之一。

二、研究型教學(xué)模式在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

做好物理實(shí)驗(yàn)，需要理論與實(shí)踐相結(jié)合，對提高學(xué)生的實(shí)踐能力具有重要的意義。在教學(xué)過程中采用研究型教學(xué)模式可以極大地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、開拓學(xué)生視野、鍛煉科研思維。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中采用研究型教學(xué)模式有以下特點(diǎn)。

（一）研究型教學(xué)模式在教學(xué)過程中要強(qiáng)調(diào)“知其然”

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通常每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都是一個(gè)獨(dú)立的知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生經(jīng)常困惑于為什么做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，它對我們有什么用處。因此，在實(shí)驗(yàn)介紹中要與科研調(diào)研相似，講述實(shí)驗(yàn)背景、實(shí)驗(yàn)的發(fā)展、研究現(xiàn)狀等。講授內(nèi)容要豐富，要結(jié)合具體事例，讓學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)所涉及的理論在現(xiàn)實(shí)生活中的意義，使學(xué)生理解為什么要測量這個(gè)參數(shù)。如在導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)中，導(dǎo)熱系數(shù)表示物質(zhì)導(dǎo)熱能力的大小，是衡量材料熱物理性質(zhì)的重要參數(shù)。在強(qiáng)調(diào)節(jié)能減排的今天，提高能源利用率，降低熱量損耗具有重要意義。在工業(yè)、建筑、軍事、生活等領(lǐng)域，選擇不同導(dǎo)熱性能的材料或采取改善導(dǎo)熱性能的手段會(huì)起到?jīng)Q定性作用。如現(xiàn)在研究熱點(diǎn)的陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)就利用了陶瓷導(dǎo)熱性能差，可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效率，降低能耗等優(yōu)點(diǎn)。只有“知其然”學(xué)生才能更好地結(jié)合生活實(shí)際，更容易理解接受實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

（二）研究型教學(xué)模式要求明確“知其所以然”

每個(gè)實(shí)驗(yàn)都利用自己獨(dú)特的原理，原理明確了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容就易于學(xué)習(xí)。因此實(shí)驗(yàn)原理的講解要有啟發(fā)性，針對具體測量的目標(biāo)能通過不同的手段進(jìn)行測量，要結(jié)合科研中的方法進(jìn)行綜合性說明。講授課本外的知識(shí)，可以有效地開拓學(xué)生思維。如導(dǎo)熱系數(shù)的測量主要依據(jù)其定義，具體在理論上分為穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)兩大類。每種方法都有依托的理論依據(jù)，而測量對象的不同使得測量方法也不相同，同時(shí)測量速度與測量精度也大相徑庭。我們在實(shí)驗(yàn)中是采用平板穩(wěn)態(tài)法。該方法的樣品要制成平板形，其上表面與一個(gè)穩(wěn)定的均勻發(fā)熱體相接觸，下表面與一個(gè)均勻散熱體相接觸，根據(jù)溫度梯度的變化來進(jìn)行測量。該方法直接來源于導(dǎo)熱系數(shù)定義，原理簡潔直觀，學(xué)生非常容易理解。

（三）研究型教學(xué)模式的測試樣品要“接地氣”

學(xué)生在本科期間接觸科研工作相對較少，對科研工作好奇又有些敬畏心理。因此，我們的教學(xué)實(shí)驗(yàn)樣品要貼近生活，人們能夠摸得著看得見，改變學(xué)生心目中科研是“高大上”的神秘感覺，讓學(xué)生知道科研是來源于生活，是結(jié)合實(shí)際的。如在導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)中，測量樣品我們選擇生活中常見的板材。以四種不同類型的板材制作成大小相同的樣品，分別為實(shí)木板、密度板、膠合板、復(fù)合地板。因?yàn)榘宀暮什煌瑢?dǎo)熱系數(shù)有較大的影響，所以在測試前，對全部樣品進(jìn)行了12小時(shí)的干燥處理。測量之前要對學(xué)生說明不同樣品之間的區(qū)別，預(yù)測將會(huì)產(chǎn)生什么樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

（四）研究型教學(xué)模式要求在教學(xué)過程不斷提出“為什么”

在科學(xué)研究中要求我們善于發(fā)現(xiàn)問題，并對產(chǎn)生的問題做出正確的解釋。我們要把這種“較真”精神投入到教學(xué)過程中，我們的教育要有目的地訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度，在具體工作中一定要細(xì)致，考慮問題要充分。每一個(gè)“為什么”就是一個(gè)結(jié)合實(shí)際的問題，如何解決“為什么”是對學(xué)生能力的一種鍛煉。我們在導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)中要問學(xué)生“為什么樣品要制作成薄板”“為什么加熱溫度要恒定”“為什么散熱條件要一致”“為什么可以忽略?讓嬪⑷鵲撓跋臁薄拔?什么熱電偶冷端溫度可以不為零”等。解釋了這些問題，學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容就會(huì)有一個(gè)充分的理解。

（五）研究型教學(xué)模式訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣要“標(biāo)準(zhǔn)”

標(biāo)準(zhǔn)不是呆板，是合乎規(guī)定滿足要求，是具備科學(xué)素質(zhì)的一種體現(xiàn)。中國每年都有一些關(guān)于高校實(shí)驗(yàn)室安全事故的報(bào)道，而受傷對象絕大多數(shù)都是學(xué)生。究其原因主要是由于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中操作不規(guī)范、安全意識(shí)淡薄造成的。因此在教學(xué)中教師要以科研的標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格要求學(xué)生，做到儀器操作要規(guī)范，實(shí)驗(yàn)步驟要準(zhǔn)確，注意事項(xiàng)要明確，數(shù)據(jù)記錄要真實(shí)。在具體實(shí)驗(yàn)過程中，我們從各個(gè)環(huán)節(jié)都對學(xué)生提出嚴(yán)格要求，如實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)要充分清楚自己要做什么怎么做；實(shí)驗(yàn)之前要關(guān)注實(shí)驗(yàn)須知，牢記注意事項(xiàng)；實(shí)驗(yàn)操作要嚴(yán)格遵守儀器操作要求，電路連接一定要規(guī)范；數(shù)據(jù)處理要認(rèn)真，要對測試結(jié)果進(jìn)行不確定度評價(jià)等。嚴(yán)格的要求才能形成良好的習(xí)慣，實(shí)驗(yàn)習(xí)慣標(biāo)準(zhǔn)了，對學(xué)生日后的學(xué)習(xí)工作有重要的意義。

三、結(jié)束語

研究型教學(xué)模式要求在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中重視教學(xué)、科研、實(shí)踐相結(jié)合。教學(xué)上我們要以書本上的理論為基礎(chǔ)，講清楚講透徹，使學(xué)生具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)；科研上要滲透相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)思想，注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能與發(fā)散思維，能夠提出問題并自己解決問題；實(shí)踐上要訓(xùn)練學(xué)生學(xué)有所用，能用掌握的知識(shí)、技能去解決生活中的具體問題。通過與常規(guī)教學(xué)方法的比較我們發(fā)現(xiàn)，采用研究型教學(xué)模式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，開拓學(xué)生視野，鍛煉學(xué)生思維，培養(yǎng)學(xué)生良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，對提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量有重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]汪勁松等.實(shí)施研究型教學(xué)推進(jìn)創(chuàng)新性教育[J].中國高等教育，2003，6：26-28.[2]盧德馨.關(guān)于研究型教學(xué)的進(jìn)一步探討[J].中國高等教育，2004，21：24-25.[3]劉智運(yùn).論高校研究性教學(xué)與研究性學(xué)習(xí)的關(guān)系[J].中國大學(xué)教學(xué)，2006，2：24-27.[4]崔金剛等.提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的幾點(diǎn)舉措[J].黑龍江教育，2012，5：11-12.編輯/呂秀妍

第二篇：網(wǎng)絡(luò)教學(xué)在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的作用論文

摘要：在高校教學(xué)中，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的地位越來越高。開放網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生自主進(jìn)行學(xué)習(xí)，已成為如今實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的重要組成部分。本文從可用性以及技術(shù)性這兩方面對網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的一些基本內(nèi)容以及要求進(jìn)行介紹，同時(shí)對網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的應(yīng)用進(jìn)行了分析，旨在說明網(wǎng)絡(luò)教學(xué)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的重要性。

關(guān)鍵詞：物理實(shí)驗(yàn)；網(wǎng)絡(luò)教學(xué)；虛擬實(shí)驗(yàn)

物理實(shí)驗(yàn)課是一門較為基礎(chǔ)的實(shí)踐課程，多年以來這門課程的開展方式都較為傳統(tǒng)。但是網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，它通過各種手段把圖像、聲音等各方面的信息很好地結(jié)合在了一起，給學(xué)生構(gòu)建了一個(gè)操作方便且內(nèi)容全面的學(xué)習(xí)環(huán)境。

一、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的構(gòu)建原則

根據(jù)國家所制定的課程標(biāo)準(zhǔn)，高校的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)該把學(xué)生作為主體，側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力以及自主學(xué)習(xí)能力，對實(shí)驗(yàn)教學(xué)向空間以及時(shí)間方面進(jìn)行延伸。學(xué)生可以事先通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，對實(shí)驗(yàn)所要用到的儀器的使用方法、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及實(shí)驗(yàn)整體的指導(dǎo)性思想進(jìn)行研究。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)會(huì)涉及物理實(shí)驗(yàn)的一些新內(nèi)容和手段，通過網(wǎng)上學(xué)習(xí)，學(xué)生可以掌握先進(jìn)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容。同時(shí)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中還會(huì)在課程之外添加許多實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以開闊學(xué)生的視野，讓他們學(xué)到更多知識(shí)。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)非常重要的組成部分，有利于推動(dòng)教學(xué)發(fā)展。

二、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的要求和內(nèi)容

1.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的可用性

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)是通過網(wǎng)絡(luò)開展的，學(xué)生從網(wǎng)上進(jìn)行自主學(xué)習(xí)要具備一些計(jì)算機(jī)知識(shí)，所以一定要充分考慮學(xué)生計(jì)算機(jī)方面知識(shí)的差異。為了方便廣大學(xué)生學(xué)好網(wǎng)絡(luò)課程，教師設(shè)計(jì)課程導(dǎo)航時(shí)一定要以結(jié)構(gòu)完整且清晰為基本原則，對界面的設(shè)計(jì)一定要做到簡明直觀。教師應(yīng)該保證學(xué)生能夠快捷準(zhǔn)確地檢索到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中所涉及的各種參考資料，便于他們的下載。對教員在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中出的考試試卷以及布置的作業(yè)，學(xué)生完成提交之后，教師要對相關(guān)信息有詳細(xì)的記錄，同時(shí)應(yīng)該給學(xué)生提供一些數(shù)據(jù)分析。學(xué)生要能夠確定自己所學(xué)的章節(jié)，能夠精確地定位知識(shí)點(diǎn)。

2.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的技術(shù)性

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)實(shí)時(shí)性較好，可以隨時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容。在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)教學(xué)時(shí)，各組成成分一定要齊全，同時(shí)還要準(zhǔn)備豐富的相關(guān)資料，媒體的展現(xiàn)一定要準(zhǔn)確無誤，界面要協(xié)調(diào)美觀，要有統(tǒng)一的文字格式。此外，媒體聲音要非常清晰，實(shí)驗(yàn)的模擬動(dòng)畫要逼真，數(shù)據(jù)要保證安全；對與教學(xué)相關(guān)的數(shù)據(jù)以及素材等的維護(hù)要方便，系統(tǒng)的運(yùn)行要非常穩(wěn)定。這些都是開展網(wǎng)絡(luò)教學(xué)需要關(guān)注的地方。

三、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的應(yīng)用

1.網(wǎng)絡(luò)教學(xué)成為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新模式

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)通過校園網(wǎng)絡(luò)全時(shí)段地為在校學(xué)生提供教學(xué)服務(wù)，克服了傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中因場地和課時(shí)所帶來的教學(xué)困擾，學(xué)生隨時(shí)都可以進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，教師是教學(xué)的主體，學(xué)生只是在被動(dòng)地學(xué)習(xí)知識(shí)，不能自由地進(jìn)行課程內(nèi)容選擇，處于一種較為被動(dòng)的狀態(tài)。但是網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的出現(xiàn)改變了這種模式，學(xué)生可以根據(jù)自己的愛好自主進(jìn)行課程選擇，在這一教學(xué)模式中學(xué)生才是主體。

2.網(wǎng)絡(luò)教學(xué)保證了教學(xué)效果

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生的動(dòng)手能力，然而對于那些較為精密復(fù)雜的物理實(shí)驗(yàn)，因?yàn)闂l件不夠，往往不能給學(xué)生提供自主設(shè)計(jì)物理實(shí)驗(yàn)和參數(shù)、自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并觀察相關(guān)現(xiàn)象的實(shí)際機(jī)會(huì)。盡管目前相關(guān)技術(shù)得到了很好的發(fā)展，但是伴隨著新技術(shù)的產(chǎn)生，其中需要學(xué)生思考的地方也少了，學(xué)生只需按照提示操作，就無法學(xué)到較多的知識(shí)。但是如今網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中增加了虛擬實(shí)驗(yàn)功能，在虛擬的實(shí)驗(yàn)場景中學(xué)生可以使用各種虛擬的儀器，同時(shí)在這一場景中學(xué)員可以點(diǎn)擊相關(guān)功能隨時(shí)查閱相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，有更多自主思考的空間。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)給學(xué)生提供一個(gè)自主且較為寬松的學(xué)習(xí)環(huán)境，有利于培養(yǎng)學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)可以讓學(xué)生學(xué)到更多知識(shí)。學(xué)?？梢越ｉT的網(wǎng)上論壇，學(xué)生在論壇上進(jìn)行交流，教員也可以在網(wǎng)上實(shí)時(shí)解答學(xué)生的提問。

參考文獻(xiàn)：

[1]周殿清.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教程[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2005.[2]張彩云.多媒體在現(xiàn)代大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].電腦知識(shí)與技術(shù)（學(xué)術(shù)交流），2013，（8）.

第三篇：PBL教學(xué)模式在數(shù)字信號處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

PBL教學(xué)模式在數(shù)字信號處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要：針對應(yīng)用型本科高校學(xué)生在《數(shù)字信號處理》課程學(xué)習(xí)中存在的學(xué)習(xí)困難、理論與實(shí)踐脫節(jié)等問題，介紹了PBL教學(xué)模式在該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的具體應(yīng)用。教學(xué)實(shí)踐證明，該教學(xué)模式有效地促進(jìn)了學(xué)生對課程內(nèi)容的理解，發(fā)展了學(xué)生解決實(shí)際問題的思維能力、合作能力與自主學(xué)習(xí)能力，提高了學(xué)生的工程應(yīng)用能力。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型本科 PBL教學(xué)模式 數(shù)字信號處理

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1674-098X（2015）01（b）-0147-02

《數(shù)字信號處理》是電子信息類本科開設(shè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，介紹數(shù)字信號處理的基本概念、基本分析方法和處理技術(shù)。課程主要目的是培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力和綜合應(yīng)用知識(shí)解決工程問題的能力，并為進(jìn)一步學(xué)習(xí)有關(guān)信息、通信等方面的課程打下良好的理論基礎(chǔ)。該課程的傳統(tǒng)教學(xué)手段一般以理論教學(xué)為主，實(shí)驗(yàn)教學(xué)為輔。其中理論部分包含較多的數(shù)學(xué)概念和公式推導(dǎo)，具有涉及內(nèi)容多、概念抽象等特點(diǎn)。對于大量應(yīng)用型本科高校的學(xué)生，由于基礎(chǔ)相對薄弱，常常會(huì)覺得枯燥乏味，只能對書本上的理論知識(shí)死記硬背，而不能領(lǐng)悟其實(shí)際意義，從而難以將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用。因此，加強(qiáng)《數(shù)字信號處理》課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，做好原理和應(yīng)用的銜接，是應(yīng)用型本科高校課程教學(xué)改革的重要環(huán)節(jié)。

為提高應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)質(zhì)量，本文作者在《數(shù)字信號處理》課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中嘗試采用基于問題學(xué)習(xí)（Problem-Based Learning，PBL）的教學(xué)模式，將理論知識(shí)的學(xué)習(xí)與解決工程問題有機(jī)結(jié)合，要求學(xué)生圍繞具有應(yīng)用背景的真實(shí)問題，采用自主學(xué)習(xí)和團(tuán)隊(duì)合作的方式分析、解決問題，從而促進(jìn)其對課程內(nèi)容的理解，提高工程應(yīng)用能力。PBL教學(xué)模式簡介

PBL教學(xué)模式由美國學(xué)者Barrows首先提出[1]，其以社會(huì)學(xué)習(xí)理論和建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論為支撐，以問題為基礎(chǔ)來展開學(xué)習(xí)和教學(xué)過程，將學(xué)習(xí)設(shè)置到復(fù)雜的、有意義的問題情境中，學(xué)生在教師引導(dǎo)下，通過合作共同解決具有一定復(fù)雜性的實(shí)際問題，學(xué)習(xí)隱含于問題背后的知識(shí)，借此過程使學(xué)生展開知識(shí)的建構(gòu)，促進(jìn)學(xué)生獲得解決問題的能力、自主學(xué)習(xí)的能力和和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的技巧[2-3]。PBL教學(xué)模式相較于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，主要存在以下特點(diǎn)[4-5]。

1.1 圍繞問題開展教學(xué)

PBL教學(xué)模式先提出問題，以問題為基礎(chǔ)和起點(diǎn)，所有的學(xué)習(xí)均圍繞問題展開。

1.2 強(qiáng)調(diào)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作性

PBL教學(xué)模式以學(xué)生小組為單位進(jìn)行，小組成員要積極配合，既有分工又有協(xié)作，通過調(diào)查和收集資料，疑難問題討論和意見綜合等協(xié)作學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的共同建構(gòu)。

1.3 具有師生交互性

PBL教學(xué)模式實(shí)施過程中，教師通過設(shè)計(jì)問題、并創(chuàng)造合適的學(xué)習(xí)環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生對問題開展學(xué)習(xí)活動(dòng)，師生之間展開密切的交流、探討，促進(jìn)和指導(dǎo)學(xué)生有效地學(xué)習(xí)，尋求問題的解決。

因此，對于以培養(yǎng)適應(yīng)地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的應(yīng)用型本科人才為目標(biāo)的高校，為促進(jìn)學(xué)生解決實(shí)際問題的實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)合作能力，非常適合在電子信息類實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引進(jìn)PBL教學(xué)模式。PBL模式在數(shù)字信號處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 課程情況概述

筆者所在學(xué)院的電子信息工程專業(yè)所開設(shè)的《數(shù)字信號處理》課程，總課時(shí)為64學(xué)時(shí)，包含16學(xué)時(shí)的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)均為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，大部分學(xué)生只會(huì)簡單地照搬實(shí)驗(yàn)講義的詳細(xì)步驟完成固定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，而對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果所反映的原理并不理解。因此，結(jié)合教學(xué)改革要求，在新的課程實(shí)驗(yàn)設(shè)置中顯著提高了綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的比例，這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以問題為導(dǎo)向，教師主要給出實(shí)驗(yàn)的要求和技術(shù)指標(biāo)，要求學(xué)生自主選擇并綜合利用學(xué)過的理論知識(shí)和實(shí)踐技能去實(shí)現(xiàn)一個(gè)比較完整的數(shù)字信號處理系統(tǒng)，體現(xiàn)了典型的PBL教學(xué)法的應(yīng)用優(yōu)勢。

2.2 PBL模式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的具體實(shí)施

2.2.1 學(xué)生分組與基本培訓(xùn)

在實(shí)驗(yàn)課之前，首先對學(xué)生進(jìn)行PBL教學(xué)模式的基本培訓(xùn)，使學(xué)生明確PBL教學(xué)的目的、方法、要求及評價(jià)手段等。同時(shí)，在40人的班級中建立10個(gè)學(xué)習(xí)小組，每組4名學(xué)生。各組分別推選一名組織能力和責(zé)任心較強(qiáng)的同學(xué)擔(dān)任組長，負(fù)責(zé)本小組成員的組織協(xié)調(diào)和分工。

2.2.2 問題設(shè)置

問題設(shè)置是PBL教學(xué)實(shí)施中的核心環(huán)節(jié)。在這一環(huán)節(jié)中，教師根據(jù)教學(xué)大綱和實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，對實(shí)驗(yàn)課題設(shè)置若干應(yīng)用問題。圍繞我校應(yīng)用型人才培養(yǎng)的方針，所設(shè)置問題盡量貼近應(yīng)用開發(fā)實(shí)際，以培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用開發(fā)能力為導(dǎo)向。具體來說，問題設(shè)置主要遵循的原則為：（1）問題具備真實(shí)的工程背景；（2）問題具備開放性和劣構(gòu)性；（3）問題具有一定的層次性和復(fù)雜度。

下面以本實(shí)驗(yàn)課程中的一個(gè)可選的綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)為例，介紹相關(guān)問題的設(shè)置。該實(shí)驗(yàn)的基本內(nèi)容為，設(shè)計(jì)數(shù)字心電采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)含有噪聲的心電信號的采集和濾波。實(shí)驗(yàn)前，由教師提供一個(gè)包含心電傳感器和放大電路的實(shí)驗(yàn)板，以及一個(gè)包含單片機(jī)及A/D轉(zhuǎn)換器的接口板。實(shí)驗(yàn)要求分為兩個(gè)階段：第一階段為心電信號的采集，與學(xué)生正在同時(shí)學(xué)習(xí)的單片機(jī)課程相結(jié)合，要求學(xué)生通過單片機(jī)編程控制A/D轉(zhuǎn)換器，將放大后的模擬心電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并通過串口傳送至pc機(jī)。在這一階段，設(shè)置的主要問題包括：如何根據(jù)信號帶寬確定合適的采樣率等。通過這些問題，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐中深入理解采樣定理。第二階段的工作，則是在PC機(jī)上通過Matlab對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和濾波，去除工頻干擾、高頻肌電、基線漂移等。該階段設(shè)置的主要問題包括：有效信號的主要頻率范圍、主要干擾源的頻率范圍、線性相位和非線性相位濾波對波形的影響、IIR和FIR濾波器的特點(diǎn)等。通過這些問題的設(shè)置，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐中加深對IIR和FIR等濾波器各自特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)，并根據(jù)不同的工作目標(biāo)選擇合適的濾波器類型。

2.2.3 分析問題與自主學(xué)習(xí)

在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相關(guān)的問題發(fā)布后，要求各學(xué)習(xí)小組的學(xué)生開展自主學(xué)習(xí)，認(rèn)真閱讀教材，復(fù)習(xí)已學(xué)過的相關(guān)知識(shí)，同時(shí)，利用圖書館、互聯(lián)網(wǎng)等渠道查閱相關(guān)參考書籍和文獻(xiàn)，并通過組內(nèi)的不斷交流和探討以初步分析問題。

2.2.4 集中討論與問題解決

在學(xué)生對實(shí)驗(yàn)所設(shè)置的問題進(jìn)行初步分析的基礎(chǔ)上，教師在實(shí)驗(yàn)課上組織學(xué)生開展問題的集中討論，引導(dǎo)各學(xué)習(xí)小組進(jìn)一步深入理解問題，研究問題的具體解決方法，并明確各人的任務(wù)分工。整個(gè)討論過程以學(xué)生為主導(dǎo)，教師以共同討論者的身份進(jìn)行引導(dǎo)、啟發(fā)。在自主學(xué)習(xí)和集中討論的基礎(chǔ)上，各小組最終形成具體的問題解決方案，并通過編程實(shí)現(xiàn)對問題的解決，進(jìn)而完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

2.2.5 總結(jié)與點(diǎn)評

學(xué)習(xí)小組在編寫程序?qū)崿F(xiàn)問題解決的過程中，教師以實(shí)時(shí)巡視、檢查進(jìn)度、隨機(jī)提問、驗(yàn)收成果等方式促進(jìn)小組的工作。由于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及對應(yīng)問題的設(shè)置具有一定的開放性，學(xué)生解決問題的思路和方法也相應(yīng)具有多樣性，教師對各小組的問題解決方法進(jìn)行歸納總結(jié)，并在下次實(shí)驗(yàn)課做出點(diǎn)評。

2.3 PBL模式下的成績評價(jià)

為了客觀地評定學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，需要采用多層次多角度的評價(jià)方法。最終成績的評定并不僅僅由期末的實(shí)驗(yàn)考核所決定，而是突出過程表現(xiàn)，強(qiáng)調(diào)過程性評價(jià)。最終的實(shí)驗(yàn)成績由以下幾部分組成。

2.3.1 自主學(xué)習(xí)表現(xiàn)

該部分占總成績的30%，主要衡量學(xué)生在PBL模式下的學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)態(tài)度和學(xué)習(xí)能力。具體評價(jià)點(diǎn)包括：學(xué)生是否閱讀了相關(guān)教材、參考資料；能否有效利用所學(xué)的知識(shí)分析問題；在學(xué)習(xí)小組討論中是否積極發(fā)言，發(fā)言內(nèi)容是否與討論的問題有關(guān)且具有一定的深度；小組成員間的互相評價(jià)。

2.3.2 實(shí)驗(yàn)過程與實(shí)驗(yàn)報(bào)告

該部分占總成績的35%，主要衡量學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中具體解決問題的能力和總結(jié)歸納水平。具體評價(jià)依據(jù)來自于教師巡視及提問的記錄以及學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

2.3.3 實(shí)驗(yàn)考試

該部分占總成績的35%。主要衡量經(jīng)過一學(xué)期的PBL訓(xùn)練后學(xué)生個(gè)人的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。具體評價(jià)依據(jù)來自于實(shí)驗(yàn)考試中對所給實(shí)驗(yàn)題的完成速度與質(zhì)量。結(jié)語

教學(xué)實(shí)踐表明，在《數(shù)字信號處理》課程實(shí)驗(yàn)中采用PBL教學(xué)法，可以有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和巨大潛能。學(xué)生圍繞問題、以小組為單位開展學(xué)習(xí)，加深了對課程基本內(nèi)容的理解和掌握，獨(dú)立分析、解決問題能力和團(tuán)隊(duì)合作的能力得到了培養(yǎng)，取得了較好的教學(xué)效果。但是，在教學(xué)的過程中也存在一些值得注意的問題：例如，課內(nèi)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)不足，必須花費(fèi)大量的課外時(shí)間，導(dǎo)致學(xué)生負(fù)擔(dān)明顯增加；分組實(shí)驗(yàn)后，有部分學(xué)生在小組中承擔(dān)的任務(wù)量少，導(dǎo)致對其獨(dú)立解決問題能力的培養(yǎng)缺乏；成績評價(jià)方式的多元化增加了評分考核的難度等。因此，如何更有效地在《數(shù)字信號處理》課程實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用PBL教學(xué)法，還需結(jié)合課程特點(diǎn)進(jìn)一步探索，接收來自學(xué)生的反饋，在實(shí)踐中不斷完善教學(xué)方法。

參考文獻(xiàn)

[1] Barrows H S.The essentials of problem-based learning[J].Journal of Dental Education，1998，62（9）：630-633.[2] 王志軍.用PBL教學(xué)方法培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2009，26（6）：23-24.[3] 鐘麗莎，李佳凌，黃志偉，等.PBL與TBL教學(xué)法在“電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)”中的結(jié)合應(yīng)用[J].中國電力教育，2013（8）：53-54.[4] 劉春城.PBL教學(xué)模式在工程訓(xùn)練教學(xué)中的探索與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2012，29（4）：158-161.[5] 譚飚.基于PBL的“數(shù)字信號處理器”課程改革[J].中國科技信息，2013（10）：112.

第四篇：問題式教學(xué)法在大學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用

問題式教學(xué)法在大學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用

【摘 要】 問題式教學(xué)法可以有效的提高課堂教學(xué)效率，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力；在大學(xué)物理教學(xué)中科學(xué)有效地實(shí)施問題式教學(xué)法，重在創(chuàng)設(shè)情境，發(fā)現(xiàn)問題；層層推進(jìn)，分析問題；合作交流，探討問題；實(shí)踐應(yīng)用，拓展問題。

【關(guān)鍵詞】 問題式教學(xué)法；大學(xué)物理；理工科；應(yīng)用

大學(xué)物理作為理工科學(xué)生的一門必修課程，與數(shù)學(xué)、天文學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)等學(xué)科之間有密切的關(guān)系，物理學(xué)研究的規(guī)律與現(xiàn)代物理學(xué)息息相關(guān)。大學(xué)物理的學(xué)習(xí)，可以改變學(xué)生的物理認(rèn)知結(jié)構(gòu)，掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法和提高學(xué)習(xí)能力。建構(gòu)主義認(rèn)為，在教學(xué)活動(dòng)中教師應(yīng)當(dāng)是合作者、組織者和引導(dǎo)者，教學(xué)是使學(xué)生在教師所創(chuàng)設(shè)的學(xué)習(xí)環(huán)境和條件下進(jìn)行自我探索和完善的過程。問題式教學(xué)法，由教師引導(dǎo)以問題化的形式，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，以達(dá)到學(xué)生完善認(rèn)知結(jié)構(gòu)，發(fā)展創(chuàng)新意識(shí)和提高綜合能力的新式教學(xué)法；將問題式教學(xué)法應(yīng)用到大學(xué)物理教學(xué)中，能全面提高大學(xué)物理課堂教學(xué)的質(zhì)量，有效地培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、邏輯推理能力、分析問題能力、創(chuàng)新思維能力等。

一、問題式教學(xué)法

基于問題教學(xué)是近年來教學(xué)改革者廣泛研究與應(yīng)用的一種新型教學(xué)模式。將問題方法融入教學(xué)中最早可以追溯到古希臘，蘇格拉底推崇使學(xué)生在教師指導(dǎo)幫助下提出問題并主動(dòng)尋找正確答案；前蘇聯(lián)教育家馬赫穆托夫提倡采用教師帶領(lǐng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、師生交流探討問題和學(xué)生獨(dú)立思索釋疑三種模式進(jìn)行教學(xué)，使教學(xué)成為學(xué)生主動(dòng)參與并享受合作探究的快樂過程。20世紀(jì)50年代美國著名教育學(xué)、心理學(xué)家杰羅姆?布魯納在總結(jié)前人研究成果，在系統(tǒng)的理論歸納、廣泛的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上提出了問題式教學(xué)模式。該模式旨在通過教師對學(xué)生引導(dǎo)，以問題的設(shè)計(jì)和解決作為主線，對教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)層層展開，形成循序漸進(jìn)、遞進(jìn)式深入的課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)。問題式教學(xué)法通過學(xué)生心理認(rèn)知結(jié)構(gòu)的變化，使學(xué)生掌握理論知識(shí)和提高運(yùn)用知識(shí)解決問題的能力；在教學(xué)過程中充分激發(fā)學(xué)生的探究欲望，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生自學(xué)能力和積極的探索精神。

二、問題式教學(xué)法的應(yīng)用

問題式教學(xué)法的基本思路是：將要掌握的新知識(shí)融入到真實(shí)的問題情境中，通過相互之間的交流合作與探究來建構(gòu)知識(shí)，基于問題的解決來培養(yǎng)創(chuàng)造性思維與協(xié)作能力。大學(xué)生即將踏入社會(huì)，培養(yǎng)學(xué)生解決問題與發(fā)現(xiàn)問題的意識(shí)和能力顯得尤為重要。

1、創(chuàng)設(shè)情境，發(fā)現(xiàn)問題

首先，問題準(zhǔn)備。教師必須對物理概念和基本定律準(zhǔn)確理解、充分掌握，并對學(xué)生的物理背景、知識(shí)結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)態(tài)度做好充分調(diào)研和準(zhǔn)備，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)好每一個(gè)問題。其次，創(chuàng)設(shè)情境。在實(shí)際的教學(xué)中，教師根據(jù)課題目標(biāo)設(shè)置適當(dāng)?shù)那榫常尸F(xiàn)與之有關(guān)的足夠材料，在大學(xué)物理教學(xué)中，主要從下幾個(gè)方面設(shè)置情景：

（1）挖掘教材內(nèi)容。大學(xué)物理中很多知識(shí)點(diǎn)間有相同的性質(zhì)或相似規(guī)律，可以從舊知識(shí)的已知特征，去推測新知識(shí)的相應(yīng)特性。如在講電勢能時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)重力場中重力勢能的規(guī)律。因?yàn)樵陟o電場中移動(dòng)電荷，電場力的功也與路徑無關(guān)，那么電荷在電場中具有的勢能又有什么規(guī)律呢？（2）進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)。有些概念和規(guī)律，無論教師如何費(fèi)力講，學(xué)生也很難理解和體會(huì)時(shí)，通過簡單的演示實(shí)驗(yàn)，教師用很少的語言，即可把要講述的課題展現(xiàn)在學(xué)生面前?！办o電屏蔽”是學(xué)生難于理解的概念，講課前可以作這樣的演示實(shí)驗(yàn)，將帶電棒靠近通草球，通草球因被帶電棒吸引而擺動(dòng)?？墒菍⑼ú萸蚍旁诮饘倬W(wǎng)內(nèi)時(shí)靠近同一個(gè)帶電棒，卻不會(huì)被吸引擺動(dòng)。這時(shí)學(xué)生會(huì)思索金屬網(wǎng)內(nèi)發(fā)生了什么變化？為什么通草球不動(dòng)？（3）聯(lián)系日常生活。物理是一門與日常生活息息相關(guān)的學(xué)科，很多熟悉的現(xiàn)象直覺觀念跟物理觀念往往不一致，可以通過揭示矛盾，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。講牛頓第三定律以前，向?qū)W生提出這樣一個(gè)問題“拔河的雙方，贏的一方拉力大還是輸?shù)囊环嚼Υ?？”大多?shù)學(xué)生會(huì)脫口而出 “贏得一方拉力大”。我說“是否正確通過后面的分析大家就會(huì)明白”。（4）利用學(xué)生的各種反饋信息。有些知識(shí)點(diǎn)學(xué)生雖然理解了，但不夠透徹，似會(huì)非會(huì)，針對學(xué)生沒有鞏固或常出錯(cuò)的知識(shí)，最好的方法是教師設(shè)疑，讓學(xué)生在回答或板演中把學(xué)的粗淺的問題充分暴露出來。然后根據(jù)暴露出來的通病讓學(xué)生辨別是非，剖析根源，真正解決問題。如滑塊在劈尖下滑時(shí)，機(jī)械能是否守恒等。

2、層層推進(jìn)，分析問題

心理學(xué)研究曾表明：學(xué)生的思維活動(dòng)總是由問題開始，在解決問題中得到發(fā)展的。課程中難度較大的知識(shí)點(diǎn)或重點(diǎn)部分的內(nèi)容，與之相聯(lián)的基礎(chǔ)知識(shí)較多，綜合性較強(qiáng)，可采取由淺入深，層層推進(jìn)的方式進(jìn)行。第一步，提出“思考”的問題。學(xué)生感到解決某一問題的必要時(shí)，他的思維必然活躍起來。當(dāng)學(xué)生的興趣被激起后，他們急于弄清里面的道理。有的急于看書，有的努力回顧以前的知識(shí)，有的小聲議論。學(xué)生的注意力被集中到問題上，課堂氣氛熱烈。第二步，教師巡回指導(dǎo)，層層分析問題。在教學(xué)中教師不斷揭露種種矛盾，提出各種疑問，使學(xué)生時(shí)時(shí)感到有許多新鮮而有趣的問題可想，有許多矛盾需要解決，為學(xué)生提供探究的材料和信息，充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能，給學(xué)生以充分的活動(dòng)時(shí)間和空間，引導(dǎo)學(xué)生提出解決問題的假設(shè)，做到既生動(dòng)活潑，又不放任自流。第三步，鼓勵(lì)學(xué)生解決問題。促使他們聯(lián)想有關(guān)的舊知識(shí)，對比所講的新知識(shí)，思考它們之間的區(qū)別和聯(lián)系，設(shè)想各種解答方案，積極進(jìn)行分析和綜合，找到解決問題的途徑。

如講功一節(jié)，先讓學(xué)生回憶功的概念：物體在受力的方向上移動(dòng)一段距離，則該力對物體做了功；若力的方向與物體前進(jìn)的方向垂直，此力對物體不做功。第一步提問：如果力的方向既不與前進(jìn)方向一致，也不與前進(jìn)方向垂直，這力對物體做功嗎（在黑板上做出受力圖）？課堂上非?！办o”，學(xué)生正在尋找解決問題的途徑，思想極其活躍，靜中藏動(dòng)。這時(shí)進(jìn)行第二步引導(dǎo)分析問題。提示“大家不是學(xué)過力的分解嗎？把這個(gè)力分解一下怎樣”。很快學(xué)生思維成熟，由靜而動(dòng)，課堂頓時(shí)活躍起來。接著提問“剛才物體在運(yùn)動(dòng)過程中受到的是恒力作用，如果在物理所受力隨位置改變呢？”學(xué)生處于“靜”的思索狀態(tài)。繼續(xù)第三步，鼓勵(lì)學(xué)生解決問題。提示學(xué)生聯(lián)想高數(shù)上的微積分，先微分再積分，即先分析力對質(zhì)點(diǎn)的瞬時(shí)作用，然后再連續(xù)求和，即積分。由恒力作用下的一般公式，進(jìn)而得到變力做功公式。通過一步一步分析問題，使學(xué)生一直處于“靜”“動(dòng)”兩種交替的狀態(tài)?！办o”是學(xué)生獨(dú)立的思維活動(dòng)，“動(dòng)”是思維活動(dòng)的交流和表露。教學(xué)過程如同師生之間傳球，不能光看教師扔出去多少球，主要看學(xué)生最終能接到多少球。而學(xué)生怎樣去接，就要看教師如何引導(dǎo)。

3、合作交流，探討問題

物理學(xué)難學(xué)是很多學(xué)生對于物理課的評價(jià)，大部分學(xué)生學(xué)不好的原因是沒有鉆進(jìn)去，感到物理知識(shí)在頭腦中雜亂無章，學(xué)起來枯燥無味，毫無興趣。解決學(xué)生學(xué)而無趣的最好辦法就是討論法，千方百計(jì)使學(xué)生參與到爭論和積極思維之中，這樣便自然產(chǎn)生了興趣。

第一，選好題目。書中無現(xiàn)成答案而又需大家認(rèn)真思考的問題，教師要重點(diǎn)組織展開全班或小組討論，充分誘導(dǎo)學(xué)生動(dòng)眼觀察、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、動(dòng)耳傾聽、動(dòng)腦思考、動(dòng)口爭辯，置學(xué)生于主動(dòng)探索知識(shí)之中。重點(diǎn)從以下方面選題：（1）書本知識(shí)與生活經(jīng)驗(yàn)有矛盾的問題，如課本上兩列光相遇發(fā)生干涉相長相消，而實(shí)際生活中看到的光強(qiáng)度分布是均勻的；（2）學(xué)生觀察到物理現(xiàn)象而未弄清現(xiàn)象的本質(zhì)問題，如槍打落猴、飛機(jī)拋物等；（3）學(xué)生容易混淆和難以理解的問題，比如在驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)中，作用在小車上的拉力和放在盤里的砝碼的重量哪個(gè)大？出現(xiàn)三個(gè)答案：小車所受拉力等于盤里所放砝碼的總重量；小車所受拉力小于盤里所放砝碼的總重量；小車所受拉力大于盤里所放砝碼的總重量。第二，合理分組。根據(jù)問題的難易和學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，可以采取同桌討論、小組討論及全班討論的形式，盡量讓每個(gè)學(xué)生發(fā)表他們自己對問題的認(rèn)識(shí)和理解，互相啟發(fā)，共同提高。最后，歸納總結(jié)。討論過程中，教師及時(shí)從學(xué)生的交流中收集信息，進(jìn)行梳理匯總，充分釋疑。通過討論交流，不僅激發(fā)了學(xué)生的濃厚興趣，而且加深了對知識(shí)的全面理解和掌握。

4、實(shí)踐應(yīng)用，拓展問題

俗話說：“百聞不如一見”，在物理教學(xué)中可增加一句：“百見不如一做”。學(xué)生對知識(shí)的認(rèn)識(shí)和理解僅僅是掌握、駕馭它的第一步，獲得知識(shí)的最終目的在于運(yùn)用。真正做到熟練掌握，應(yīng)用自如，還須通過反復(fù)實(shí)踐。反過來，學(xué)生通過運(yùn)用知識(shí)、解決實(shí)際問題，又可以強(qiáng)化感知，加深對知識(shí)的理解。

首先，上好實(shí)驗(yàn)課。物理實(shí)驗(yàn)課是學(xué)生在教師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的一項(xiàng)實(shí)踐活動(dòng)，通過對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（如牛頓環(huán)，光柵等）的觀察、分析，可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γǎ簩?shí)踐能力、思維判斷能力、表達(dá)書寫能力、簡單的設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力。其次，利用第二課堂。根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣愛好，組織他們參加課外活動(dòng)小組，如物理興趣小組、科技發(fā)明小組、天文小組、無線電小組、航模小組等。最后，開展各類競賽活動(dòng)。根據(jù)各理工科的專業(yè)特點(diǎn)，組織學(xué)生開展各類科技小發(fā)明、小制作、小論文活動(dòng)，舉行物理競賽、實(shí)驗(yàn)競賽等。近些年我們系每年開展一期電子設(shè)計(jì)大賽，培養(yǎng)了一批知識(shí)面寬、思路敏捷、動(dòng)手能力強(qiáng)的學(xué)生。通過一系列有趣的實(shí)踐活動(dòng)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)創(chuàng)造性的運(yùn)用知識(shí)，從而提高學(xué)生解決實(shí)際問題的本領(lǐng)，鍛煉動(dòng)手動(dòng)腦的能力。在實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生無論遇到任何情況或做任何事情，都要考慮兩個(gè)問題：為什么、怎么辦。前者追究原因，后者提供對策。只有搞清原因，才能想出辦法。

對大學(xué)物理教師來講，應(yīng)根據(jù)大學(xué)物理的課程特點(diǎn)，將問題式教學(xué)法科學(xué)地加以運(yùn)用，授人以漁的同時(shí)完成理工科學(xué)生大學(xué)物理知識(shí)的傳授和學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)；通過有效利用課堂及課下練習(xí)鞏固加深學(xué)生對理論知識(shí)的理解掌握，然后加強(qiáng)實(shí)踐應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)對知識(shí)的吸收、消化和拓展，完成對他們創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。從而實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)高素質(zhì)、創(chuàng)新性、應(yīng)用性人才的目標(biāo)。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 劉均利.問題式教學(xué)法在“橋梁工程”教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].課程教材，2011.196.[2] 戴維，沈建華，段天權(quán)等.開放式教學(xué)法在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].科技信息，2011.16.[3] 劉歸，曹曉萍.基于“英特爾未來教育教學(xué)模式”的大學(xué)物理問題教學(xué)[J].陜西教育，2009.3.[4] 力昌英，謝柏林，萬士保.管窺獨(dú)立學(xué)院大學(xué)物理教學(xué)方法及運(yùn)用[J].物理通報(bào)，2012.3.[5] 華雪俠，向?qū)庫o，李耀宗等.問題主線教學(xué)模式在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的實(shí)踐研究[J].陜西教育，2013.6.【作者簡介】

姚文葦（1981-）女，山東臨沂人，講師，碩士研究生.

第五篇：投稿 MATLAB在大學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用示例

應(yīng)用于大學(xué)物理教學(xué)的MATLAB圖示模擬的示例

王明美1 李冬鵬2

（合肥師范學(xué)院電子信息工程學(xué)院，安徽，合肥，230061）

摘要：針對大學(xué)物理教學(xué)中理論性較強(qiáng)、概念抽象等特點(diǎn)，利用MATLAB強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算和圖形技術(shù)，在大學(xué)物理中選取了李薩如圖形、麥克斯韋速率分布、電偶極子的電勢和電場、楊氏雙縫干涉等實(shí)例，通過對這些實(shí)例進(jìn)行分析，繪制了相應(yīng)的模擬圖示，對于大學(xué)物理的教學(xué)提供一些參考。

關(guān)鍵詞：MATLAB，李薩如圖形，電偶極子的電勢和電場，雙縫干涉，圖示模擬

1.引言

物理學(xué)是研究物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、基本運(yùn)動(dòng)形式、相互作用和轉(zhuǎn)化規(guī)律的學(xué)科，是其他自然科學(xué)和工程技術(shù)的基礎(chǔ)。以物理學(xué)為主要內(nèi)容的大學(xué)物理課程，是高等學(xué)校理工科學(xué)生的一門重要基礎(chǔ)課。在教學(xué)過程中，學(xué)生普通反映該門課程比較抽象，很多概念難以理解，空間圖形難以建立。MATLAB以矩陣作為數(shù)據(jù)操作的基本單位，提供了十分豐富的數(shù)值計(jì)算函數(shù)、符號計(jì)算功能和功能強(qiáng)大的繪圖功能，借助MATLAB模擬和實(shí)現(xiàn)結(jié)果的可視化，把抽象概念變?yōu)榍逦弥庇^的數(shù)據(jù)和圖象形象的描述物理圖形和圖象，有助于學(xué)生對這門課程的學(xué)習(xí)。

本文應(yīng)用MATLAB對于李薩如圖形、麥克斯韋速率分布、電偶極子的電勢和電場、楊氏雙縫干涉等實(shí)例進(jìn)行了分析，給出了模擬圖形。

2李薩如圖形

一個(gè)質(zhì)點(diǎn)同時(shí)在X軸和Y軸上作簡諧運(yùn)動(dòng)，形成的圖形就是李薩如圖形。應(yīng)用圖形函數(shù)plot[2]，模擬出李薩如圖形。plot 是繪制二維圖形的最基本函數(shù)，它是針對向量或矩陣的列來繪制曲線的，使用plot 函數(shù)之前，必須首先定義好曲線上每一點(diǎn)的x 及y 坐標(biāo)，基本格式是plot（x,y）。2.1題設(shè)和分析

已知質(zhì)點(diǎn)在平面上同時(shí)參與x,y方向的簡諧振動(dòng)：

x?3sin(5??t??/4)y?2sin(5??t??/6)

繪制出質(zhì)點(diǎn)在平面上的運(yùn)動(dòng)軌跡[1]。

分析題設(shè)，可知兩個(gè)簡諧振動(dòng)的振幅比為2:3，頻率比為3:2 2.2 示例程序

clear %清除變量 xm=2;%橫坐標(biāo)范圍 ym=3;%橫坐標(biāo)范圍

t=0:0.01:20;%設(shè)置時(shí)間范圍和步長 a1=2;a2=3;%設(shè)置振幅

wx=3*pi;wy=2*pi;%設(shè)置相位，頻率比3:2 1王明美（1956-），女，江蘇省南京市人，合肥師范學(xué)院電子信息工程學(xué)院副教授，主要從事普通物理、近代物理和計(jì)算物理的教學(xué)和研究

[基金項(xiàng)目]合肥師范學(xué)院質(zhì)量工程項(xiàng)目教學(xué)示范課程“大學(xué)物理”（2011jxsf05）和教改示范課程“普通物理學(xué)”（2011jgsf02）2李東鵬（）phi1=0;phi2=0;%設(shè)置初相位 x=a1*cos(wx*t+phi1);%橫坐標(biāo)表達(dá)式 y=a2*sin(wy*t+phi2);%縱坐標(biāo)表達(dá)式 plot(x,y);%繪制圖形

axis equal tight %使坐標(biāo)刻度相等 title('李薩如圖形(itv1:v2=3:2)','fontsize',16)%顯示標(biāo)題 xlabel('itx','fontsize',12)%顯示橫坐標(biāo) ylabel('ity','fontsize',12)%顯示縱坐標(biāo)

圖1 李薩如圖形示例 麥克斯韋速率分布圖示

麥克斯韋速率分布曲線是根據(jù)麥克斯韋速率分布函數(shù)在一定條件下的曲線圖示。應(yīng)用圖形函數(shù)plot模擬麥克斯韋速率分布曲線。3.1示例原理

麥克斯韋經(jīng)過理論研究，指出在平衡狀態(tài)中氣體分子速率分布函數(shù)的具體形式是

f(v)?4?(m0)e2?kT32?m0v22kTv2，其中的f(v)叫做麥克斯韋速率分布函數(shù)，表示速率分布函數(shù)的曲線叫做麥克斯韋速率分布曲線。[1]

3.2示例程序

用Matlab模擬氫分子在溫度分別為73K、273K和1273K時(shí)的速率分布曲線的程序如下：

m0=3.35e-27;%設(shè)置氫分子的質(zhì)量 T1=73;%設(shè)置溫度 T2=273;%設(shè)置溫度 T3=1273;%設(shè)置溫度

k=1.38e-23;%玻爾茲曼常量取值 v=0:100:5000;%設(shè)置溫度范圍和步長 f1=4*pi*(v.^2).*(m0/(2*pi*k*T1))^1.5.*exp(-m0*(v.^2)/(2*k*T1));f2=4*pi*(v.^2).*(m0/(2*pi*k*T2))^1.5.*exp(-m0*(v.^2)/(2*k*T2));f3=4*pi*(v.^2).*(m0/(2*pi*k*T3))^1.5.*exp(-m0*(v.^2)/(2*k*T3));%分布函數(shù)表達(dá)式

plot(v,f1,v,f2,v,f3);hold on;%繪圖 title('麥克斯韋速率分布曲線示例','fontsize',16)%顯示標(biāo)題

text(1200,1e-3,'{T73K}','fontsize',12);%文本注釋，位置，內(nèi)容，字體 text(2300,0.5e-3,'{T73K}','fontsize',12);text(4500,0.3e-3,'{T73K}','fontsize',12);xlabel('itv/(m/s)','fontsize',16)%顯示橫坐標(biāo) ylabel('itf(v)','fontsize',16)%顯示縱坐標(biāo)

所得圖形如圖2所示。

圖2 不同溫度下的氫分子的速率分布曲線

4電偶極子的電場和等勢面圖示

這是電磁學(xué)的一個(gè)典型圖示。由函數(shù)contour先畫出等勢線，再由流線函數(shù)gradient模擬畫出電場線。contour是等值線圖函數(shù)，基本格式是contour(Z)根據(jù)矩陣Z畫出等高線。gradient是求梯度函數(shù)，基本格式是gradient(f)用數(shù)值方法求函數(shù)f的梯度。4.1 題設(shè)和分析

由電學(xué)知，電偶極子為帶等量異號的兩個(gè)點(diǎn)電荷系統(tǒng)。設(shè)兩個(gè)電荷間的距離為2a，k?14??0?9?109N?m2/C2，q1為正電荷，q2為負(fù)電荷，且q2/q1?1電偶極子的電勢為

U?kq1kq2（1）?r1r2其中r1?(x?a)2?y2(2)r2?(x?a)2?y2(3)

???U??U電場強(qiáng)度可以根據(jù)電勢梯度計(jì)算E???i??y??x

??j?（4）?3 4.2 示例程序

電偶極子的電場線和等勢線的畫法（等量異號點(diǎn)電荷對q2:q1=1）程序如下： clear %清除變量 q=1;%電量比

xm=2.5;%橫坐標(biāo)范圍 ym=2;%橫坐標(biāo)范圍 x=linspace(-xm,xm);%橫坐標(biāo)向量 y=linspace(-ym,ym);%縱坐標(biāo)向量 [X,Y]=meshgrid(x,y);%設(shè)置坐標(biāo)網(wǎng)點(diǎn)

r1=sqrt((X+1).^2+Y.^2);%第一個(gè)正電荷到場點(diǎn)的距離 r2=sqrt((X-1).^2+Y.^2);%第二個(gè)正電荷到場點(diǎn)的距離 U=1./r1-q./r2;%計(jì)算電勢

u=-4:0.5:4;%等勢線的電勢向量 figure %創(chuàng)建圖形窗口 contour(X,Y,U,u, '--');hold on;%畫等勢線 hold on %保持圖像 plot(-1,0,'o','MarkerSize',12)%畫正電荷 plot(1,0,'o','MarkerSize',12)%畫負(fù)電荷

[Ex,Ey]=gradient(-U,x(2)-x(1),y(2)-y(1));%用電勢梯度求場強(qiáng)的兩個(gè)分量 dth1=20;%第II、III象限電場線角度間隔 th1=(dth1:dth1:180-dth1)*pi/180;%電場線的起始角度 r0=0.1;%電場線起點(diǎn)半徑 x1=r0*cos(th1)-1;%電場線的起點(diǎn)橫坐標(biāo) y1=r0*sin(th1);%電場線的起點(diǎn)縱坐標(biāo) streamline(X,Y,Ex,Ey,x1,y1)%畫第II象限電場線 streamline(X,-Y,Ex,-Ey,x1,-y1)%畫第III象限電場線

dth2=dth1/q;%第I、IV象限電場線角度間隔 th2=(180-dth2:-dth2:dth2)*pi/180;%電場線的起始角度 x2=r0*cos(th2)+1;%電場線的起點(diǎn)橫坐標(biāo) y2=r0*sin(th2);%電場線的起點(diǎn)縱坐標(biāo) streamline(X,Y,-Ex,-Ey,x2,y2)%畫第I象限電場線 streamline(X,-Y,-Ex,Ey,x2,-y2)%畫第ＩＶ象限電場線 axis equal tight %使坐標(biāo)刻度相等 title('電偶極子的電場線和等勢線','fontsize',16)%顯示標(biāo)題

xlabel('itx/a(電勢單位:kq/a=1)(電荷比q2/q1=1)','fontsize',12)%顯示橫坐標(biāo)

ylabel('ity/a','fontsize',12)%顯示縱坐標(biāo)

運(yùn)行程序，結(jié)果為圖3.圖3 電偶極子的電場線和等勢線

5.雙縫干涉圖示

在光學(xué)中，應(yīng)用MATLAB對于干涉和衍射的相對光強(qiáng)分布和單色光的模擬圖樣是最為常用的，以下是雙縫干涉的示例。使用plot函數(shù)畫出相對光強(qiáng)分布，使用colormap函數(shù)[2]畫出灰度色圖。colormap函數(shù)是顏色控制函數(shù)用于顏色查看表，格式是colormap(m),其中m代表色圖矩陣。5.1 題設(shè)和分析

設(shè)雙縫間距為d?4?10?5m，雙縫在?方向的干涉光的光強(qiáng)為

?sin2??P點(diǎn)的光強(qiáng)為I?I0??，???dsin?/? sin???25.2 示例程序

clear

%清除變量 lamda=5e-7;

%設(shè)定波長

d=4e-5;

%設(shè)定雙縫間距

a=-0.014*pi:0.00001:0.014*pi;

%設(shè)定干涉角a的范圍和步長

b=4e-5*pi*sin(a)/lamda;

%將干涉角a換算成b,b??dsina/? I0=1;

%設(shè)定光強(qiáng)初值

I=I0*(sin(2*b)./sin(b)).^2;

%計(jì)算相對光強(qiáng)I/I0, I?I0*(sin2b/sinb)subplot(2,1,2);plot(sin(a),I/4, 'b');

%在2行1列畫出相對光強(qiáng)分布圖

hold on;

%保持圖像 xlabel('sin(a)');

%顯示橫坐標(biāo)

ylabel('雙縫干涉相對光強(qiáng)it I/I0');

%顯示縱坐標(biāo) axis([-0.037 0.047 0 1]);

%設(shè)置坐標(biāo)刻度

subplot(2,1,1);plot(sin(a),I, 'b');

%在2行1列畫出相對光強(qiáng)分布圖

g=zeros(256,3);

%放大圖像數(shù)據(jù)以覆蓋當(dāng)前色圖的整個(gè)范圍，并顯示圖片

for i=0:255

g(i+1,:)=(255-i)/255;end imagesc(I)

%將輸入變量I顯示為圖像 colormap(g);

%用g矩陣映射當(dāng)前圖形的色圖 subplot(2,1,1);axis off

%清除變量, title('雙縫干涉模擬圖示','fontsize',16)%顯示標(biāo)題

圖4 雙縫干涉模擬圖示

參考文獻(xiàn)：

[1] 程守洙，江之永.普通物理學(xué)（第六版）[M].北京,高等教育出版社,:2006（12）：（上冊）37；182；（下冊）37-39；132 [2] 劉為國主編MATLAB程序設(shè)計(jì)教程[M] 北京：中國水利水電出版社，2005（3）：99;125；296；

[3] 柳承茂改編MATLAB 入門與應(yīng)用[M]．北京：科學(xué)出版社，1999（10）：51 [4] 馬文淦 編著.計(jì)算物理學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,2005(5):46;[5] 施妙根 顧麗珍編著:科學(xué)和工程計(jì)算基礎(chǔ)[M].北京:清華大學(xué)出版社,1999(8):424

Used in college physics teaching of MATLAB simulation is given

WANG Ming-mei

LI Dong-peng

（School of Electronic and Information Engineering, Hefei Normal University, Hefei 230061 ,China）

Abstract:According to the characteristics of theory of strong and abstract concept in college physics teaching, it is utilized graph and numerical technology of MATLAB software to simulate some typical examples.Selected the lissajous figures, a double-slit interference, through the analysis of these examples, Draw the corresponding simulation here, For college physics teaching to provide some reference.Key words: MATLAB;lissajous figures；Maxwell's speed distribution；electric dipole of electric potential and electric field ；a double-slit interference ；the simulation 6