基于CDIO理念的大学物理教学改革研究

2013-03-19彭传正

物理通报 2013年10期

彭传正

(广东白云学院电气与信息工程学院广东广州 510450)

CDIO代表构思(conceive)、设计(design)、实施(implement)、运行(orerate).把CDIO理念贯穿到大学物理教学中，通过设置大学物理各级项目构建学生的知识体系，培养学生的能力，有着比传统教学模式更好的效果.

1 CDIO理念

CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果.从2000年起，麻省理工学院和瑞典皇家工学院等4所大学组成的跨国研究获得Knut and Alice Wallenberg基金会近2 000万美元巨额资助，经过4年的探索研究，创立了 CDIO 工程教育理念，并成立了以 CDIO命名的国际合作组织.

CDIO理念不仅继承和发展了欧美20多年来工程教育改革的理念，更重要的是系统地提出了具有可操作性的能力培养，全面实施以及检验测评的12条标准.

2 大学物理的知识体系和任务要求

《大学物理》是理工类各本科专业的公共基础课程，是学生学习专业课的基础.本课程的主要任务是使学生获得包括力学、热学、电磁学、波动光学和近现代物理的基本理论、基本知识和基本技能.

2.1 教学改革的目标

本项目以促进教学为中心，以加强应用为目的，探讨新的教育教学理念，建立在《大学物理》课程基础之上，研究在《大学物理》教学中如何加强学生能力的培养，如何更好地服务于学科和专业.

在项目研究中紧抓课堂教学这个中心环节,结合素质教育的精神实质,开展优化大学物理教学的研究,是有效地推进素质教育在大学物理教学中得以实施的关键.要把大学物理课堂教学作为一个整体性的师生相互作用的动态过程来研究,让大学物理课堂教学焕发出生机和活力.大学物理难学是由来已久的问题,除了课程本身较难，学生的基础有所下降外,没有优化教学过程也是原因之一.过去的大学物理教学,注重知识传授而忽视能力培养,注重教师的教而忽视学生的学,强调教师的主导地位而忽视学生的主体地位.因此,优化大学物理教学过程已是亟待解决的问题，这也是CDIO理念的要求.

2.2 教学改革的内容

本项目是基于CDIO理念具体设计《大学物理》课程，任务包括编写符合CDIO理念的《大学物理》课程教学大纲，构建符合CDIO理念的《大学物理》课程的知识体系，提出符合CDIO理念要求的《大学物理》课程考核方法.

2.2.1 知识体系的重构

在知识体系重构上，我们继续保留力学、热力学、电磁学、光学和近现代物理5部分.但在力学部分和电磁学部分，以项目为主线来覆盖知识体系.

在力学部分，主要设置8个项目.

(1)平动模型和参考系的建立.

(2)平动物理量的关系.

(3)升降机和跳伞模型的分析.

(4)漏斗漏沙的分析.

(5)嫦娥奔月的能量分析.

(6)电扇的转动分析.

(7)太阳和行星.

(8)CDIO项目：力学在生活或专业中的应用.

在电磁学部分，主要设置9个项目.

(1)电偶极子.

(2)静电屏蔽和静电除尘.

(3)压电效应.

(4)电磁炮.

(5)霍尔效应.

(6)铁磁材料.

(7)发电机与电动机.

(8)磁悬浮列车.

(9)CDIO项目：电磁学在生活或专业中的应用.

以上两部分中，CDIO项目的教学内容主要是，通过对某个项目进行研究开发的过程，实现学生初级的“做中学”，对构思、设计、实现及运行有一个全过程的、综合性的、初步的了解，建立工程的基本概念，并以这一过程加强对该部分知识的了解和兴趣.

2.2.2 CDIO项目的设置

主要通过上述的两个CDIO项目来训练与培养学生各方面的能力及综合素质，并通过项目要求来规范学生.

从知识要求到能力要求，从课堂授课到考核方式，均与传统的《大学物理》课程要求不同.

2.2.3 大学物理实验改革

依据CDIO理念提出了实验物理的设想，对大学物理实验教学进行改进.根据CDIO模式，开设了4人一组的两个综合设计性实验，一个是“导热系数的测量”实验，另一个是“磁阻效应的测量”实验.在这两个实验教学中，采用基于CDIO模式的新方法，如项目教学和学习方法，重点培养学生的能力和素质；培养学生应用知识解决实际问题的能力、交流沟通的能力和团队合作精神等.多次实验教学体验表明，学生在实验的过程中获得应有的能力培训，取得了较好的教学效果，完全达到了项目的预期效果.

CDIO教学大纲对个人能力和素质的要求中，强调了实验的探索和知识的发现.在实验的研究过程中，笔者指导学生进行了实验方法探索和实验仪器的改进，改进的新型测量仪器和实验方法，测量精度更高，测量的范围也扩大了.在不久的将来如果能够得到广泛应用，将为社会获得很大的经济效益.

3 教学方法改革

教学方法包括教师教的方法(教授法)和学生学的方法(学习方法)两大方面，是教授法与学习方法的统一.教授法必须依据学习法，否则便会因缺乏针对性和可行性而不能有效地达到预期的目的.但由于教师在教学过程中处于主导地位，所以，在教法与学法中，教法处于主导地位. 我们对于教学方法的改革就是以学生为中心，以教学质量为中心，以教学效果为中心.

在传统的物理教学中，主要采取讲授法和讨论法两种教学法.我们经过研究，基于CDIO理念，在大学物理教学中主要采取任务驱动教学法和自主学习法.

3.1 教学方式改革

教学方法不同于教学方式，但与教学方式有着密切的联系.教学方式是构成教学方法的细节，是运用各种教学方法的技术.任何一种教学方法都由一系列的教学方式组成，可以分解为多种教学方式.另一方面，教学方法是一连串有目的的活动，能独立完成某项教学任务，而教学方式只被运用于教学方法中，并为促成教学方法所要完成的教学任务服务，其本身不能完成一项教学任务.

教学方式是指教师在要求学生获取知识，提高能力，获取学习方法的过程中所采用的方式.包括谈话式、谈论式、归纳式、讲授式、重难点讲授法、实践活动式等.

在传统物理教学方式中，主要采取谈话式和重难点讲授法.我们经过研究，基于CDIO理念，在大学物理教学中主要是谈话式和实践活动式.

3.2 教学手段改进

教学手段是师生教学相互传递信息的工具、媒体或设备.随着科学技术的发展，教学手段经历了口头语言、文字和书籍、印刷教材、电子视听设备和多媒体网络技术等5个使用阶段.

现代化教学手段是与传统教学手段相对而言的.传统教学手段主要指一部教科书、一支粉笔、一块黑板、几副挂图等.现代化教学手段是指各种电化教育器材和教材，即把幻灯机、投影仪、录音机、录像机、电视机、电影机、VCD机、DVD机、计算机等搬入课堂，作为直观教具应用于各学科教学领域.因利用其声、光、电等现代化科学技术辅助教学，又称为“电化教学”.