基于PBL教学模式的“基础物理实验网络课程”

2013-08-31梁会琴冯建武郭保忠

实验室研究与探索 2013年6期

梁会琴，冯建武，郭保忠

(洛阳师范学院物理与电子信息学院，河南洛阳471022)

0 引言

本项目是在洛阳师范学院2007年结项的教改项目“大学物理实验教学手段的创新与实践”和2009年结项的教改项目“热学实验网络指导课程”的成果基础上持续开展并如期完成的。项目的主要成果“基础物理实验网络课程”，已于2009年5月挂在校园网上(见洛阳师范学院2009年校级精品课程的教学网站栏目)。成果的主要特色是将基于问题式学习的教学模式应用于设计开发的基础物理实验网络课程之中。项目的初步成果在三年的教学实践应用中效果良好。

1 项目选题的背景及意义

1.1 背景

基础物理实验课程是培养大学生实践能力和创新能力的具有独特优势的教学平台，因此国家每年都会投入大量的人力、物力、财力来进行物理实验教学改革乃至建设物理实验精品课程和物理实验教学示范中心［1-6］。多媒体现代化的教育手段在物理实验课程教学改革方面的应用研究，已经取得许多成果［7，8］。但是经过充分调研，我们发现就其总的改革成果而言，还存在着教育理念偏差、呈现形式不够实用、协调应用不够恰当及教学引导过程不够完善等问题:

(1)教育理念偏差。虽然在我们的实验教学中采用了多媒体新技术，但是已开发的网络课程、多媒体课件等依然沿用的是旧的教学理念。如实验讲义的网上搬家、实验录像、虚拟实验等。它们虽然在传统的实验教学环节上解决了一些问题，但是以“知识传授为中心”的教学理念没有得到根本的改变。

(2)呈现形式不够实用。一些好的网络课程、多媒体课件、虚拟实验等的确为改善实验课的教学环境带来了生机，能够激发学生学习的兴趣并丰富学生的想象力，但相当一部分只是实验讲义的网上搬家，没有实用价值。现有的实验网络课程从形式上缺乏以学为主的整体教学模式和贯穿始终的明确的教学主线。

(3)协调应用不够恰当。学生实验技能和实践能力的最终提高主要是在实验室里完成的，而网络课程，多媒体手段只能够对实验教学起到辅助作用。因此网络课程与实验课堂教学要互补和渗透，网上资料要切合实际，注重实效。而现有的许多网上资料缺乏与实验课堂教学的协调和互补。

(4)教学引导过程不够完善。学生在实验课学习的过程中，会遇到许多新的问题，特别需要教师的全程指导与帮助，诸如实验设计中的问题、数据处理中的问题及实验后问题的探讨等。而现有的网络课程大多是虎头蛇尾，缺乏对学生全程式的引导和帮助。

经过以上分析，我们认为:当前影响物理实验课教学改革效果的主要因素是课程设计理念的偏差与教学主线的不明确造成的。

1.2 意义

本项目针对高校物理实验教学改革中的关键问题——教育理念和教学模式问题进行了专项研究和实践，对解决高校从传统物理实验教学的旧模式向以学生为本的新型化、现代化、全程化物理实验教学新模式转变的关键问题进行了尝试。

本项目的选题产生于实验教学改革的现实需求，是国内领先的一项创新型研究项目。该项目对推动我省PBL教学改革及高等教育现代化进程，有着重要的理论研究价值和实际应用意义。项目取得的成果，对加快我省物理实验精品课程建设和实验教学示范中心建设的步伐起到了积极的作用。

2 项目研究的重要观点

PBL(Problem-Based Learning，PBL)是一种以问题为核心，以学生自我管理为主的教学模式。自PBL创建以来，国内外的许多大学采用这种新型的教学模式取得了较好的教学效果［9-14］。将PBL教学模式应用于基础物理实验网络课程，教育理念新、呈现形式实用、网络课程与课堂教学优势互补、实现教师对实验课程的全程负责。具体分析如下:

(1)教育理念新。PBL教学模式中学生围绕着提出的问题进行咨询、设计方案、解决问题、反思和总结。学生是教学过程的主体，而教师只是学生解决问题的帮助者。因此它将充分体现以学生为主体、以教师为主导的教学理念。

(2)呈现形式实用。PBL教学模式中教师根据教学采用各种手段(图片、动画、虚拟实验、多媒体课件、网络课程等)为学生创设情境、提出问题、提供资料、实施帮助、评价交流。教学过程有明确的以“问题”为核心的教学主线，各种网上资料必定切实有用。

(3)网络课程与课堂教学优势互补。PBL教学模式中学生针对要解决的问题，需要多方咨询、综合思考、设计方案、动手操作、归纳反思，最终使问题得以解决。学生在学习过程中，网络课程可以为学生提供多方咨询、实时求证。实验室是学生动手操作、解决问题的主战场，教师则是学生整个自主学习、知识建构、能力训练过程的指导者和帮助者。这种教学模式，将使网络课程、实验室充分发挥优势互补作用。

(4)实现教师对实验课程的全程负责。PBL教学模式中教师是整个教学过程的主导者，也是对学生解决问题过程的关注者，更是对学生在整个学习过程中的帮助者。教师可以通过网络课程制作、实验室指导、平台交流实现对课程的全程负责。

(5)培养学生团队合作学习的精神。在PBL教学模式中，学生是解决问题的主体，多数情况下学生可以以团队小组的形式进行协作学习。

3 项目研究的内容

本项目的主要内容是研究将PBL教学模式应用于基础物理实验课程，并且设计开发一门“基于PBL教学模式的基础物理实验网络课程”。

3.1 基于PBL教学模式的课程的总体模式

该课程包括力学实验、热学实验、电磁学实验、光学实验、大学物理实验和近代物理实验6个分支网络课程，总计73个实验项目。各分支课程独立，结构相仿。即各分支课程都有6个一级栏目，14个二级栏目，其中实验题目栏目包括若干个实验题目，而每个实验题目包括11项三级栏目，参见图1。PBL教学模式主要体现在“实验指导”栏目。

图1 热学实验网络指导课程结构图

3.2 基于PBL教学模式的课程系统结构的设计

根据PBL学习过程进行了系统结构的设计，参见图2。具体结构顺序是按照学生学习的过程进行设计的，预习并设计实验、重点提示、操作演示、数据处理、问题讨论、交流平台涵盖了整个学习过程。体现了PBL教学模式的内涵，即教师以问题为核心，以为学生创设情景、提供资源服务、实时指导和交互平台为基本策略，设计合理的模块化结构，真正体现以学生自主学习为主的教学新理念。

3.3 基于PBL教学模式的课程内容

3.3.1 情境内容

情境内容主要由仪器实物总图、仪器分解图、仪器原理图解三部分组成。我们在实验仪器图片的布置、拍摄上力求简洁、清晰、反映全貌，并且加有图注，可以达到一目了然的效果;仪器分解图加图注，主要说明单个仪器的结构原理，使复杂的文字说明变为简单的图释语言;仪器原理图解用最简单明了的文字说明仪器、实验的测量原理。两三副图片，一两行文字不仅可以使学生了解本实验的概貌，更能激发学生实验的兴趣。

3.3.2 问题设计

问题是根据实验目的设计的。例如试根据提供的“仪器与用具”进行思考，设计一种测量×××的方案，并完成该实验。

3.3.3 资源内容

资源内容主要由参考文献、物理常数、参考网页、友情链接四部分组成。参考文献列出了主要参考书目;物理常数以表格的形式直接放在网上;参考网页是兄弟院校的相关网站;友情链接则是一些典型的动画、图片等。这些可以使学生结合本实验的仪器用具，对本实验的问题进行思考，考虑设计实验方案。

3.3.4 指导帮助内容

网上指导帮助内容由预习思考题及答案、实验依据及实验关键点、实验参考步骤及动态演示、实验数据记录、处理及实验数据处理模板、课后问题讨论及答案等组成。设计这些内容，充分考虑学生在实验中遇到的困难，使他们有兴趣、有能力将实验进行到底。

3.3.5 测评内容

测评由学生自评和教师评价结合，重点考察学生分析问题、设计方案、动手操作和解决问题的及与人协作的能力。教师评价主要由实验要求、评分标准、测试记录表、测评结果组成。同时设计交流平台便于学生之间，师生之间实时进行问题讨论、交流与评价。

3.4 基于PBL教学模式的网络课程制作

本课程主要采用 Dreamweaver MX 软件［3］［15］作为开发制作平台，并使用Flash MX、Photoshop CS2等软件作为辅助开发工具制作而成。

课程软件的特点是:结构非常清晰，可以很方便的进入到各个模块中;内容布局整齐美观，并能显示高清晰的公式和图片说明;链接顺畅、交互方便;内容更新也非常容易。

3.5 课程的应用及评价

基于PBL教学模式的基础物理实验网络课程在相应课程教学中使用一年，涉及洛阳师范学院物理学、化学、数学、信息科学与技术、生命科学等14个专业的本科生2 200多人。目前该网络课程成为教师教学、学生自学的有力工具。具体表现在:

(1)现在学生进入实验室后，可以直接自己动手做实验，一般不需要老师讲解;实验课上基本都能顺利完成实验测试任务;数据处理可以通过参考网页独立完成;实验报告抄袭现象基本杜绝，上交率达到98%以上，优质率达到90%以上。

(2)综合性实验和设计性实验的能力大为提高，80%以上的同学能够独立完成实验。

(3)该课程使用以后，激发了学生学习的兴趣，有些学生制作了精美的实验多媒体课件;也有学生用VB等程序开发了实验数据处理软件;还有学生积极参与了科技创新活动。该课程在物理实验课教学改革中效果显著，“基础物理实验网络指导课程的开发与应用”获得2008年河南省信息技术教育优秀成果一等奖;2009年“基础物理实验”课程被评为校级精品课程;“基础物理实验”精品课程获得2010年河南省信息技术应用成果2等奖。

4 项目的价值、特色和创新点

4.1 项目的创新程度

本项目首次将基于问题式学习的教学模式应用于基础物理实验课程，对解决高校从传统物理实验教学的旧模式向以学生为本的新型化、现代化、全程化物理实验教学新模式转变的关键问题进行了研究和尝试。突出创新点如下:①将高校实验教学模式改革与校本课程开发同步进行。②对信息技术应用与教育理念更新的整合研究。③对学习理论成果和教学系统设计的结合性研究。④对具有时代特色的物理实验网络课程开发与实践性研究。

4.2 项目的特色

本项目研发的“基于PBL教学模式的基础物理实验网络课程”，有以下特色:①体现了以学生为本的教育理念;②贯穿了以“问题”为主线的实验教学新模式;③充分发挥了网络课程在实验课教学中的优势互补作用;④实现了教师对实验课程的全程负责;⑤全面覆盖基础物理实验内容。

4.3 项目的价值

项目将PBL理论应用于物理实验教学改革，能够在教育理念、教学模式、教学方法、几方面有所创新，对PBL理论的应用拓展有一定的意义。

项目研发的“基于PBL教学模式的基础物理实验网络课程”，不仅可供本校师生在教学、学习中使用，也可推广至其他各级、各类院校的师生在物理实验课的教学和学习中使用，还对理工科专业的其它实验课的教学改革也有借鉴意义。

5 结语

项目通过对PBL教学模式、多媒体信息技术与物理实验教学的整合性研究，取得了预期的效果。通过对本项目的研究我们探索了一种PBL教学模式的实验教学新方法，研发了一部体现教育新理念、信息新技术和教学新策略的物理实验网络课程，走出了一条体现教育新理念、应用网络多媒体课件辅助实验教学的新路子，同时也培养了一支观念新、能力强、热爱实验教学的新型师资队伍。反思项目研发过程及成果，我们认为教育理念、教学模式及教学策略问题，仍然是我们在今后的实验课教学改革中需要重点关注的问题。该项目的成果基于PBL教学模式的基础物理实验网络课程，还需要进一步的修改和完善。

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