“磁性物理”课程探究式小班教学模式探索

2018-01-15蒋晓娜兰中文郭荣迪

实验科学与技术 2017年6期

孙科，余忠，蒋晓娜，兰中文，郭荣迪

电子科技大学电子科学与技术专业系国家级特色专业建设点,并在2012年全国学科评估中排名第一,其中 “磁性物理”课程是本专业的三大核心课程之一,且于2007年获批四川省精品课程。它以 “工程数学” “量子力学与统计物理” “固体物理”和 “电磁场与波”等课程为基础,同时又是 “电子测量(磁性测量)” “电子器件基础” “铁磁学”和 “磁性功能材料及应用”等课程的基础,起着从微观量子理论、固体理论向磁性材料与器件设计以及复杂工程应用的桥梁作用[1]。然而,“磁性物理”课程涉及的基础理论和物理图像较为抽象,若整个教学过程采用 “教师一言堂”和 “灌输式”的教学方式,极易导致学生出现畏难和厌学等情绪,严重制约了高等教育主体——学生综合素质和创新能力的培养以及学业水平的提高,这与专业培养目标是相悖的。2014年,学校《电子科技大学 “探究式小班教学”实施意见》 (校教[2014]394号)文件明确了探究式小班教学指导思想,即探究式小班教学应以学生的学习和发展为中心,以教学模式改革为核心,以学业评价方式改革为重点,以激发学生的求知动力与探索精神为目标,培养学生的批判性思维和创新能力[2]。

基于此,学校 “磁性物理”课程自2015年以来,便开展了探究式小班教学的研究和实践。较之同步进行的 “磁性物理”课程传授式教学,探究式小班教学取得了良好的教学效果。

1 磁性物理”课程内容简介

“磁性物理”课程是我校电子科学与技术专业三大核心课程之一,该课程要求学生能够掌握磁特性参数表征和磁化机制分析方法,认识物质磁性的起源,学会利用所学知识进行磁性材料研究设计。通过实践教学环节将课堂理论教学与磁特性参数表征实验相结合,提高学生的学习兴趣,提升本专业学生的学业水平。基于上述培养目标,课程内容围绕两个核心理论展开,即自发磁化理论和技术磁化理论。自发磁化涉及凝聚态物质磁性的微观机制,要求在原子或电子尺度求解问题,形成自发磁化理论；技术磁化属于磁畴理论的范畴,要求在磁畴或稍进一步的程度上求解问题,形成技术磁化理论。上述理论可以对磁性材料的宏观特性给出解释,并指导磁性材料研制,同时,还可以为辨析磁性材料及元件在器件及系统中的工作状态,进而指导器件乃至系统的设计。简言之,“磁性物理”探讨的就是磁性本质和变化规律、探索规律应用可能性的科学。

2 “磁性物理”探究式小班教学的研究与实践

探究式小班教学的主导思想是以学生为主体,因此学生在课程学习过程中的参与程度、求知动力和探索精神将是探究式小班教学课程的实施关键[3～6]。同时,老师对学生的主动参与乃至批判性思维应及时响应,提高学生对课程的学习兴趣。为此,课程组老师根据教学大纲从以下四方面进行了探究式小班教学的设计和实践：1)以磁性应用为导向,设计拟研究问题；2)学生自主分组,组内全员参与问题答案求解；3)学生课堂上汇报研究结果和答辩,老师及时点评答辩情况；4)用磁性物理知识解释课程实验现象,理论紧密联系实践。

2.1 以磁性应用为导向，设计拟研究问题

“磁性物理”课程涉及的基础理论和物理图像较为抽象,若照本宣科,采用传授式教学,着实难以提高学生的学习兴趣,严重影响学习效果。为此,课程组从磁性应用和实际工程问题出发,如磁性材料制备、磁性器件设计等[7],提出解决实际工程问题的关键是理解并掌握磁性基础和理论,进而将课程内容分解成拟研究的问题或专题。一方面,拟研究的问题或专题可将课程内容有机地串联,使学生对课程有较为全面的认识,并且学生能以问题的探讨和求解为动力,提高学生学习的主动性和参与程度[8-9]；另一方面,学生通过自主学习在探寻问题答案的过程中,将经历发现新问题、分析问题和解决问题这一重要问题求解过程。考虑到课程的难易度,课程组每位老师将直接负责分组学生的课后释疑,协助学生做好拟研讨问题的资料搜集、归纳、整理及报告工作。

2.2 学生自主分组，组内全员参与问题答案求解

“磁性物理”探究式小班教学是精英人才培养的探索,因此,选课人数不超过30人。课程组充分考虑分组学生协作精神及团队意识,由学生自主分成7个小组,每位学生至少要主导一个拟研究的问题或专题,小组内其他组员全员参与问题研究过程。值得注意的是,拟研究问题或专题的求解过程是要求学生课外完成的,并最终归纳整理成PPT的形式。一方面,自主分组可以加深学生间的主动沟通和交流,有助于团队合作精神和意识的培养；另一方面,小组全员参与拟研究问题或专题的研讨,学生间不同思想的积极交流,将碰撞出 “火花”,进而促进学生研究性学习和创新性思考。

2.3 学生课堂上汇报研究结果和答辩，老师及时点评答辩情况

基于自主分组情况,每组指派一位学生在课堂上以PPT的形式向老师和全班同学汇报探究问题和学习结果,汇报过程中或结束后,若其他同学对学习结果存疑,可对主讲人提问,主讲人及所在小组成员做出相应解答[10]。值得注意的是,在学生主动表达和交流的过程中,如果存在对基础知识、概念等问题的误解,老师及时点评并给出正解。最后,老师和其他同学就主讲人在拟研究问题的归纳、整理、PPT质量、汇报和答辩工作进行点评[11-12]。

2.4 用磁性物理知识解释课程实验现象，理论紧密联系实践

为了加深同学们对 “磁性物理”基础知识及理论的理解和认识,学校电子科学与技术专业就课程设置了实验环节。课程实验主要包括实验预习、实际操作、实验报告等环节[1]。首先,学生要进行实验内容的预习,在实验操作之前要形成预习报告并提交,老师根据预习报告的反馈情况,结合预留问题的回答,检验同学们的预习成效；其次,根据自主分组,每位同学进行实验,记录并分析实验现象的内在磁性本质；最后,整理并分析实验结果,撰写实验报告。一方面,实验报告的撰写可较好地锻炼同学们发现问题和分析问题的能力,同时,可促进其文字表达能力的培养和锻炼；另一方面,教师一定程度上可通过实验报告来评估和检验同学们对课程内容的掌握情况,进而对知识掌握欠牢固的地方及时讲解。

3 “磁性物理”探究式小班的教学效果

2015—2016学年第一学期,“磁性物理”课程探究式小班教学15人,平均每人汇报和答辩2次,所有同学通过了课程考试,平均成绩为86.93分,其中,成绩≥90分的学生占比为46.7,80分≤成绩≤89分的学生占比为33.3,70分≤成绩≤79分的学生占比为20,成绩70分以下的同学没有。然而,同期以传授式进行教学的61名学生,有6位同学未通过课程考试,平均成绩为72.25分,其中,成绩≥90分的学生占比为13.1,80≤成绩≤89的学生占比为23.0,70分≤成绩≤79分的学生占比为27.9,60分≤成绩≤69分的学生占比为26.2,成绩＜60分的学生占比为9.8。详细的比照结果如表1所示。