CDIO教学模式在验证机械能守恒定律实验教学中的应用

【摘 要】本文探讨了CDIO教学模式在验证机械能守恒定律实验教学中的应用效果。通过选取临清市第二中学2020级高一1—4班192名学生作为研究对象，其中1、2班为传统教学组（96人），设为对照组;3、4班为CDIO教学组（96人），设为观察组。课程结束后，比较两组学生的理论成绩、操作成绩以及对教学模式的满意度、认可度，结果表明观察组学生的理论成绩、操作成绩以及对教学模式的满意度均高于对照组（P<0.05）。在对教学模式的认可度方面，观察组学生在激发学习兴趣、提高自主学习能力、加深学习记忆和物理思维培养四个方面的评价均优于传统教学组（P<0.05）。由此可见，应用CDIO教学模式有利于增强验证机械能守恒定律实验教学中学生的学习兴趣，能提高教学效果。

【关键字】CDIO教学模式;在机械能守恒定律实验;物理教学

【中图分类号】G633.7  【文献标识码】A  【文章编号】1671-8437（2021）10-0128-02

物理是一门建立在实验之上的学科，要求学生不仅能基于自身认识，通过逻辑推理、学术演算得到相关理论，同时应具备很强的动手能力和实践能力。然而，物理实际实验教学仍存在一些问题，如学生的理论思维不扎实、师生缺乏互动等，这些会导致实验成为教材内容的简单复演，不利于培养学生的核心素养[1]。因此，改变传统的实验教学方式势在必行。CDIO教学方式强调学生为学习的主体，教师为引导者，其教學优势显著[2-3]。本研究探讨了CDIO教学模式在验证机械能守恒定律实验教学中的应用效果，结果表明该教学模式的应用能取得良好的教学效果。

1   对象与方法

1.1  研究对象

选取临清市第二中学2020级高一1—4班192名学生作为研究对象，其中1、2班为传统教学组（96人），设为对照组;3、4班为CDIO教学组（96人），设为观察组。

1.2  方法

1.2.1  对照组

对照组学生采用传统教学模式，“验证机械能守恒定律实验”分两课时，分别属于理论课程和实验操作课程。理论课程中，教师根据教材实验方案讲解“验证机械能守恒定律实验”的步骤及注意事项。实验操作课程中，学生按照教师讲解的实验步骤进行操作，借助打点计时器，测出重物某时刻的下落高度h和该时刻的瞬时速度v，即根据公式mgh=1/2mv2验证机械能是否守恒，学生验证后结束教学。

1.2.2  观察组

对观察组学生采用CDIO教学模式，具体措施如下：

（1）构思（conceive）。教师构思若干个问题导入学习任务，如机械能守恒定律的内容？机械能守恒的条件？满足机械能守恒的物体运动情境有哪些？以课本上的“验证机械能守恒定律实验”的实验方案为模板设计出新的实验方案。提前1周给学生布置作业，要求学生通过预习或者检索文献寻找问题的答案。该课程分为两课时，即实验方案模拟课程和基础理论课程。

（2）设计（design）。将每个班级分成5个小组，每组6到7个学生，每组推选出1名学生为组长，组长组织组员学习交流，共同讨论问题答案，并设计1个实验方案。

（3）实现（implement）。各组成员分工合作，完成实验方案的模拟。教师在每组学生完成模拟后，客观地给出评价，并针对性地指出问题，引导学生找出出现问题的原因，正确处理问题。

（4）运作（operate）。实验方案的模拟课程完成后，教师进行总结，引出课本上“验证机械能守恒定律实验”的实验方案，并按照原先的组别要求小组完成操作以及数据分析，得出结论。最后要求小组反思实验过程，引导学生讨论和分析各组实验方案、课本上实验方案的优缺点，并评出最佳的实验方案。

1.3  评价指标

课程结束后，比较两组学生的理论成绩、操作成绩以及对教学模式的满意度、认可度。进行统一命题、阅卷，以同样的评分标准得出两组学生的成绩，且理论成绩和操作成绩都以百分制表示。学生对教学模式的满意度和认可度均采用问卷调查进行测评，分为非常满意、满意、中立、不太满意、不满意5个等级，满意度=（非常满意人数+满意人数）/总人数×100%。认可度的测评共计四个方面（激发学习兴趣、提高自主学习能力、加深学习记忆、物理思维培养），每个条目采用Likert5点评分，分数越高，认可度越高。

1.4  统计学分析

运用SPSS 22.00进行数据统计分析。学生的理论成绩、操作成绩以及对教学模式的认可度采用“均数±标准差”表示，两两采用t检验，学生对教学模式的满意度用“百分比”表示，两两采用χ2检验。P<0.05为差异有统计学意义。

2   结果

2.1  两组学生的理论成绩、操作成绩比较

由表1可得，观察组学生的理论成绩、操作成绩明显优于对照组（P<0.05）。

2.2  两组学生对教学模式的满意度和认可度的比较

由表2可得，观察组学生对教学模式的满意度明显高于对照组（P<0.05）;在对教学模式的认可度方面，观察组学生在激发学习兴趣、提高自主学习能力、加深学习记忆和物理思维培养四个方面的评价优于传统教学组（P<0.05）。

3  讨论

近几十年来，为不断推进新课改，全面提升学生的素质，课程体系从单一逐步走向多元，教学方式从以教师为中心逐步转向以学为中心，管理方式从重管治逐步转向重服务，评价方式从重选拔逐步转向重发展。目前，德育为先、能力为重、全面发展的课程改革理念得到广泛认同。2017年底，教育部颁布《普通高中物理课程标准》，要求课程目标由三维教学目标变为核心素养培养目标，因此，如何在物理实验教学中发展物理核心素养是一线物理教师关注的焦点。

实验是一种依照实验方案进行操作的实践活动。做好实验，不但有利于学生深入理解所学知识，培养学生的实践能力，而且能提升学生的物理核心素养[1]。CDIO教学模式是一种符合“做中学”“知行统一”“项目教学”“理实一体”等理念的新型教学模式[4]。本研究探究将CDIO教学模式应用到验证机械能守恒定律实验教学中的效果，结果发现CDIO教学模式下学生的理论知识和操作考核成绩明显提高。CDIO教学模式下，教师把课堂交给学生，让学生在“做”时发现问题，在“学”时找出答案，再通过“做”理解答案，将“走过场”、“造假”式的验证性实验转变为生动有趣的实践课，使学生把所学知识与实践有机结合，从而提高教学质量，落实物理核心素养的培养[5]。此外，本研究还发现CDIO教学模式与传统教学模式相比，明显改善了学生的学习能力和学习态度。分析其原因是，教师在教学前会让学生带着相关问题积极自主预习，这使学生能够主动获取知识，不再是被动接受知识，有助于提高学生的自主学习能力[6]。此外，教师会采取分组交流学习，营造良好的学习氛围，在加深学生对知识的记忆的同时，提高学生合作交流能力，这深受学生的欢迎，有助于提高学生对教学的满意度和认可度[7]。

综上所述，应用CDIO教学模式有利于增强验证机械能守恒定律实验教学中学生的学习兴趣、提高教学效果。但值得注意的是，由于大多数高中学生的学业任务重，加上CDIO教学模式会使学生具有较多的学习内容，容易导致学生压力过大、出现畏学等心理。对此，在开展CDIO教学时，一定要合理安排教学内容，不可过分提高教学要求、教学目标。

【参考文献】

[1]薄祥中，姜峰.基于核心素养提升的验证性实验教学策略——以“验证机械能守恒定律”为例[J].物理教师，2020（4）.

[2]賓津佑，陈士银，乔俊果.基于CDIO模式的土地资源学课程教学改革实践——以广东海洋大学为例[J].安徽农学通报，2020（22）.

[3]林美华，陈赛玉，郑少梅.CDIO教学模式在肿瘤血液内科护理教学临床实习中的应用及对评判性思维能力影响[J].医学理论与实践，2020（16）.

[4]徐东辉，刘国东，郭文普，等.基于CDIO工程教育理念的翻转课堂教学模式研究[J].教育教学论坛，2020（13）.

[5]印晓明.“科学实践”视角下的学科核心素养培育——以人教版普通高中物理教材编排变化为例[J].基础教育课程，2020（23）.

[6]刘兴.以问题为导向的物理教学浅探——以“自由落体运动”教学为例[J].中学教学参考，2020（35）.

[7]李国冬.合作学习在高中物理教学中应用的理论和实践研究[J].考试周刊，2020（95）.

【作者简介】

王新山（1968～），男，汉族，山东临清人，本科，高级教师。研究方向：高中物理教学方面。