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一、電磁學教材的整體結構
電磁運動是物質的一種基本運動形式.電磁學的研究范圍是電磁現象的規律及其應用.其具體內容包括靜電現象、電流現象、磁現象,電磁輻射和電磁場等.為了便于研究,把電現象和磁現象分開處理,實際上,這兩種現象總是緊密聯系而不可分割的.透徹分析電磁學的基本概念、原理和規律以及它們的相互聯系,才能使孤立的、分散的教學變成系統化、結構化的教學.對此,應從以下三個方面來認真分析教材.
1.電磁學的兩種研究方式
整個電磁學的研究可分為以“場”和“路”兩個途徑進行,這兩種方式均在高中教材里體現出來.只有明確它們各自的特征及相互聯系,才能有計劃、有目的地提高學生的思維品質,培養學生的思維能力.
場的方法是研究電磁學的一般方法.場是物質,是物質的相互作用的特殊方式.中學物理的電磁學部分完全可用場的概念統帥起來,靜電嘗恒定電嘗恒定磁嘗靜磁嘗似穩電磁嘗迅變電磁場等,組成一個關于場的系統,該系統包括中學物理電學部分的各章內容.
“路”是“場”的一種特殊情況.中學教材以“路”為線的大骨架可理順為:靜電路、直流電路、磁路、交流電路、振蕩電路等.
“場”和“路”之間存在著內在的聯系.麥克斯韋方程是電磁場的普遍規律,是以“場”為基礎的.“場”是電磁運動的實質,因此可以說“場”是實質,“路”是方法.
2.物理知識規律物
理知識的規律體現為一系列物理基本概念、定律和原理的規律,以及它們的相互聯系.
物理定律是在對物理現象做了反復觀察和多次實驗,掌握了充分可靠的事實之后,進行分析和比較找出它們相互之間存在著的關系,并把這些關系用定律的形式表達出來.物理定律的形成,也是在物理概念的基礎上進行的.但是,物理定律并不是絕對準確的,在實驗基礎上建立起來的物理定律總是具有近似性和局限性,因此其適用范圍有一定的局限性.
第二冊第一章“電潮重要的物理規律是庫侖定律.庫侖定律的實驗是在空氣中做的,其結果跟在真空中相差很小.其適用范圍只適用于點電荷,即帶電體的幾何線度比它們之間的距離小到可以忽略不計的情況.
“恒定電流”一章中重要的物理規律有歐姆定律、電阻定律和焦耳定律.歐姆定律是在金屬導電的基礎上總結出來的,對金屬導電、電解液導電適用,但對氣體導電是不適用的.歐姆定律的運用有對應關系.電阻是電路的物理性質,適用于溫度不變時的金屬導體.
“磁場”這一章闡明了磁與電現象的統一性,用研究電場的方法進行類比,可以較好地解決磁場和磁感應強度的概念.
“電磁感應”這一章,重要的物理規律是法拉第電磁感應定律和楞次定律.在這部分知識中,能的轉化和守恒定律是將各知識點串起來的主線.本章以電流、磁場為基礎,它揭示了電與磁相互聯系和轉化的重要方面,是進一步研究交流電、電磁振蕩和電磁波的基礎.電磁感應的重點和核心是感應電動勢.運用楞次定律不僅可判斷感應電流的方向,更重要的是它揭示了能量是守恒的.
“電磁振蕩和電磁波”一章是在電場和磁場的基礎上結合電磁感應的理論和實踐,進一步提出電磁振蕩形成統一的電磁場,對場的認識又上升了一步.麥克斯韋的電磁場理論總結了電磁場的規律,同時也把波動理論從機械波推進到電磁波而對物質的波動性的認識提高了一步.
3.通過電磁場在各方面表現的物質屬性,使學生建立“世界是物質的”的觀點
電現象和磁現象總是緊密聯系而不可分割的.大量實驗證明在電荷的周圍存在電場,每個帶電粒子都被電場包圍著.電場的基本特性就是對位于場中的其它電荷有力的作用.運動電荷的周圍除了電場外還存在著另一種唱—磁場.磁體的周圍也存在著磁場.磁場也是一種客觀存在的物質.磁場的基本特性就是對處于其中的電流有磁場力的作用.現在,科學實驗和廣泛的生產實踐完全肯定了場的觀點,并證明電磁場可以脫離電荷和電流而獨立存在,電磁場是物質的一種形態.
運動的電荷(電流)產生磁場,磁場對其它運動的電荷(電流)有磁場力的作用.所有磁現象都可以歸結為運動電荷(電流)之間是通過磁場而發生作用的.麥克斯韋用場的觀點分析了電磁現象,得出結論:任何變化的磁場能夠在周圍空間產生電場,任何變化的電場能夠在周圍空間產生磁場.按照這個理論,變化的電場和變化的磁場總是相互聯系的,形成一個不可分割的統一場,這就是電磁場.電磁場由近及遠的傳播就形成電磁波.
從場的觀點來闡述路.電荷的定向運動形成電流.產生電流的條件有兩個:一是存在可自由移動的電荷;二是存在電場.導體中電流的方向總是沿著電場的方向,從高電勢處指向低電勢處.導體中的電流是帶電粒子在電場中運動的特例,即導體中形成電流時,它的本身要形成電場又要提供自由電荷.當導體中電勢差不存在時,電流也隨之而終止.
二、以“學科體系的系統性”貫穿始終,使知識學習與智能訓練融合于一體
1.場的客觀存在及其物質性是電學教學中一個極為重要的問題.第一章“電潮是學好電磁學的基礎和關鍵.電場強度、電勢、磁嘗磁感應強度是反映電、磁場是物質的實質性概念.電場線,磁感線是形象地描述場分布的一種手段.要進行比較,找出兩種力線的共性和區別以加強對場的理解.
2.電磁場的重要特性是對在其中的電荷、運動的電荷、電流有力的作用.在教學中要使學生認識場和受場作用這兩類問題的聯系與區別,比如,場不是力,電勢不是能等.場中不同位置場的強弱不同,可用受場力者受場力的大小(方向)跟其特征物理量的比值來描述場的強弱程度.在電場中用電場力做功,說明場具有能量.通常說“電荷的電勢能”是指電荷與電場共同具有的電勢能,離開了電場就談不上電荷的電勢能了.
3.認真做好演示實驗和學生實驗,使“潮抽象的概念形象化,通過演示實驗是非常重要的措施.把各種實驗做好,不僅使學生易于接受知識和掌握知識,也是基本技能的培養和訓練.安排學生自己動手做實驗,加強對實驗現象的分析,引導學生從實驗觀察和現象分析中來發展思維能力.從物理學的特點與對中學物理教學提出的要求來看,應著力培養學生的獨立實驗能力和自學能力,使知識的傳授和能力的培養統一在使學生真正掌握科學知識體系上.
第二學期,我增加了難度,學生幻燈片的內容只能顯示他要講解的詩歌,然后按照自己的理解,用自己的語言來為大家解讀這首詩,按照題目—作者—背景—詩歌大意—情感—表現手法的順序來為大家解讀。增加了對學生自我表達能力、語言組織能力等的訓練。在學生解讀完之后,教師再適當點撥、提醒,或者提出幾個問題讓學生來思考、回答。
通過這樣的每課一首詩,學生見識了許多古典詩詞,并且也在古典詩詞的解讀過程中,慢慢了解了詩歌的許多特征,比如,理解詩歌大意時要注意語序的調整,詩歌中運用了多種多樣的表現手法,如借代、比喻、用典、借景抒情等等,中國古典詩歌中常見意象的含義等等,長期的耳濡目染之后,在高三的詩歌專題復習中學生或許就不會對古典詩詞的鑒賞感到陌生了。
增加積累,厚積才能薄發
除了廣泛地涉獵,增加了解之外,應該讓學生有適當的積累,這要通過背誦。除了課本上要求背誦的詩詞,課外的一些學生喜歡的、覺得好的詩詞,也應該背下來,或者單純背名句,意思不了解也沒關系,先背,古語云“書讀百遍,其義自見”,且詩歌本來就是情感性的東西,靠的更多的是心靈的意會,特別講究“只可意會,不可言傳”。當然,積累得多了,接觸多了,學生就會經常運用到古典詩詞,并不自覺地運用到作文中去。
詩詞歌曲,交相輝映
可通過研究性學習或者選修課等活動讓學生自行探討中國古典詩詞在現代流行歌曲中的運用。在現代流行歌曲特別是中國風的歌曲中經常會出現許多古典詩詞,比如,周傳雄的《寂寞沙洲冷》一句,運用了蘇軾的《卜算子•缺月掛疏桐》,比如,王菲演唱的《明月幾時有》出自蘇軾的《水調歌頭•明月幾時有》,許嵩的《如果當時》“與你若只如初見,何須感傷離別”化用了納蘭容若的“人生若只如初見,何事秋風悲畫扇”。
學以致用,厚積才能薄發
現在,很多高考優秀作文中常有古典詩詞的影子,可引導學生有意識地運用一點,當然,前提是對詩歌本意的透徹了解,運用得恰到好處,而不是亂用、濫用。
1.1知識結構分散,實踐教學單一
自教學設計這一學科產生以來,教學設計領域已經有許多教學設計模式,諸如“肯普模型”“史密斯—雷根模型”“AirForceModel“”迪克—凱瑞模式”等。傳統的教學設計模式并不適合于學生完成復雜學習任務的教學設計,傳統教學設計一般是把復雜的任務分解為簡單的成分,傳統的教學模式注重概念,原則,理論的解釋理解,依據課本對知識分散講解,關聯性差,從而導致實踐教學難成一體。電子技術實踐課對學生的動手能力要求較高,學生必須具備將理論知識轉化為實踐的能力,融理論知識于實際產品生產中,能夠運用所學知識搭建電路,完成相應的控制要求。而傳統的實踐教學只是對理論知識的一個驗證過程,實驗簡單,獨立,與實際生產生活脫離,這早已不能滿足時代對大學生能力的要求。
1.2學生學習狀況與學習效果
基于傳統教學的模式,再加計算機專業學生專業設置各方面的客觀原因,學生的硬件知識薄弱,學生讀寫電路結構能力差,接收能力較差,動手能力更差,在以前的教學過程中為讓學生讀懂一個簡單的電路通常要花費教學大綱規定的雙倍或更多學時才能完成,教、學都比較困難,從而導致學生學習積極性不高,甚至每屆都存在有少部分學生會放棄對該課程的學習。另外,由于時代問題,大學生學習目的性非常強,計算機專業學生一向認為電子技術課程與自己的專業沒有關聯,這也是學生不愿學習該課程很重要的原因之一。所以該課程的學習基本只是完成學時應付考試,實際效果不大。
24C/ID四要素教學設計模型
20世紀30年代到50年代,貝培朗菲提出了整體論,按整體論的觀點,學習任務應該被視為一個整體性任務,其根本思想是在充分考慮各要素相互關系的基礎上來考慮和應付其復雜性。荷蘭開放大學著名教學設計理論家麥里恩博爾(JeroenJ.G.vanMerrienboer)在此基礎上綜合各種教學理論提出了面向復雜學習的4C/ID整體任務設計模式,即四要素教學設計模式。該模式面向復雜學習,是以提高和改進學生在專業領域的業績表現為宗旨,注重的是如何應用這些知識解決實際生活中所遇到問題的能力,這是4C/ID的根本特征。4C/ID模型以“學習任務”作為核心支柱,以“支持性信息”、“即時性信息”、“分任務練習”為輔助要素,旨在幫助學習者學會解決復雜問題、發展推理機能,并最終開展自我導向的學習。它強調給學生提供一套具體的、真實的、面向實際工作實踐的整體學習任務,始終將學習任務作為一個復雜的整體來對待,它有利于知識、態度和技能的綜合運用,有利于訓練學生把所學知識遷移到實際工作和日常生活中的能力。目前國外對于4C/ID模型研究現狀是基于實踐,主要倡導利用技術的支持來實現技能培訓、案例學習等。這里將技術作為教學設計的重要因素,現代教育教學設計的又一個發展趨勢就是借助技術的力量實施各種問題解決學習策略。4C/ID模型是教學設計的新發展,是一種面向復雜學習的整體性的教學設計,它試圖實現學習者在真實的情境中“做”真實的學習任務,在應用情境中能以一種協調和綜合的方式運用所有技能,以便提高他們在復雜認知技能操作上的綜合能力。因此,在運用該模型時,我們應該考慮到學習者的認知負荷和指導者知識的權威性與廣博性,這樣才能真正將該模型所體現的思想落到實處,更好、更有效、更全面地指導實踐。
3基于4C/ID模型的實踐教學設計
依據這個模式建立的實踐教學貫穿于一種實際的電子產品生產與制作的全過程,將企業文化貫穿于高校教學中,進行實訓與理論一體化教學。生產設計過程分任務進行,每次任務涉及到的理論知識學習之后進行實踐設計,分任務分步驟有序進行,同時實踐教學又基于虛擬環境,利用仿真軟件完成電路設計。
3.1任務和技能分解
大學教學過程的特點是理論知識學習循序漸進的過程,所以利用4C/ID模型有別于企業生產和短程培訓,對于4C/ID模型在教學中的應用,不能死搬硬套,要靈活使用,與傳統教學模式相輔相成,取長補短,不能完全摒棄傳統教學模式。課程教學起始給學生下發一個完整的產品設計樣例,并附帶了詳細的工程師設計步驟與過程。和學生一起分析樣例,引導學生進行角色轉變,從工程設計的角度分解設計任務和所需技能,對任務進行分類,排序,通過這個環節目的是要學生了解學習該課程應該做些什么,做到什么程度。有了案例分析鋪墊以后,給學生一個相似的完整任務,例如,給學生提出要求完成的一個整體任務即實踐課程任務是“汽車尾燈控制電路”的產品設計,參照下發給學生的設計樣例對設計過程進行詳細分解。該任務包括開關控制電路,顯示、驅動電路,譯碼電路,計數器,最后任務整合組成尾燈控制。
3.2構成子技能涉及相關知識分析
分解任務和子技能后,需要將理論知識和任務掛靠,確定完成任務所需的認知策略,描述每個非重復性子技能的心智模式。教學采取讓學生讀懂課本目錄的方式,查找子技能所需知識對照內容所在目錄,記錄目錄所在章節需掌握的理論知識,包括概念、原則、電路原理及需達到程度。在這一過程中并不局限于是采取再用性構成技能分析方法還是采用非再用性構成技能分析方法,只要最終促進學生建立認知圖式,實現認知圖式達到自動化,能夠明白學習完每章節自己必須具備的技能,或者說完成每一任務需要的知識點所在即可。從而建立了一個描述解決問題的模型。上述案例中控制電路分解后要給學生分析講解每部分對應的知識點所在章節,也就是分析對應章節知識點學習后要完成的任務。要完成電路設計首先要具備邏輯門電路及集成芯片的工作原理認知,這部分內容在教材第一章到第三章系統學習(選用教材是閻石主編《數字電子技術》),其它子任務在教材中對應著單獨章節講解,例如,譯碼電路設計直接對應著獨立章節,講解譯碼器74ls138集成芯片的工作原理及應用。
3.3任務合成及完整作品呈現
經過任務分解以及部分任務的完成后,理論知識循序漸進地融進實踐中,而所有前序設計數據和電路或程序都在虛擬環境保存,接下來就可以依據案例要求將所有任務合成,實現完整作品呈現。這個過程使學生將知識、技能和態度綜合一體,理論知識精致化、整體化,厚書讀薄,將知識轉換為技能的一個提升。個人認為要在現時代立足,一個應用性大學必須能夠培養出時代需要的人才,現時代不再像十年前只要是一個有理論知識的人就有足夠時間讓他經過社會的洗禮成熟,而是踏出大學校門的那一刻他必須有能力將理論知識轉換為社會效益,這是教改的原因和目的,也是時代對現代大學提出的新要求。
4結束語
4C/ID模型在國外早已廣泛應用,不過主要還是用在企業短程培訓中,在高校教學中使用該模式還處于探索階段。經過實踐檢驗,4C/ID模型在“大學電子技術”實踐教學中的靈活使用,效果顯著:
(1)改變了傳統教學理論與實際相脫離的現象,傳統教學學生概念原理爛熟,但實驗時一頭霧水。采用了復雜認知技能學習后,將理論學習融入實踐中,學習不只為考試,主要為掌握技能,利用知識解決實際問題的能力。當代大學生必須具備將理論知識轉換為實際生產技能的能力,以前這個環節是社會完成的,現在移交給了大學,這也要求我們的培養目標做相應地轉變。
理解。
一是把運動電荷要產生磁潮理解為電荷運動形成電流(傳導電流),這個電流要產生磁場,這是中學生所能理解的層次。按照這種理解,這個電場是由傳導電流產生的,而不是由“位移電流”產生的,即不是由變化的電場產生的。甲種本的論斷是錯誤的。
二是從較高的層次來理解“運動電荷要產生磁潮”這句話。電荷的運動是任意的,由于既有速度v,又有加速度a,這個電荷產生的電場和磁場是非常復雜的,要用電動力學的方法才能處理,中學生一般不可能理解到這一層次,而且這時在運動電荷產生的磁場中,既有由變化的電場產生的,也有由傳導電流產生的,到底哪一部分主要,要視電荷的運動情況及觀測點的位置而定。在電荷附近(近場區)磁場主要由傳導電流產生,所以不能簡單地認為“這個磁場是由變化的電場產生的”。
綜上分析,甲種本用一個運動電荷產生磁場為例來說明電磁場理論的第二個要點是欠妥的,其結論“這個磁場是由變化的電場產生的”也是不對的。
關鍵詞:研究型物理教學 電磁學 作業和測試
中圖分類號:G652 .4 文獻標識碼:A 文章編號:1673-9795(2014)05(a)-0109-02
在一般大眾眼中,物理學一直是以枯燥艱深的形象出現的。這一認識在很大程度上來自于我們傳統的物理教學模式。從初中、高中到大學,我們印象中的物理課程都是以課堂授課為主,輔以課后布置的習題和設計好的實驗操作。但是,隨著教育教學改革的深入發展,人們逐漸認識到傳統教學―以知識為中心的傳授模式非常不適應人才培養的需要,這一傳統的教學模式正在發生深刻的變革。國外一些大學正在嘗試引入一種新的研究型物理教學方法,包括在教學過程中具體采用的方法(即一般意義上的教學方法)、教學組織形式、使用的各種電子或非電子教學媒體、教學語言、教學藝術風格、課堂管理技術等諸多方面,可以說在教學過程中師生雙方為了教學活動的順利進行、達到一定的教學目的而采取的一切途徑、方法和手段都屬于教學方法的范疇。在這一新模式下,學生將更多的參與互動,甚至將主導自己的學習過程,而教師在這個過程中更多地起到組織和引導的作用。由于條件所限,本人在《電磁學》的教學中并沒有完全采用這一模式,只是在作業和測試的安排上進行了一些嘗試。
一個好的教學過程應該是充滿互動的,其中必須包括兩個重要的元素:(1)我們要為學生提供一些活動,以鼓勵他們思考。這些活動既包括課上活動,如聽講、記筆記、做實驗,也包括課下活動,如讀書、做作業等。(2)這些活動中必須包括雙向的反饋機制。作為教師,我們需要時刻掌握學生在做什么,以及從中學到了什么。作為學生,則需要了解自己是否達到了課程要求,以及如何達到這些標準。作業和測驗,是教學過程中最常見,也是最容易實踐的活動。下面,我分別敘述自己在這兩方面進行的嘗試。
1 作業
作業是在教學過程中最常見的由學生主導的環節之一,對物理教學尤其如此。絕大多數物理教師都認為只有通過做習題,學生才能真正學好物理。根據我的經驗,很多學生認為物理學是由一系列需要記住的“定律”和“公式”堆砌而成的。而他們只要熟練記住這些定律和公式,并通過題海戰術加以熟練應用,就算是學好了物理。只有很少的學生能主動深入理解概念、建立正確的知識結構、并培養自己分析問題解決問題的能力。布置作業當然對物理學習非常重要,但如果不得當,反而有可能助長“死記硬背+題海戰術”的思想。
在大多數國內《電磁學》的教科書中,我發現很多內附的習題都有可能向學生傳達這一錯誤信號。對很多學生而言,他們解題的方法就是從書中找到和題目有關的公式,如果會應用就應用,如果不會就抄下來得一部分成績。長此以往,他們就養成了記公式套公式的習慣,而忽視了作業最基本的目的:促使他們思考和理解。為了改變這一狀況,我減少了習題的數目,作為替代,我為他們布置一些難度較大、或是論述類和分析類的題目。在這些題目中,我盡量真實地還原現實世界的情況,不再為學生削減多余的信息,我希望用這種方式來促使他們思考,并培養學生分析問題、解決問題的能力。一開始,學生對這類問題大多表示不適應,這時需要教師及時地反饋、指導和鼓勵。經過一個學期的鍛煉后,大部分同學在面臨問題時都能主動地分析,即使分析中出現了偏差,我認為也是一大進步。
在布置了作業之后,及時地批改和反饋也是非常重要的環節。在學生看來,他們經過深思熟慮后完成的作業,如果能得到足夠的重視和反饋,將極大地激發他們的學習動力。反之,如果教師拖了一個星期才發還作業,即使對每份作業都認真批改,也會使效果大打折扣。在這種情況下,學生很有可能會忽略我們的批改,從而使這個方向的反饋失效。
2 測驗
測驗也是傳統教學過程經常運用的手段之一。但傳統的測驗存在一些無法避免的限制。例如,由于閱卷的工作量相當繁重,很多時候教師不得不選取相對容易判斷對錯的問題,包括復述正確的概念、完成一些數學計算,等等。而這些題目的設置,卻不可避免地向學生傳遞了錯誤的信號――“這些知識是你們需要記住的”。
為了鼓勵學生進行獨立思考和分析,我們在設計測驗題目的時候需要非常謹慎。事實上,如果考題大多來自作業,學生就會在考試前復印同學的作業或習題解答并加以背誦;如果考題大多是對公式的應用,學生就會盡量多地記住書上的公式,而完全忽略其中的邏輯關系;而如果我們讓學生帶一張公式表進入考場,且只出公式表上相關的題目,學生甚至連公式都不會去記,而只靠題海戰術練習演算。
除了測驗題目的選擇,對測驗的安排和處理也是非常重要的。對學生而言,測驗其實是一個非常好的總結和反饋的機會,但大多數學生不會利用這個機會。當他們考的不好時,他們會苦惱,但不會從中尋找有用的信息。為此,我在安排測驗時會采用如下的方式。
(1)每個學期我會安排三次測驗。
(2)測驗都安排在每個階段的習題課講完之后。
(3)試卷將會在下一堂課之前批改完成。
(4)在下一堂課伊始,我會先把試卷發給學生,并在課上評講試卷,尤其是計算題會詳細講述分步驟評分的標準。
(5)我鼓勵學生根據評分標準尋找打分的錯誤,或是通過向我解釋他們的思路以提高成績。我會讓他們提交一份修改成績的申請,詳細解釋為什么他們覺得自己應該得到更高的成績。
(6)如果學生對自己的成績不滿意,可以參加一次課外補考(補考的題目不同于原始的試卷)。補考成績不會取代原始成績,學生的最終成績是兩次考試的平均。
(7)我會向他們詳細說明,如果不認真分析原始試卷中的錯誤,補考后的成績很可能更低,如果想取得更高的成績,則需要好好彌補以前知識的漏洞。
(8)我會告訴學生每道考題的平均得分,而期末考試中至少會有一道題目源自測驗中學生表現最差的題目。
我希望通過這些安排,向學生傳遞一個清晰的信號,即及時地分析試卷和彌補不足是測驗最重要的功能。
3 題目設置
無論是作業還是測驗,我都會嘗試不同于傳統物理考試的題目類型,其目的只有一個,即通過題目設置鼓勵學生深入思考和理解。我嘗試的題目類型包括。
3.1 圖像判斷題
此類型題目的原理在于鼓勵學生從多個不同的表象認識同一個概念,拋開現象認識本質,而這正是物理學習的精髓。對于一個初學者,經常遇到的困難是在頭腦中建立正確的物理圖像,并依靠這些圖像而非公式進行判斷和分析。例如,我會用語言描述一個物理過程(如帶電粒子在電磁場中的運動),由學生選擇正確表示這一過程的圖示;又如,我會用公式給出一個電磁場的分布,然后由學生選擇正確的圖示。我發現,這一類型的題目能很有效地幫助學生建立物理圖像,從而幫助更深入地理解概念。
3.2 排序題
此類型題目的原理是需要學生根據所掌握的概念,進行定性或半定量的分析。例如,我會給出6個電荷組的排布方式,讓學生將靜電能按從大到小的順序排列。在這個過程中,學生不僅需要掌握靜電能的概念,還需要了解能夠影響靜電能的因素,以及這些因素產生影響的方式。
3.3 文字論述題
文字論述題是我發現最能反應學生思維方式的一類題目。在這類題目中,我會描述一個現實世界中常見的情況,所有過程都是我們在日常生活中熟知的,然后要求學生利用物理學原理進行分析并得出結論。回答的關鍵是需要學生能運用所學過的知識,邏輯嚴密、思路清晰地用文字表述好自己的論點、論據和論證過程。在有些情況下,題目甚至沒有一個確定的答案,評分完全依據學生在論述中的表現。文字論述題的價值在于以下三點:首先,我們都知道學好一個知識和把這個知識講好,代表理解程度的兩個不同層次,而文字論述題恰恰是從更高的程度要求學生把頭腦中的話講出來,考察了他們對概念的理解;其次,文字論述題的選材根植于日常生活,有利于培養學生分析問題解決問題的能力;再次,此類題目由于取材貼近生活,容易激發學生學習的興趣。
3.4 估算題
最早將估算題作為物理學習研究手段的是著名物理學家費米。他提出的類似于“芝加哥有多少理發師?”的題目,會在以下四個方面對學生進行培養。
(1)訓練邏輯推理能力。
(2)對數值的數量級進行操作。
(3)正確運用有效數字。
(4)對日常生活的定量化描述。
例如,我會在學期初的作業中要求學生估算北京市由于電腦待機每天所耗費的電量。為了完成這一過程,學生首先要調研電腦待機的一般耗電量,然后從北京市的常住人口估算電腦的數量,再通過待機時間估算耗電量。在批改作業的時候,我會對每一步推理都分別給分,并在習題課的時間詳細闡明。隨著學期的進行,當學生對這類題目越來越熟悉的時候,我會加入物理性更強的估算,例如:變電站附近的電磁輻射強度,等等。
3.5 論文題
論文題是對學生要求更高,考察也更全面的題型。它不僅需要學生對物理概念有更深的理解,還需要他們有一定的創新精神。例如,我在講授完光電效應之后,會布置一道論文題,“假設光子的色散關系不是線性的,而是和動量平方成正比,那么光電效應的規律會發生什么樣的改變?”在講授麥克斯韋電磁場理論后,我會再布置一道論文題,“本學期我們在課堂上介紹了電場和磁場,請解釋為什么需要引入場的概念?請比較電場和磁場異同,至少列出一個相似點和一個不同點。”由于論文題對學生的考察非常廣泛,且需要更多的知識,我一般不會在考試中選擇此類題型。當作業中布置此類題時,我還會鼓勵學生廣泛調研,相互討論。
以上三點,是我在不長的本科教學工作中進行的嘗試。通過幾屆學生的反饋,也產生了一定效果。《電磁學》是物理專業學生的必修課,它是一門重要的專業基礎課,是學習許多后續課程的知識基礎,它的基本原理在現代科技領域有許多廣泛的應用,它的研究方法對學生今后的學習或科研有深遠的影響。本人會在以后的工作中繼續努力,改變“粉筆加黑板”的傳統,適當采用現代教育技術,在教學方式方法、課程編排、課堂組織形式等方面借鑒更多國內外先進經驗,把《電磁學》這門學科基礎課講好講精。
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