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本文就信息技術(shù)與物理課程教學(xué)的整合,結(jié)合自己物理教學(xué)的實(shí)踐談?wù)勔韵聨c(diǎn)看法。
一、“課件”向“積件”思路發(fā)展,探討物理學(xué)科整合新方法
在計(jì)算機(jī)輔助物理教學(xué)這個(gè)領(lǐng)域里面,市場(chǎng)上已有相當(dāng)數(shù)量的物理教學(xué)軟件可供購(gòu)買(mǎi),但能夠真正適用于教學(xué)的軟件卻不多,教師自制課件的水平又不高,容易造成“低水平重復(fù)”的現(xiàn)象。在此階段上,尋求計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)軟件開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的新路子──積件思路應(yīng)運(yùn)而生。其指導(dǎo)思想是:“課件”向“積件”發(fā)展,工具型、資料型、開(kāi)放型的教學(xué)平臺(tái)已成為計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)軟件的發(fā)展方向,它包括帶有學(xué)科特色的平臺(tái)和多媒體資料庫(kù)。教師稍加培訓(xùn)就能夠自如的運(yùn)用它們來(lái)按自己的意愿制作課件,緊密配合自己的教學(xué)過(guò)程、為課堂教學(xué)所用,在真正意義上,實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)。。
例如在物理學(xué)科平臺(tái)方面:《CSC電子備課系統(tǒng)》初中物理版、天翼全景多媒體教學(xué)軟件高中物理版都是面向教師設(shè)計(jì)的新一代大型集成化多媒體輔助教學(xué)軟件,集眾多教育專(zhuān)家和優(yōu)秀教師的科研成果及教學(xué)經(jīng)驗(yàn)于一體,為教師提高教學(xué)質(zhì)量、探索新的教學(xué)模式和方法提供了豐富的資料和必要的教學(xué)手段;又如《青鳥(niǎo)師友多媒體課件開(kāi)發(fā)平臺(tái)》,是一個(gè)基于Windows操作系統(tǒng),集聲音、圖形、圖像、文字于一體的多媒體課件開(kāi)發(fā)工具;再如幾何教學(xué)平臺(tái)的“幾何畫(huà)板”不僅適用于幾何教學(xué),而且也適用于物理教學(xué)中的力學(xué)課程,它界面簡(jiǎn)單、容易學(xué)習(xí)、直觀好用,因此這樣的軟件很受老師的歡迎。以上四個(gè)多媒體計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái),就很好的體現(xiàn)了“積件”思想。
在多媒體資源處理方面,物理作為一門(mén)信息技術(shù)鄰近學(xué)科,物理教師應(yīng)該成為信息技術(shù)與學(xué)科整合的先行者。如今許多物理教師都在Internet上建立了自己專(zhuān)門(mén)的網(wǎng)站,并把以網(wǎng)頁(yè)瀏覽的形式制作的CAI課件、教案、論文等放在該網(wǎng)站中,同時(shí)還可以把其它網(wǎng)站已有的課件通過(guò)Internet的超級(jí)鏈接功能揉合到自己的CAI課件里,以“搭積木”的形式,把在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中制作的每一個(gè)課件鏈接起來(lái),通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間教學(xué)的積累,逐步建立一個(gè)完整的教學(xué)課件體系。反之,其它教師也可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)共享自己的CAI課件,克服了傳統(tǒng)的“軟件包”形式的課件不能共享的缺點(diǎn),提高了課件資源的利用率,充實(shí)了網(wǎng)上物理學(xué)科資料庫(kù),形成網(wǎng)上物理學(xué)科聯(lián)盟,實(shí)行資源共享。此外,教師和學(xué)生可以在任何時(shí)間、任何有網(wǎng)絡(luò)終端的地點(diǎn),通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)來(lái)訪(fǎng)問(wèn)這些網(wǎng)站,進(jìn)行物理教學(xué)的探討和鞏固性學(xué)習(xí)。
因此,運(yùn)用“積件”思想,走素材資源庫(kù)和制作平臺(tái)相結(jié)合的新思路,是軟件開(kāi)發(fā)和應(yīng)用走出目前困境的有效途徑。學(xué)科教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)實(shí)際,運(yùn)用“積件”思想,充分利用現(xiàn)有條件下的網(wǎng)絡(luò)信息資源素材庫(kù)和教學(xué)軟件,以及相關(guān)的CD、VCD資源,從中選取適合教學(xué)需要的內(nèi)容來(lái)制作自己的課件,從而適應(yīng)不同教學(xué)情境的需要,徹底改變教學(xué)軟件在設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和使用上的相互割裂的局面,使CAI在課堂上的運(yùn)用走出低谷,朝著信息技術(shù)與物理學(xué)科整合這一更為廣闊的方向發(fā)展。
二、電腦模擬,發(fā)揮物理演示實(shí)驗(yàn)、虛擬實(shí)驗(yàn)室的功能
1、信息技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合,發(fā)揮演示實(shí)驗(yàn)作用
物理是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科,實(shí)驗(yàn)教學(xué)和演示實(shí)驗(yàn)是中學(xué)物理教學(xué)的重要一環(huán)。豐富多彩、生動(dòng)有趣的實(shí)驗(yàn)是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn),利用實(shí)驗(yàn)課不僅可以讓學(xué)生記住某些相關(guān)結(jié)論、實(shí)驗(yàn)步驟,而更為重要的是能夠使學(xué)生透徹理解并且完全掌握產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)結(jié)論的過(guò)程。在普通物理課堂的演示實(shí)驗(yàn)中,由于受到常規(guī)實(shí)驗(yàn)儀器本身的限制,實(shí)驗(yàn)效果常不如人意。而通過(guò)多媒體技術(shù)模擬實(shí)驗(yàn)的輔助,模擬一些重要的,但在現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境下難以完成的一些物理實(shí)驗(yàn),則可彌補(bǔ)常規(guī)實(shí)驗(yàn)儀器的不足,提高物理實(shí)驗(yàn)的演示效果。
如本人在做凸透鏡成像規(guī)律實(shí)驗(yàn)時(shí),先用常規(guī)儀器按傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行演示,由于常規(guī)實(shí)驗(yàn)儀器的限制蠟燭在光屏上所形成的像隨著物距的變化而變化的這一現(xiàn)象不是很明顯,致使學(xué)生對(duì)凸透鏡成像的特點(diǎn)不甚理解,并產(chǎn)生迷惑。此時(shí)我改為采用多媒體技術(shù)進(jìn)行凸透鏡成像規(guī)律模擬實(shí)驗(yàn),演示物距從無(wú)窮遠(yuǎn)至小于焦距的整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中物距、像距和像的變化的情況,整個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程流暢、直觀、明了,從而使學(xué)生對(duì)該實(shí)驗(yàn)有了一個(gè)清晰完整的認(rèn)識(shí)。由此可知通過(guò)信息技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)整合,可以突破常規(guī)實(shí)驗(yàn)儀器的局限性,所以我們應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮信息技術(shù)的特長(zhǎng),對(duì)那些難以觀察到的、復(fù)雜、困難的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬和提供幫助,成為常規(guī)實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充,并把兩者結(jié)合起來(lái),使實(shí)驗(yàn)教學(xué)上升到一個(gè)新的層次,從而有助于學(xué)生發(fā)現(xiàn)規(guī)律、獲得知識(shí),提高學(xué)生的科學(xué)文化素質(zhì)和實(shí)驗(yàn)技能水平。
2、在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)環(huán)境支持下,發(fā)揮學(xué)生自主探討性實(shí)驗(yàn)作用
在傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)室,一方面由于怕發(fā)生意外和造成實(shí)驗(yàn)儀器的損失,有許多實(shí)驗(yàn)室規(guī)章制度,對(duì)學(xué)生諸多限制;另一方面由于實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)條件的限制,實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往和物理理論不一致,甚至出現(xiàn)相反的數(shù)據(jù),這一切無(wú)不暴露出了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的弊端。
讓學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)室操作,以自主模擬實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)進(jìn)行多媒體教學(xué),則可以解決這一難題。如筆者在上傳統(tǒng)電學(xué)實(shí)驗(yàn)課時(shí),通常會(huì)告訴學(xué)生,電流表的接線(xiàn)柱不能接錯(cuò)、電壓表不能超過(guò)量程,電池組不能短路。很多實(shí)驗(yàn)不允許學(xué)生自己操作,這些規(guī)定無(wú)形中扼殺了學(xué)生的創(chuàng)造性思維,而有些學(xué)生自主意識(shí)很強(qiáng),常常會(huì)進(jìn)行一些“地下操作”,最終損壞了儀器。然而,須知這些“破壞性”強(qiáng)的學(xué)生實(shí)際上也是動(dòng)手能力、創(chuàng)造能力強(qiáng)的學(xué)生。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,倡導(dǎo)學(xué)生自主探討性實(shí)驗(yàn),既可保護(hù)儀器又能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力,并能把很多傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)做不到的效果一一再現(xiàn)。如本人曾在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下采用“仿真物理實(shí)驗(yàn)室”虛擬電學(xué)實(shí)驗(yàn)室軟件(在線(xiàn)版網(wǎng)絡(luò)軟件),實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與物理學(xué)科教學(xué)的整合。學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)環(huán)境進(jìn)行多媒體實(shí)驗(yàn)操作,通過(guò)網(wǎng)上人機(jī)對(duì)話(huà),學(xué)生可以一邊操作一邊在網(wǎng)上暢游,獲取新知識(shí),或與其他同學(xué)交流。如果學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室遇到問(wèn)題,就可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)從其他同學(xué)那里獲取相關(guān)信息,進(jìn)行討論,讓學(xué)生自主學(xué)習(xí),并自主觀察模擬實(shí)驗(yàn),從而掌握學(xué)習(xí)成果和學(xué)習(xí)方法。
這種虛擬實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生提供了全方位的開(kāi)放性的操作環(huán)境,使學(xué)生在課堂上實(shí)現(xiàn)了在虛擬世界的真實(shí)體驗(yàn)。信息技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合,能夠培養(yǎng)學(xué)生自主模擬實(shí)驗(yàn)、觀察實(shí)驗(yàn),并歸納、總結(jié),抽象成所需知識(shí)的能力,從而學(xué)會(huì)學(xué)習(xí),使學(xué)生主動(dòng)地獲取物理知識(shí),發(fā)展能力,并促使他們建立科學(xué)的世界觀。
三、充分利用網(wǎng)絡(luò)資源,增進(jìn)教學(xué)效果
進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時(shí)代后,網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為學(xué)生提供了豐富的知識(shí)庫(kù)、資源庫(kù),網(wǎng)上的資源開(kāi)發(fā)和利用已成為一個(gè)現(xiàn)代教育工作者必備的信息素質(zhì)。網(wǎng)上資源具有信息量大、更新快等特點(diǎn),例如:中國(guó)中小學(xué)教育教學(xué)網(wǎng)()教育資源庫(kù)物理學(xué)科、廣東教育資源網(wǎng)()資源中心物理學(xué)科、中國(guó)物理教育網(wǎng)()等可謂是一間完整的中小學(xué)數(shù)字資源庫(kù),它為我們提供了同步教學(xué)、優(yōu)秀課件等多種資源,且處于動(dòng)態(tài)的更新之中。通過(guò)下載這些優(yōu)秀課件、優(yōu)秀習(xí)題再作進(jìn)一步的組織、加工就能設(shè)計(jì)出適合自己風(fēng)格的課件來(lái)。
本人在進(jìn)行初二第十二章第一節(jié)浮力教學(xué)時(shí),須向?qū)W生解釋浮力產(chǎn)生的原因。我先設(shè)想一個(gè)立方體浸沒(méi)在水中,它的6個(gè)表面都受到水的壓力,它的左右兩側(cè)面、前后兩側(cè)面,受到的壓力都是大小相等、方向相反,互相平衡,只有上下兩面由于深度不同,受到的壓強(qiáng)大小不同,壓力也因而不相等。浮力的產(chǎn)生是由下表面受到水的向上的壓力和上表面受到水的向下的壓力差,但如果使用語(yǔ)言和文字向?qū)W生講授向上和向下壓力差時(shí),學(xué)生理解起來(lái)比較抽象,難懂,對(duì)整個(gè)過(guò)程反映比較茫然。所以我通過(guò)在中國(guó)中小學(xué)教育教學(xué)網(wǎng)()物理學(xué)科課件庫(kù)網(wǎng)站下載相關(guān)課件解決這一難題。該課件以動(dòng)畫(huà)的形式慢鏡頭表示前、后、左、右的壓強(qiáng)、壓力相等,小木塊保持不動(dòng),但加載上、下表面壓強(qiáng)、壓力時(shí),小木塊慢慢向上移動(dòng),同時(shí)超級(jí)鏈接浮力大小的推導(dǎo)公式錄相。活潑的動(dòng)畫(huà)效果、直觀的圖形,快速有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,收到了良好的教學(xué)效果,學(xué)生很輕易就攻破這一難點(diǎn),同時(shí)為講授下一節(jié)阿基米德原理做好理論基礎(chǔ),而這一切都是傳統(tǒng)教學(xué)很難做得到的。總之,讓學(xué)生在生動(dòng)、形象的環(huán)境中進(jìn)行學(xué)習(xí),由此達(dá)到事半功倍的作用,也就能很好地提高課堂教學(xué)效果。
信息技術(shù)作為最先進(jìn)的教學(xué)媒體與物理學(xué)科整合,不但深化了物理學(xué)科教學(xué)、加大了學(xué)科信息容量,而且提高了課堂四十五分鐘的教學(xué)效率。
四、擴(kuò)大信息來(lái)源,提高教學(xué)水平
1、了解物理學(xué)科發(fā)展時(shí)事形勢(shì)、把握教學(xué)動(dòng)態(tài):
我們通過(guò)Internet在官方權(quán)威網(wǎng)站上查看有關(guān)物理發(fā)展動(dòng)態(tài),可以做到在時(shí)事政策上緊跟形勢(shì),在物理學(xué)科教學(xué)時(shí)作出及時(shí)調(diào)整。物理作為一門(mén)理科學(xué)科,大量的習(xí)題是必要的,但訂購(gòu)的習(xí)題集往往又存在著題型偏舊、信息過(guò)時(shí)的缺點(diǎn),這對(duì)于學(xué)生習(xí)題更新、掌握中考的習(xí)題形勢(shì)是不利的。為了克服這一缺點(diǎn),我們可以充分利用Internet這一信息資源,從網(wǎng)絡(luò)如中國(guó)中小學(xué)教育教學(xué)網(wǎng)()上的物理試題中心、中國(guó)園丁網(wǎng)()試題集錦欄目和其他一些重點(diǎn)中學(xué)網(wǎng)站試題庫(kù)上下載最新的試卷、搜集物理相關(guān)試題,用來(lái)給學(xué)生作為測(cè)試題和平時(shí)練習(xí)。實(shí)際情況證明:這些題目題型新穎、信息準(zhǔn)確,對(duì)于啟發(fā)學(xué)生的思維,開(kāi)闊學(xué)生的視野有著很大的幫助。
2、增進(jìn)學(xué)習(xí)交流、提高教學(xué)水平
網(wǎng)絡(luò)的交互性給物理教師互相學(xué)習(xí)交流提供了機(jī)會(huì)。教師可以一方面利用電子郵件與有關(guān)專(zhuān)家進(jìn)行交流,學(xué)習(xí)前沿的理論知識(shí),獲取名教師的經(jīng)典教案;另一方面還可以參與網(wǎng)上的教師繼續(xù)教育和參與一系列教育門(mén)戶(hù)網(wǎng)站的教育論壇,如在中國(guó)名師教育網(wǎng)()我們可以與重點(diǎn)學(xué)校的名師專(zhuān)家探討物理教育應(yīng)培養(yǎng)怎樣的人才,在中國(guó)園丁網(wǎng)()、中國(guó)物理教育網(wǎng)()的教育論壇我們可以與各地的同行探討物理教學(xué)中遇到的問(wèn)題以及對(duì)物理教學(xué)改革的看法,通過(guò)網(wǎng)上學(xué)習(xí)交流,實(shí)現(xiàn)資源共享,達(dá)到提高教學(xué)水平的目的。
我們通過(guò)信息技術(shù)與物理課程教學(xué)的整合,激發(fā)了學(xué)生對(duì)物理學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣,課堂上參與意識(shí)很強(qiáng),對(duì)知識(shí)的理解掌握程度較理想,尤其是實(shí)驗(yàn)教學(xué),學(xué)生的實(shí)驗(yàn)理解能力、動(dòng)手能力均取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。實(shí)踐證明,信息技術(shù)與物理課程教學(xué)的整合能鞭策我們教師去進(jìn)一步完善課堂教學(xué),使教學(xué)過(guò)程更具有科學(xué)性,幫助教師在課堂上更合理地掌握和利用時(shí)間,吸引學(xué)生的注意力,使學(xué)生在課堂上接受和掌握更多的知識(shí),提高物理課堂教學(xué)的效率。
隨著信息技術(shù)和物理學(xué)科教學(xué)整合的發(fā)展,將信息技術(shù)引進(jìn)教育領(lǐng)域?qū)⒔o學(xué)生、教師、學(xué)校帶來(lái)一個(gè)新的教學(xué)模式和新的契機(jī),但同時(shí)也應(yīng)看到,信息技術(shù)和物理教學(xué)整合是一個(gè)新興事物,還有許多問(wèn)題需要我們?nèi)パ芯俊⑻剿鳌5覀兇_信信息技術(shù)在和學(xué)科教學(xué)中整合中將大有作為。
參考文獻(xiàn):
【論文摘要】大學(xué)物理課是高校實(shí)施素質(zhì)教育的一門(mén)重要課程。傳統(tǒng)的理工科物理必修課過(guò)于強(qiáng)調(diào)“理論性”、“系統(tǒng)性”、“邏輯性”、“應(yīng)用性”,使物理學(xué)教育的育人功能不能充分發(fā)揮。因此有必要針對(duì)非理工科學(xué)生開(kāi)設(shè)大學(xué)物理選修課來(lái)彌補(bǔ)普通物理教育的不足。本文對(duì)開(kāi)設(shè)大學(xué)物理選修課的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、課程體系、教學(xué)方式和考核方式進(jìn)行了分析和探索,有利于高等院校非理工科專(zhuān)業(yè)大學(xué)物理教學(xué)的實(shí)施。
在科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn),人類(lèi)已步入知識(shí)爆炸、高科技和信息時(shí)代的今天,隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、市場(chǎng)的繁榮,高等教育面臨著如何適應(yīng)社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的人才需求這一問(wèn)題,首先是一個(gè)轉(zhuǎn)變觀念的問(wèn)題。過(guò)去在教育教學(xué)過(guò)程中長(zhǎng)期形成的一種潛意識(shí)的觀念,現(xiàn)在已經(jīng)基本得到澄清,越來(lái)越多的人們認(rèn)識(shí)到:大學(xué)本科要立足于培養(yǎng)復(fù)合型人才,而不是培養(yǎng)專(zhuān)家,本科教育主要是打好科學(xué)文化素質(zhì)基礎(chǔ),尤其是培養(yǎng)學(xué)生自主獲取知識(shí)和自我發(fā)展的能力。[1]
物理學(xué)是各門(mén)自然科學(xué)的基礎(chǔ),其研究問(wèn)題、解決問(wèn)題的思想方法適用于一切科學(xué)研究。正如偉大的物理學(xué)家費(fèi)曼所言:學(xué)習(xí)物理學(xué),就是要學(xué)習(xí)怎樣由未知進(jìn)到已知的科學(xué)求知方法,就是要學(xué)習(xí)如何嘗試和糾錯(cuò),就是要學(xué)習(xí)一種普遍的自由探索的創(chuàng)造精神。大學(xué)物理課是高校實(shí)施素質(zhì)教育的一門(mén)重要課程。傳統(tǒng)的理工科物理必修課為了培養(yǎng)研究和應(yīng)用型人才,是為理工科學(xué)生后續(xù)課程學(xué)習(xí)打基礎(chǔ),所以很強(qiáng)調(diào)“理論性”、“系統(tǒng)性”、“邏輯性”、“應(yīng)用性”,并且有統(tǒng)一的教學(xué)大綱和采用統(tǒng)一閉卷考試。受此制約,物理學(xué)教育的育人功能不能充分發(fā)揮。因此有必要針對(duì)非理工科學(xué)生開(kāi)設(shè)大學(xué)物理選修課來(lái)彌補(bǔ)普通物理教育的不足。大學(xué)物理選修課對(duì)體現(xiàn)科學(xué)教育與人文教育的融合,特別對(duì)提高非理工學(xué)生的科學(xué)文化素質(zhì)起著重要作用。
一、大學(xué)物理選修課教學(xué)目標(biāo)
大學(xué)物理選修課程教學(xué)內(nèi)容并不是理工科物理教學(xué)內(nèi)容的縮減,不能把大學(xué)物理選修課程體系當(dāng)作理工科物理體系的縮影。大學(xué)物理選修課的教學(xué)目標(biāo)主要是力圖使學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)了解物理學(xué)的基本內(nèi)容,即物理學(xué)研究的是什么;培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立探求知識(shí)的探索精神;提供當(dāng)代大學(xué)生必不可少的現(xiàn)代觀念和思維方式;開(kāi)拓視野,讓學(xué)生了解物理學(xué)前沿;了解現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的物理基礎(chǔ);了解物理學(xué)與社會(huì)、環(huán)境、能源等方面的關(guān)系,物理對(duì)人類(lèi)社會(huì)文明的進(jìn)步有什么貢獻(xiàn)與影響;了解科學(xué)家創(chuàng)造性的工作特點(diǎn)和研究方法,獲得科學(xué)方法論的教益與啟迪。
二、教學(xué)內(nèi)容和課程體系
針對(duì)這一目標(biāo),大學(xué)物理選修課的教學(xué)內(nèi)容和課程體系應(yīng)通過(guò)身邊的物理、生活中的物理以及工程技術(shù)中的物理直到最新科學(xué)動(dòng)向(如高溫超導(dǎo)、納米材料、反物質(zhì)世界等)導(dǎo)入物理基礎(chǔ)知識(shí),應(yīng)強(qiáng)調(diào):
1、定性與半定量,對(duì)計(jì)算能力要求不高[2]
由于非理工科學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)普遍不高,因此為了讓此類(lèi)學(xué)生對(duì)表現(xiàn)物質(zhì)世界的運(yùn)動(dòng)規(guī)律有明確直認(rèn)識(shí),應(yīng)采取定性、半定量及適度的定量方法來(lái)闡述物理學(xué)的概念、理論和規(guī)律。注重教學(xué)內(nèi)容中的語(yǔ)言描述,降低物理學(xué)科中的定量要求,給出清晰的和較寬闊的物理圖像、科學(xué)觀點(diǎn)和思維方法,并注意將研究方法、思維方法滲透其中,以使學(xué)生既學(xué)到知識(shí)又領(lǐng)會(huì)了方法。[1]
2、增加物理學(xué)史的講授,幫助學(xué)生正確理解物理原理和物理概念
每一個(gè)物理概念、每一條物理定律的形成都離不開(kāi)當(dāng)時(shí)的歷史條件,都少不了物理學(xué)家的科學(xué)思想的邏輯發(fā)展和歷史行程。回顧這些物理概念、物理定律的逐漸建立的歷史過(guò)程,可幫助學(xué)生正確理解概念的內(nèi)涵,正確運(yùn)用物理定律來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。
3、從哲學(xué)角度考察物理學(xué)的思想根基古代物理學(xué)的理論形態(tài)實(shí)質(zhì)上是自然哲學(xué),它是未分化的包羅萬(wàn)象的知識(shí)體系,把自然界當(dāng)做一個(gè)整體而從總的方面來(lái)認(rèn)識(shí)它。從16世紀(jì)起,自然科學(xué)開(kāi)始從哲學(xué)中分化出來(lái),物理學(xué)開(kāi)始了它的近展時(shí)期。作為科學(xué)的世界觀和方法論,辯證唯物主義哲學(xué)在物理學(xué)研究過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用。辨證唯物論認(rèn)為,世界上一切客觀的東西都是永恒的運(yùn)動(dòng)和變化的,它從不把自身的理論當(dāng)做一部不變結(jié)論的匯集,而看做是同樣必然地要不斷發(fā)展變化的斗爭(zhēng)。這樣的思想貫穿在物理學(xué)里,如:物理規(guī)律是普適的、場(chǎng)是運(yùn)動(dòng)變化著的、物質(zhì)具有波粒二象性、能流是有方向的等等。
4、物理學(xué)方法論
在物理學(xué)的發(fā)展過(guò)程中,無(wú)數(shù)物理學(xué)家對(duì)物質(zhì)世界的物理現(xiàn)象和事實(shí)進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)和科學(xué)思維,在建立物理概念、揭示物理規(guī)律的同時(shí),逐漸形成了一整套研究物理學(xué)的科學(xué)思想和科學(xué)方法,從而產(chǎn)生了物理學(xué)方法論的科學(xué)。物理學(xué)的方法論是介于哲學(xué)原理和物理學(xué)理論之間,對(duì)物理學(xué)探索和物理學(xué)理論的建立和發(fā)展起指導(dǎo)作用的普適原理。課程中應(yīng)向?qū)W生介紹研究物理學(xué)的行之有效的科學(xué)方法,如觀察和實(shí)驗(yàn)、科學(xué)的抽象、理想實(shí)驗(yàn)的方法、類(lèi)比的方法、假說(shuō)和模型的方法、歸納和演繹相結(jié)合的方法、數(shù)學(xué)公理化的方法等等,培養(yǎng)學(xué)生多維化、系統(tǒng)化和信息化的科學(xué)思維方式。
5、內(nèi)容廣而新
覆蓋面要廣,除了介紹物理現(xiàn)象、物理規(guī)律的產(chǎn)生、發(fā)展、應(yīng)用,更要闡明物理規(guī)律之間的相互聯(lián)系、物理學(xué)與其它學(xué)科的交叉發(fā)展和物理規(guī)律在生產(chǎn)實(shí)踐、生活實(shí)際和科技革命中所起的重要作用。當(dāng)今世界科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展,信息量擴(kuò)大,知識(shí)更新速度快。物理學(xué)在近生了重大革命,出現(xiàn)了許多新的技術(shù)科學(xué),并在實(shí)踐中獲得了重要應(yīng)用。因此課程要充分體現(xiàn)近代物理學(xué)的內(nèi)容以及當(dāng)今某些物理前沿內(nèi)容及其重大應(yīng)用,以便學(xué)生對(duì)最新的物理學(xué)理論、應(yīng)用及科技發(fā)展動(dòng)態(tài)有一個(gè)全面的了解,這對(duì)學(xué)生的知識(shí)、能力、素質(zhì)的培養(yǎng)來(lái)說(shuō),是十分必要的。三、教學(xué)方式與考核方式
1、教學(xué)方式
大學(xué)物理選修課不是進(jìn)行系統(tǒng)的物理學(xué)理論知識(shí)學(xué)習(xí)與研究,而是從欣賞的角度,以科普的形式,力求輕松、有趣,側(cè)重身邊物理、生活中的物理及趣味物理,以消除學(xué)生的恐懼心理,這樣學(xué)生漸入狀態(tài),學(xué)習(xí)的興趣和主動(dòng)性會(huì)被激發(fā)和調(diào)動(dòng)起來(lái)。在教學(xué)安排上,可以不強(qiáng)求系統(tǒng)性,不嚴(yán)格遵循物理學(xué)發(fā)展的順序,而是根據(jù)一些起源于物理學(xué)、現(xiàn)在已滲透到各學(xué)科甚至人文學(xué)科的概念、方法和技術(shù)開(kāi)設(shè)若干專(zhuān)題講座,如航天技術(shù)、能源技術(shù)、信息技術(shù)、材料科學(xué)、物理學(xué)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用、地球系統(tǒng)、環(huán)境科學(xué)等。[3]
大學(xué)物理選修課的主要對(duì)象是非理工科學(xué)生,不需要講授繁瑣的理論推導(dǎo)過(guò)程,故傳統(tǒng)的“邊板書(shū)、邊講授”的方法不適用,而應(yīng)盡量多地采用多媒體教學(xué)手段[4]。教師要花費(fèi)大量時(shí)間學(xué)習(xí)和閱讀文獻(xiàn),收集和制作課件、圖片、flas、音像影視資料,做到音像圖文并茂、生動(dòng)直觀、引人入勝地傳遞教學(xué)信息,以便取得較好的教學(xué)效果。
2、考核方式
與強(qiáng)調(diào)“理論性”、“系統(tǒng)性”、“邏輯性”的理工科物理不同,大學(xué)物理選修課可以不采用解題、統(tǒng)一閉卷考試的方式來(lái)考核學(xué)生的學(xué)習(xí)情況,而可以采取多元化的考核方式:讓學(xué)生查找文獻(xiàn)撰寫(xiě)專(zhuān)題論文;撰寫(xiě)讀書(shū)報(bào)告、課程心得體會(huì);由學(xué)生獨(dú)立完成演示實(shí)驗(yàn)或自我設(shè)計(jì)探索性實(shí)驗(yàn);甚至分組研討某些物理問(wèn)題或口試答辯等等[5]。
物理學(xué)是研究自然界最普遍規(guī)律的科學(xué)和最成熟的自然科學(xué)。當(dāng)今世界科學(xué)技術(shù)以前所未有的速度發(fā)展,不同學(xué)科、不同專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域相互交叉、相互滲透和相互融合的趨勢(shì)更加明顯。這要求課程結(jié)構(gòu)要趨向綜合化,文理要相互滲透。開(kāi)設(shè)大學(xué)物理選修課可以彌補(bǔ)普通理工科物理教育的不足,對(duì)非理工科學(xué)生融合自然科學(xué)與人文科學(xué)的知識(shí)結(jié)構(gòu)具有啟迪思維、萌生感悟、提供思想方法、樹(shù)立創(chuàng)新精神和提高科學(xué)文化素質(zhì)的促進(jìn)作用。【參考文獻(xiàn)】
[1]徐婕,詹士昌,楊建宋.加強(qiáng)文科專(zhuān)業(yè)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)教育[J].浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版),2005,4(2):180-184.
[2]周雨青.東南大學(xué)文科物理教學(xué)改革的反思[J].高等工程教育研究,2000(2):89-92.
[3]何曉燕,陳小鳳,李俠.大學(xué)文科學(xué)生物理通識(shí)教育問(wèn)題探析[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版),2006,14(4):95-97.
目前工程類(lèi)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)教學(xué)主要有兩大模式:1)以課堂教育為主,結(jié)合多媒體教學(xué)模式,以音頻和視頻(動(dòng)畫(huà)模式或記錄短片的模式等)進(jìn)行理論教學(xué)[4];2)理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的方式,將部分學(xué)時(shí)分配到課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)以及學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行理論和實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)[5-9]。模式1)使得課堂教學(xué)的理論內(nèi)容更加豐富多彩,涵蓋的內(nèi)容更加廣泛,但是由于課時(shí)數(shù)有限,在顧及了教學(xué)廣度的同時(shí),教學(xué)深度不能得到有效的保證。在某些極端的情況下,學(xué)生上課時(shí)看各種物理現(xiàn)象覺(jué)得好玩,下課后卻對(duì)課堂上學(xué)習(xí)的具體知識(shí)茫然無(wú)解,當(dāng)對(duì)具體的問(wèn)題進(jìn)行討論分析時(shí)更是一頭霧水,不知道從何下手。在這種情況下,如果學(xué)生能夠發(fā)揮主觀能動(dòng)性,在課后深入地學(xué)習(xí)課本上的知識(shí),并閱讀其他補(bǔ)充教材進(jìn)行印證補(bǔ)充,那么就可以完全解決深度問(wèn)題。為了讓學(xué)生在課后對(duì)課本上的知識(shí)進(jìn)行進(jìn)一步消化鞏固,通常采用加大課后作業(yè)的手段來(lái)督促學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。這種以課后習(xí)題敦促自學(xué)的方法對(duì)部分愿意自主學(xué)習(xí)的學(xué)生具有非常好的效果,能夠在經(jīng)歷了課堂上相對(duì)比較寬泛的知識(shí)點(diǎn)以后對(duì)每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行鞏固學(xué)習(xí);但是,對(duì)于缺乏學(xué)習(xí)主動(dòng)性的學(xué)生來(lái)說(shuō),課堂上種類(lèi)繁多的知識(shí)點(diǎn)和課后枯燥機(jī)械的習(xí)題形成的反差使得他們不知從何下手去完成課后作業(yè),學(xué)生通常在不同的知識(shí)點(diǎn)和不同的公式之間疲于奔命,難以進(jìn)行清晰有效地理解和探討。模式2)將實(shí)驗(yàn)教學(xué)加入到理論教學(xué)中,部分解決了理論和實(shí)踐問(wèn)題之間的差距,使得學(xué)生可以更加直觀地理解課堂上某些知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的物理現(xiàn)象,但是這種教學(xué)方法有以下3個(gè)不可避免的問(wèn)題:1)不論是課堂教學(xué)實(shí)驗(yàn)還是實(shí)驗(yàn)室學(xué)生自己動(dòng)手的實(shí)驗(yàn),都需要相對(duì)比較多的時(shí)間進(jìn)行鋪墊準(zhǔn)備,在有限的教學(xué)學(xué)時(shí)內(nèi)無(wú)法針對(duì)每一個(gè)重要的電磁學(xué)現(xiàn)象都安排相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容;2)由于實(shí)驗(yàn)室相對(duì)較少,設(shè)備以及維護(hù)費(fèi)用相對(duì)昂貴,通常無(wú)法滿(mǎn)足每個(gè)學(xué)生的教學(xué)需求;3)實(shí)驗(yàn)教學(xué)通常只針對(duì)可以用簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)手段實(shí)現(xiàn)的知識(shí)點(diǎn),而且實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的前提是這些知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)必須是可以直觀地進(jìn)行現(xiàn)象觀察的。這些限制條件決定了符合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的知識(shí)點(diǎn)缺乏全面性。可以說(shuō),投入的時(shí)間和財(cái)力都不少,但是涉及的知識(shí)點(diǎn)卻不夠全面。課程設(shè)計(jì)這個(gè)教學(xué)形式早已存在,但是一般情況下僅僅作為課堂教學(xué)的一個(gè)實(shí)踐性補(bǔ)充,并未提到特別重視的位置。目前,計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的普及情況為課程設(shè)計(jì)提供了另外一種思路,即數(shù)字化的課程設(shè)計(jì)方法。隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展,高校大學(xué)生需要在具備一定專(zhuān)業(yè)知識(shí)的前提下學(xué)會(huì)使用與本專(zhuān)業(yè)相關(guān)的商業(yè)軟件,如電子信息專(zhuān)業(yè)的學(xué)生需要了解并學(xué)會(huì)使用的商業(yè)軟件有編程軟件Matlab和VC++等,仿真軟件HFSS和ADS等。而這些相關(guān)軟件的學(xué)習(xí)和使用,通常不會(huì)專(zhuān)門(mén)開(kāi)課來(lái)進(jìn)行學(xué)習(xí),因?yàn)檫@本來(lái)就是學(xué)生為了提高自身就業(yè)優(yōu)勢(shì)和提升專(zhuān)業(yè)技能而需要學(xué)會(huì)的自學(xué)課程。因此,在課堂上引入一部分和本課程本專(zhuān)業(yè)密切相關(guān)的商業(yè)軟件的使用技能,不但不會(huì)成為學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的負(fù)擔(dān),反而是他們樂(lè)意學(xué)習(xí)并且去掌握的技能。綜上所述,為解決前文中提到的在教學(xué)過(guò)程中的問(wèn)題,同時(shí)結(jié)合目前的教學(xué)環(huán)境和學(xué)生的自身專(zhuān)業(yè)素養(yǎng),本文提出了應(yīng)用商業(yè)軟件進(jìn)行課程設(shè)計(jì)的思路,即針對(duì)教學(xué)中需要掌握并深入剖析的知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容,讓學(xué)生在商業(yè)軟件平臺(tái)上建立并仿真電磁學(xué)的模型,利用學(xué)到的知識(shí)對(duì)相應(yīng)的物理現(xiàn)象進(jìn)行觀察和規(guī)律分析。
2課程設(shè)計(jì)實(shí)例
課程設(shè)計(jì)是教學(xué)設(shè)計(jì)中的一個(gè)環(huán)節(jié),針對(duì)一個(gè)目的或者一個(gè)內(nèi)容進(jìn)行有計(jì)劃、有結(jié)構(gòu)的系列活動(dòng)。對(duì)電磁場(chǎng)理論相關(guān)的課程教學(xué)而言,課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容需要針對(duì)教學(xué)中比較難理解的、比較抽象的,或是需要對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行綜合討論的內(nèi)容來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此,課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)在“電子工程數(shù)學(xué)方法”“電磁場(chǎng)與波”以及“微波技術(shù)基礎(chǔ)”課程的課堂教學(xué)中,對(duì)理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的重點(diǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和討論。由于商業(yè)軟件平臺(tái)可以模擬相對(duì)理想的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,并且在觀察物理現(xiàn)象時(shí)也不必拘泥于實(shí)驗(yàn)裝置和物理實(shí)現(xiàn)方法困難的問(wèn)題,在課程設(shè)計(jì)題目的設(shè)計(jì)上,可以選擇盡量涵蓋本課程大部分知識(shí)點(diǎn)的題目進(jìn)行仿真設(shè)計(jì),或者根據(jù)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中需要進(jìn)行直觀化理解的物理現(xiàn)象進(jìn)行設(shè)定。如在本科第3學(xué)期,在學(xué)生對(duì)電磁波/場(chǎng)的概念還處于力線(xiàn)的范疇,對(duì)電磁波在導(dǎo)波系統(tǒng)中的傳播規(guī)律還沒(méi)有進(jìn)行具體學(xué)習(xí)的前提下[10]開(kāi)設(shè)“電子工程數(shù)學(xué)方法”課程,學(xué)生對(duì)為何要求解泛定方程,為何要加入邊界條件等原因并沒(méi)有一個(gè)具象化的認(rèn)識(shí)。盡管在課堂教學(xué)中提出求解定解問(wèn)題就是泛定方程和邊界條件以及初始條件的結(jié)合,學(xué)生也只是機(jī)械地記住了這個(gè)說(shuō)法而已。在這個(gè)前提下再提出如何求解波動(dòng)方程和泊松方程等方法,學(xué)生也只是迷茫地在幾個(gè)特殊形式的方程中機(jī)械地求解而已。課后常有學(xué)生反映:“為什么就學(xué)這幾個(gè)方程”“這些方程求解方法到底學(xué)了有什么用”等等問(wèn)題。這些問(wèn)題給一個(gè)答案并不難,難的是學(xué)生就算聽(tīng)懂了答案,還是不知道其真正應(yīng)用在何處。因此,在這門(mén)課的課程設(shè)計(jì)題目是用軟件HFSS實(shí)現(xiàn)對(duì)矩形波導(dǎo)管的仿真,在求解矩形波導(dǎo)管主要模式的基礎(chǔ)上設(shè)定波導(dǎo)管的尺寸,并觀察其主模的電場(chǎng)、磁場(chǎng)以及壁電流分布。整個(gè)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容里并沒(méi)有提到用什么方程來(lái)求解,也沒(méi)有說(shuō)用什么方法求解。學(xué)生拿到題目以后需要自己去思索:這是一個(gè)有關(guān)波導(dǎo)管的工程問(wèn)題,這個(gè)工程問(wèn)題相關(guān)的物理現(xiàn)象是什么,描述這個(gè)物理現(xiàn)象的數(shù)學(xué)公式是哪一個(gè),為了能表達(dá)出波導(dǎo)管內(nèi)部的場(chǎng)分布,必須要求解定解問(wèn)題,那么與之相關(guān)的邊界條件又是什么。這個(gè)課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容立足于定解問(wèn)題的求解,而且是直角坐標(biāo)系下波動(dòng)方程的定解問(wèn)題的求解,計(jì)算上并不復(fù)雜,難的是理論上的理解。學(xué)生普遍反映雖然課本上早已做過(guò)了類(lèi)似的題目,但是他們還是去查了一些相關(guān)的教科書(shū),還在網(wǎng)上尋找資料,最后發(fā)現(xiàn)其實(shí)求解的就是他們學(xué)過(guò)的東西。這就是理論和工程應(yīng)用相對(duì)照的一個(gè)過(guò)程。同時(shí),通過(guò)這次課程設(shè)計(jì),學(xué)生普遍反映他們對(duì)HFSS這個(gè)商業(yè)軟件的建模方法和仿真手段有了相對(duì)深入的了解,對(duì)波動(dòng)方程和亥姆霍茲方程的推導(dǎo)和求解認(rèn)識(shí)深刻。“電磁場(chǎng)與波”是針對(duì)本科第4學(xué)期的學(xué)生開(kāi)設(shè)的課程,其主要內(nèi)容涉及靜態(tài)電磁場(chǎng)和時(shí)變電磁場(chǎng)的基礎(chǔ)理論知識(shí)[11]。學(xué)生在前修課程大學(xué)物理中學(xué)習(xí)了很多關(guān)于靜態(tài)場(chǎng)的知識(shí),空間中電磁波的傳播行為和狀態(tài)是一個(gè)全新的內(nèi)容,需要學(xué)生花更多的時(shí)間來(lái)學(xué)習(xí)波在空間中的傳播情況。而課堂教學(xué)中,描述波的情況時(shí)一般用正弦波來(lái)描述(動(dòng)態(tài)多媒體描述的時(shí)候也一樣),這種描述方法和機(jī)械波完全一樣,學(xué)生在學(xué)習(xí)電磁波時(shí)通常以機(jī)械波為原型來(lái)進(jìn)行理解,這種理解方法使得他們?cè)趯W(xué)習(xí)駐波、行駐波時(shí)出現(xiàn)困難。因此對(duì)這門(mén)課的課程設(shè)計(jì)題目做了如下設(shè)計(jì):利用編程軟件Matlab實(shí)現(xiàn)對(duì)下述物理現(xiàn)象的建模,并實(shí)現(xiàn)電磁波在全空間中的變化情況。一均勻平面波從半無(wú)限大自由空間(z<0的區(qū)域)入射到一介質(zhì)分界面(介質(zhì)存在于z>0的半空間),介質(zhì)的電參數(shù)為εr=4,μr=1,σ=1,分別對(duì)以下情況進(jìn)行建模:1)線(xiàn)極化波垂直入射到介質(zhì)分界面;2)平行極化波以入射角θ(θ<θc,其中θc為臨界角)入射到分界面;3)圓極化波以入射角θb(θb為布儒斯特角)入射到分界面;針對(duì)上述3種情況,分別描述入射波、反射波和投射波在空間中的變化情況,并標(biāo)明各波的能量變化。學(xué)生經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)后,首先會(huì)對(duì)使用Matlab進(jìn)行編程設(shè)計(jì)有一定的了解,能夠用Matlab進(jìn)行電磁波的動(dòng)態(tài)顯示。其次會(huì)學(xué)會(huì)利用其他工具主動(dòng)學(xué)習(xí)在課堂上難以理解的物理現(xiàn)象,這有助于學(xué)生在以后的學(xué)習(xí)中能夠主動(dòng)利用現(xiàn)有的編程軟件或者商業(yè)軟件平臺(tái)進(jìn)行知識(shí)探索。最后,學(xué)生在進(jìn)行編程建模仿真的過(guò)程中強(qiáng)化了知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)。課程設(shè)計(jì)包含了電磁場(chǎng)與波這門(mén)課程中關(guān)于平面波的傳播、平面波在介質(zhì)分界面上的變化、不同的極化方式在通過(guò)介質(zhì)分界面時(shí)和入射角之間的關(guān)系等等問(wèn)題,知識(shí)點(diǎn)囊括了電磁波在無(wú)界/半無(wú)界空間中的傳播問(wèn)題,而這也是本課程中有關(guān)電磁波問(wèn)題的重點(diǎn)學(xué)習(xí)內(nèi)容。“微波技術(shù)基礎(chǔ)”是一門(mén)具體涉及微波器件的課程,不同的器件有不同的電性能和參數(shù)設(shè)計(jì)方法,不同的傳輸模式在同一器件中也表現(xiàn)出不同的特性[12],因此要設(shè)計(jì)一個(gè)相對(duì)全面的課程設(shè)計(jì)比較困難。針對(duì)不同的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行了不同的課程設(shè)計(jì)題目的設(shè)計(jì),例如:1)針對(duì)波導(dǎo)腔體中的模式問(wèn)題,進(jìn)行了模式分析編程設(shè)計(jì);2)針對(duì)諧振腔和微擾理論,進(jìn)行了諧振模式和微擾后的諧振情況建模仿真討論;3)針對(duì)左手結(jié)構(gòu)材料的概念,進(jìn)行了左手/右手結(jié)構(gòu)的功分器設(shè)計(jì),以此討論兩種不同結(jié)構(gòu)下電磁波的傳播和器件表現(xiàn)在外的性能;4)針對(duì)磁材料的特性,進(jìn)行了極化扭轉(zhuǎn)波導(dǎo)仿真設(shè)計(jì)。通過(guò)這些課程設(shè)計(jì),使得學(xué)生在學(xué)習(xí)不同的微波器件性能的同時(shí),對(duì)微波器件的設(shè)計(jì)方法、性能和其中的電磁場(chǎng)分布有了更加深刻直觀的了解和認(rèn)識(shí)。
3結(jié)束語(yǔ)
綜上所述,在計(jì)算機(jī)完全普及開(kāi)來(lái)的大學(xué)課程學(xué)習(xí)中,在電磁波理論相關(guān)課程的課堂教學(xué)中利用課程設(shè)計(jì)敦促學(xué)生利用編程軟件和商業(yè)仿真軟件對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行模型化仿真和現(xiàn)象分析,有助于進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的縱向和橫向理解掌握,豐富課堂教學(xué)的形式,使得學(xué)生對(duì)理論的理解更加清晰,對(duì)理論對(duì)應(yīng)的工程應(yīng)用了解更加明確。這對(duì)于目前的大學(xué)本科學(xué)習(xí)來(lái)說(shuō),是一個(gè)非常有利的學(xué)習(xí)手段和方法。
作者:駱無(wú)窮 王園 唐璞 潘錦 單位:電子科技大學(xué)
參考文獻(xiàn)
學(xué)習(xí)了《課程標(biāo)準(zhǔn)》(實(shí)驗(yàn)稿)以后,對(duì)其中的某些理念有所了解,但還不深入。我對(duì)其中的幾處做了深入地思考,在頭腦中漸漸形成了清晰的印象。
一、關(guān)于“自主、合作、探究”的學(xué)習(xí)方式
“自主、合作、探究”這種方式不是單指學(xué)習(xí)語(yǔ)文“教材”的學(xué)習(xí)方式,而是指學(xué)生學(xué)習(xí)任何形式語(yǔ)文材料的學(xué)習(xí)方式。它應(yīng)該貫穿學(xué)生學(xué)習(xí)語(yǔ)文的全過(guò)程,甚至貫穿學(xué)生一生的學(xué)習(xí)。
“自主”應(yīng)該是學(xué)生真正意義上的自由。學(xué)生可以自由選擇自己的學(xué)習(xí)方式,學(xué)習(xí)進(jìn)程,學(xué)習(xí)伙伴、學(xué)習(xí)問(wèn)題。當(dāng)然在課外的自由度比課堂更寬,在課堂這個(gè)有限的時(shí)間里,也要給學(xué)生最大的自由,可以給學(xué)生隨時(shí)發(fā)表意見(jiàn)、隨時(shí)提出問(wèn)題的權(quán)利。要堅(jiān)決打掉教師暗中操縱的那只手,把學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生。其實(shí),只有這樣,學(xué)生才會(huì)真正知道學(xué)習(xí)是自己受益,學(xué)習(xí)是自己的事情。否則的話(huà),他就會(huì)認(rèn)為學(xué)習(xí)就是為老師服務(wù)的。為了教師能完成任務(wù),為了老師順利地獲取某種獎(jiǎng)勵(lì)……,“自由”的程度決定了學(xué)生參與學(xué)習(xí)過(guò)程的主動(dòng)性和積極性。
“合作”并不是幾個(gè)人圍在一起隨便說(shuō)上幾句的代名詞。形式很容易做到,把桌子或拉開(kāi)或合攏,幾個(gè)人湊成一堆,但真正意義合作卻不容易。“合作”的基礎(chǔ)是分工,沒(méi)有分工就不能談合作。“分工”對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō),首先是獨(dú)立。“合作”學(xué)習(xí)的范圍也不單是課堂上,它包括學(xué)生課內(nèi)外的一切學(xué)習(xí)。
課堂上“合作”學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)是學(xué)生獨(dú)立讀書(shū),獨(dú)立思考,有自己的見(jiàn)解以后再去“合作”。在“合作”的過(guò)程中,每個(gè)人都要闡明自己的觀點(diǎn)。這種“合作”是給別人提供思考的材料,也是從別人那里獲取經(jīng)驗(yàn),得到啟發(fā)。使每個(gè)人在“合作”學(xué)習(xí)的同時(shí),能加深理解,提高認(rèn)識(shí),獲取深刻的體驗(yàn)。這個(gè)合作更可以是全班的交流,是生與生、師與生之間的交流。在語(yǔ)言交流的過(guò)程中,在“思維火花的碰撞中”,大家對(duì)所討論的問(wèn)題有更明確的認(rèn)識(shí),獲取知識(shí),感悟方法,同時(shí)獲得極大的情感滿(mǎn)足。
其他語(yǔ)文實(shí)踐中的“合作”會(huì)更加地充分和自由,學(xué)生可以自由選擇合作伙伴,就共同關(guān)注的問(wèn)題去進(jìn)行研究。這個(gè)伙伴可以是教師、同學(xué)、家長(zhǎng)以及其他任何人。“合作”的分工可以明確,也可以“暗中”設(shè)定。在分工的同時(shí),共同研究,尋找解決問(wèn)題的途徑,最后爭(zhēng)取獲得良好的效果。
“探究”,應(yīng)是學(xué)生在語(yǔ)文實(shí)踐中獲取知識(shí)、方法、情感體驗(yàn)的過(guò)程。探究的可以是文章的思想、內(nèi)容,也可以是詞句之美、景色之美,情感之美,意境之美,也可以是學(xué)生感悟?qū)W習(xí)過(guò)程、領(lǐng)悟?qū)W習(xí)方法的過(guò)程。“探究”更重要的還不是結(jié)果,而是探究過(guò)程本身,然后獲取探究的樂(lè)趣,培養(yǎng)小學(xué)生主動(dòng)探究的意識(shí)。“探究”的不僅是思想內(nèi)容,更有方法、情感、態(tài)度,內(nèi)容是淺層次的,而其他是深層次的,是更有探究?jī)r(jià)值,也更容易激發(fā)學(xué)生探究興趣的。因此,要引導(dǎo)學(xué)生去探究發(fā)現(xiàn)文本所具有的更深層次的“美”,獲取更有價(jià)值的東西。
二、關(guān)于教師的地位
原來(lái)的課堂是師本位,一言堂,后來(lái)是一問(wèn)一答,群言堂,但仍是師本位,再后來(lái)重視學(xué)生的主體地位,讓學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)過(guò)程,看起來(lái)教師退位了,但整個(gè)過(guò)程仍是教師的暗中操縱,所以仍是師本位。
從學(xué)習(xí)的意義上來(lái)說(shuō),教師首先是學(xué)生學(xué)習(xí)的伙伴。這應(yīng)該是本質(zhì)的關(guān)系。教師是學(xué)生的伙伴,這樣二者的關(guān)系才平等。教師才能站在學(xué)生的立場(chǎng)上,根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)的情況做好自己的工作。并且時(shí)時(shí)刻刻地配合學(xué)生,真正為學(xué)生的學(xué)習(xí)著想,從學(xué)生的學(xué)習(xí)的角度上去設(shè)計(jì)教學(xué)。不至于為了自己的教學(xué)設(shè)計(jì)而非讓學(xué)生配合自己,出現(xiàn)本末倒置的現(xiàn)象。老師只有把自己當(dāng)作了學(xué)生學(xué)習(xí)的伙伴,才有可能真正地為學(xué)生服務(wù)。做學(xué)生的知心朋友,與學(xué)生同悲共喜,教師才能有投入,與學(xué)生同呼吸共命運(yùn),才有可能把自己的作用發(fā)揮到極致。站在合作者的平等的地位上,學(xué)生才會(huì)從教師那里獲取平等的意識(shí),主動(dòng)的意識(shí),參與的意識(shí)……
其次,教師和學(xué)生是朋友關(guān)系。特別是在課堂以外的生活中,教師不是高高在上的“師道尊嚴(yán)”者,而是學(xué)生的知心朋友,是可以?xún)A訴包括學(xué)習(xí)在內(nèi)的任何內(nèi)心體驗(yàn)的人,教師是理解、支持學(xué)生的人,是溫暖學(xué)生心靈的人,是慰藉學(xué)生靈魂的人。
再者,教師是指導(dǎo)者、引導(dǎo)者、輔導(dǎo)者,學(xué)生不能領(lǐng)悟的,在生活中解決不了的,需要教師幫助的,教師在鼓勵(lì)的同時(shí),給予學(xué)生以幫助,使他們走出學(xué)習(xí)的“困境”、心靈的“困境”,獲取更多的樂(lè)趣。
所有這些,都是教師的“服務(wù)地位”決定的,教師不是高高在上的指揮者,而是為學(xué)生現(xiàn)在學(xué)習(xí)和今后學(xué)習(xí)服務(wù)的人。
三、關(guān)于語(yǔ)文實(shí)踐
在《課程標(biāo)準(zhǔn)》中沒(méi)有給語(yǔ)文實(shí)踐下準(zhǔn)確定義。它是這樣說(shuō)的:“語(yǔ)文是實(shí)踐性很強(qiáng)的課程,應(yīng)著重培養(yǎng)學(xué)生的語(yǔ)文實(shí)踐能力,而培養(yǎng)這種能力的主要途徑也應(yīng)是語(yǔ)文實(shí)踐,不宜刻意追求語(yǔ)文知識(shí)的系統(tǒng)和完整。語(yǔ)文又是母語(yǔ)教育課程,學(xué)習(xí)資源和實(shí)踐機(jī)會(huì)無(wú)處不在,無(wú)時(shí)不有。因而,應(yīng)該讓學(xué)生更多地直接接觸語(yǔ)文材料,在大量的語(yǔ)文實(shí)踐中掌握運(yùn)用語(yǔ)文的規(guī)律。”“溝通課堂內(nèi)外,充分利用學(xué)校,家庭和社區(qū)等教育資源,開(kāi)展綜合性學(xué)習(xí)活動(dòng),拓寬學(xué)生的學(xué)習(xí)空間,增強(qiáng)學(xué)生語(yǔ)文實(shí)踐的機(jī)會(huì)。”我認(rèn)為“語(yǔ)文實(shí)踐”就是學(xué)生學(xué)習(xí)“語(yǔ)文”的行為或過(guò)程。只有把學(xué)生的課內(nèi)學(xué)習(xí)定位在“實(shí)踐”的角度上,才能真正地把學(xué)生當(dāng)作學(xué)習(xí)的主人。學(xué)生既然是“實(shí)踐者”,他們就必定要參與整個(gè)的語(yǔ)文學(xué)習(xí)過(guò)程,一切的聽(tīng)、說(shuō)、讀、寫(xiě)活動(dòng)的主角都應(yīng)是學(xué)生。教師只能是學(xué)生學(xué)習(xí)的伙伴和學(xué)生學(xué)習(xí)的組織者、引導(dǎo)者,否則的話(huà),學(xué)生無(wú)法參與到實(shí)踐中來(lái),過(guò)去那種以教師講為主、問(wèn)為主、操縱為主的課堂,剝奪了學(xué)生進(jìn)行語(yǔ)文實(shí)踐的時(shí)間和空間。
“語(yǔ)文實(shí)踐”決定了學(xué)生在學(xué)習(xí)中的地位。同時(shí)也要求教師把學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生,這樣“自主、合作、探究”的學(xué)習(xí)方式才有可能真正地在語(yǔ)文課堂上得到應(yīng)用,學(xué)生才會(huì)形成“自主、合作、探究”的意識(shí)。為“課內(nèi)外聯(lián)系,校內(nèi)外溝通,學(xué)科間融合”的理想打下必要的基礎(chǔ)。
課外的語(yǔ)文實(shí)踐應(yīng)是學(xué)生在“自主、合作”的基礎(chǔ)上,探究發(fā)現(xiàn)自己感興趣的問(wèn)題的過(guò)程。可以是一切與語(yǔ)文有關(guān)的活動(dòng)。學(xué)生可以通過(guò)讀書(shū)、訪(fǎng)問(wèn)、參觀、上網(wǎng)等多種形式的親身“實(shí)踐”,鍛煉自己搜集整理信息的能力,培養(yǎng)自己發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,解決問(wèn)題的能力。當(dāng)然,課外語(yǔ)文實(shí)踐的重要組成部分還是讀書(shū),學(xué)生通過(guò)大量直接地接觸語(yǔ)言材料,在不斷地閱讀實(shí)踐中,感悟讀書(shū)方法,體驗(yàn)語(yǔ)文所蘊(yùn)含的更深層次的美真實(shí)、扎實(shí)的“語(yǔ)文實(shí)踐”是全面提高學(xué)生語(yǔ)文素養(yǎng)的有效途徑。在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),在實(shí)踐中體驗(yàn),在實(shí)踐中獲得。充分、大量的“語(yǔ)文實(shí)踐”,不僅使學(xué)生獲得知識(shí)和能力,而且能在過(guò)程中感悟方法,在過(guò)程中,獲得情感的體驗(yàn),在過(guò)程中陶冶學(xué)生的性情,提高學(xué)生的審美能力,為學(xué)生樹(shù)立良好的人生觀和價(jià)值觀創(chuàng)造條件。
當(dāng)然“語(yǔ)文實(shí)踐”是一種理念,而不是一種方法,既然是理念,那么它的表現(xiàn)形式就會(huì)有千千萬(wàn)萬(wàn)。但永遠(yuǎn)不要忘記,“語(yǔ)文實(shí)踐”姓“語(yǔ)”,叫“實(shí)踐”。
四、關(guān)于“詞句訓(xùn)練”
《課標(biāo)》中關(guān)于詞句是這樣講的:
“結(jié)合上下文和生活實(shí)際了解課文中詞句的意思,在閱讀中積累詞語(yǔ)。”(低)
“能聯(lián)系上下文,理解詞句的意思,體會(huì)課文中關(guān)鍵詞句在表達(dá)情意方面的作用。能借助字典、詞典和生活積累,理解生詞的意義。”(中)
“積累課文中的優(yōu)美詞語(yǔ)、精彩句段及在課外自讀和生活中獲得的語(yǔ)言材料。”(中)
“能借助詞典閱讀,理解詞語(yǔ)在語(yǔ)言環(huán)境中的恰當(dāng)意義,辨別詞語(yǔ)的感彩。”(高)聯(lián)系上下文和自己的積累,推想課文中有關(guān)詞句的意思,體會(huì)表達(dá)效果。”(高)
從低、中、高三個(gè)年段可以看出,是這樣三種層次:
1.了解(意思)——理解(意思)、體會(huì)作用(語(yǔ)言環(huán)境中的恰當(dāng)意義)——推想(意思)
2.積累(詞語(yǔ))——積累(詞語(yǔ)運(yùn)用
從這種層次的設(shè)置中,可以看出,語(yǔ)文閱讀教學(xué)應(yīng)該重視詞句的訓(xùn)練,并且應(yīng)該是兩條線(xiàn),一是理解,二是積累和運(yùn)用。《課程標(biāo)準(zhǔn)》中談了很多的理念,知識(shí)和能力是最基本的理念之一,詞、句作為語(yǔ)文的重要組成部分應(yīng)當(dāng)給予充分地認(rèn)識(shí)。否則,談過(guò)程和方法,談情感態(tài)度、價(jià)值觀是不可能的。詞句是語(yǔ)文這座大廈的根基,學(xué)生的其他語(yǔ)文能力發(fā)展的同時(shí),必須重視詞句的理解,積累和運(yùn)用。
由于本課程安排在大一,因此將信息論的信道容量及密碼學(xué)的知識(shí)調(diào)整到大四,讓學(xué)生對(duì)信息論中的信源編碼和信道編碼有基本的理解,因此在第一章序言前面介紹香農(nóng)的信息論,使學(xué)生對(duì)信息論對(duì)個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。在后續(xù)的教學(xué)過(guò)程中突出信源編碼和信道編碼的具體方法,并以發(fā)電報(bào)為例分析整個(gè)過(guò)程。使學(xué)生能夠掌握信息論和編碼的基本內(nèi)容。在以往《信息論與編碼》的教學(xué)中信源熵、平均互信息量、各種熵的關(guān)系、信道容量的計(jì)算及循環(huán)碼卷積碼由于概念較難,計(jì)算較為繁雜,因此學(xué)生掌握很難,因此在現(xiàn)在的課程設(shè)計(jì)中我們加強(qiáng)了對(duì)信源熵等概念的理解,減少了計(jì)算,把這些內(nèi)容調(diào)整到大四。并在信源熵的教學(xué)之前復(fù)習(xí)數(shù)學(xué)中概率相關(guān)的知識(shí),在信道編碼的教學(xué)過(guò)程中首先復(fù)習(xí)線(xiàn)性代數(shù)的部分知識(shí),使學(xué)生從概念出發(fā),利用數(shù)學(xué)工具良好的掌握基本的概念和理論。
2.編碼理論課程改革的手段
在教學(xué)過(guò)程中,我們通常會(huì)使用PPT將教學(xué)內(nèi)容播放出來(lái),并在PPT的基礎(chǔ)上增加視頻等多媒體內(nèi)容,比如在信息的分類(lèi)里時(shí)用視頻引入唐伯虎點(diǎn)秋香中的藏頭詩(shī)、在講解信息的性質(zhì)時(shí)引入杰克、倫敦的熱愛(ài)生命的中人咬狼的故事。在完成信源編碼和信道編碼的教學(xué)過(guò)程中,引入電報(bào)發(fā)送的視頻。在游程編碼教學(xué)中引入傳真的視頻,讓學(xué)生體會(huì)到信息論與生活中的密切聯(lián)系。針對(duì)學(xué)生們普遍存在的對(duì)理論推導(dǎo)比較頭痛,以及基礎(chǔ)差的特點(diǎn),將原來(lái)側(cè)重于理論的課程《信息論與編碼》和《編碼原理》兩門(mén)課程整合為一門(mén)課程《編碼理論》,并且選取田麗華編著的《編碼理論》,該教材具備信息論的基礎(chǔ)知識(shí),又偏重于其中編碼原理和方法的介紹。在教學(xué)中增加學(xué)生參與的環(huán)節(jié),布置問(wèn)題討論,在信源編碼中的香農(nóng)碼、費(fèi)諾碼及霍夫曼編碼及信道編碼中線(xiàn)性分組碼的教學(xué)中加強(qiáng)課堂練習(xí),使學(xué)生能在課堂上就掌握。
3.編碼原理實(shí)際教學(xué)過(guò)程的實(shí)施
3.1教學(xué)三部曲
加強(qiáng)課堂的三部曲,課前的復(fù)習(xí),課上的講解及課后的練習(xí)。因?yàn)榫幋a理論調(diào)整課后每周只有一節(jié)課,所以每次上新內(nèi)容之前應(yīng)該適當(dāng)復(fù)習(xí),同時(shí)編碼課程會(huì)用到數(shù)學(xué)中的概率和線(xiàn)性代數(shù)的內(nèi)容,所以在每次上課前適當(dāng)復(fù)習(xí),使學(xué)生聽(tīng)課更加容易。課上的講解注重概念的理解。而適當(dāng)?shù)木毩?xí)可以鞏固教學(xué)內(nèi)容,使學(xué)生能夠?qū)W以致用,提高學(xué)習(xí)興趣
3.2授課時(shí)靈活運(yùn)用多種教學(xué)手段
板書(shū)+PPT由于學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中,注意力會(huì)分散,且現(xiàn)在學(xué)生上課使用手機(jī)的時(shí)候比較多,所以容易出現(xiàn)走神、注意力不集中,然后會(huì)導(dǎo)致后來(lái)的內(nèi)容跟不上,所以在講解時(shí)公式的推導(dǎo)及課程的教學(xué)思路都用板書(shū)寫(xiě)出來(lái),使學(xué)生能有足夠的時(shí)間接受,同時(shí)使用PPT播放內(nèi)容,包括視頻等可以節(jié)省時(shí)間,并使教學(xué)過(guò)程生動(dòng)直觀。比如在信息的分類(lèi)里時(shí)用視頻引入唐伯虎點(diǎn)秋香中的藏頭詩(shī)。還可以在講解香農(nóng)編碼等使用excel來(lái)輔助教學(xué),提高學(xué)生的動(dòng)手能力。
3.3加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)