時間:2023-04-08 11:47:37
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二、教學方法的改革探索
按照課程大綱的要求,在講授過程中,分別介紹了應變式、電容式、電感式、壓電式、霍爾式、光纖、CCD、溫度傳感器等一些經典傳感器的基本原理、特性、測量電路及其應用。各種傳感器章節相對獨立,可以適當地調整講授的順序。傳感器的講授基本遵循從組成結構、工作原理、分類、等效電路、特性參數到應用這一思路。另外結合較常見的被測量,教師適當地總結歸納常用的傳感器的使用要點及其選擇依據,如都是測量位移的傳感器,應變式傳感器、電容式傳感器或電感式傳感器在使用的時候區別在哪;又比如都是做開關,電容式傳感器和電感式傳感器在原理上是否有區別,等等。以前我校的教學模式是以課堂講授為主,根據教學內容開設少量的驗證性試驗。這種教學模式過于注重原理的分析,學生只是機械化地記住了傳感器的一些基本概念和工作原理,但是當要解決實際問題時卻感覺無從下手,缺乏對傳感器的直觀認識,甚至有學生體會不到傳感器的實際應用價值。鑒于此,我們有必要對傳統的教學模式進行探討,通過教學方法、教學模式的改革讓學生切身感受到將“傳感與檢測技術”的知識學以致用的快樂,實現傳統教學方法所未能達到的效果。
1.調動學生的積極性,激發學生學習的興趣。
教學方法改革的一個關鍵問題就是如何吸引學生的注意力,培養學生對課程的學習興趣。在《傳感器與檢測原理》課程的教學過程中,我們通過平時生活中比較常見的現象來引出相應的教學內容,如通過對吊扇和空調的對比,舉出溫度傳感器的作用;又如教室里的自動感應燈、審訊室的監聽設備、家用的電磁爐都是怎樣工作的;又如醫學上的進步:X照影技術、內窺鏡手術等如何實施;機器人如何識別周圍環境;最新研制的無人駕駛汽車怎么實現在高速路上的行駛;等等。通過分析吊扇和空調工作原理的區別,引出傳感器的重要性。這些實例大大激發了學生的學習興趣,使學生認識到了學習該課程的重要性,為學生學習該課程后續內容作了準備。
2.充分運用現代教學手段合理使用教具。
傳感與檢測技術課程的特點是原理多,公式復雜,推理較多。在傳統以往的教學中,教師在黑板畫原理圖或組成圖時,一方面圖形較為復雜占用很多時間,另一方面圖形缺乏立體感,無法形象地描述檢測過程,無法激發學生的學習熱情。因此在教學過程中,我們通過運用多媒體,讓傳感器參與的控制/檢測系統的過程和結果比較形象化、立體化,讓學生對其工作原理有了感性的認識;通過PPT,學生了解了各種不同類型傳感器的形狀,對傳感器有了比較直觀的印象。多媒體課件的引入充分激發了學生的學習興趣,活躍了課堂氣氛,使學生對檢測系統有了比較全面的認識。
3.教學與實驗相結合。
為加強學生的動手能力、創新意識并促進學生對課堂知識的消化吸收,我們設置了相應的實驗環節。通過實驗學生自己動手接觸各種不同類型傳感器并搭建其相應的檢測系統,一方面通過實驗來驗證原理,加強對基本定義的理解,另一方面增強了學生的測試技能、動手能力及實際問題的分析能力。
4.教學與科研相結合。
重視教學和科研的結合提高了學生的學習興趣并拓展了學生的知識面,比如在講霍爾傳感器時,結合實際科研,采用霍爾傳感器來定位,通過實際檢測系統,對霍爾傳感器的應用,包括霍爾元件的電路處理等進行介紹說明,加深學生對霍爾效應和對霍爾傳感器工作原理的理解。又比方說,要設計一個測溫系統,我們根據不同的測量溫度和精度要求會選用不同的溫度傳感器。又比方結合我校光學工程的特色,在他們比較熟悉的光學類的科研項目中,通過具體的項目介紹各種不同光電類傳感器的選取依據,包括不同類型的光源的選取。通過傳感與檢測原理知識在實際科研中的應用,學生可以更了解傳感與檢測原理課程學習的重要性。這種模式使學生認識到了傳感與檢測技術在科研中的重要性,并激發了學生學習的熱情。
5.教學與生活、社會需求相結合。
目前,部分同學缺乏對課程學習的興趣,不了解對本課程學習的意思,光學工程專業部分同學甚至認為跟他們以后的工作、研究方向沒有關系,缺乏上課的積極性,不能很好地集中注意力。再加上枯燥理論的學習讓他們很難集中精神聽課,因此,在課程的講授中最為重要的就是如何培養學生的學習興趣,激發他們對本課程的學習熱情。在知識點的講授過程中,根據專業方向的不同,要有側重點,通過一些熱門的話題或他們比較感興趣的話題引出知識點,如在介紹一種傳感器的時候,通過列舉一些現實生活中較常見的現象或者儀器,比如在介紹應變式傳感器的時候,首先向學生介紹他們較為熟悉的電子秤重計的工作原理等,在介紹電感式傳感器時可以先給大家介紹竊聽器、拾音器等他們比較感興趣的設備和比較感興趣的話題。讓學生比較直觀地了解不同傳感器的工作原理以及它的應用,讓學生認識到,傳感器在我們平時生活中隨處可見,提高其學習的積極性。
(一)缺乏與社會的交流和溝通
廣告學本身就是理論與實踐相結合的專業,而攝影類課程更是一門理論與實踐并重的學科。但教師在教授這部分內容時,往往理論仍然大于實踐,即便有實踐環節,也是照本宣科,很難發現有創造力和想象力的攝影作品。長此以往,學生學習興趣下降。此外,在教學過程中也很少有機會讓學生參與社會活動,把學生放入市場環境下去錘煉,以至于學生難以直接適應社會,難以理解攝影對廣告行業的重要性。
(二)學生重記錄輕理論
一些學生把攝影等同于拍照(記錄),在學習中,熱衷于記錄各類場景,不重視課堂理論的學習。由于專業理論相對于攝影操作來說,要枯燥得多,因而也是學生不愿學的原因之一。如何加強理論課教學,提高學生的學習積極性與自主性成了提高攝影理論課教學效果的重點問題。學生也習慣以自我為中心,很少能站在受眾的立場,把攝影作品放在傳播領域或消費市場的大背景中思考和感悟,而這一觀念的轉變需要靠理論進行引導。
(三)教師缺乏實戰的經驗和能力
由于社會發展日新月異,人們生產生活方式不斷改變,所以從客觀上來說,無論是教師還是課程、教材在一定程度上都與實際有所脫節。教師對廣告行業的理解缺乏全方位的把握,從而對學生缺乏強烈的說服力。更有甚者,有的教師本人沒有學過廣告學理論,對行業和消費者的研究也不到位,卻教授著廣告學專業的學生,這就進一步導致學生和行業的脫節。
二、對攝影類課程在廣告學專業教學改革中的建議
藝術創作能力是廣告學專業學生的必備能力,但攝影類課程的教學不能僅僅以此為教學目標,應緊密聯系市場,以消費者為核心,以能創造出打動消費者的攝影作品為目標。為此,因在教學體系和學生提升兩方面做文章。
(一)教學體系方面
作為教師,那么在教學中,就需要有明確的教學目標、教學大綱、教學計劃和教學內容的設計,這樣才不會缺失方向性的指導。攝影類課程作為廣告學專業學生的必修科目,不僅承擔著廣告基本理論的學習,還具有培養學生的宏觀廣告意識和微觀廣告操作實踐能力,樹立品牌意識和消費者意識的任務。所以筆者認為這是攝影類課程總的教學目標。因此,攝影類課程應該在闡述攝影理論的基礎上,讓學生清楚地了解攝影與廣告的關系。首先,從課程內部要根據教學目標科學合理地設置教學。比如,攝影類課程中有關創意的內容,而創意理論從另外的課程之中會詳細闡述,所以就沒有必要再投入很多時間。其次,教學內容要向縱向延伸。可采用網絡課程(開放式的、資源共享),制定相關考核制度延伸課堂學習等等,同時一定要加強學生的實訓環節。這樣可以調動學生的學習積極性,推動學生知識結構不斷完善。再有,教師本身也要對廣告學專業的整體課程加強了解,這樣在教學過程中才能心中有數。同時,教師也要經常下企業、進社會進行學習和總結,要站在廣告行業的前沿,為學生指明方向。
(二)學生提升方面
首先,在教學過程中,教師要幫助學生不斷提高,利用案例教學法,根據所講授的知識,找出恰當的案例,可根據案例進行針對性提問。比如,此案例是采用的何種攝影手法?攝影的突破點在哪里?攝影創意是否新穎?你覺得這樣的作品能夠打動消費者,為什么?科學合理的提問,往往會給學生帶來很多啟發。其次,要加強學生的參與觀念。有了恰當的案例和內容,若沒有學生的積極參與,效果不會很理想。此時,可以借助部分軟件工具,如Photoshop、lightroom、premiere等在原有的基礎上做出改進,而且可以將一些好的作品向外部進行推介,及時給予肯定,長此以往,學生的學習熱情和參與程度大大提高。第三,在形成良好的學習習慣后,教師可以進一步給予學生學習自,把下次上課的內容先告知學生,讓學生課后找資料、作分析、寫總結,然后在課堂上由學生進行講解,逐步實現課堂的翻轉,達到民主、自由、和諧的課堂氛圍,這樣會更有利于學生對知識的掌握和理解。
1.1大多數學生對理論課認知錯誤,使課堂效果大打折扣
為數不少的大學生認為現在是市場經濟,市場經濟講求務實,而理論是務虛的,市場經濟需要的是專門人才,能掌握過硬技術就行了,理論枯燥死板,沒什么用處。廣播電視專業的學生更是認為,會拍會剪,懂技術就行了,不需要什么理論基礎。所以上課時很多學生都熱衷于扛著機器到處去搶新聞、去拍新聞。事實上,廣播電視專業及廣播電視新聞學是研究廣播、電視及互聯網等大眾傳播媒介新聞信息傳播的基本理論與基本方法的新聞學應用專業,廣播電視專業的培養要求中就提到“學生主要學習基本原理和新聞學、廣播電視學、以及與廣播電視有關學科的基本理論和基礎知識,受到廣播電視新聞采訪、寫作、編導、播音、節目主持等方面的基本訓練,具有廣播電視節目策劃、編輯、采訪、管理等方面的基本能力。”可見廣播電視專業對學生的要求是理論與實踐并行,用廣電、新聞學的基本理論打基礎,樹立專業意識和素養,是掌握實踐能力的重要環節,否則就是“根基不牢,地動山搖”。大多數的學生都意識到了廣電實用技能的重要性,但是對理論卻不重視。上課不聽,認為理論毫無用處,與實踐無關,割斷理論與實踐的關系,從而使課堂效果大打折扣。
1.2學習的性質與傳統的教學方式使學生喪失了學習的興趣與熱情
學習是一種緊張調動身心的活動,在這過程中,學生會感覺到累、緊張及不適,這是學習的固有屬性,這就使得學生更傾向于休閑娛樂,而很少主動學習,而課堂學習又進一步加劇了一些被動性,使學生更難進入學習狀態。這時候,就應該發揮教師以及教學方式的優勢,但是,現今還有許多教師堅持傳統教學方法,比如上廣播電視新聞概論時,他們還是以書本和自己的教案為基礎,死扣書本、教案,案例枯燥老舊,形式沉悶,感染不了學生,在廣電這個與媒體有關的專業,很少或甚至不用新媒體呈現,有些教師最多只安排了ppt,這樣的教學方式打破不了學習的消極性質,無法令學生提起興趣,更別提提高課堂效果,這時候,就難免會有學生會開小差了。
1.3學生缺少課堂學習自,主體地位被忽視
許多課堂和教師都忽視了學生在課堂上的自。學生應該是課堂的主人,而不是被灌輸者,有些教師在上廣電新聞概論的時候,總是自己“獨霸”課堂,無論是理論還是案例,都使學生像是一個旁觀者和被迫接受者,這樣學生當然找不到在課堂上的存在感,從而對課堂失去興趣,消極對待。理論課與實踐課最大的區別在于,實踐中,學生可以自己動手,他們可以發揮自己的優勢和潛質,能激發自己的興趣,而理論課則不然,全是概念和硬知識,使學生很難找到學習的,這時,教師如果不注重學生的學習自,不提高學生的主體地位,課堂效果將會越來越消沉,最后甚至發展到學生對老師產生看法的地步。
2影響廣電專業學生課堂積極性的因素
從上面存在的幾個問題,我們可以大致了解到若干影響廣電專業學生課堂學習積極性的因素,其中主要有以下三點。
2.1廣電理論課本身的性質
上文也提到過理論課的特殊性。但廣電專業相對偏于實踐,所以很多學生的興奮點在于實踐,加之廣電理論課自身的相關知識都能在實踐中或多或少進行學習,這些因素使得廣電理論課更加形同“雞肋”。
2.2教師的自身因素及課堂影響力
這一因素是最重要的。常言道“沒有笨學生,只有笨老師”,老師對學習、尤其對課堂的影響至關重要。老師對課堂的態度,老師的性格及課堂策略都至關重要。廣電專業理論課作為人文社科類課程,要更加凸顯人情味,老師在強調新聞的人情味和社會責任時,如果能用自身獨特的方式和形式,就會極大提高課堂影響力,從而提升課堂效果。
2.3社會學環境的影響
當然,課堂效果出問題,不只是課業本身、老師甚至是學生的問題,更主要的是社會大環境的熏陶。在當前的社會環境下,整體忽視理論,有些人只有在實踐中碰壁后,才意識到理論的重要性。當前社會以經濟建設為中心,人們越來越現實,越來越不注重學習理論,甚至輕視理論,這大大地影響了理論課堂的學習效果,因為,毒已入心。
3提高廣電專業理論課課堂學生積極性的方法
3.1利用多種手段構建豐富有趣的高效課堂
要提高學生的課堂學習積極性,首先要在課堂教學方法上下功夫,避免傳統理論課教學的枯燥、沉悶,改變傳統課堂教學方法的固定模式,創建豐富有趣的高效課堂。對于廣電專業來說,更需要利用多種手段,多種媒體形式,使課堂內容更豐富的同時,提高學生的興趣。“高效課堂”這個詞,在中學階段就已經提出來,意在提高課堂教學中學生的積極性,提高學生的學習效率,從而取得更好的課堂效果。在大學廣電專業理論課中,甚至是所有大學課業中,“高效課堂”也彌足重要,它能夠很好地調動各方面課堂資源,盡可能大地影響和調動學生積極性,感染學生,這在傳統課堂中是沒有的。學生在豐富有趣的高效課堂上,能夠接觸到理論的另一面,同時教師利用自己的功力和人格魅力,使得理論煥發新生。構建豐富有趣的高效課堂,關鍵是利用多種手段,用多種手段來表現理論課的魅力,吸引學生,這不僅僅限于用個多媒體,用個ppt就行了,這只是表面的教學工作,最主要的是廣電專業老師,要會利用新聞、電影視頻,音樂等多種藝術形式來表現。如在上廣播電視新聞概論的時候,授課老師可以播放與內容相關的影片和音樂,當講到各種電視類型及發展史的時候,教師可以播放CCTV、BBC等著名媒體所制作的相關紀錄片,在講到中國電視的發展史的時候,教師可以播放在歷史上很重要的作品片段,在講廣電制作的理論課時,可以利用對比影片的方法來解釋畫幅、鏡頭等相關知識,講到電臺相關知識的時候也是一樣,可以用幾個典型的國內外電臺節目,如《美國之音》和《央廣之聲》來說明電臺節目相關的理論知識,在講到新聞理論及新聞關的時候,可以利用一些名家講座和專題報道來提高學生注意力,可以利用主旋律音樂來烘托氣氛。教師在上課前和上課間隙,也可以播放一些時下流行的歌曲和娛樂視頻來調節氣氛,提高學生積極性。在上到一些與廣電歷史和時代性有關的理論課時,教師甚至可以找出自己以前收藏或保存的相關物品,比如磁帶、老式收音機等,展示給學生觀看,讓學生對這段知識和歷史更感興趣。廣電專業理論課雖然是理論,但與實踐有極大關系,教師可利用相關案例,關注和表現時下熱點問題,并結合語言的組織,幽默感的把控,講課形式的設計,來使課堂更加豐富有趣,這樣,才能使學生感到新鮮有趣而不厭倦,從而提高學生學習的積極性。
3.2積極與學生互動,提高課堂的自主性
前文提到學生的自以及學生的課堂地位對學生課堂積極性的影響。每一個人都渴望被重視,都希望在一個特定的場合中體現自己的存在感,如果在有可能或應該產生存在感的時候,沒有被重視和發現,整個人就會陷入到一種消極、無生機的狀態中,從而對當時環境里的任何事都不感興趣。所以,我們要在課堂上提高學生的自主性和地位,讓他們做“課堂的主人”。要提高學生的自主性,關鍵就是積極與學生互動,我們在上廣播電視專業理論課的時候,要會就概念和案例跟學生交流互動,走下講臺,傾聽學生的話,傾聽學生對這個媒體和與這個媒體相關問題的看法,讓學生都重視課堂這一段時間所討論的問題知識,讓學生對這個知識發表見解。課堂討論也是一個很重要的方式,它能讓自完全抓在學生的手里。通過知識和案例的小組討論,學生能融入課堂,找到存在感,激發學習的興趣。廣電教師還可以進行隨堂小訓練,提高學生們的注意力和參與度。比如講到廣電編輯時,可以讓大家隨堂寫東西;講廣電的特點時,可以讓同學談談自己與廣電的小故事等。互動和課堂討論,是提高學生積極性的重要手段之一。
3.3引導學生對理論產生重視和理解
理論是枯燥的、無味的,但這只是它表面性質的表現之一,實際上,理論在人類發展史上起著重要作用。理論推動實踐,有多少大事都是在優秀理論的指導下才能成功的,就以廣電專業理論來說,從事廣電事業,只懂技術,不懂得廣電的發展脈絡、基本原理、理論體系以及現狀,是很難在實踐中取得成就的,只懂技術不懂理論,在廣電體系里難以生存,因為廣電的基本工作,比如攝影、剪輯都有一套嚴密的理論嵌套。所以,教師要引導學生認清現實,注重理論的重要性,引導他們多看一些專業類書籍,同時引導他們關注時事,關注與廣電專業相關的現實事件,讓他們將事實與理論相結合,更好地理解理論,體會理論的現實意義和重要性,讓他們理解理論,不討厭理論,從而提高他們在理論課堂上的積極性。
4總結
課堂是教學的主陣地,良好的課堂效果是教學成功的一半,課堂效果提升的關鍵在于提升學生的積極性。在現代這個教育環境、社會環境復雜因素日益增多的情況下,更要注重調動廣電專業學生課堂積極性,實現這一目標的關鍵在于以學生為主,讓學生自己在課堂這個教學的主陣地上樂于、勇于打好屬于自己的硬仗。
作者:李杰鋒 單位:廣西大學新聞傳播學院
參考文獻:
[1]劉進華,廣播電視編導專業理論課的教學思考[J].電影評介,2014(18).
1.學生思想重視不夠由于市場營銷是專業基礎課,因此開課學期一般為大一第二學期或大二第一學期,而這兩個學期的閉卷考試都很多,學生要花費許多時間去應付許多門課程的考核,所以在課程練習環節上投入精力較少。
2.學習存在應付現象江西理工大學對學生考試及練習要求都很嚴格,這也是對學生端正學習態度和踏實工作作風的培養。然而,部分學生學習態度不認真,學習應付了事,對于教師布置的課程練習不認真對待,甚至在別的同學作業中掛名以蒙混過關。
3.學習缺乏主觀能動性學習興趣和熱情是提升學習效果的關鍵所在,由于學生普遍缺乏市場營銷實際工作經驗,加上能夠有效提供給學生進行課程實踐的平臺較少,這些都會引起學生學習興趣及熱情不足,從而導致學生學習缺乏主觀能動性。
(二)教師方面的影響因素
1.教師實踐經驗不足由于江西理工大學廣告專業建立時間較短,教師普遍缺乏市場實際操作的豐富經驗,難以充分把握市場營銷學的實踐應用技巧和方法,因此,應進一步豐富教師的實際操作經驗,以促進教學效果的提升。
2.教師對學生課程練習要求不足教師應強化對學生的課程練習要求,針對課程中的核心問題,教師應安排學生圍繞這些核心問題予以強化練習,為了提高課程練習效果,教師與學生之間應安排定期課外練習輔導,幫助學生解決課程練習中遇到的問題。然而教師受教學工作、科研任務等許多情況的影響,加上學生本身缺乏主觀能動性導致學生不愿意主動找教師交流,這些因素都導致該方面的工作尚不到位,應予以加強。
二、相關教學改革措施和建議
(一)針對學生的改革方法和措施
1.加強學生學習觀念意識教育
在開始做課程練習時,應正確引導學生對課程練習重要性的認識。引導學生正確處理理論學習、課程練習的關系,加強學生學習態度和學習意識的修養,加強學生觀念意識教育,使學生引起足夠的重視。
2.引導學生認真完成課程練習
教師應教育學生認真對待課程練習,尤其是引導他們認識到通過課程練習能有效提升自身的就業技能。教師還應通過耐心指導,幫助學生理解課程練習設計原理和提升技能的關鍵所在,引導學生提升主觀能動性。
3.提升學生學習的主觀能動性
學生除了完成教師安排的課程練習外,還可結合自己實踐中遇到的實際問題作為課程練習課題予以分析研究,學生應主動與教師溝通,認真聽取教師的建議。通過這些做法,可以進一步有效保證市場營銷課程練習的教學質量,從而提升學生的課程實際學習效果。開展市場營銷課程練習的一種理想做法就是有效利用實習單位提供的實踐平臺,讓學生真正參與到企業中按照企業要求完成相關工作,并充分實行校企聯合指導。這樣可充分培養學生實踐運用能力、團隊合作精神,使學生真正意義上理解把握實際工作要求和過程;同時也利于企業單位和學生較早互相了解,使學生就業后盡早地進入工作角色。江西理工大學部分專業如數媒藝術設計專業已對這種新的指導方式進行了較為深入的探索,從企業、學校、學生各方面反映的情況看,已起到了較好的效果,深受學生和用人單位歡迎。
(二)針對教師的改革方法和措施
1.進一步有效提升教師的專業實踐水平
市場營銷課程是對實踐要求較高的課程,教師應在教學任務之余,利用諸如暑期等較長假期,主動到企業去實踐鍛煉,虛心向企業學習并協助企業解決工作中的實際問題,從而有效提升教師的專業實踐水平。
2.加強課程練習教學環節中的監督管理
教師在布置學生課程練習要求后,應增強對學生課程練習教學環節的監督機制。其一,要增強教師教學工作使命感;其二,引入現在企業常用的管理做法,要求學生以書面形式將自己的課程練習工作予以匯報,并將自己課程練習的體會包括遇到的困難及取得的進步及時記錄下來。
(三)改革成績考核評定方式,提升教學水平
檢驗標準學生課程練習的成績考核評定方式可從兩個方面予以衡量:一是課程練習的學習效果展示,可讓學生根據自己的學習認識并結合相關案例制作演示PPT予以分析講解;二是學生完成課程練習的質量情況,教師可按學生課程練習成果情況進行成績考核。評審評分標準可采用比例方式進行綜合評定,如可設定學生課程練習案例環節占50%,課程練習個人小結環節占30%,平時學習表現和學習態度綜合等占20%。
2熒光探針
熒光探針在熒光成像技術中占據舉足輕重的地位。一般熒光探針需具備優良的光物理性質,以便于激發和檢測,且不與生物基質同時被激發,還要有較高的熒光量子產率和摩爾消光系數。熒光探針的溶解度要大,便于溶于緩沖液或細胞培養液中,且熱、光性質比較穩定,有特異性標記位點。熒光探針需要具有良好的生物相容性,易于進入細胞內。熒光探針大致分為兩類,包括化學類和生物類。化學類包括有機染料、納米材料(金納米粒子、半導體量子點等)及金屬配合物等。生物類包括藻膽蛋白、分子燈標及基因編碼熒光蛋白等。熒光探針在化學、光學、生物學等領域應用廣泛,但是,目前仍缺少有效的分子探針識別疾病分子水平上的獨特位點,故從分子水平上進行病理研究比較困難。
3熒光成像技術的應用
3.1蛋白質、金屬離子的檢測
生物體的生理狀態可以通過蛋白質表現出來,生命活動離不開各種酶的作用,而酶大多是由蛋白質構成的,故研究蛋白質的結構和功能在認識生命活動過程中至關重要。劉亭延等采用熒光成像技術構建了一種檢測人血清蛋白質的新方法。該方法以碳量子點為標記染料,以聚丙烯酰胺凝膠電泳分離出人血清蛋白,優化實驗條件,最終得到清晰的電泳圖。段相國等建立了一種HCVNS3/4A蛋白酶在小鼠體內瞬間表達的模型。金屬離子在生物學中起重要作用,金屬離子與熒光探針結合,在熒光顯微鏡下可觀察細胞內金屬離子的變化。Michael等選用Indo-1為模板,合成了一系列檢測Ca2+的熒光探針,可用于確定活細胞定位置的Ca2+濃度。Sare等合成了Zn2+的熒光探針,并應用到細胞中Zn2+的檢測識別中。人們還建立了Mg、Cu、Hg、Cd等離子的檢測模型。熒光成像技術應用于蛋白質及細胞內金屬離子檢測還存在一些問題,如有的熒光探針不能通過細胞膜、成像過程對細胞造成損害、檢測方法不統一等,因此,建立統一、低損害的熒光成像檢測技術仍是極具挑戰性的研究課題。
3.2腫瘤疾病的檢測和診斷
目前,腫瘤的臨床診斷主要依賴于顯微形態學觀察,從而在細胞層面上了解腫瘤細胞的類型與個體差異,這就要求檢測手段不斷進步。熒光成像技術以其操作方便、標記靶點多、靈敏度高等優點,廣泛應用于腫瘤跟蹤成像研究中,具有廣闊的臨床應用價值。高苒等建立了一種小鼠腫瘤模型,利用熒光顯微鏡和活體熒光成像儀可直接從整體和細胞水平上觀察腫瘤,了解宿主與腫瘤間的作用。至今為止,人們對此進行了深入的探討和研究,但該技術應用于體內時需要考慮復雜的體內環境,動物組織會產生背景噪音,影響該技術的發展應用。
3.3藥物新劑型研究
為了提高藥物療效,降低毒副作用,發展藥物新劑型尤為重要。熒光探針的不斷發展使熒光成像技術在這一領域的應用范圍不斷擴大,可用于對藥物運輸過程、細胞屏障跨越方式、藥物釋放過程等的觀測研究,它的迅速發展也大大促進了藥物新劑型研究的迅速發展。陳剛等研究了熒光探針經內耳給藥后的轉運通路,在熒光成像系統下追蹤了整個運輸過程。鐘華等構建了一種裝載抗癌藥物阿霉素的新型納米膠囊,采用激光共聚焦顯微鏡實時跟蹤觀察藥物投遞釋放過程,為新劑型的研究提供了理論平臺。目前,類似的研究雖然較多,但仍處于理論研究階段,諸如熒光探針毒性、生物體內相容性等問題還沒有解決,沒有合理的規范,難以規模化生產。
二、創意模仿的訓練
在教學中針對優秀廣告創意的分析,往往使我們走向對這種創意的學習,或者說對這種創意核心思想的學習,再把這種思維方式運用到其他創意表現中,我把這稱之為創意的復制模仿。在賞析廣告作品的同時,根據原創意的核心思想,變換廣告的產品,模擬原作品風格進行的創作訓練。例舉李欣頻杯店廣告文案的創意表現,作者從杯子的“有形產品”層面入手,闡述杯子的“附加意義”,以水為橋梁,借助杯子對水外形的“建造”功能,來闡述杯子在都市情感關系中發揮的作用。杯子是獨處時表達忠貞的象征,杯子是情人間遠近親疏的征兆;杯子甚至是社會地位與權力的代表。這則文案,通過巧妙的創意,嫻熟的文字,改變了人們對杯子的既有概念和認知,聚攏了人們對于杯子的價值想象,為杯子賦予了情感的內涵,改變了目標消費者對于杯子的消費態度和觀念。總結文案從形式到內容的亮點:如雙關語、語言的詩意與含蓄、語言的精煉與內涵。把以上優點作為要點,要求學生創作高跟鞋或手機的文案。在學生為其他產品尋找新的定義與內涵時可以例舉法國哲學家德羅亞對概念的重新定義:碗:不是為了在餐桌上炫耀主人的品味,而是為了終止水無止境的流動;回形針:不只是辦公室里分類文件的工具,而是溫和的抗拒散亂,堅定的抓住秩序,本身就是一種倫理;遙控器:可以隔空展現思緒萬能,心想事成的巫術道具等等。讓學生不斷填寫“**不是**而是**”。這項訓練的要求是前半句揭示物件的普遍符號意義,后半句要求學生以獨特的思維與視角揭示物件未被發覺的含義,甚至可以是另一種哲學意義上的定義。
中圖分類號:G424 文獻標識碼:A DOI:10.16400/ki.kjdks.2015.10.049
Innovation and Practice of Introducing Combination of Production,
Study and Research Model in Applied Optics Teaching
GAO Hongyun, LI Min, CHEN Qingming
(Physics Department, School of Science, Wuhan University of Technology, Wuhan, Hubei 430070)
Abstract For the "Applied Optics" Teaching resources can not be achieved between the teachers, students and businesses of the three effective sharing of issues, this paper will research this innovative model into teaching session. Through flexible classroom teaching, classroom into the after-school learning network, as well as colleges, enterprises and practices throughout the three important teaching tool, designed to improve teaching effectiveness and achieve win three universities, businesses and students, and to provide a University Professional Courses effective teaching reference method.
Key words production, study and research; applied optics course; course teaching; innovation and practice
“產學研”這一創新模式在2011年就從國家高度被提出,它為高校的辦學理念指出了一個重要的發展方向。①關于產學研的研究和應用受到眾多相關研究人員的重視。②③然而,目前關于產學研的研究主要集中在內涵、辦學、特征等方面進行分析,而關于產學研這一創新模式用于某個具體的專業課程卻鮮有提到。眾所周知,高校開設專業課和學生畢業以后的工作學習密切相關,扎實的理論基礎和豐富的實踐經驗使學生具有更強的工作能力和競爭力。具有光學專業的著名高校,如浙江大學、南開大學、天津大學等都把應用光學列為重要的專業基礎課程。盡管相關教育工作者在應用光學課程教研方面做了大量的工作,但是一些問題和矛盾也一直存在。④⑤其主要原因是科研經驗豐富的授課老師、對專業知識茫然而又向往的學生以及一直提倡產學研的企業之間并沒有有效實現資源共享和互動。
因此,本論文提出引入新型產學研模式這一理念,通過應用光學課程內容方法的創新與實踐,為學校專業課程找尋一個有效的教學方法,為培養具有較強綜合知識能力、較高競爭力和創新能力的復合型人才奠定扎實的專業基礎。本論文研究主要包括靈活課堂教學、網絡課堂融入課后學習以及實踐和校企聯合貫穿始終三個重要教學手段。
1 靈活課題教學
應用光學課程作為公共基礎課程和專業課程的橋梁,它的成功開展不僅關乎本科生從公共基礎課程到專業課程的順利轉換,更是學生后續專業課程的必要基礎。靈活的課題教學不僅能提高學生的學習興趣,而且有助于課堂知識的掌握,本論文首要的工作就是如何有效地靈活課堂教學。多媒體教學一直是高校推崇的有效教學手段,本論文主要是在多媒體教學的基礎上采用以下兩個方面靈活課堂教學:
(1)科研經驗、實際應用和書本知識有效融合到課堂教學中。在課程開設期間,有效利用課題組成員的豐富科研經驗,結合目前國家的熱點發展和研究方向,尤其是航空航天、環境監測、新能源開發等方向中的應用。如講授透鏡成像這部分內容時,可讓學生了解在我國目前最振奮人心的探月工程項目中,從月球上傳回的每幅圖片都有成像光學系統的功勞;在講授望遠系統這部分內容時,可列舉最著名的哈勃天文望遠鏡以及其拍攝的部分經典圖片;在講授全反射原理這部分知識時,可以和當前環境監測中PM2.5的檢測聯系起來,光學表面等離子體共振生物傳感器也利用的是光學全反射原理;在講授光學不變量這部分知識時,可列舉激光雷達中的光束擴束系統等等。如果每個教學內容部分都能和目前實際應用結合起來,就會使學生對所學習的知識有很深的理解,并能明確學習的目的和方向,自然而然地使學生的學習由被動變成了主動,大大提高了學生的學習興趣,同時也會讓授課教師更有激情和自信。
(2)光學計算機仿真融入課堂理論教學。在課堂教學中可充分利用光學軟件輔助講授光路追跡和光學像差等晦澀難懂的理論知識。如在講授光路追跡公式這部分內容時,可利用光學設計軟件Zemax仿真光線在光路系統中的傳播過程;在講授平面鏡旋轉這部分內容時,可利用PPT自帶的動畫功能仿真出旋轉和光線傳播的關系;在講授光闌這部分內容時,可利用Matlab仿真出不同光闌對光路的影響;在講授幾何像差這部分內容時,可利用Zemax仿真不同像差的圖樣等等。應用光學不同于其他課程,課程內容里幾乎所有知識都能用計算機形象地仿真和實現,如果課程內容的講授和計算機仿真演示能有效結合起來,可使枯燥、晦澀的課程內容變得生動、形象。因此,三維圖形和動畫的合理使用會使學生有效地掌握專業知識,并能在以后的光學系統設計和實際應用中凸現較強的能力和潛力。
此外,可根據每個成員的優勢,協作完成應用光學課程教學,如科研經驗豐富的老師講授應用方面的知識內容,計算機技能熟練的老師講授晦澀難懂的理論知識,這樣會更好地引起學生的學習興趣,在有限的教學時間內讓學生掌握更扎實的應用光學知識。
2 網絡課堂融入課后學習
在教學過程中老師一般會留一些思考題或課后習題,然而這類學習缺少很大的互動性,學生自主學習的動力明顯不足,致使不少同學都采用抄襲方式完成,給后續的教學帶來不利的影響。網絡教學是一種非常重要的輔助教學手段。本論文主要從以下兩個方面使網絡教學融入課后學習進而促進課堂教學。
2.1 建立一個專業課程學習網站供學生下載相關學習資料和視頻
建立一個應用光學專業課程學習網站,學生可利用空閑時間下載并學習相關資料和視頻,避免在課堂上記錄大量的學習筆記,一定程度上減輕了學生的學習負擔,學生只需在課堂上認真聽講,必要時做一下問題記錄即可,大大提高了學生的學習效果。網絡教學也是教師和學生的一個互動平臺。教師把上課的教案、習題、測試題、思考題和一些相關的科研應用等放到網上,讓學生自主學習消化,如果學生有任何問題或疑問可以在網上和老師交流討論,實現網上在線答疑,可以把有限的40個學時的課堂教學發揮最大的教學效果。尤其是課堂上展示的三維動畫視頻,學生不一定能及時消化,如果學生能及時從網站上下載相關視頻,就可以隨時查看和學習,不受有限的課堂學習時間的限制,可以讓學生的學習時間更靈活。此外,課程學習網站上可以上傳一些相關的課外資料,如阿貝折光儀最早是誰發明的,現在已經發展到什么程度,望遠鏡最早是誰發明的,望遠鏡的種類和最新發展,尤其是同學們比較感興趣的天文望遠鏡其原理和結構,照相機的發明者、種類、最新發展等等,大量的文字、圖片、視頻等資料都是同學們感興趣而課堂上無法給他們詳細展示的內容,這樣一來專業課程網站的使用很大程度上拓寬了學生的知識面,開闊了學生的視野。
2.2 建立一個QQ交流群可以讓學生和老師之間進行及時互動交流
目前武漢的無線網絡已經普及,利用這一網絡優勢,可以建立一個供課程學習交流的QQ群。這樣一來,無論是老師還是學生都可以很方便地互動,一定程度上彌補了專業網站必須登錄才能交流的問題。利用所有同學都在使用手機QQ的現狀,建立的QQ群可以實現問題和信息的及時互動,讓老師能夠第一時間掌握學生的學習動態,信息的及時反饋可以讓老師更好地給學生授業解惑,一定程度上促進了教學效果的提高。此外,免費的信息交流方式讓學生在學習更有主動性和積極性。
3 校企聯合實踐貫穿始終
我們不僅要培養學生的創新思維,更重要的是培養學生的實踐能力和實際科研能力。主要通過課外實驗、專業課程設計、實踐實習考察和邀請企業技術高管人員來校開設公開講座等方式,具體實踐過程主要分為如下兩個方面。
(1)產學研培養模式可以大大提高學生的綜合能力和競爭力。應用光學課程不同于其他課程,課程內容的每部分理論知識都能和實際應用結合起來,在教學過程中可以充分利用這一優勢,在每個獨立章節之后都安排1~2個相應的應用光學實驗,這樣可以充分調動學生的學習積極性,而且通過實驗可以讓學生很容易理解和掌握所學的知識。學習期間也可讓學生分成若干學習興趣小組,如果有好的創新理論可以結合光電實驗室實行具體實驗和實踐應用,這樣可以大大提高學生的學習興趣和創新能力。此外,通過課程設計可以讓學生的學習能力得到進一步提高。這種理論和實踐相結合的教學模式是基于學分制和大類培養背景下提出的新的教學方法,也是針對其他就業創業類人才提前開設的準備課程環節。這就使得產學研模式不再是企業公司的專屬,面對激烈的殘酷競爭,讓學生的能力提前得到全方位的鍛煉和加強。
(2)校企聯合可以從根本上杜絕學校和企業的脫節問題。在課程學習期間可以適當安排學生到相關企業進行參觀和學習,讓學生提前了解到課程知識的具體科研和社會應用。適時邀請一些企業的技術高管進入課堂為學生開設相關的理論和實踐公開講座,并為感興趣的和學習優秀的學生提供一定的企業實習機會,這會讓學生看到未來的專業發展方向,讓學生的學習有了明確的方向和目標,不僅促進了學生的學習動力,也提高了課堂教學效果。
4結束語
引入產學研模式后應用光學課程教學效果明顯。然而,在這一新型模式下,有些問題必須引起一定的重視,一、每個成員老師都承擔著一定量的教學和科研工作,如何協調好教學時間和實踐教學活動不沖突是面臨的首要問題;二、科研所需的知識面廣而深奧,如何將書本知識和科研進行優化結合而不讓學生覺得科研太難而失去對科研的興趣;三、開設企業實踐和相關課程設計,由于人數較多,過程環節監督有待完善。這一創新模式可以成功推廣到其它專業課程教學當中。
基金項目:武漢理工大學教學研究項目(項目編號:2013081)
注釋
① .在慶祝清華大學建校100周年大會上的講話[N].人民日報,2011-04-25.
② 朱方來,劉世林.高等職業教育實踐教學基地產學研結合人才培養模式的研究[J].高教探索,2006(3):78-81.
中圖分類號:G642.0
文獻標識碼:C
DOI: 1().3969/j.issn.1672-8181.2015.03.005
1 我校《激光原理與技術》專業課存在問題
我省許多理工類院校的光信息、光電類和大部分應用物理專業都開設《激光原理與技術》課程。作為重要專業基礎或方向課,此課程:第一,具有較強的理論性、實踐性、前沿性和探討性;理論抽象,公式眾多,有相當學術和技術含量的課程,教學中經常發現學生對概念缺乏準確理解或概念和實際應用“兩張皮”的現象。第二,課程教學內容多,課程容量大。第三,由于激光技術、光電技術的發展日新月異,器件層出不窮,與新現象、新理論、新器件、新應用有關的課程教學內容也必須不斷地做出更新調整,
另外,《激光原理與技術》課程涵蓋知識點包括激光原理、激光技術兩部分,知識點明確,可以用一個實驗、一個概念來組織教學內容。課程具備開展翻轉課堂的實施要求。
2 翻轉課堂在《激光原理與技術》課程中的實施方案
結合我校《激光原理與技術》課程特點,在現有的翻轉課堂模型基礎上,我們設計了翻轉課堂的教學路線圖f如圖1)。主要由線上學習、課堂學習和課后學習三部分組成。LMS作為教學實施的基礎性管理學習平臺,可提供教學資源、學習過程記錄和互動場所。
線上學習
課堂學習
課后學習
2.1 設計知識單元的策略
將課程按“知識塊”分成8個教學單元,即:激光的基本機理,激光諧振腔理論以及激光振蕩理論,連續和脈沖激光器的工作特性,選模技術,放大技術,穩頻技術和激光短脈沖技術。每個教學單元可以由一次或多次課程完成,以便教師開發課程視頻。
2.2 設計課程微課
第一,根據本專業課程教學內容(突出難點、重點),設計微課。第二,每個教學單元可分成若干個模塊,以模塊為單位設計微課。第三,微課內容包括微視頻、課間練習和每周作業。通過微視頻中的導讀內容、課間練習和作業,向學生提出問題,引導學習者自主思考。
2.3 翻轉課堂教學設計
2.3.1 線上學習
第一,通過慕課學習。讓學生假期在慕課平臺查找與激光器件有關的知識,提前使學生進入到課程中來,在頭腦中初步形成激光器件的結構框架,對激光器件的主要應用等有簡單的了解,簡單的知識點通過慕課學習。第二,通過微課學習。設置每周微課時間和作業提交截止時間。課間練習和每周作業可采用填空或選擇形式,每道題在截止日期之前允許學生提交3次,否則當次作業記為0分。另外,在學生看完微課之后,對微課中的收獲和疑問可以在討論區發帖。由教師團隊或學生討論互動給出解答,完成課題組布置的線上學習任務。
2.3.2 課堂學習
第一,分析每個教學單元的目標、知識類型、學生線上學習情況和存在的問題,確定教學策略,如“講授”、“自學”、“討論”、“實驗”、“探究”等。第二,學生的獨立探索和協作學習。具體分為五個環節:①明確問題:根據課程內容和學生觀看微課時提出的疑問,總結出-些有探究價值的問題;②獨立探究:從開始時選擇性指導逐漸轉至為學生的獨立探究學習方面,讓學生在獨立學習中構建自己的知識體系,注重和培養學生的獨立學習能力;③協同學習:通過“探究式案例”、“探究式實驗”鼓勵學生以小組協作形式,采用對話、商討、爭論等形式進行討論并實施;④交流展示:成果交流采用如:舉行展覽會、報告會、辯論會、小型比賽等;⑤考核評定:建立線上學習、課堂和課后學習各環節的考核評價。考核成績構成為“課間練習20分+每周作業15分+課后研究報告和小論文5分+討論區及課堂活躍度10分+期末考試50分”。
2.3.3 課后學習
由課后的復習,學生定期的答疑,學生完成的項目任務和課程論文構成。
3 翻轉課堂教學實施案例――以光學諧振腔(FP腔)為例
3.1 線上學習
首先利用微課介紹實驗現象,給出FP腔的輸出裝置,給出了連續波入射時單模光纖FP腔輸出光譜。提出問題:如何解釋上述實驗現象呢?接下來在微課上介紹描述上述激光現象的基本概念與相關規律。根據多光束干涉原理,可得垂直入射時,光學FP腔的輸出與輸入光強之比為:
將光纖長度,折射率(n=1.48)代人,可得其自由譜寬為50CHz,利用變換式,可得自由譜寬為0.4nm,理論計算與實驗現象一致。通過微課學習,學生完成知識的內化。課間提問,采用填空題:C02激光器波長為10.6um,當腔長L=lm時,自由譜寬為(),如果該激光器的光譜線寬度AVF=108Hz,則輸出為單模還是多模()。要求學生在規定時間完成課間作業的提交。
3.2 課堂學習
首先,提出問題:腔端面反射率對輸出特性的有什么影響?讓學生在獨立學習中構建自己的知識體系。然后,進行協作學習,以4人為以小組,利用計算機對(1)式所描述的規律進行數值計算,將結果可視化,計算結果與實驗結果一致。從圖上還可發現原本靜止的圖“動”了起來。給學生很大的想象空間,這一環節是理論分析的重要補充,再次完成知識內化。將科學計算引入課堂,提升學生解決問題的能力與效率,引導學生進行研究性、探索性學習。通過可視化,學生對復雜的激光現象具有了感性認識,促進學生對晦澀理論的理解。最后,介紹新實驗現象的探索。前面我們詳細學習了連續波入射情形下,光學FP腔的輸出特性,自然會想到脈沖激光入射情形,那么脈沖激光入射到光學FP腔,其輸出具有什么特點呢?通過教師的引導和學生的協作學習和探索,得到當脈沖激光入射到單模光纖FP腔時,其輸出波形具有衰蕩特征,從而完成創新能力的培養。
3.3 課后學習
以小論文形式,讓學生完成一份研究報告,題目為光學FP腔的激光器件中的應用。鼓勵學生利用網絡資源,查閱光學FP腔在各個領域的應用。例如FP在輸出模式選擇,光束質量改善等方面的應用,讓學生自行選題,自行設計實驗方案,在學院的激光實驗室獨立完成實驗,完成小論文撰寫和提交。
4 結束語
翻轉課堂教學模式起源于美國,在我國真正去推行翻轉課堂教學模式還有很多問題有待解決,還需要更多的實際教學工作要做。
參考文獻:
物理學是一門以實驗為基礎的課程,物理實驗教學是物理教學的重要環節。作為一名物理師范生掌握好中學物理實驗是最基本的要求,在中國《普通高中物理課程標準》中對通過物理實驗培養學生的能力也有明確要求。然而,當我們走進實驗進行中學物理實驗探究時才發現,在實驗探究方面我們仍然存在著很多問題。比如:在我們高中的學習中有一部分實驗沒有開設;有些實驗儀器不會操作;探究實驗不能按照步驟進行;缺少嚴謹的科學探究精神;數據記錄也有不規范之處等。我們在高中物理的學習中物理實驗并沒有像《課標》所要求走進我們的課堂教學之中。但是,實驗是物理課程改革的重要環節,是落實物理課程目標,全面提高學生科學素養的重要途徑,也是物理課程改革的重要資源,做好物理實驗教學是物理教學的重中之重。我國物理教材實驗部分的編寫是否與我國《課標》要求相契合?通過現有物理實驗教學是否能達到對學生科學素養的培養?這些問題急需我們來思考。
物理教材是物理教學的主要依據,做好教材中物理實驗的編寫是必然要求。面對我國現存的物理實驗教學現狀,我們不妨嘗試對比國外優秀教材中的實驗編寫,借鑒國外優秀經驗,為我國物理教材實驗部分的編寫提供一些支持。因此,我將選擇我國普通高中物理教科書(人教版)與美國高中物理教材《物理:原理與問題》中光學部分實驗進行對比研究。
(二)研究目的
通過此次對比研究發現中美兩國在《課標》要求方面存在的異同點,發現我國物理實驗中存在的問題,以便引起人們對我國物理實驗的思考和重視。對比美國教材光學部分實驗的開設形式、數量、實驗儀器及插圖等與我國教材之間的差異,找出美國教材中的存在的優點,從而參考和借鑒國外優秀教材中的優秀實驗,為從事物理教學工作的廣大教師提供更加豐富、有趣的教學資源,為我國現有的物理實驗教學提供一些改進建議,也為我國的物理教材中實驗部分的編寫提供參考和建議。
(三)研究意義
通過對比中美兩國在《課標》要求方面存在的異同點,有助于發現我國在制定物理實驗《課標》時存在的問題。通過對光學實驗部分實驗的開設形式、數量、實驗儀器及插圖等多個方面進行對比,有利于為我國從事物理教學工作的廣大教師提供豐富的教學資源,有助于他們改進傳統的教學方式,使學生增加對物理的學習興趣。通過對比兩本教材中“光的偏振”這一具體實驗,有利于幫助我們全面了解美國探究實驗的具體過程,有助于為我國的物理教材中實驗部分的編寫提供參考和建議,有利于學生更好的掌握有關科學知識,形成科學的思維方式,更好的培養符合時展的新型人才。
二、國內外在該方向的研究現狀及分析
在新課改的大背景下,通過物理實驗培養學生科學素養的重要性已經被人們所重視。我國各位專家學者對中美教材中的實驗部分進行了多層次的比較研究,探索更適合我國學生情況的物理實驗教學方式。現已有大量的關于中美高中物理實驗比較研究的文獻問世。
2006年11月祁映宏在《中美2套高中物理教材學生實驗的比較與研究》中,統計了中美高中物理教材中的學生實驗,對兩國教材學生實驗編寫的特點做了比較研究,提出學生實驗設計的認識觀和學習觀,最后特別強調了美國教材中的一些可借鑒之處,并對我國物理教材中學生實驗做出了反思與期待。
蘇州大學的沈國強在2010年比較研究了中美兩套物理教材的科學探究內容異同。比較分析了兩國教材中的科學探究的數量、內容、方式等,對“科學探究”活動的實施從教師和學生兩個角度進行調查,了解教師和學生對“科學探究”活動觀念的理解、具體實施情況,以及制約“科學探究”教學開展的主要因素。
延邊大學的陳雪對高中物理實驗教科書實驗部分分為表層結構包括實驗數量分布、實驗體系結構、實驗器材選擇、實驗插圖語言四個部分,和深層結構科學知識、科學方法和科學情感三部分進行了比較分析,并用定性和定量研究的方法,分別進行數量和文本分析比較。并根據結論對我國物理教科書實驗部分編寫提出建議。
劉建智和李蘭對一套美國高中物理教材(欄目名稱為《Physics Lab》)與我國人教版新課標高中物理教材中的實驗部分從實驗數目、實驗器材、實驗的編排與實施、語言分格及其他進行了比較,通過比較對我國在今后編寫或修改高中物理教材時應適當增加實驗數目、實驗內容與時俱進、適當增加光學與原子物理部分的模擬實驗、增加探究性實驗的數目,并增加實驗的開放性、體現“以人為本”的教育理念。
李蘭在研究了前人已有的結論與成果之上,以中美兩國高中物理教材歷次改革與發展為背景,對兩國物理課程標準進行了比較分析,并對中美兩國高中物理教材實驗部分的設置在實驗數目、實驗編排、實驗器材、實驗插圖、實驗語言,以及基本科學概念、科學實驗過程、科學情感態度等方面進行了比較分析。
華中師范大學教育碩士戚靜芳在對中美兩國高中物理主流教材比較的文獻進行分析的基礎上,比較研究了兩國教材中物理實驗的總論、實驗形式、試驗數量和具體實驗內容等,用文字、圖表等形式列舉其異同點,并歸納出各自特色。通過比較發現了兩套教材實驗總數多、實驗形式多樣化、對科學過程和方法的關注、培養學生創新意識等方面的相似性。同時看出兩國教材在實驗與學習內容的融合度、不同形式實驗數量、對探究過程的設計、對實驗材料的使用、與生活實際的聯系以及對研究能力的培養等方面的區別。
郭麗麗構建了教材中物理實驗的比較模型。從實驗內容、實驗設計和實驗呈現方式三個方面對人教版物理教材和《物理:原理與問題》中的物理實驗進行了靜態比較研究,并根據比較研究得到的結論,對我國物理教材中實驗部分的編寫從實驗內容的選取、實驗的設計和實驗的呈現方式三方面提出建議。
西南大學課程與教學論碩士研究生蘇蘊娜在《中美澳高中物理教科書實驗設置比較研究》中,從實驗的選擇、實驗的編寫體例和實驗的呈現方式三個維度對中美澳三套高中物理教科書中的實驗進行了定量統計以及定性分析,強調物理實驗對學生科學素養的培養起到關鍵的作用。
印曉明和陳坤從培養學生“核心素養”的角度,對中美高中主流物理教材在“光學”部分編排進行對比,提出從“知識”走向“智慧”、從重視物理“實驗”到進行科學“實踐”、以學科“融合”提升“綜合”思維的理念,提高學生理科學習的“自我生長能力”,將培養學生在科學領域內“核心素養”的目標落到實處,為學生的終身發展、應對現代社會和未來發展的挑戰奠定良好的基礎。
南京師范大學教師教育學院的陸雪嬌以“拋體運動”為例,對中美兩國常用的兩種高中物理教材的實驗呈現方式和實驗內容進行比較分析,發現實驗呈現形式的總體差異,以及中國教材中還存在缺少探究性實驗,實驗器材、實驗內容的選擇不夠貼近生活,實驗缺乏創意等問題。
高赫男和石紅選取了中國人教版物理教材和美國《物理:原理與問題》為研究對象,對中美兩國高中物理教材實驗的數量、器材、欄目、插圖及語言等方面進行比較研究,利用文字、圖形或表格等形式描述其異同點。
三、相關概念界定
(一)物理實驗
物理實驗是學習物理的重要方法和手段,是物理學習的基礎。物理實驗是高中物理教學的重點。在人教版普通高中物理教材(2010年版)中,對教材中的物理實驗根據它們在物理學和物理教學中的地位、難易程度、用時長短、學校的器材條件,分為了:學生實驗、實驗、演示、做一做以及問題與練習。
《課標》要求學生通過實驗,學習科學探究方法,發展自主學習能力,養成良好的思維習慣,能運用物理知識和科學探究方法解決一些問題;認識實驗在物理學中的地位和作用,掌握物理實驗的一些基本技能,會使用基本的實驗儀器,能獨立完成一些物理實驗。
物理實驗已經滲透到物理教材中的各個部分,包括了課后習題部分。本文中所選的物理實驗是光學部分實驗,有中國教材中的學生實驗、實驗、演示、做一做,以及美國教材中光學實驗部分的起步實驗、迷你實驗、物理實驗。
(二)物理教材
教材是教學過程中的四個基本要素之一,其含義隨著科學技術的進步和發展,也不斷發展和壯大。目前,從廣義來講,教材是教師和學生據以進行教學活動的一切材料,包括工具書、掛圖、圖表和其他教學輔助用具,也包括教學程序軟件包;幻燈片、電影片、音像磁盤等。從狹義來講,教材是指教科書,也稱課本,它是依據課程標準編制的、系統反映學科內容的教學用書。
本文中的物理教材是指按照物理課程標準等綱領性文件的規定,根據教學目標和學生的認知規律組織編寫的出版社正式出版發行的高中物理教學用書。
(三)科學探究
在物理學史中,運用科學方法的第一人當屬伽利略。他提出的科學方法為我們的科學探究提供了依據。所謂“科學方法”就是經驗(以實驗和觀察的形式)與思維(以創造性構筑的理論和假說的形式)之間的動態的相互作用。伽利略所用的科學方法包括:設計實驗(以檢驗特定的假設)、對現實世界條件進行理想化(以消除任何可能掩蓋主要效應的次要效應)、限制探究范圍(每次只考慮一個問題)、定量方法。
科學探究指的是學生們用以獲取知識、領悟科學的思想觀念、領悟科學家們研究自然界所用的方法而進行的各種活動。探究是一種有多側面的活動,需要做觀察;需要提出問題;需要查閱書刊及其他信息源以便弄清楚什么情況已經是為人所知的東西;需要設計調研方案;需要根據實驗證據來檢驗已經為人所知的東西;需要運用各種手段來搜集、分析和解讀數據;需要提出答案、解釋和預測;需要把研究結果告之于人。探究需要明確假設,需要運用判斷思維和邏輯思維,需要考慮可能的其他解釋。學生們在學習探知自然界的科學方法時將會參與科學探究活動中的某些方面的工作,但是學生們也應該培養自己從事完整的探究活動的能力。
在我國現在的高中物理課標中規定的科學探究需滿足七個要素,分別是:提出問題、猜想與假設、制定計劃與設計實驗、進行實驗與收集證據、分析與論證、評估、交流與合作。
(四)科學素養
所謂有科學素養是指了解和深諳進行個人決策、參與公民事務和文化事務、從事經濟生產所需的科學概念和科學過程。即對日常所見所歷的各種事物能夠提出、能夠發現、能夠回答因好奇心而引發出來的一些問題;對已有能力描述、解釋甚至預言一些自然現象;能讀懂通俗報刊刊載的科學文章,能參與就有關結論是否有充分根據的問題所作的社交談話;能識別國家和地方決定所賴以為基礎的科學問題,并且能提出有科學技術根據的見解來;能根據信息源和產生此信息所用的方法來評估科學信息的可靠程度;有能力提出和評價有論據的論點,并且能恰如其分地運用從這些論點得出的結論。
四、學位論文的主要研究內容及可行性論證
(一)主要研究內容
本論文的主要研究內容有以下幾點:
1.通過查閱文獻研究明確中美兩國《課標》對物理實驗的要求,并對相關概念進行界定,了解我國各位專家學者對中外物理教材及實驗編寫的對比分析。并通過問卷及訪談等方法,了解本地區高中學校光學實驗課程的開設情況。聯系我國《課標》對此部分的要求,對比本地區的高中學校在光學實驗課程開設是否與《課標》要求相契合。
2.歸納、整理出中美兩國《課標》對物理實驗的要求,對比兩國《課標》要求的異同點。
3.對中美兩國物理教材中的實驗總論部分詳細閱讀,并總結歸納,對比兩國實驗總論,發現其優缺點。
4.整理中美兩國教材中光學部分實驗,從實驗形式、內容及數量分布、插圖等方面進行對比,發現各自特點,得出結論。
5.并對兩國教材中“光的偏振”這一具體實驗案例,按照教材編排要求進行完整的實驗探究。根據自己在實驗中的觀察、體會以及通過本實驗對該知識的理解和掌握情況等方面,進行對比分析,發現美國教材在實驗編排中的優點。
6.根據對中美兩國《課標》對物理實驗的要求,以及兩國教材中光學部分的實驗對比,得出相應結論,并根據結論為我國物理實驗的編寫及實驗教學方面提出一些建議。
(二)可行性論證
1.現已經有很多位專家學者就“中外高中物理實驗對比”這一課題進行了研究,以有大量的期刊文獻和學位論文存在,能夠為本人提供參考,為本研究奠定了堅實的理論基礎。
2.通過大學的學習以及教學實踐,本人熟讀了我國物理《課標》的內容,理解了《課標》對物理實驗的要求以及通過物理實驗培養學生怎樣的能力。
3.在實習期間能與學生面對面交流,通過與學生的交流能有效避免學生的排斥心理,進而來了解所在學校有關物理實驗的開設情況以及學生對物理實驗的期望,能保證得到較為準確的信息。
4.本人對該課題存在濃厚的興趣,能夠對我以后從事物理教學工作提供支持與幫助,能豐富課堂內容,形式多樣,讓我有信心完成此次研究,為我提供了動力。
五、論文進度安排及預期達到的目標
(一)準備階段(2018年10月—2018年11月)
1.確定選題。
2.查閱大量有關該課題研究的文獻資料,了解我國專家學者對于該課題的研究進展情況,為自己的研究提供一些思路,避免重復勞動、偏離主題。
3.分析資料設計初步撰寫方案,提交老師指導,根據老師指導意見進行方案的調整,按照方案執行。
(二)實施階段(2018年12月—2019年2月)
1.選取人教版普通高中物理教科書,梳理出高中教材中的光學部分的實驗。
2.選取翻譯版美國物理教材《物理:原理與問題》,梳理出光學部分的實驗。
3.設計調查表,選擇寧夏本地部分高中學校,調查對光學部分實驗的開設個數和開設形式。
4.撰寫開題報告,并提交指導老師批閱,根據老師修改意見,再次進行修改,完成開題報告。
5.找到美國《國家科學教育標準》和中國《普通物理課程標準(2003)》,歸納總結出有關物理實驗的要求。
6.回收調查表,對得到的數據進行數據處理,利用準確數據分析寧夏本地部分高中學校對物理光學部分實驗的開設情況,了解本地物理實驗教學現狀。
(三)總結與論文形成階段(2019年3月—2019年5月)
1.將相關資料進行匯總,書寫論文提綱,完成大體框架。
2.根據兩國教材要求進行“光的偏振”實驗探究,并回答相關問題。
3.根據論文提綱,完成論文初稿,請老師進行指導和修改。
4.根據老師的修改意見,重新整理有關資料,對論文初稿進行反復修改,完成修改版。
5.再次請老師指導修改,完成論文撰寫。進行,請老師審閱。
6.論文定稿。
六、研究過程中可能遇到的困難及解決的途徑
(一)本課題研究過程中可能遇到的困難
1.我國高中物理教材光學部分實驗形式多、個數也多、設置在不同的模塊,在整理的過程中很容易漏掉一些實驗。
2.在調查本地高中學校光學部分實驗開設情況中,個別老師存在不重視、不認真回答的情況,學生也會有抵觸心理,會使得到的數據不準確。
3.由于美國沒有專門的物理課程標準,所以在進行對美國《課標》物理實驗要求歸納時,可能存在不準確,概括不全面的情況。
4.在對比結論與建議時,認識不到位,會過分將自己的感情帶入,使得得到的結論過于簡單,語言過分學生化,不能聯系學生的實際情況得到普遍的結論。
(二)解決的途徑
1.在歸納總結教材中的實驗時,要細心,力求全部都被歸納。將自己的總結反復進行核對,做到歸納全面。
2.在進行調查時,對同一所學校要選擇不同的老師和學生進行調查。老師可以選擇物理實驗室管理老師和物理學科任課教師,從不同的方面進行調查。深入學生,與學生聊天,增加學生的信任,避免學生產生抵觸心理,盡可能使調查數據真實可靠。
3.美國的《國家科學教育標準》中,涉及從幼兒園到高中的整個階段所有學科的標準內容,并沒有提到過多的物理實驗內容標準,其將物理實驗歸納與科學探究之中,所以要找到有關科學探究的要求進行總結歸納。
4.進行學習,從教學實踐中了解學生的實際需求,從有利于學生發展的角度出發,提出建議。
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《光學設計》是許多工科院校的“光信息科學與技術”、“光學工程”等專業的主修課程,北京信息科技大學光信息科學與技術專業在應用光學、物理光學等必修課基礎上也開設了這門重要的專業選修課。《光學設計》是一門將幾何光學與物理光學知識與實踐相結合的學科,通過該課程的學習,學生可以系統的了解光學設計方面的知識,了解一些最常用的光學系統的設計方法,以及了解光學設計的發展方向。該課程的特點是應用性較強,涉及的內容較多,如何在有限的學時內,通過該課程的學習,培養學生熟練設計各種光學系統的能力,提高學生的分析能力和實踐能力,這對授課教師提出了嚴峻挑戰。該課程一般通過理論教學和實踐教學兩個環節完成教學內容,本文將幾年來的課堂教學工作所積累下來的心得與體會加以總結,主要涉及到教學內容的組織,教學方法的改進與考核方式的變革等。
一、精心組織授課內容,理清主線,突出重點。
光學設計課程囊括的知識點比較多,面向不同的教學對象,因為其本身知識積累就不同,而不同的教材組織方式,調強的知識重點也不盡相同,因此需要教師因人而異、不斷調整授課內容的組織方式。北京信息科技大學光信息科學與技術專業將該課程核定為32學時,在這么短的課時內,如何選擇講授的知識點來保證教學活動的完成,根據本專業的特點,我們精心組織了教學內容,主要為了理清思路,并突出重點。光學設計涉及到的內容可分為:高斯光學、像差理論、典型光學系統、計算機自動優化方法、光學系統公差分析及光學元件制圖等。高斯光學是光學系統分析的基礎,光學系統初始結構計算就是基于高斯光學理論的;像差理論是光學設計的重中之重,只有深刻了解了像差理論,才能夠自主、靈活的設計光學系統;典型光學系統包括放大鏡、顯微鏡、望遠鏡等系統,是了解實際光學系統的鑰匙,也是光學系統初始結構計算的理論基礎;而計算機自動優化方法、光學系統公差分析及光學元件制圖等是實踐性很強的內容,也是把上述理論知識與實際設計過程聯系的紐帶。只有理清了這些內容的知識體系,才能有的放矢,條理清楚的講授。我們經過探索,發現在授課時選擇一個實際的光學系統(如開普勒望遠鏡系統),從它的基本結構講起,引出物鏡和目鏡的各自特點,用高斯光學知識分析其放大率、視場角等參數,再引申到實際系統像差對像質的影響,最后講授怎樣設計這樣一個系統以及設計中應該注意的問題。這樣就能把所有要講授的內容串聯起來,學生就能更好地理清思路,知道哪部分內容的作用以及怎樣學習效率更高。另外,講解時不能一概而論,必須突出重點,每個知識模塊的學時要分配得當。比如像差理論是本課程的重點,需要占用較多的學時講解;而且像差理論這一部分應該把重點放在各種系統參數(比如,光闌大小、位置,材料折射率、相對色散等)對初級像差的影響上,因為這是一個優秀光學設計工程師必須練好的最重要的基本功。最后,處理好知識點與實際光學系統之間的關系。比如要提醒學生每一部分知識點都要結合與實際光學系統設計(包括加工、檢測)的關系來學習,做到有的放矢、思路清晰。
二、教學方法的改進
1.課堂教學與課外科技創新實踐相結合
學習基本原理知識的目的是為了更好地應用到實際生活中。我們積極鼓勵學生參加各種科技創新活動,堅持課堂教學與課外創新實踐活動相結合,強化實踐能力培養,提高學生的設計與綜合分析能力。比如,在學習了照相系統基本知識以后,我們鼓勵學生調研如今市場上的各種照相機(包括數碼相機、傳統相機、攝像機等),讓學生考察照相機的基本結構以及重要技術參數,并讓學生嘗試自己設計一臺照相機系統。這樣,學生的學習積極性得到大大提高,他們在設計過程中遇到很多問題,再重新回過頭在課堂找答案,被動接收變為主動學習,學習效率大大提高。
2.現代多媒體教學技術的使用
多媒體教學是以計算機為核心的教學手段,能交互的綜合處理文本、圖形、圖像、動畫、音頻及視頻等多種媒體信息,更豐富、更復雜的信息多媒體教學對全面提高教學質量,增進教學效果起著不可替代的推進作用。基于多媒體的光學設計課程教學優勢包括:第一,圖文并茂,簡潔直觀,激發學生學習興趣,提高學生學習的主動性。比如在講授望遠系統時,我們把目前世界上的各種望遠系統圖片投影到黑板上,并列舉各系統的優缺點,使學生頓時產生了濃厚的學習興趣。第二,把教師從繁重的板書中解放出來,更有利于教師語言、人格魅力的發揮,學生可以在相同的時間內獲取更多的知識,提高課堂教學效率和教學質量。比如,在講授各種目鏡結構時,由于目鏡的種類很多,有惠更斯目鏡、冉斯登目鏡、凱涅爾目鏡、對稱式目鏡以及廣角目鏡等,一一板書這些目鏡結構和特點非常花時間,而且作用不大。使用多媒體就可以很快的展示各種目鏡結構以及特點,從而把更多時間放到講授目鏡選型以及設計中去。第三,教師為主導,學生為主體,二者相互有機結合,實現教與學的良性互動。比如,在學習球差與系統相對孔徑以及光闌的關系這部分內容時,我們讓學生自己提出各種參數,然后現場用多媒體計算光線軌跡并畫出光路圖、像差圖等,學生再根據像差圖提出新的修正結構,直到得出滿意的球差。在這個過程中,教師與學生不再是填鴨式的灌輸與接受知識,而是很好的互動,并激發了學生學習興趣。
3.光學設計軟件的應用
在光學設計課程教學中,為了演示光線追跡結果及光學系統在各種不同情況下、不同輸入光場時的輸出光場情況等,需要編制相應的模塊軟件。但由于編制這樣的模塊軟件工作量大、難度較高,往住使任課老師放棄在教學過程中演示復雜的光學現象,即使有人花大量時間和精力編制出一些,也因為功能不強、效果不佳而影響教學效果。我們將諸如zemax、oslo、code-v等功能強大的商業光學設計軟件引入光學設計課程的教學過程,可以減小設計工作量,并且使課程課件的深度得到加強,從而擴大學生的感性認知和視野,增強教學效果。
現有的成像光學分析與設計軟件主要有三種,分別為:美國optical research association 公司的code-v軟件;lambda research corporation公司的oslo軟件;focus software inc開發的zemax軟件。其中zemax軟件由于界面友好,容易上手,目前占據市場最大份額;我們在課堂教學中采用的也是zemax軟件。該軟件可做光學組件設計與照明系統的照度分析,也可建立反射、折射、繞射等光學模型,并結合優化、公差等分析功能,是將實際光學系統的設計概念、優化、分析、公差以及報表集成在一起的一套綜合性的光學設計仿真軟件。課堂利用zemax的計算與模擬功能,鼓勵學生通過自主探索,在掌握理論知識的前提下,讓學生建立相應的物理模型和數學模型,通過自己輸入參數去完成對光學系統的形象化和具體化,并對光學系統像差進行詳細了解,為進一步設計提供參考依據。例如,如果要給學生講授cook三片式透鏡組(入瞳10mm,全視場角40°)的結構以及性能,通過zemax可以很形象地顯示。圖1所示,cook透鏡組的二維和三維結構圖都可以畫出,而且所選三個視場(0視場、10°視場、20°視場)的光線軌跡也可以準確畫出,這樣就使得學生有更形象、直觀的認識。如果要了解該透鏡組性能,就可以利用zemax光線追跡程序快速計算出每一條光線的軌跡,并算出各種像差值。該cook透鏡組的幾種像差圖見圖2所示,這里只顯示了四種像差圖:點列圖、波像差圖、調制傳遞函數圖和場曲、像散及畸變圖。根據這些像差圖,學生可以對該系統的像差有個全面的認識,可以更進一步改進并優化結構參數。而計算實際像差利用傳統的手工計算花費時間是巨大的。
總之,利用光學設計軟件,可以使光學設計課程授課效率更高,學生學習興趣更濃,學習效果更好。
三、課程考核方法的改革
考試已成為課程改革的一部分,與課程的實施方法相輔相成,從而更客觀地反映教與學的效果,達到拓展學生的個性,激發其學習能力和興趣的目的。傳統理工科課程通常以閉卷筆試加平時成績相結合的方式進行考核。針對《光學設計》的課程特點,我們采用了以考核綜合知識和能力為主導的考試方法。具體包括:①建立小課題,指導學生撰寫小論文。比如讓學生們調研目前流行的單反相機的原理并進行初步設計,學生通過查資料,深入調研,強化學生自己思考的過程,同時也能考察一個學生的綜合素質。②開展課堂討論,給予總結評價。這部分的考核主要是通過討論來考察學生對知識點的應用和具體解決問題的能力。③試卷考核。該部分主要考概念題和思考題,加深學生對理論基本知識的理解和掌握。
通過這三種方式來全面綜合地考察、評定學生對該門課程的學習掌握和理解程度,從而更好地反饋和指導教學。這樣的考核方法覆蓋指標更全面,考核的結果就會更客觀合理,能夠真實全面反映學生的學習情況與能力水平,有利于對學生的知識和能力進行綜合評價。
四、教師自身能力提高
教師是課程改革最直接、最關鍵的群體,因此教師的自身成長與課程的建設發展密切相關。教師的專業成長不僅僅是教學經歷和教學經驗的累積與豐富,更是教師由被動到主動參與課程決策、課程運作和課程評價,促進課程、教師和學生共同發展的過程。在不斷變革的社會大環境下,教師應樹立終身教育和終身學習的觀念,即“教育既是為了促進個人的終身全面發展,又是為了促進社會的持續發展和全面進步。”只有具備這樣的觀念,才能不斷解決教育中出現的各種問題,才能建構新課程條件下的目標、教學、評價體系。另外,很多人對于光學設計存在錯誤的認識,認為只要學好幾種光學設計軟件就可以進行光學設計。其實,光學設計是一種創造性的工作,它需要經驗也需要設計人員有正確的設計思想和設計理念,而軟件只是工具而已。光學設計總要從像差補償開始,如果沒有對基礎像差理論的深入、正確理解,只是按照已有參數按步就班地操作,光學設計則成了完全的技術工作,毫無思想性可言。對于這部分理論內容要有“板凳要坐十年冷”的準備,從復雜、枯燥的公式中理解設計的基礎,打好光學設計的基礎。光學設計是一門需要慢慢磨的手藝,作為教師的我們就更要負起責任,不斷提高自身水平,不浮躁、不圖快,踏踏實實的不斷學習,積極地參與科研,積累更多的光學設計經驗,這樣才能更好地講授好這門課。
五、結束語
隨著科學技術的發展,光學系統的作用越來越被重視,迫切需要光學設計的專業人才,為此高校肩負著培養具有良好光學設計人才的重任。本文對光學設計教學內容與課程設置的安排、教學方式的優化改革以及考核方式多樣化等問題進行了研究與討論,為學生更好地掌握光學設計知識、將來更好地服務于社會打下良好的基礎。
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