澳门新莆京娱乐网站 【本科教学】物理学院:全面开展实践教学, 提升人才培养质量

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【本科教学】物理学院:全面开展实践教学, 提升人才培养质量

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有些老师认为,带学生做实验极其麻烦:须劳师动众,对器材要求极高,难成结论。这一印象都是基于传统的物理实验课程。如今,可以利用101教育PPT教学辅助优势,通过“学科工具”强大的仿真动画和便捷的人机交互,弥补传统实验教学的不足。


邯郸市邯山区农林路小学 郝杰

101教育PPT的“物理学科工具”可以模拟无法直接用实验演示的物理现象、物理过程。如在“分子运行”“电荷在点”“磁场中的运动”“电荷在导体中的定向移动”“多普勒效验”等知识点下,模拟微观或宏观无法观察到的现象或动态过程,为学生理解、接受和记忆抽象物理知识点创设生动形象的情景。

稿件来源:新闻中心 | 作者:詹晨枫 | 编辑:蔡珊珊 | 发布日期:2016-10-27
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农村学校教育信息化是推进我国教育信息化的基础。近几年来,国家大力支持农村教育信息化的发展,在农村教育硬件上投入了大量资金,农村教学硬件水平已有了明显提高。但在教育信息化师资培训方面,还处于相对薄弱的阶段。

下面就以“电流和电路”课程为例,跟广大物理老师分享一下如何利用101教育PPT物理学科工具快速呈现一节实验课。

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在推进农村教育信息化号召下,我代表“信息技术名师工作室”参加了送教下乡活动。其中,我运用一体机教学环境搭建了“基于局域网条件下101教育PPT智慧课堂”,并以此为课题开展了公开课。下面就来介绍下101教育PPT在小学数学学科《植树问题》课例中的操作和应用。

快速搭建电路拓扑

物理学是一门以实验为基础的学科,实践教学开展如何直接关系到学院本科人才培养的成效。我校物理学院尤其重视本科实践教学,注重培养学生的动手能力,训练学生的科研思维。蔡志岗教授和沈韩副教授分别是中山大学物理实验教学中心光信息科学与技术实验室和基础物理实验室的负责人,多年来一直从事一线的实践教学工作。日前,我们采访了蔡志岗教授和沈韩副教授,请他们分享物理学院实践教学的思路、举措和成效。
记:记者 蔡:蔡志岗教授
沈:沈韩副教授本科教学:完善课程体系,推广小班教学
记:两位老师好!物理学院的本科教学一直以来卓有成效,请谈谈物理学院本科教学的总体开展情况?
沈:在学校的整体培养目标和框架下,物理学院形成了以物理学一级学科为基础和光电信息科学与工程为应用的本科专业培养体系,结合学校十二字人才培养目标,以世界一流大学为标准,开展本科教学的人才培养模式创新。
物理学院在本科人才培养体系方面,形成了以理论课和实验课相结合、低年级和高年级课程紧密衔接、本科教学和教研结合、课内和课外培养结合的网络化本科人才培养体系。目前,学院每年有两个本科专业,每年160名学生。在教学上,主要有以下几点特色,第一,建立了完善的课程体系制度。物理学院实现了理论课教师和实验课教师交叉融合,基础课教师和专业课教师交叉融合,教授、副教授、讲师等不同级别教师交叉融合的授课制度;第二,实验课程系列化,由教授主导教学实验室建设;第三,全面实现了从实验课推广至理论课的小班教学;第四,使用通用设备,特别是国际通用设备构建实验教学系统,与世界一流大学接轨。
蔡:依托科研,面向行业。要培养一流的学生,我们要有高素质的优秀师资。实践教学:依托科研,教师引导,科学管理,长期积累澳门新莆京娱乐网站 4
记:请谈谈实践教学在物理学院本科教学中的地位,分析一下学院开展实践教学的思路和举措?
沈:物理学是一个实验性很强的学科,实践教学和理论教学同等重要,相互融合,互相促进。目前,专业必修课中实验课和理论课的学时比约为1:2。本科阶段从一年级到四年级实验课程的所有教学内容由物理实验教学中心统一制定。
物理实践教学的总体纲领性思路是让学生在解决问题中学习,在实践中提高学生各方面的能力。2003年我们提出了“N+1”的创新教学模式并开始实施。“N+1”,即将课堂从课内延伸到课外,让学生在课外多做一点,能力就能够提高一点。
蔡:在“N+1”的教学过程中,教师需要付出大量的时间,和学生反复讨论方案。我们提倡,过程比结果更重要,我们是允许失败的,有些实验甚至最后是没做出来,但只要学生想去尝试,我们充分鼓励。学生在自主实验的过程中,会遇到方方面面的问题,在解决问题中锻炼学生的整体素质。
沈:实践教学的具体思路总结成以下几点:依托科研、注意引导、作好管理、注意积累。
首先是依托科研,如果实验课题完全由学生自主报题,课题的质量得不到保障,就无法提高其科研能力。因此在报题和定题过程中不能放任自由,老师一定要参与并给出指导,指导老师对于学生科研能力的提高作用非常重要。第二是注意教师引导,在实验过程中定期的讨论和例会等都要老师科学引导。第三是科学管理,物理学院专门设有本科生科研训练项目,学生可以自主组建团队并申请项目,立项之后按照科研项目的流程来管理,实现科学和规范化管理。第四是长期积累。长期的实验项目一定需要积累,这一批学生做不完,要保留好实验数据让后来人继续接手,长期的积累才能做出好的实验。
实践教学包括很多个方面。物理学院形成了实验课、实验竞赛、学术社团、国际交流、生产实习相互补充,共同促进的实践教学模式。在实验课方面,学院设置了基础、电子线路、近代、光信息专业、物理学专业等实验课系列化教学,并设置了本科生科研训练专项基金;在实验竞赛方面,学生积极参与国内国际认可的竞赛,如广东省物理实验设计大赛、CUPT(全国物理学术竞赛)、全国(示范中心)大学生物理实验大赛、数模大赛等;在学生社团方面,以学生为主导的学术型社团在物理学院十分活跃。如CUPT、波音俱乐部、LabVIEW俱乐部等;在国际交流方面,学生依托大科学项目,到世界各地去进行国际化交流实践;在生产实习方面,高年级学生需要前往生产一线进行实践,既在实际操作中发现不足,也通过学以致用提高实践能力。澳门新莆京娱乐网站 5
蔡:物理的实验教学主要有两个特点。第一点是学院重视,学院一直很重视实验教学和实验室建设,2001年我们申报了光信息实验室,第二年就开始做光信息专业实验室的规划,这在国内都十分少见。2003年实验室正式开始使用,成为国内光信息领域的示范单位。
第二点是多年来形成了一批爱岗敬业,勤勤恳恳做专业实验的老师和科研人员,一支得力的实验教学师资队伍。2005年物理实验教学中心成为省级示范中心,07年获得国家级示范中心称号,都离不开这些老师的辛勤努力和默默付出。
专业实验室在实验教学中非常重要,现在一些高校已经开始重视专业教学实验室建设。在人才培养方面,专业实验室起到了提升和承前启后的作用,我们有很多尝试和积累。因此,实验教学中心从以前三层次的“基础-近代-专业”向四层次的“基础实验-近代实验-专业实验-专业实践”过渡。
为什么要发展成四层次?我们认为,学生加入到科研团队是好事,但中间往往缺了一环,本科阶段课时有限,实验技能、方法和思维都没有到位。一旦进入大的科研团队,很难融入,效果反而不好。
对此,我们在人才培养中加入了从专业实验到专业实践的过程。太早进入实验室对大部分学生来说未必是好事,学习需要循序渐进,二年级之后再进实验室是比较理想的。学院层面的重视,使我们在整个本科实验教学规划上会做的比较深入和具体。澳门新莆京娱乐网站 6
物理实验中心发展到目前,开放实验和本科生科研训练已成为物理实验教学过程的一个常态,整个学院每年几十个个项目开展。回顾一下,最早在2003年开始做“N+1”的光信息开放实验,当时也没有什么经费支持,就在实验室里想办法,拆废旧仪器。2005年之后学院理科基地开始立项,在全院开展科研训练,2007年开始有校级的项目,中大的学生都可以申报,2008年国家提供资金支持,2009年广东省也参与支持。09年之后,形成了学院学校省级国家级联动支持的局面,后来慢慢变为现在大家熟知的“大创项目”(大学生创新训练计划)。目前,学院超过80%的学生在校期间都自愿参加了科研训练项目。
除了上述的立项的项目,每年还有学生学术社团的实验技术活动都在中心开展,另外还有一部分的开放实验项目。
记:本科生参与科研对专业学习的促进和提高、综合性创新人才的培养大有裨益。请问物理学院本科生参与科研工作特别是一些重大科研项目的情况?
沈:有很多,例如由王贻芳院士主导的深圳大亚湾中微子项目,该项目获得了2015年基础物理学突破奖。中山大学作为合作单位之一参与建设和后续工作。物理学院已有学生从本科二年级开始参与项目,在实验室组建初期,很多预演的实验装置研制都由本科生来做,其中,有机玻璃融合自动化控制系统、液体闪烁体液位监控系统,都有本科生的深度参与,也体现了中心成员在现代测量技术的能力。蔡:对于本科生参与科研项目,我认为要因材施教,能力足够的学生,我们鼓励他参加重大科研项目。其他学生可以先在专业实验室进行系统训练,加强实验技术、实验方法和实验思想(科学思维)的培养和锻炼,先打好基础。成熟的科研大团队已经有专业系统的研究计划,很难给普通本科生提供尝试和锻炼积累经验的机会,因此不能盲目追求本科生参与科研大项目的数量。
针对有志于科研但能力尚需提高的学生,物理实验教学中心有专门的专业实验室,本科生可以自主设计、大胆尝试,搭建不同研究方案的实验装置,教师引导和鼓励学生进行原创项目的科研实验。
2013年,我们开始了新一轮称为“内容改革”的教学改革,试图把各层次的实验课程在内容上贯穿起来,目的是让学生能够逐步的掌握实验技术和熟悉实验仪器,让学生在低年级学到的东西在后续还用到并逐步重复加深。中心需要重新规划教学内容,用现代测量技术研制相应的实验装置。为此,我们要培养起一批属于自己的优秀师资力量。澳门新莆京娱乐网站 7未来:落实教学过程精细化管理,深化实验内容改革
记:学校提出了“德才兼备、领袖气质、家国情怀”十二字人才培养目标,请问本科实践教学与学校十二字人才培养目标的关系?
蔡:近年来物理学院在教学上提出了一个新举措:即要加强专业实验室建设,特别是增加专业实践的环节。学院于2014年正式成立了芙兰创新实践中心,我们提出“面向科研、面向行业”的发展目标。
物理学院在实验教学的“N+1”教学模式多年的实践证明,通过做项目可提高学生综合素质和学术水平;通过学生团体活动能培养领导气质;通过具体的项目工作,让学生在解决困难的过程中磨练,坚定信念,学会宽容,懂得怎么获得帮助,与老师和研究生建立联系,分享实验研究的感受和心得,开阔胸怀。
记:通识教育贯穿人才培养全过程这一理念已基本形成共识,请问物理学院在这一方面有何举措?
沈:物理教学实验中心倡导
“学术共同体”的概念,把学生也纳入共同体的组成部分,老师和学生一同研讨问题。这是我们实验中心探索的方向,普及通用实验技术的应用,是契合学校通识教育的培养方向的。
通识教育与学院办学的“厚基础、宽口径”指导思想契合,可以促进多学科的融合发展。受学时限制,通识课程学时所占比例有待进一步提升。物理学院重视通用技术的发展,不断结合多学科通用的专业软件和技术开展教学。
记:请问贵院在实践教学方面还有何不足和改进的空间?下一步的主要着力点应放在哪?
沈:我个人的意见,第一,为提升实践教学在国内的影响力,编写高水平特色化实验教材并推广到全国使用,加强物理学专业实验室建设。第二,重视本科与研究生衔接课程,全面落实实验课程的助教制度。第三,提高英语授课课程的比例,特别是争取专业主干课程实现英文授课。第四,进一步减少实验课标准班人数,对实践教学过程进行精细化管理。进一步提升实验课教师的整体学术水平,深化实验教学内容的改革。第五,注重积累,积极申报实验教学成果奖。
蔡:目前,实验课是由教师直接面对学生,老师的工作量非常大,可以参考国外大学的研究生担任助教制度,课程负责教师有几位研究生助教协助,1位助教辅导6-8位学生(10个以内),既能及时解决学生在实验过程中遇到的问题,也能巩固研究生的知识体系,还有利于教师对整个班级学生情况的把控,利用典型的问题引导学生深入学习,也便于进一步优化和调整教学计划。

1、 资源庞大,解放双手

教学前部分,可以先为学生们演示最简单的电路,等待学生理解透传后,再在原本的拓扑中继续扩展,提高逐步提高实验的难度。通过“学科工具”——“绘制电路图”,可以快速搭建拓扑。

很多教师抱怨每次备课时要花大量时间寻找教学素材,找到的素材还常常不符合心意。在101教育PPT里,老师轻而易举地就能找到课件、教案、PPT模板、多媒体等多种资源。在备课时,我只要选择相应的课程章节,就能在右侧的工具栏里取到与之对应的精品课件及相关教学资源。所有资源都是免费的,一键插入调用即可。

  1. 拖拽右侧工具栏中的所需的电子元件原型图或电子元件简图到左侧操作区;

  2. 通过下方工具栏“画直连导线”可将电子元件快速连接;

  3. 点击“删除/撤销/清空”,可快速重构电路拓扑。

值得一提的是,普通的PPT在插入视频、音频资料时,需要将资源制作成链接后才能点击播放。而101教育PPT可以直接将音频与视频导入进行播放,无需插入链接,操作简单便捷。

如此“傻瓜式”的操作,即使对计算机在不内行的教师,也可以在快速5分钟完成一个较为复杂的电路拓扑。

2、增加课堂互动性

在教学过程中,还可以通过删除元件或导线,制作错误的电路拓扑,让学生来补充缺失的部分。区别以往教学学生被动接受知识的缺点,这种方式让学生参与到实验中,更有利于检验学生对知识点的掌握。

课堂上,我们还可以利用101教育PPT的一些小工具增加课堂趣味性和互动性。比如在课件放映时,我调用了左侧“互动工具”栏中的“聚光灯”功能。这个功能能够突出课件上的需要强调的文字,弱化了其他部分,从而让学生更加集中注意力。

快速灵活扩展

在例题精讲环节时,全班同学表现良好,这时候利用“互动工具”中的“气球”给与学生鼓励。“气球”鼓励时,PPT页面上会出现五彩的气球和庆祝的礼花,动画画面生动活泼,富有趣味性。特别对于低年级的学生来说,只要一点点的“小花样”就能勾起他们的兴趣,激发学生希望获得更多气球的愿望,使学生更积极地参与到课堂学习当中。

在本节“电流和电路”的实验课的PPT课件设计中,假设教师需要用上开关、电池、灯泡、电流表、电压表等电子元件组合实验,并想逐步增加实验难度,增加电子元件到电路拓扑图中,那么教师至少需要准备5张以上的电路拓扑图。在授课过程中,还需不停地切换PPT页面,对比缺乏某些电子元件时实验所发生的变化。这一系列的备授课流程,显得繁复又费时。

生动展示知识点

101教育PPT,“学科工具”中的“绘制电路图”,在一个简易的电路拓扑基础之上,通过添加电子元件,可以快速的搭建出新的、复杂的电路拓扑。需要回退到初始基础的电路拓扑图时,也只是需要点击撤销。需要恢复,也可以一键操作。方便快捷,让教师把时间用在授课中,而不是花大把的课后或课堂时间,不停的在搭建电路拓扑。充分利用课堂时间,更好地让学生掌握。

备课时,在右侧工具栏“学科工具”中选择“植树模型”工具,并直接插入使用。

实验教学完成后,通过101教育PPT学生端,让学生也能亲自操作“绘制电路图”工具进行实验;教师则通过101教育PPT教师端,查看学生绘制的电路拓扑图。如果有错误,可以直接在学生的电路拓扑中标示。

授课时,根据需求在画面上进行操作:拉动标尺选择路长和间隔长,还可以选择“两端都栽”“两端都不栽”“只栽一端”三种模式,一秒钟即可得到问题结果。以前只能再黑板上以“手绘”形式讲解知识点,现在用动态模拟的形式生动地演示出来,不仅更立体形象,还具有趣味性。老师教起来轻松,学生学起来也更感兴趣、更有积极性。

以上就是本人在物理学科“电流和电路”课程中对101教育PPT学科工具的应用。综上,在此推荐广大物理老师们通过101教育PPT“物理学科工具”的仿真实验进行实验操作和细节指导,强化实验条件的控制和注意事项,辅助学生分组实验,提高学生实验的成功率。

手机也能帮助授课

授课过程中老师不必拘泥于三尺讲台范围,适当地进行走动教学是很有必要的。101教育PPT手机端可以说是我在课堂上的“秘密武器”了。只需下载安装101教育PPT手机端软件,并与101教育PPT
PC端进行连接,就可以利用手机远距离操控课件。

除了能够实现“翻页笔”的功能,手机端还拥有“激光笔”“图片快传”“手机跟拍”等互动功能。在本节课的学生展示环节,我利用手机端的“图片/视频快传”功能,对学生进行练习的场景及完成作品进行实时拍摄,并将照片/视频一键发送至大屏幕进行欣赏和讲解。这样一来,全班学生都能清晰地看到展示的案例。整个操作过程简单快捷、一气呵成,提高了授课效率。

出题更简单

完成教学任务后,我选择利用101教育PPT自带的题库进行随堂练习。101教育PPT中的题型非常丰富,除了单选题、多选题、连线题、填空题、主观题等基本题型外,还有充满游戏趣味性的连连看等趣味题型。

备课时,点击右侧工具栏的“习题/试卷”,即可获取章节匹配下的习题资源,只需筛选插入即可。从前将书本上的习题一字一句输入到电脑的情景不复存在,大大减少了备课时间。

除了利用101教育PPT自带的题库资源外,老师们也可以根据教学设计灵活安排,对所提供的基础习题做出修改和调整,生成符合本班学生情况的习题。

云端网盘存储

备授课完成后,我将自己的课件、多媒体、习题、文档等各类型资源上传到了101教育PPT内的“我的网盘”,形成了自己的云端资源库。这样一来无论何时何地,只要在101教育PPT软件上登录账号就能立即获取,再也不怕资源丢失或者找不到了。

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