基于CDIO理念的大學物理教學改革研究

彭傳正

(廣東白云學院電氣與信息工程學院 廣東 廣州 510450)

CDIO代表構思(conceive)、設計(design)、實施(implement)、運行(orerate).把CDIO理念貫穿到大學物理教學中，通過設置大學物理各級項目構建學生的知識體系，培養(yǎng)學生的能力，有著比傳統(tǒng)教學模式更好的效果.

1 CDIO理念

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果.從2000年起，麻省理工學院和瑞典皇家工學院等4所大學組成的跨國研究獲得Knut and Alice Wallenberg基金會近2 000萬美元巨額資助，經過4年的探索研究，創(chuàng)立了 CDIO 工程教育理念，并成立了以 CDIO命名的國際合作組織.

CDIO理念不僅繼承和發(fā)展了歐美20多年來工程教育改革的理念，更重要的是系統(tǒng)地提出了具有可操作性的能力培養(yǎng)，全面實施以及檢驗測評的12條標準.

2 大學物理的知識體系和任務要求

《大學物理》是理工類各本科專業(yè)的公共基礎課程，是學生學習專業(yè)課的基礎.本課程的主要任務是使學生獲得包括力學、熱學、電磁學、波動光學和近現(xiàn)代物理的基本理論、基本知識和基本技能.

2.1 教學改革的目標

本項目以促進教學為中心，以加強應用為目的，探討新的教育教學理念，建立在《大學物理》課程基礎之上，研究在《大學物理》教學中如何加強學生能力的培養(yǎng)，如何更好地服務于學科和專業(yè).

在項目研究中緊抓課堂教學這個中心環(huán)節(jié),結合素質教育的精神實質,開展優(yōu)化大學物理教學的研究,是有效地推進素質教育在大學物理教學中得以實施的關鍵.要把大學物理課堂教學作為一個整體性的師生相互作用的動態(tài)過程來研究,讓大學物理課堂教學煥發(fā)出生機和活力.大學物理難學是由來已久的問題,除了課程本身較難，學生的基礎有所下降外,沒有優(yōu)化教學過程也是原因之一.過去的大學物理教學,注重知識傳授而忽視能力培養(yǎng),注重教師的教而忽視學生的學,強調教師的主導地位而忽視學生的主體地位.因此,優(yōu)化大學物理教學過程已是亟待解決的問題，這也是CDIO理念的要求.

2.2 教學改革的內容

本項目是基于CDIO理念具體設計《大學物理》課程，任務包括編寫符合CDIO理念的《大學物理》課程教學大綱，構建符合CDIO理念的《大學物理》課程的知識體系，提出符合CDIO理念要求的《大學物理》課程考核方法.

2.2.1 知識體系的重構

在知識體系重構上，我們繼續(xù)保留力學、熱力學、電磁學、光學和近現(xiàn)代物理5部分.但在力學部分和電磁學部分，以項目為主線來覆蓋知識體系.

在力學部分，主要設置8個項目.

(1)平動模型和參考系的建立.

(2)平動物理量的關系.

(3)升降機和跳傘模型的分析.

(4)漏斗漏沙的分析.

(5)嫦娥奔月的能量分析.

(6)電扇的轉動分析.

(7)太陽和行星.

(8)CDIO項目：力學在生活或專業(yè)中的應用.

在電磁學部分，主要設置9個項目.

(1)電偶極子.

(2)靜電屏蔽和靜電除塵.

(3)壓電效應.

(4)電磁炮.

(5)霍爾效應.

(6)鐵磁材料.

(7)發(fā)電機與電動機.

(8)磁懸浮列車.

(9)CDIO項目：電磁學在生活或專業(yè)中的應用.

以上兩部分中，CDIO項目的教學內容主要是，通過對某個項目進行研究開發(fā)的過程，實現(xiàn)學生初級的“做中學”，對構思、設計、實現(xiàn)及運行有一個全過程的、綜合性的、初步的了解，建立工程的基本概念，并以這一過程加強對該部分知識的了解和興趣.

2.2.2 CDIO項目的設置

主要通過上述的兩個CDIO項目來訓練與培養(yǎng)學生各方面的能力及綜合素質，并通過項目要求來規(guī)范學生.

從知識要求到能力要求，從課堂授課到考核方式，均與傳統(tǒng)的《大學物理》課程要求不同.

2.2.3 大學物理實驗改革

依據(jù)CDIO理念提出了實驗物理的設想，對大學物理實驗教學進行改進.根據(jù)CDIO模式，開設了4人一組的兩個綜合設計性實驗，一個是“導熱系數(shù)的測量”實驗，另一個是“磁阻效應的測量”實驗.在這兩個實驗教學中，采用基于CDIO模式的新方法，如項目教學和學習方法，重點培養(yǎng)學生的能力和素質；培養(yǎng)學生應用知識解決實際問題的能力、交流溝通的能力和團隊合作精神等.多次實驗教學體驗表明，學生在實驗的過程中獲得應有的能力培訓，取得了較好的教學效果，完全達到了項目的預期效果.

CDIO教學大綱對個人能力和素質的要求中，強調了實驗的探索和知識的發(fā)現(xiàn).在實驗的研究過程中，筆者指導學生進行了實驗方法探索和實驗儀器的改進，改進的新型測量儀器和實驗方法，測量精度更高，測量的范圍也擴大了.在不久的將來如果能夠得到廣泛應用，將為社會獲得很大的經濟效益.

3 教學方法改革

教學方法包括教師教的方法(教授法)和學生學的方法(學習方法)兩大方面，是教授法與學習方法的統(tǒng)一.教授法必須依據(jù)學習法，否則便會因缺乏針對性和可行性而不能有效地達到預期的目的.但由于教師在教學過程中處于主導地位，所以，在教法與學法中，教法處于主導地位. 我們對于教學方法的改革就是以學生為中心，以教學質量為中心，以教學效果為中心.

在傳統(tǒng)的物理教學中，主要采取講授法和討論法兩種教學法.我們經過研究，基于CDIO理念，在大學物理教學中主要采取任務驅動教學法和自主學習法.

3.1 教學方式改革

教學方法不同于教學方式，但與教學方式有著密切的聯(lián)系.教學方式是構成教學方法的細節(jié)，是運用各種教學方法的技術.任何一種教學方法都由一系列的教學方式組成，可以分解為多種教學方式.另一方面，教學方法是一連串有目的的活動，能獨立完成某項教學任務，而教學方式只被運用于教學方法中，并為促成教學方法所要完成的教學任務服務，其本身不能完成一項教學任務.

教學方式是指教師在要求學生獲取知識，提高能力，獲取學習方法的過程中所采用的方式.包括談話式、談論式、歸納式、講授式、重難點講授法、實踐活動式等.

在傳統(tǒng)物理教學方式中，主要采取談話式和重難點講授法.我們經過研究，基于CDIO理念，在大學物理教學中主要是談話式和實踐活動式.

3.2 教學手段改進

教學手段是師生教學相互傳遞信息的工具、媒體或設備.隨著科學技術的發(fā)展，教學手段經歷了口頭語言、文字和書籍、印刷教材、電子視聽設備和多媒體網絡技術等5個使用階段.

現(xiàn)代化教學手段是與傳統(tǒng)教學手段相對而言的.傳統(tǒng)教學手段主要指一部教科書、一支粉筆、一塊黑板、幾副掛圖等.現(xiàn)代化教學手段是指各種電化教育器材和教材，即把幻燈機、投影儀、錄音機、錄像機、電視機、電影機、VCD機、DVD機、計算機等搬入課堂，作為直觀教具應用于各學科教學領域.因利用其聲、光、電等現(xiàn)代化科學技術輔助教學，又稱為“電化教學”.

4 考核方式改革

4.1 理論課程考核

考核類型：考試.

考核形式：開卷、筆試.

4.2 CDIO項目考核

項目的考評分為兩大部分,第一部分是研究記錄，通過這個過程鍛煉學生自我學習、自我管理的能力；第二部分是成果匯報，通過此過程鍛煉學生傳播知識的能力(交流溝通).

5 結論

通過項目的設置和運行，讓學生在做中學，既鞏固了學科知識，又鍛煉了學生的能力，還培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新精神，效果很理想.實踐證明，CDIO理念是吻合現(xiàn)代教育要求，行之有效又具有可執(zhí)行性的方法，值得借鑒和推廣.

參考文獻

1 顧佩華，陸小華，沈民奮.CDIO大綱與標準.汕頭:汕頭大學出版社，2008

2 陸小華.CDIO一體化課程體系的特點與設計.CDIO工程教育模式試點商校骨干教師培訓班，2009

3 王根平,等.基于CDIO的《檢測與傳感器原理》課程設計研究與實踐.計量與測試技術,2011,38(1)