高職院校物理模塊化教學改革分析

韓志茶　高新華

【摘要】隨著教育改革進程的不斷推進，出現(xiàn)了很多新型的教學方法，其中一個就是模塊化教學。將模塊化教學應用到高職院校物理力學教學中，能夠極大地提高教學的質(zhì)量。本文首先介紹了模塊化教學，然后分析物理模塊化教學的目的和方向，最后探討了物理模塊化教學的計劃。

【關鍵詞】高職院校；物理；模塊化教學

高等院校中的物理課是一門基礎性的理工類課程，其能夠鍛煉學生的辯證唯物主義思想，并且能夠對自然界的一些規(guī)律進行客觀的認識，從而形成自己的價值觀。高職院校相對于本科院校來說，各方面的條件都比較差，因此要想獲得一定的競爭優(yōu)勢，就必須進行教學改革，其中一項重要的內(nèi)容就是物理模塊化教學。

一、模塊化教學概述

模塊化教學最早出現(xiàn)在20世紀70年代，通過國際勞工組織進行研發(fā)的一種教學模式。模塊化教學主要是以現(xiàn)場教學為主，核心則是技能培訓。模塊化教學在進行教學的過程中比較強調(diào)知能一體以及行知合一，并且會集中開展相關的操作技能、實踐經(jīng)驗、理論知識以及活動方案、方法、方式的同步化教學。模塊化教學的主要培養(yǎng)目標就是實現(xiàn)具體的素質(zhì)以及能力。

一般情況下，模塊的構成有一個或者多個學習單元，每個學習單元是根據(jù)具體的課程要求以及課程內(nèi)容而劃分的小標題。模塊化教學的主要核心就是能力與素質(zhì)，能夠在進行各種活動的過程中鍛煉學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題并且解決問題的能力。模塊化教學的特點有經(jīng)濟性、現(xiàn)實性、靈活性和針對性。模塊化教學的主要目標就是通過最有效的方法以及最短的時間，讓學生來掌握一些技能。傳統(tǒng)的教學中，課時數(shù)比較多，學生上課的時候也很容易遺忘以前的知識，容易產(chǎn)生枯燥的情緒。而進行模塊化教學的時候，主要原則就是夠用、使用，會減少上課的時間，更加重視實踐課程，進行教學的過程中需要是以學生實踐為主，這樣有著較強的實用性以及針對性。根據(jù)學生的就業(yè)需要以及培養(yǎng)學生的應用能力來制定教學計劃，這樣具有較高的教學質(zhì)量。

二、物理模塊化教學改革的目的

大學物理是物理學的一門基礎性課程，也是高職院校中理工類學生必須學會的一門基礎性課程。不同的專業(yè)都有自己的專業(yè)課，并且課程的學時都比較多，因此大學物理的學時就不斷被占用壓縮。目前，很多理工科專業(yè)使用的大學物理教材，要能夠全部教完大概需要140個學時左右。這種情況就導致了高等院校中的物理課程內(nèi)容多，學時少，要想在規(guī)定的時間內(nèi)完成所有的教學內(nèi)容，就很難保證教學的質(zhì)量。因此，很多高校都開始在大學物理課程中實施模塊化建設，并且隨著地方本科高校轉型改革的不斷發(fā)展，大學物理的改革也獲得了一定的發(fā)展。高職院校要能夠培養(yǎng)應用型人才，并且不斷提高教學要求，重視起對學生實踐能力的培養(yǎng)。

大學物理中的內(nèi)容是科學研究人員以及工程技術人員應該必備的基礎知識，不同專業(yè)所學的物理原理都能夠在專業(yè)課中得到應用。學生通過大學物理的學習，能夠提高自己的科學素養(yǎng)，提高自己獲取和使用科技的能力，這樣還能夠為以后的專業(yè)學習以及工作就業(yè)打下一些物理基礎。不同的專業(yè)對物理知識的要求也不一樣，因此需要開展模塊化教學。大學物理主要是從宏觀上來鍛煉學生的邏輯推理理論能力、抽象思維能力以及科學實驗能力，而專業(yè)課主要是在微觀上讓學生能夠學會提出問題、分析問題從而解決問題的能力，這兩者應該結合起來。大學物理課程主要是為學生今后從事相關的工作提供一些知識儲備，當學生完全從事此方面工作的時候，能夠學會主動地去學習物理知識。

三、物理模塊化教學改革方向

1.物理教學目標改革

大學物理中力學部分可以分為基礎模塊以及提高模塊，基礎模塊包括質(zhì)點動力學以及質(zhì)點運動學方面的內(nèi)容，提高模塊包括機械波、機械振動、相對論、剛體以及質(zhì)點組力學等。質(zhì)點運動學的內(nèi)容包括曲線運動、加速度、速度、位移、位置矢量、物理模型、坐標系以及參考系等。質(zhì)點動力學的內(nèi)容包括能量轉換和守恒定律、機械能守恒定律、勢能、動能、功、沖量、動量守恒定律、動量、牛頓定律的應用、牛頓第一定律、牛頓第二定律、牛頓第三定律等。質(zhì)點組力學的內(nèi)容包括質(zhì)心、外力、內(nèi)力、動量守恒定律、角動量守恒定律、角動量定理、勢能、動能、機械能守恒定律、兩體問題柯尼希定理等。剛體的內(nèi)容包括剛體運動以及剛體自由度的分類、剛體平衡方程與運動方程、轉動慣量、轉動動能、動量矩、剛體的平動和定軸轉動、平動運動學以及定軸轉動運動學、剛體繞定點轉動等。

相對論的內(nèi)容有時空相對性、時間膨脹、長度相對性、同時性相對性、洛倫茲變換與速度的合成、狹義相對論、質(zhì)能關系、質(zhì)量與速度的關心、動量、廣義相對論、黑洞、等效原理、時空彎曲等。機械振動的內(nèi)容有簡諧振動、簡諧運動的合成、簡諧運動的能量、簡諧運動的旋轉矢量表述法、簡諧運動的參量。機械波的內(nèi)容有機械波、平面簡諧波的參數(shù)、簡諧波、駐波、波的群速、波的能量和能留、波的疊加和干涉、惠更斯原理等。

2.物理教學方法改革

構建大學物理力學知識體系的時候，要根據(jù)基礎模塊和提高模塊分別進行。質(zhì)點運動學中需要介紹相應的物理量，包括速度、加速度、位失等，包括它們在不同參考系下的表達形式。此章節(jié)的核心就是加速度，位矢以及速度都可以通過加速度推導出來。質(zhì)點動力學的關鍵在于動量定理、機械能守恒定律、動量守恒定律、動能定理。此章節(jié)的核心是力，并且逐漸推導出沖量以及動量定理。根據(jù)牛頓第二定律能夠得出加速度跟力之間的關系，因此在教學的時候可以將這兩章聯(lián)系起來。

提高模塊中包含的內(nèi)容比較多，涉及的知識面比較廣，不同專業(yè)的學生要根據(jù)自己的實際情況選擇相應的內(nèi)容。相對論中主要介紹的是愛因斯坦和牛頓的時空觀、狹義相對論以及洛倫茲變化，因此能夠提高學生的知識面。別的內(nèi)容都是以牛頓時空觀為基礎的。質(zhì)點動力學中要重視內(nèi)力的作用，學會運用質(zhì)點系中的質(zhì)心，要重點掌握動能定理以及動量定理，并且需要圍繞力來討論。剛體使不會出現(xiàn)形變的固體，屬于特殊的質(zhì)點系，需要了解角動量定理、運動規(guī)律。這些內(nèi)容都會包含力矩的作用，因此為核心知識點，教學的時候需要圍繞力矩。流體力學中包含了液體、固體以及氣體的運動規(guī)律，并且主要研究其內(nèi)部的應力、毛細現(xiàn)象、表面張力、內(nèi)部壓強等。關于理想流體還有伯努利方程，其能夠將機械能守恒定律應用到流體力學中。機械能守恒定律能夠將理想流體、剛體以及質(zhì)點系聯(lián)系起來。

機械振動是一個比較常見的物體運動方式，是物體進行的周期性運動。此章節(jié)主要探討的是簡諧振動。簡諧振動是物體受到線性回復力的影響形成的運行，屬于特殊的力學運動。本章中的物理量包括相位、振幅、周期以及頻率等。對于一個簡諧系統(tǒng)來說，要能夠重視起兩個簡諧振動的合成問題。機械振動傳播的過程中會產(chǎn)生機械波，機械波包括縱波和橫波，要能夠理解周期、波速、波面等物理量。對于能量部分要能夠理解能流密度和能流，要能夠理解機械波的衍射以及特征干涉。運動方程部分的核心知識點就是機械波以及機械振動，因此需要從運動方程展開討論。

四、物理模塊化教學改革計劃

1.建立理論模塊教學計劃

根據(jù)不同專業(yè)的實際情況不同，選擇不同層次的教學方案。將高職院校中的物理分為三個類型：第一類針對材料和工程專業(yè)，第二類針對電氣自動化專業(yè)，第三類針對化工、生物技術以及數(shù)學等專業(yè)。大學物理的內(nèi)容比較多，包括光學、熱學、電磁學以及力學等，本文主要以力學教學為例。力學教學可以分為基礎模塊和提高模塊，基礎模塊包含了質(zhì)點動力學以及質(zhì)點運動學，提高模塊包括機械波、機械振動、相對論以及剛體等。

第一類針對材料工程科學的課程。此專業(yè)主要是研究材料的組成結構、分析、加工、合成、設計以及性能的專業(yè)，主要目標就是能夠培養(yǎng)出具備分析應用以及理科基礎，并且適應社會主義市場經(jīng)濟的應用型人才。此專業(yè)必有的一門基礎性課程就是大學物理，其能夠培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神以及科學素質(zhì)，讓學生能夠學會分析問題并且解決問題。材料工程專業(yè)的學生，要能夠了解大學物理的基本理論、基本概念以及基本內(nèi)容，并且要學會一些推理能力，能夠使用物理知識來解決一些問題。因此在設置課程的時候，要包括基礎模塊以及提高模塊中的內(nèi)容，并且將力學教學安排在第二學期，同時力學教學要能夠占到物理總課時的三分之一左右。

第二類是面對電子專業(yè)以及自動化專業(yè)來進行課程的設置。電子專業(yè)主要是培養(yǎng)出能夠具有創(chuàng)新能力以及較好的實踐能力的高技術人才。自動化專業(yè)主要是能夠培養(yǎng)出具有自動化相關知識技術的創(chuàng)新能力以及實踐能力都比較好的人才。大學物理中的基本方法、基本理論或者是基本概念都能夠培養(yǎng)學生的素養(yǎng)。設置課程的時候包括基礎模塊和提高模塊中的一部分內(nèi)容，比如機械波、機械振動、剛體以及質(zhì)點等。力學課程一般是在第二學期，并且其占到大學物理總課時的一半左右。

第三類是針對生物技術專業(yè)、數(shù)學專業(yè)以及化學化工專業(yè)。這類專業(yè)開設物理課程的主要目的就是能夠讓學生有較強的物理基礎，并且學會使用辯證唯物主義的方法來對待問題，不斷提高學生的創(chuàng)新精神和探索精神，從而提高學生的科學研究能力?；瘜W化工專業(yè)中，力學部分的學時要能夠占到大學物理總學時的三分之一左右。數(shù)學和生物技術專業(yè)的大學物理總學時都比較少，力學部分的學時雖然能夠占到三分之一，但是僅僅只有10個學時。一般將力學部分安排在第三學期。對于化學化工專業(yè)來說，力學教學主要包括基礎模塊和提高模塊中的部分內(nèi)容，比如機械波、機械振動等。對于數(shù)學和生物技術專業(yè)來說，力學部分只主要學習基礎模塊的知識，就能夠滿足學生的需要。選擇力學教學的基礎模塊以及提高模塊的時候，要根據(jù)轉業(yè)的特點來制定教學內(nèi)容，并且編寫講稿以及教案等。要能夠將每一個模塊都拆分開來，并且將知識點進行劃分，并且確定核心的知識點。根據(jù)教學知識點來制作物理網(wǎng)絡平臺，這樣能夠形成網(wǎng)絡輔助教學。這種網(wǎng)絡化建設是物理模塊化建設中一個比較重要的內(nèi)容。

2.建設實驗模塊化

為了保證大學物理模塊化改革的不斷推進，提高教學的質(zhì)量，保證大學物理有著更高的實用價值，那么就應該在模塊化教學中加入力學實驗。力學實驗包括基礎實驗模塊以及提高實驗模塊?；A實驗模塊有自由落體運動、密度測量、單擺以及長度測量等；提高實驗模塊有聲速測定、弦振動的研究以及碰撞規(guī)律的研究等?；A模塊是各專業(yè)必須完成的，而提高模塊則需要各專業(yè)根據(jù)自己的實際情況進行選擇。

五、實例分析

某高職院校以工程流體力學一章為例，開展物理教學模式的改革。下文將進行具體的分析。

1.模塊化教學設置

工程流體力學的知識點比較多，并且有些枯燥，根據(jù)模塊化教學的方式將其分為七大模塊，并且根據(jù)模塊的實際情況來制定教學方案。靜水力學的教學模式有PPT、CAI、試驗以及習題；連續(xù)性方程的教學模式有板書、習題；能量方程的教學模式有啟發(fā)、板書、CAI以及習題；水頭損失的教學模式有啟發(fā)實驗、習題；管嘴流動的教學模式有啟發(fā)實驗、習題；短管流動的教學模式有啟發(fā)實驗、習題；明渠流動的教學模式有啟發(fā)、模擬應用。這樣將學習任務進行明確，并且將理論知識結合實際生活。

2.課堂教學方法

為了能夠將理論知識結合生活實際，讓學生不僅能夠學會知識還能夠培養(yǎng)應用能力，提高學生學習物理的積極性，提高物理課的趣味性以及專業(yè)性，此高職院校使用了很多教學手段，充分提高了學生的學習熱情，改善了物理課堂的氛圍。首先將模塊分類和實驗、技能作品相結合，整個流程包括下達模塊知識、學習調(diào)查模塊相關知識、綜合生活小實驗或者案例提問、根據(jù)知識點傳授、學生團體成果展示、學生成果評價解疑、模塊總結等。不同的模塊都要有不同的試驗。模塊一中的實驗包括空化機理實驗、紊動機理實驗、靜水力學試驗以及自循環(huán)虹吸原理試驗；模塊二中的實驗有流量檢測和自動控制試驗、自循環(huán)流動顯示、自循環(huán)流譜流線顯示；模塊三中的實驗有靜壓傳遞自動揚水實驗、水擊綜合實驗、能量方程試驗；模塊四中的實驗有局部水頭損失實驗、水面曲線實驗；模塊五中的實驗有孔口語管嘴出流實驗、動量定律實驗；模塊七的實驗有雷諾實驗。

3.教學考核

模塊化教學中，考核的內(nèi)容包括平時考核以及期末考核，兩者分別占相應的比例，平時成績占40%，期末成績占60%。平時成績包括作業(yè)、考勤、提問等情況，期末成績就是期末考試的成績。工程流體力學是一門基礎性的課程，進行考試的時候還應該選擇閉卷考試的形式。考卷中要能夠涉及此專業(yè)的所有知識點，并且要符合教學大綱的要求。

六、結束語

隨著教育改革進程的不斷推進，出現(xiàn)了很多新型的教學方法，其中一個就是模塊化教學。高等院校中的物理課是一門基礎性的理工類課程，其能夠鍛煉學生的辯證唯物主義思想，并且能夠對自然界的一些規(guī)律進行客觀的認識，從而形成自己的價值觀。高職院校相對于本科院校來說，各方面的條件都比較差，因此要想獲得一定的競爭優(yōu)勢，就必須進行教學改革，特別是對物理進行模塊化教學改革。