基于i-PDCA質(zhì)量循環(huán)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究*

劉正奇 柳 葉 唐 倩

(江西師范大學(xué)物理與通信電子學(xué)院 江西 南昌 330022)

近年來國家對科技創(chuàng)新的重視，擴(kuò)大了對創(chuàng)新型人才的需求. 在推進(jìn)教育與科技的融合和鼓勵學(xué)生積極思考敢于創(chuàng)新的前提下[1,2]，要求高校通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力. 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)作為各大高校理工科類學(xué)生的一門必修課程，正是推動當(dāng)代大學(xué)生創(chuàng)新技能培養(yǎng)的重要課程體系，該課程體系也獲得了國內(nèi)學(xué)者的廣泛關(guān)注和研究[3～5]. 該課程將所學(xué)理論知識與實(shí)驗(yàn)操作相結(jié)合，具有理論性、操作性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性相融合的四位一體的特征[4,6]. 此外，理論源于實(shí)踐，實(shí)踐可以深入研究理論的知識結(jié)構(gòu)，通過大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程可以進(jìn)一步深化當(dāng)代理工科大學(xué)生對普通物理定理定律的認(rèn)識和理解；這些也進(jìn)一步證實(shí)了實(shí)驗(yàn)過程的重要性[3]. 開展大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程有望成為幫助學(xué)生學(xué)會獨(dú)立思考和自主解決問題的重要環(huán)節(jié)，采用知行合一的教學(xué)方式更是培養(yǎng)和提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?chuàng)新思維的重要途徑. 但在現(xiàn)有教學(xué)模式下開展大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程，學(xué)生思考問題及解決問題的能力并沒有得到顯著地提高，為進(jìn)一步促進(jìn)實(shí)驗(yàn)課程對大學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?chuàng)新思維的培養(yǎng)，我們提出了應(yīng)用i-PDCA質(zhì)量循環(huán)方法對當(dāng)下教學(xué)模式進(jìn)行改革的研究設(shè)想和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn).

1 傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的弊端

1.1 學(xué)生的主觀能動性過低

學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課程上的主觀性和積極性太低，極大地限制了學(xué)生自身實(shí)驗(yàn)技能和創(chuàng)新能力的發(fā)展. 學(xué)生在態(tài)度上并未引起高度重視，學(xué)習(xí)動機(jī)不夠強(qiáng)，未積極主動地去了解實(shí)驗(yàn)、思考實(shí)驗(yàn)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程處于教師不講就不學(xué)的“被動狀態(tài)”，因而導(dǎo)致大部分學(xué)生不愛思考，自身不注重實(shí)驗(yàn)過程中創(chuàng)新能力的培養(yǎng).

1.2 教師教學(xué)側(cè)重點(diǎn)有偏差

目前高校實(shí)驗(yàn)教師往往以帶領(lǐng)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)操作，督促學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主要教學(xué)任務(wù). 教師對實(shí)驗(yàn)原理及內(nèi)容的講述是學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)知識的主要來源，一旦學(xué)生脫離了教師填鴨式教學(xué)模式[4]，學(xué)生便不會積極主動地去了解相關(guān)知識，也不會對存在的問題進(jìn)行探索. 因此，現(xiàn)行教學(xué)方式中教師未能正確引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、思考問題和積極主動解決問題，忽略了對學(xué)生思維的啟發(fā)和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，使實(shí)驗(yàn)課程過于形式化，導(dǎo)致學(xué)生缺乏創(chuàng)新精神.

1.3 實(shí)驗(yàn)考核方式有待優(yōu)化

當(dāng)前高校教師對大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的考核方式主要采用的模式是三部分相結(jié)合的形式，即實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告這三大部分. 針對預(yù)習(xí)部分，教師根據(jù)學(xué)生書寫內(nèi)容的多少、整潔程度、內(nèi)容翔實(shí)程度等加以評定，不夠系統(tǒng)客觀；實(shí)驗(yàn)操作部分主要依據(jù)所測實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的完整性、準(zhǔn)確性為主要考核標(biāo)準(zhǔn)；對實(shí)驗(yàn)報(bào)告的內(nèi)容要求不嚴(yán)謹(jǐn)，主要依據(jù)學(xué)生是否完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的各項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行打分，并未對學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的質(zhì)量進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)督.因此，當(dāng)前較為普遍存在的實(shí)驗(yàn)考核方式中教師對實(shí)驗(yàn)過程未能進(jìn)行嚴(yán)格把控，學(xué)生容易產(chǎn)生投機(jī)取巧的想法，不利于學(xué)生開放性思維和創(chuàng)造力的培養(yǎng).

2 i-PDCA質(zhì)量循環(huán)教學(xué)改革的特點(diǎn)

PDCA循環(huán)法是由出生于美國而成名于日本的耶魯大學(xué)博士、質(zhì)量管理專家愛德華茲·戴明(Edwards Deming)于20世紀(jì)50年代提出的，又稱為戴明循環(huán)或戴明環(huán). PDCA的實(shí)質(zhì)是指在管理活動中，為提高管理質(zhì)量和管理效益，所進(jìn)行的計(jì)劃(Plan)、實(shí)施(Do)、檢查(Check)、總結(jié)(Action)4個(gè)階段性工作的循環(huán)過程[7～9]. i-PDCA循環(huán)是在原有質(zhì)量循環(huán)的基礎(chǔ)上，增加自發(fā)性(initiative)因素的循環(huán)過程. i-PDCA質(zhì)量循環(huán)由自主(Initiative)地制定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃(Plan)、自主完成實(shí)驗(yàn)操作(Do)、自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢查(Check)和自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)總結(jié)(Action)4個(gè)步驟形成一個(gè)循環(huán),如圖1所示.

圖1 圍繞自主探索為中心的“1+4”i-PDCA教學(xué)模式

在整個(gè)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)過程中，通過一系列的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，系統(tǒng)運(yùn)用整個(gè)循環(huán)過程的4個(gè)階段,如圖2所示，不斷提升大學(xué)生的實(shí)踐技能、科學(xué)思維和創(chuàng)新能力.i-PDCA各個(gè)環(huán)節(jié)均以學(xué)生為主體[10～13]、教師為輔助的模式進(jìn)行教學(xué)，形成學(xué)生獨(dú)立完成與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的“1+4”教學(xué)培養(yǎng)新模式.

圖2 基于i-PDCA質(zhì)量循環(huán)過程進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)踐培養(yǎng)路線圖

通過應(yīng)用i-PDCA質(zhì)量循環(huán)教學(xué)模式，促使學(xué)生在掌握相關(guān)理論知識的前提下，自發(fā)地對物理現(xiàn)象進(jìn)行探索，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié)，培養(yǎng)學(xué)生自主完成實(shí)驗(yàn)操作的能力，從而提高實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)質(zhì)量. 根據(jù)傳統(tǒng)教學(xué)模式，縱觀整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程所存在的問題，強(qiáng)調(diào)將學(xué)生作為主要改革對象，課程指導(dǎo)教師作為核心參與角色，通過重視對學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)，激勵學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)加強(qiáng)對理論知識的理解，提高學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課程的興趣.

i-PDCA質(zhì)量循環(huán)模式下的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式相比較，i-PDCA質(zhì)量循環(huán)教學(xué)方法具有以下特征.

2.1 重視自主性

i-PDCA質(zhì)量循環(huán)法包括自主制定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃(Plan)、自主性完成實(shí)驗(yàn)步驟(Do)、自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢查(Check)、自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)總結(jié)(Action)4個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)都需要學(xué)生獨(dú)立查詢相關(guān)資料、自主獨(dú)立完成課前調(diào)研，打破了以往“老師不教，學(xué)生不學(xué)”的教學(xué)弊端，增強(qiáng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的意識，將學(xué)生從被動式完成學(xué)習(xí)任務(wù)轉(zhuǎn)化成主動探索和解決實(shí)際問題[14～19]，提高學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性.

2.2 側(cè)重實(shí)驗(yàn)過程

i-PDCA質(zhì)量循環(huán)是圍繞學(xué)生 “重理論，輕實(shí)驗(yàn)”展開的一系列改革. 實(shí)驗(yàn)之前學(xué)生要做好充分的預(yù)習(xí)準(zhǔn)備，制定出在有效時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)操作的方案，以此提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)效率. 教師對學(xué)生進(jìn)行相關(guān)指導(dǎo)，以啟發(fā)式教學(xué)[20]代替原有的填鴨式授課模式. 為提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，要求學(xué)生結(jié)束實(shí)驗(yàn)操作之后對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢查，明確具體實(shí)驗(yàn)過程是否按照所制定方案進(jìn)行實(shí)施，并對課前的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行反饋和完善.

2.3 強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)過程的循環(huán)性

i-PDCA質(zhì)量循環(huán)過程針對上一個(gè)實(shí)驗(yàn)過程存在的問題進(jìn)行正反饋，并總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用所獲得知識與經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行下一個(gè)i-PDCA質(zhì)量循環(huán)，通過對實(shí)驗(yàn)中存在的問題進(jìn)行反復(fù)探索和思考，進(jìn)而達(dá)到學(xué)生期望的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 通過實(shí)驗(yàn)解決問題的過程有利于提高學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決問題的能力，使學(xué)生的發(fā)散性思維能夠得到較高效率的鍛煉. 每完成一個(gè)i-PDCA循環(huán)，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰M(jìn)入一個(gè)更高的層次. 學(xué)生在每個(gè)循環(huán)中的自我創(chuàng)新意識也會得到提升.在不斷地循環(huán)和積累中，學(xué)生的自我創(chuàng)新意識、自我管理能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ玫竭M(jìn)一步的提高.

2.4 符合社會對新型人才的需求

黨的十九大報(bào)告及政府工作報(bào)告明確提出要把中國建設(shè)成為創(chuàng)新型國家，為實(shí)現(xiàn)科技強(qiáng)國的目標(biāo)而努力奮斗.一切創(chuàng)新成果的發(fā)明來源于當(dāng)今有創(chuàng)新思維和具備過硬實(shí)驗(yàn)技能的人才，因而人才培養(yǎng)決定了國家科學(xué)技術(shù)的發(fā)展. 社會鼓勵高校對創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，而i-PDCA質(zhì)量循環(huán)方法彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中以教師為主導(dǎo)的不足，通過采用以學(xué)生為主、教師為輔的模式，運(yùn)用“1+4”i-PDCA教學(xué)新模式讓學(xué)生各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)技能在實(shí)驗(yàn)過程中得到提高，為創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)創(chuàng)造更大的空間.

3 建設(shè)i-PDCA質(zhì)量循環(huán)實(shí)驗(yàn)課堂

應(yīng)用“1+4”i-PDCA質(zhì)量循環(huán)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法將質(zhì)量循環(huán)理念引入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，在結(jié)合課堂實(shí)驗(yàn)前指導(dǎo)教師對實(shí)驗(yàn)原理及其基本操作進(jìn)行系統(tǒng)分析后，引出一系列值得注意的核心問題，進(jìn)而推動學(xué)生立足自主實(shí)踐進(jìn)行實(shí)驗(yàn).秉持教師輔導(dǎo)為輔、學(xué)生自主探索為主的理念，其具體設(shè)計(jì)過程如下.

3.1 自主制定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃(Plan)

在正式開始進(jìn)行具體實(shí)驗(yàn)操作之前，學(xué)生要制定好完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程的方案. 在此階段，學(xué)生應(yīng)通過書本預(yù)習(xí)或查詢資料等途徑明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)操作內(nèi)容；明確應(yīng)按照怎樣的流程來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在某個(gè)問題上有自己的獨(dú)特見解和創(chuàng)新想法，在預(yù)習(xí)過程中做好記錄，為實(shí)驗(yàn)做足充分準(zhǔn)備. 針對實(shí)驗(yàn)的核心問題，要細(xì)致理解指導(dǎo)教師課堂的講解及分析，完善實(shí)驗(yàn)計(jì)劃.

3.2 自主完成實(shí)驗(yàn)操作(Do)

在實(shí)驗(yàn)操作過程對實(shí)驗(yàn)計(jì)劃中所遇到的問題加以思考和驗(yàn)證. 教師在一旁起指導(dǎo)作用，無需再向?qū)W生講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及進(jìn)行具體實(shí)驗(yàn)操作演示，以引導(dǎo)的模式來輔助學(xué)生獨(dú)立自主地完成實(shí)驗(yàn)操作. 在實(shí)驗(yàn)操作過程中學(xué)生按照自主制定的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，教師以問題導(dǎo)向的方式代替以往的填鴨式教學(xué)，能夠促進(jìn)對學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)和實(shí)驗(yàn)技能的提高.

3.3 自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢查(Check)

學(xué)生主動將實(shí)驗(yàn)具體操作情況與實(shí)驗(yàn)計(jì)劃進(jìn)行比較，檢查是否有按計(jì)劃完成實(shí)驗(yàn)，查找其中存在不足的地方，理清楚與實(shí)驗(yàn)計(jì)劃相比所存在的偏差，對實(shí)驗(yàn)過程中存在的問題進(jìn)行整理和思考，自主地通過查找各種資料及相關(guān)書籍進(jìn)行深入探討，針對短時(shí)間里難以解決的問題，可以通過與指導(dǎo)教師進(jìn)行探討獲得建議，進(jìn)而解決自己在此過程中所產(chǎn)生的疑惑. 通過檢查實(shí)驗(yàn)中所存在的問題，可以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、思考問題和解決問題的能力.

3.4 自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)總結(jié)(Action)

為了讓學(xué)生從每一次實(shí)驗(yàn)中學(xué)到知識和獲得經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生應(yīng)對實(shí)驗(yàn)計(jì)劃部分(Plan)所獲得的可取經(jīng)驗(yàn)和不足之處、實(shí)驗(yàn)過程中存在的問題及解決方法和檢查環(huán)節(jié)(Check)中的注意事項(xiàng)進(jìn)行總結(jié)，此過程利于學(xué)生下次遇到類似問題時(shí)借以參考，豐富學(xué)生的知識層面，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，促進(jìn)學(xué)生總結(jié)歸納能力和創(chuàng)新技能的提高.

由上可知，將i-PDCA質(zhì)量循環(huán)應(yīng)用于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)，以教師教學(xué)為輔而學(xué)生自主實(shí)踐為主的模式，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程由自主制定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃、自主完成實(shí)驗(yàn)操作、自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢查和自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)總結(jié)4個(gè)環(huán)節(jié)組成并循環(huán). 以培養(yǎng)學(xué)生的自主性探索為前提，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性；教師根據(jù)學(xué)生各環(huán)節(jié)完成情況進(jìn)行系統(tǒng)、客觀的評價(jià)及考核[11]，使學(xué)生的各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)技能得到一定的培養(yǎng).

4 應(yīng)用i-PDCA質(zhì)量循環(huán)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)展示

將i-PDCA質(zhì)量循環(huán)引入實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)，通過指導(dǎo)學(xué)生在遇到實(shí)際問題學(xué)會通過查閱文獻(xiàn)資料進(jìn)行深入探討，促進(jìn)了對大學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，幫助提高學(xué)生處理問題的積極性和獨(dú)立性. 同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)探究過程中使學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力得到鍛煉，為學(xué)生在今后申報(bào)項(xiàng)目、專利和參加各類科技創(chuàng)新競賽活動打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，有利于學(xué)生今后的研究工作能力的培養(yǎng).通過激發(fā)學(xué)生開放學(xué)習(xí)思維，加強(qiáng)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的重視程度，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以此提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量[21].

以某師范大學(xué)為例，應(yīng)用i-PDCA質(zhì)量循環(huán)方法進(jìn)行大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式改革，將改革前后具體情況做出對比分析，如表1所示.

表1 不同教學(xué)模式下實(shí)驗(yàn)課程的對比

通過采用改革后的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)模式，讓學(xué)生獲得了更多自主設(shè)計(jì)和思考的機(jī)會，形成自主動手與實(shí)踐分析的循環(huán)，最終獲得高效的實(shí)踐創(chuàng)新與思維鍛煉的教學(xué)效果，形成了高水平的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維.

5 結(jié)論

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，社會對創(chuàng)新型人才的需求量越來越大，當(dāng)代高校教師肩負(fù)著學(xué)生創(chuàng)新技能培養(yǎng)的重大責(zé)任. 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程以培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)、創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)為主要目的，同時(shí)使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的發(fā)散思維、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力得到提高，為學(xué)生未來職業(yè)發(fā)展和科學(xué)研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ). 通過將i-PDCA質(zhì)量循環(huán)應(yīng)用于相應(yīng)的教學(xué)過程，將學(xué)生從被動式學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為主動式學(xué)習(xí)，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和積極性，實(shí)現(xiàn)了對學(xué)生創(chuàng)造性思維的啟發(fā)，進(jìn)而逐步完成培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的目標(biāo).