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摘 要： 本文旨在对传统的大学物理实验的教学进行改革，在课堂中引入“有效导学”教学模式，并归纳提炼出针对有效导学的前期学案和后期教案。利用传感器综合实验进行实践检验，该模式以学生为中心，以教师为主导，有效激发了学生的创造性、积极性和主动性，提升了学生的自主性探究性学习能力，取得了良好的教学效果。
关键词： 有效导学；教学设计；学案；教案
【中图分类号】 G633.8 【文献标识码】 A【文章编号】 2236-1879（2018）12-0266-02
大学物理实验是一门实验基础课，也是一门重要的基础技能训练课程，是高校培养科学人才实践操作能力、综合能力和创新能力不可或缺的重要环节。近年来，随着实验测量技术的不断发展，物理实验在教学内容、方法、模式上都发生了重大变化，逐渐从传统的验证型实验模式转变成考察综合能力和设计能力的创新型实验模式。在新的实验教学模式下，导学法因其能引导学生自主地学习，积极地讨论，主动地探究，已逐渐成为一种普适性的教学模式。本文将结合大学物理实验课堂教学实践和摸索，提出基于“有效导学”法的物理实验教学设计，旨在充分利用好导学法，更好地实现教学目标。
一、有效导学的内涵及作用
布鲁纳认为，“知识的获得是一个主动的过程，学习者不应是信息的被动接受者，而应是知识获取的主动参与者”。“有效导学”是通过在教员指导下完成的实验，更加注重引导和培养学员积极主动的学习态度、举一反三的学习能力和学以致用的学习效果，不管任何层次的实验，学员都是以研究者的姿态来思考实验过程中出现的问题，在获取物理实验基础知识和基础技能的过程中，循序渐进地培育学生的创新意识，提高创新能力。有效导学可以增加学生在时间和空间上学习的弹性，提升课堂上老师教与学生学的效率，学习能力参差不齐的学生都会学有所得，通过让学生不断感受成功，大大提高学习兴趣，学习双方教与学的负担在一定程度上能得到控制。
二、有效导学教学设计
基于“有效导学”的教学设计要分为学案设计和教案设计两部分。现以《传感器综合应用》这一实验为例进行说明。
1.实验简介。
《传感器综合实验》是大学物理实验中的一个综合性必做实验项目，通过完成该实验，要让学员了解常见类型传感器的工作原理和测量方法；掌握用传感器测量相应的物理量的方法。
一般传感器由两部分组成，前端的敏感元件，实现将非电信号转换成电信号；和后端的测量电路，实现电信号的转换、放大、测量等功能。本次传感器实验选择应变片作为敏感元件，应变片是一种将受力转换成电阻的力敏元件，具有结构简单，测量灵敏的特点。后端的测量电路选择的是电桥，学员已经学习并使用过箱式电桥测电阻，但箱式电桥更像是实验中的黑匣子，学员只能使用。除此之外，之前的电桥测电阻采用的是平衡法，本次将采用不平衡电桥的测量方法，这也是为后续的设计性实验做铺垫。
2.学案和教案设计的基本原则。
（1）学案设计。
学案是引导学生学习的方案，其目的是让学生获得知情权，提早知道教员上课要达到的教学目标，从而做好相应的预习。制定学案时要满足以下几个原则：
（a）使学员明确学习目标、教学中的重点难点。
（b）明确内容要求，提炼主干知识点，让学员的预习有方向。
（c）点播授课过程中教学方法应用，让学员听课有目的，更容易快速掌握授课中的重难点内容。
（d）鼓励学员发现预习过程中的问题、对不明白的问题做好标记，课堂内重点解决。
（e）为学员提供课后小结的内容和方向，加深课堂内解决问题的印象。
根据以上原则，将学案框架设计如下：
（2）教案设计。
制定有效导学的教案，要注意策重引导学员注意知识点之间的联系，充分利用学过的知识点，导向下一个知识点。要让学员充分理解导学案上的具体学习目标，并使学员在学习过程中可以自主参与、自主发展。制定教案进要注意以下原则：
（a）整个教学过程尽量是围绕着某一特定的教学任务而展开的。
（b）教学中体现本节课的疑难点，有必要的方法指导，让学员掌握正确的学习方法。
（c）教学流程符合学员的认知规律，有一定的层次和梯度，循序渐进。
（d）设计的问题不看书不行，看书不看详细也不行，光看书不看详细也不行，光看书不思考不行，思考不深不透也不行。
（e）将本节课出现的疑难、遗漏和失误在评价总结中得到弥补和勘正，发现问题，认识差距，取人之长，补己之短。
依据教案设计原则，教案框架如下：
3. 《传感器综合实验》的学案和教案设计。
（1）学案设计。
传感器实验的学习目标设定为通过完成实验，理解用应变式传感器测力的原理；了解传感器测量电路的构成与测量方法；并利用应变式传感器设计并实现电子秤功能。其中的重点是应变片和电桥的工作过程，测量灵敏度的方法。难点为电子秤的设计和实现。
针对这样的目标设定，把学习过程的知识部分按照原理知识和测量方法两部分提炼了主要知识点，例如应变片的层式结构？单臂电桥的组成和测量方法？半桥差动和全桥差动的区别与联系？通过问题引导，使学生体会并总结传感器工作的核心形变到电阻的转换，差动电桥的核心是电阻到电压的转换过程。
学习方法上则策重告知学生实验过程中会使用九孔板搭建电路，第一次使用九孔板，使用的要点在哪里；灵敏度的测量是整个实验的核心，关于灵敏度的物理意义；电子秤的设计要注意转换思想的应用等问题。通过这样的引导，让学员课前对课堂讲授过程有大概的掌握，可以有的放矢的涉取听课过程中要注意的要領问题和方法。
（2）教案设计。 根据大纲要求，通过传感器实验，要让学生了解常见类型传感器的工作原理和测量方法，掌握用传感器测量相应的物理量的方法。因此，整个实验的教学设计将围绕“传感器的使用”这个主线问题展开，利用提问式导学引导学员理解传感器+电桥的设计思想，利用合作式导学、互动式导学解决从灵敏度到电子秤的转换设计过程。
学始于疑、学源于用，新课引入重点解决What和How两个问题，即什么是传感器？传感器是做什么样的工作的器件？通过上述提问，让学生从体会传感器的设计思想，利用传感器的目的是实现什么功能。进一步结合具体的实验内容，围绕用什么，干什么问题解决实验的目标和任务。即传感器实验选择的敏感元件（转换元件）是应变片，实验辅助电路选择了电桥。然后提出利用应变片和电桥共同实现电子秤功能，要怎么实现的问题，引出课程内容的主体，两个探究点，应变片从不能测→可以测的1次转换及电桥从難测→容易测的2次转换。学生在充分体会到转换的目的后，能更容易理解应变片的结构原理，电桥的设计目的等一系列原理问题。
围绕2次转换的核心，仪器设计也针对解决如何利用传感器平台实现1次转换，如何在九孔板上搭建测试用电桥实现2次转换问题展开。这个过程中预估会出现的难点问题是从电路图到九孔板上的实物，学生可能不太容易从传统的连线方法中连接跳脱出来，造成不会连接，以及全桥差动电路中应变片的方向和电路调零问题。本着实践是检验真理的标准，上述问题都采用动手实践发现并解决。
在获得了利用传感器解决问题的知识和方法后，提出本次实验的任务和要求。引导学生在测试完传感的基本性质——灵敏度之后，思考如何利用传感器设计实现电子秤功能，设计的关键点是质量到力的转换、U-m之间的关系。
实验总结以思考题形式布置，即结合“转换”的核心绘制传感器实验解决利用传感器测量非电量的思维导图。
经过实践，应用有效导学后的课堂情况良好，学生的学习兴趣、积极主动性等在一定程度上得到了提高，思考创新能力加强，课堂评价综合得分由以往的良好及格占主要部分向优秀占主要部分转变。
在实验课结束后的一个星期内，要求学生将自己最终填写好的实验报告投到指定的实验报告箱，实验报告内容包括实验原理、数据记录、数据处理结果、总结创新。通过对从实验报告箱中取回的实验报告的批改和分析，可以看出数据抄袭不良现象均明显下降，学员的创新思考方面有新的体现。
本文对有效导学在大学物理实验中的应用进行了研究，属于个案研究，除了物理实验，还可以对不同的专业编制设计不同的方案，从范围和专业上增强有效导学教学模式的研究。
关键词： 有效导学；教学设计；学案；教案
【中图分类号】 G633.8 【文献标识码】 A【文章编号】 2236-1879（2018）12-0266-02
大学物理实验是一门实验基础课，也是一门重要的基础技能训练课程，是高校培养科学人才实践操作能力、综合能力和创新能力不可或缺的重要环节。近年来，随着实验测量技术的不断发展，物理实验在教学内容、方法、模式上都发生了重大变化，逐渐从传统的验证型实验模式转变成考察综合能力和设计能力的创新型实验模式。在新的实验教学模式下，导学法因其能引导学生自主地学习，积极地讨论，主动地探究，已逐渐成为一种普适性的教学模式。本文将结合大学物理实验课堂教学实践和摸索，提出基于“有效导学”法的物理实验教学设计，旨在充分利用好导学法，更好地实现教学目标。
一、有效导学的内涵及作用
布鲁纳认为，“知识的获得是一个主动的过程，学习者不应是信息的被动接受者，而应是知识获取的主动参与者”。“有效导学”是通过在教员指导下完成的实验，更加注重引导和培养学员积极主动的学习态度、举一反三的学习能力和学以致用的学习效果，不管任何层次的实验，学员都是以研究者的姿态来思考实验过程中出现的问题，在获取物理实验基础知识和基础技能的过程中，循序渐进地培育学生的创新意识，提高创新能力。有效导学可以增加学生在时间和空间上学习的弹性，提升课堂上老师教与学生学的效率，学习能力参差不齐的学生都会学有所得，通过让学生不断感受成功，大大提高学习兴趣，学习双方教与学的负担在一定程度上能得到控制。
二、有效导学教学设计
基于“有效导学”的教学设计要分为学案设计和教案设计两部分。现以《传感器综合应用》这一实验为例进行说明。
1.实验简介。
《传感器综合实验》是大学物理实验中的一个综合性必做实验项目，通过完成该实验，要让学员了解常见类型传感器的工作原理和测量方法；掌握用传感器测量相应的物理量的方法。
一般传感器由两部分组成，前端的敏感元件，实现将非电信号转换成电信号；和后端的测量电路，实现电信号的转换、放大、测量等功能。本次传感器实验选择应变片作为敏感元件，应变片是一种将受力转换成电阻的力敏元件，具有结构简单，测量灵敏的特点。后端的测量电路选择的是电桥，学员已经学习并使用过箱式电桥测电阻，但箱式电桥更像是实验中的黑匣子，学员只能使用。除此之外，之前的电桥测电阻采用的是平衡法，本次将采用不平衡电桥的测量方法，这也是为后续的设计性实验做铺垫。
2.学案和教案设计的基本原则。
（1）学案设计。
学案是引导学生学习的方案，其目的是让学生获得知情权，提早知道教员上课要达到的教学目标，从而做好相应的预习。制定学案时要满足以下几个原则：
（a）使学员明确学习目标、教学中的重点难点。
（b）明确内容要求，提炼主干知识点，让学员的预习有方向。
（c）点播授课过程中教学方法应用，让学员听课有目的，更容易快速掌握授课中的重难点内容。
（d）鼓励学员发现预习过程中的问题、对不明白的问题做好标记，课堂内重点解决。
（e）为学员提供课后小结的内容和方向，加深课堂内解决问题的印象。
根据以上原则，将学案框架设计如下：
（2）教案设计。
制定有效导学的教案，要注意策重引导学员注意知识点之间的联系，充分利用学过的知识点，导向下一个知识点。要让学员充分理解导学案上的具体学习目标，并使学员在学习过程中可以自主参与、自主发展。制定教案进要注意以下原则：
（a）整个教学过程尽量是围绕着某一特定的教学任务而展开的。
（b）教学中体现本节课的疑难点，有必要的方法指导，让学员掌握正确的学习方法。
（c）教学流程符合学员的认知规律，有一定的层次和梯度，循序渐进。
（d）设计的问题不看书不行，看书不看详细也不行，光看书不看详细也不行，光看书不思考不行，思考不深不透也不行。
（e）将本节课出现的疑难、遗漏和失误在评价总结中得到弥补和勘正，发现问题，认识差距，取人之长，补己之短。
依据教案设计原则，教案框架如下：
3. 《传感器综合实验》的学案和教案设计。
（1）学案设计。
传感器实验的学习目标设定为通过完成实验，理解用应变式传感器测力的原理；了解传感器测量电路的构成与测量方法；并利用应变式传感器设计并实现电子秤功能。其中的重点是应变片和电桥的工作过程，测量灵敏度的方法。难点为电子秤的设计和实现。
针对这样的目标设定，把学习过程的知识部分按照原理知识和测量方法两部分提炼了主要知识点，例如应变片的层式结构？单臂电桥的组成和测量方法？半桥差动和全桥差动的区别与联系？通过问题引导，使学生体会并总结传感器工作的核心形变到电阻的转换，差动电桥的核心是电阻到电压的转换过程。
学习方法上则策重告知学生实验过程中会使用九孔板搭建电路，第一次使用九孔板，使用的要点在哪里；灵敏度的测量是整个实验的核心，关于灵敏度的物理意义；电子秤的设计要注意转换思想的应用等问题。通过这样的引导，让学员课前对课堂讲授过程有大概的掌握，可以有的放矢的涉取听课过程中要注意的要領问题和方法。
（2）教案设计。 根据大纲要求，通过传感器实验，要让学生了解常见类型传感器的工作原理和测量方法，掌握用传感器测量相应的物理量的方法。因此，整个实验的教学设计将围绕“传感器的使用”这个主线问题展开，利用提问式导学引导学员理解传感器+电桥的设计思想，利用合作式导学、互动式导学解决从灵敏度到电子秤的转换设计过程。
学始于疑、学源于用，新课引入重点解决What和How两个问题，即什么是传感器？传感器是做什么样的工作的器件？通过上述提问，让学生从体会传感器的设计思想，利用传感器的目的是实现什么功能。进一步结合具体的实验内容，围绕用什么，干什么问题解决实验的目标和任务。即传感器实验选择的敏感元件（转换元件）是应变片，实验辅助电路选择了电桥。然后提出利用应变片和电桥共同实现电子秤功能，要怎么实现的问题，引出课程内容的主体，两个探究点，应变片从不能测→可以测的1次转换及电桥从難测→容易测的2次转换。学生在充分体会到转换的目的后，能更容易理解应变片的结构原理，电桥的设计目的等一系列原理问题。
围绕2次转换的核心，仪器设计也针对解决如何利用传感器平台实现1次转换，如何在九孔板上搭建测试用电桥实现2次转换问题展开。这个过程中预估会出现的难点问题是从电路图到九孔板上的实物，学生可能不太容易从传统的连线方法中连接跳脱出来，造成不会连接，以及全桥差动电路中应变片的方向和电路调零问题。本着实践是检验真理的标准，上述问题都采用动手实践发现并解决。
在获得了利用传感器解决问题的知识和方法后，提出本次实验的任务和要求。引导学生在测试完传感的基本性质——灵敏度之后，思考如何利用传感器设计实现电子秤功能，设计的关键点是质量到力的转换、U-m之间的关系。
实验总结以思考题形式布置，即结合“转换”的核心绘制传感器实验解决利用传感器测量非电量的思维导图。
经过实践，应用有效导学后的课堂情况良好，学生的学习兴趣、积极主动性等在一定程度上得到了提高，思考创新能力加强，课堂评价综合得分由以往的良好及格占主要部分向优秀占主要部分转变。
在实验课结束后的一个星期内，要求学生将自己最终填写好的实验报告投到指定的实验报告箱，实验报告内容包括实验原理、数据记录、数据处理结果、总结创新。通过对从实验报告箱中取回的实验报告的批改和分析，可以看出数据抄袭不良现象均明显下降，学员的创新思考方面有新的体现。
本文对有效导学在大学物理实验中的应用进行了研究，属于个案研究，除了物理实验，还可以对不同的专业编制设计不同的方案，从范围和专业上增强有效导学教学模式的研究。