物理专业在学生的职业能力培养中担当着怎样的角色?物理为专业服务,怎样实现服务的目标?众多学者提出了自己的观看和看法。卢瑟福说:“一切科学要么是物理学,要么是集邮术。”海森伯说,物理是“所有人的物理学”。我国光电研究所所长宋菲君说:“能够掌握四大力学的人,只要下功夫,从事什么工作都会有所建树。”北大物理教授赵凯华说:“物理代表着一套获得知识、组织知识和运用知识的有效步骤与方法,把这套方法运用到什么问题上,这个问题就变成物理学。”物理是所有自然科学和工程技术的理论基础,物理是普适性的。
一个技术指的就是一套科学方法。物理是掌握并创新方法的真正智能。物理是智能的结晶,文明的瑰宝,物理给予人观察、发现物质世界的方法,给予人掌握技术、应变生活、创新技术的潜力。
专业技术课程教学生如何做,而物理课程则为技术奠定能力,着眼于科学文化素质和综合职业能力。那么,在电类中职物理课程中,如何才能增强效果,提高效率,实现有效教学, 完成培养学生“智能力量”的重要使命呢?
一、关于物理修养不够、应变能力差的反思
学习何种专业,都是为了使学生有一技在身,能顶岗干实活,但专业技术教学的最终目的绝不是“流水线上的机械手”。专业技术的掌握,如果没有一定的物理修养,就是不能应变的技术。
2003级实施分层教学(普通班、技能班),推崇“面向就业、职业岗位技能至上”的教学目标,学校增开电工考证所必需的理论与实操课程,将实训设施、场地、考试项目与广东省电工证考试中心考试场地布置得一模一样。物理教师首先要通过电工实操培训考证,才能担任技能班“电工考证”的教学。老师们全身心地投入到电工考证的教学中,想尽办法让学生实训操练。经过一个学期艰辛训练29个必考技术项目,在校预考时学生的成绩都很理想。老师和学生都信心十足地参加考试,结果能通过的学生却不到一半。之后,老师们认真地进行了总结分析,发现主要原因就在于学生在考试现场不能应变,考官稍稍变换实际问题,学生就不知如何应对。例如,日光灯电路组装联结,学生在学校操作得非常熟练,但一到现场,考官把灯管由横打竖,许多学生就发起怵来,不知如何是好。再比如,电动力控制电路星形/三角形转换联结,题设“降压启动”转换。尽管学生在校训练地很熟练,但考官一变方式,学生就往往把结线搞错,根本达不到降压启动的目的。可见,技能班不开设物理课,对电路分析中最基础的串并联物理原理的应用关注得少,接线训练时老师只讲结线如何串、如何并火线对点接,缺少对整个电路组成的物理原理分析训练,因此导致大部分学生没有通过该项考试。有了第一次的教训,2004级学生自愿报名参与考证。在训练中,老师们加强了对学生物理原理的应用训练,效果良好,考得好的班级,甚至86%都顺利过关。
另外,学生缺少物理修养的话,掌握FLUKE网络测试操作技术就会不到位,认知光收发器技术时也会出现障碍。
网络测试是网络综合布线工程施工中,网络维护工作人员必须掌握的重要技术之一。教会学生掌握测试的操作原理和方法并不困难,但让学生运用FLUKE网络测试仪进行链路故障查找、链路分析则是一件不容易的事。对链路进行分析并准确查找到故障,FLUKE—DTX—1800网络测试仪能做到,但作为仪表操作者,如果没有完全明了所测各种物理电气参数的概念、原理和规律,就不能根据标准给FLUKE仪器设定现场参数并进行校验。不会设定参数或参数设定只是表面上符合标准,仪器内置数据记忆就会不准确(或本就是错误数据),适配模块(器)跳线择用就不符合要求,测量读数结果肯定与事实不符。如果不明白参数的物理原理,知其然不知其所以然,一知半解,有技没能,只会操作不会动脑借助仪器,既不能应变,不能挖掘拓展所掌握技能的潜力,真正根据实际情况进行网络的验证、认证测试分析,肯定不能完成工程任务。因此,如果学生没有学习光电效应物理,就会对光收发器产生困惑、疑惑:光纤中传输光线,收发器为什么能将光线转换成电信号?认知中出现障碍就会是必然发生的事情。
电工技术、网络综合布线等理论与实操均讲原理,但多是技术上的原理,操作上的原理,对原理的基本物理学分析很少。电类其他专业技术原理,如果同样欠缺物理修养,学生也难以掌握,只会出现“可望不可及”的现象。
诚然,排除学生在掌握专业技术中出现的认知障碍,解决学生在“实操考证、应聘上岗”中出现“在学校会、在岗位上不会”的问题,中职物理就必须想为专业之所想。首先,研究专业技术特点、内容、需要与需求,了解专业技术教学中的困惑,紧贴专业为专业技术准备物理原理;其次,了解、把握学生,采用符合学生实际的教学内容和教学方法,从而走出物理为专业服务的光明大道来。
二、建构有效的课程内容
新修订的《中职物理教学大纲》初稿,在内容结构中强调有重点、有选择,不同学校、不同专业可根据具体情况选择相应或相近类别模块中的全部或部分内容安排。
中职物理要有物理“味”,更应带上浓厚的专业技术“味”。物理课程内容,一方面突出物理与专业技术课程内容的互连/交连特点,精选与专业关联的“必用、够用”的理论知识,在“管用”上下功夫;另一方面,根据专业技术项目,理清技术知能的点、线、面,突出“实用”技能,在“实用”上下功夫。
1.面对面交连结合电类专业技术公共的物理与电工原理
弱电方面,通俗易读的内容,主要安排科学的物理教材章节,将串并联电路、电阻定律、电场与磁场、电磁波等内容与电工基础交连结合。例如,串并联结合电工基础中等效法分析;电阻定律引入电导概念和电阻随温度变化的规律;电场磁场则从元件应用开始,验证性实验用电工实操来替代,电磁波产生与RLC串并联电路。
强电方面,电工基础教材内容结合物理分析方法,突出星/三角电力供电系统联结是我国电力网的基本结连方式(三相三线、三相四线制的应用)。同时,按电工考证理论认知要求,结合电安全技术素养体现出来。物理课程内容把这两方面结合起来,以求实现电学基础知识与电工考证(理论实操内容)一体化。2004年伊始,笔者所在学校的物理课程更名为“物理电工”。
2.点对点互连融通物理原理与电工技能点
(1)对点补差。对于学生学过而没学好的知识点,实际需要即时补上,排除新认知点学习的障碍。例如,正弦量的角频率认知点,对点补线速度、角速度;电场力作功认知点,对点补作功的两个必要因素,电子在电场中运动状态认知点,对点补力分析;电枢转力矩认知点,对点补力矩。
(2)对点切入。电容器切入电场、电感器(电动机)切入磁场(电磁感应)、电工读图与串并联电路分析,正弦量图示法与正弦波形图。专业技术应用点与物理原理点直接链接成知识线条,把应用与理论直接结合于教学之中。
(3)对点统一。名词术语尽可能与电专业工程技术一致;关联的定律、定理分析方法力争与电专业技术实例一致;物理量符号字母表达与专业技术统一。
一个技术用到的物理电工原理通常是多方面的,因此,要注意点对点融通。重点专业技术点要突破教学安排,该补充的一定要补充,不能吝啬有限的课时。定律、定理既关注其普适性,又要注意其技术应用中的独特性。在实际教学内容中,针对重点专业技术点作一些适宜的补充,即直接将补充内容纳入授课设计之中。例如,从2005年开始,笔者针对专业技术点需要,在物理教学内容中增加了“电磁波”、“声波与应用”(涉及网络综合布线技术)等内容.另外,在准备2009级新生入学后的物理课程内容中,又增加了针对电子制造业岗位能力要求的静电防护ESD等内容。
三、实施有效的教学过程
课程内容紧贴专业,应对学生需要,教学过程则更应注意贴近学生心理,排除学生心理痼疾,激励性地增强学生信心,增强实用性,让学生不再做无用功。
1.了解学生,了解专业
中职物理课程的教授对象是刚刚中学毕业来求取职业能力的学生。学生一般都对物理理论学习,在心理上有“畏惧、厌恶”的痼疾。他们视物理为“苦药”,内心深处是不愿再碰物理理论的。实际上,他们不仅仅只是讨厌物理课,也讨厌其他文化基础课,不会列等式、不会解方程、不会级数和单位换算,基本运算法也不熟练。学生怕学物理,根源是什么?怕什么?学生文化底子薄、素质不好,薄弱在哪里?不好有哪些? 对于“苦药”的煎熬,输入者应十分清楚。这样,教师才能在自己的物理课程中充分做准备,才能在教学中,对于教学内容做到有的放矢。
所以,教师要理解学生,抱着极大的爱心去专注学生需要抚慰的“心灵”,一切为学生着想,千方百计帮学生,了解他们报读专业的性质以及专业技术能力的特点。另外,向相关专业老师请教,熟悉学生所学专业技术的广度、深度以及难度。
2.上好第一课
每一届新生来校,如何让他们重新燃起对于物理学习的热情,物理第一课就显得尤其重要。物理第一课必须让学生感觉与中学的物理课不一样,应该给学生良好的第一形象,清除学生在中学物理学习过程中因遭遇困境罩在心灵上的阴霾,帮助学生放下包袱、焕发自信心。物理第一课,绝不能老调重弹“学习目的、意义、方法,应该求异创新地用学生身边引人入胜的大自然物理现象、真人实事来上课,给学生以新的感觉。
(1)让学生知道自己的物理知识并不是“一穷二白”。从学生身边的物理现象入手,列出以下现象:洗衣机甩干原理;人乘车的感觉;夏天冰棒周围的“白气”,冬天口中呼出的“白气”,烧开水冒出来的“白气”;水泥铺路要有缝隙,大铁桥的一段要建在滚轴上;人为什么不可以靠近高压电线,小鸟则可以站在高压电线上;地面光滑人容易摔倒,下楼比上楼轻松;雷电时先看到闪电后听到雷声;坐在电视前看春晚节目,比现场观众听清声音等等。将生活中常见的物理现象总结出来并打印,在课前发给学生准备。尽管学生的物理基础不是很好,但在第一课的课堂上对这些现象做出解释,还是可以做到的。
(2)让学生明确,掌握物理是人生的生理需求。结合现实中生活、生产技术离不开物理原理的事例,从电的发明到电灯、电视、电脑、网络,从人的衣食住行——人走路、喝水吃饭、读书学习、脑力劳动和体力劳动。甚至是地上跑、天上飞的,以及宇宙星空与天体都是物理研究的范畴。
(3)让学生爱好物理小制作。让学生回顾初中物理课本中的自制小电铃,演示电磁现象,鼓励学生进行物理小制作。例如,用针筒、眼药水瓶制作潜水艇,演示沉浮原理;用自制土电话演示声波在固体中传播的现象;用吸壁挂钩改装马德堡半球演示大气压的威力等等,使教学变静为动,变抽象为具体,变枯燥乏味为形象生动。
(4)让学生会讲物理学家的故事。例如,意大利物理学家伽利略,从小勤学好动,爱好实验,对每一个事物都要自己仔细推敲。教师可以在课堂上讲述伽利略一次在教堂做礼拜时,从吊灯的摆动现象,发现单摆振动的等时性。荷兰物理学家惠更斯利用《等时原理》制成世界上第一个摆钟,进一步发展成为实用的计时工具——时钟。丹麦的物理学家奥斯特在一次演示实验中观察到通电导体旁边的小磁针摆动现象,发现电可以产生磁,把电、磁现象联系起来,从而震动了当时的物理界。英国的物理学家法拉第受到这个现象的启发,并逆向思维,提出问题:电可以生磁,磁能否生电?经过长达十年的反复试验,终于找到利用磁场产生电流的方法,得出著名的《电磁感应定律》,从此世界上诞生了第一台发电机,大大推动了社会生产力的发展。
通过物理学家的故事,如瓦特的故事、居里及夫人的故事、大发明家爱迪生的故事、爱因斯坦的故事等等,告诫学生,善于观察自然现象是学好物理的前提。任何物理定理、定律都不是凭空的臆想,是人从自己日常生活、生产中观察身边细小事物现象中摸索、探研的结果。只要学会观察事物,分析事物的内在本质,就能够把握事物发展的客观规律性。观大海,知大海的澎湃,观星空,才知北斗,物理知识的学习就在于此。
3.不让学生“云中接伞”,不做无用功
每一课时的教学内容均建立在学生已有的知识基础上。学生基础不好,就必须即时补充,不能贪一时的课程进度。若说学生怕学物理,怕什么?学生怕的就是听“天书”。
职业学校学生大多数学功底薄,中职数学课与物理又是同步进行。因此,教师不能依靠数学课解燃眉之急。在物理课的教学过程中,遇到学生的薄弱缓解,就要及时补充。例如,学生不会同底数的幂,就要补充关于幂的知识;学生对中学物理概念规律不明确,教师就要回到初中物理开始讲解。总之,绝不做脱离学生实际能力,力争每一课堂教学都能让学生有所收获。对于正弦交流电分析正弦量,先补充正弦三角函数的知识,直接利用直角三角形分析正弦交流电发电机,磁通量变化率与三角正弦关系,帮助学生建立交流电中电动势、电压、电流正弦量概念。库仑定律,初中只研究了电荷间同种排斥、异种相吸的作用规律,则从力的三要素,即“力大小、力作用点、力方向”出发,运用初中力的图示来分析理解库仑定律。
4.旁征博引技术事例
课堂教学,要尽量旁征博引技术应用事例,特别是学生的事例。例如,电容器、电阻、电感等元器件特性和原理,结合电子制作课,学生电子制作计时器、稳压电源的事例;基本电路的分析方法(等效法分析电路),结合学生烧制电路板的事例;电磁继电原理,讲磁感应、电感应、热感应、光感应等传感原理,结合学生电工考证电力拖动控制实操事例;电磁波及应用,语音数据传输物理原理及波形图读图,计算机硬件设备、移动通信设备维护维修,运用示波器、频谱仪作事例;在物理中补充综合布线——信息高速传输实现智能建筑技术中必要的物理原理,结合网络综合布线技术工程实训事例;专业授课中随机穿插物理原理。
中职物理教师,在担任物理课教学的同时,均须深入担任1～2个专业技术课程教学,自然而然地会将物理原理深入应用在专业之中。针对不同的专业技术点,为了突出重点、突破难点,有时严守“由表及里、先易后难、由浅入深、循序渐进”的认知规律顺叙教学,有时则可能是从难就简,从复杂到一般倒叙,利用倒叙给学生制造“悬念”,给学生一定的思维空间,激发学生的学习热情。物理原理可在专业学习前准备,也可在专业学习时或学习后提供给学生。总之,物理课程面上的教学,应在学校设置的学时内完成,在专业授课中根据实际技术点仍需要继续,结合技术点的前后穿插引伸到物理原理,使学生掌握技术,更深入更透彻更到位。笔者在《网络综合布线工程与技术》专业课教学前,即时增加了“声波与应用”的内容,排除学生在网络建构标准等级以及测试中碰到的认知障碍,讲光纤补光全反射、讲光收发器就补“光电效应”。
电类中职物理课程,只要踏踏实实地紧紧贴住专业,围绕专业,将电专业基础课内容与物理交互建构后实施教学,突显精干、紧凑、有效的优势,课程效益就能较好地实现。