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大學(xué)物理自適應(yīng)生態(tài)教學(xué)研究論文
20xx年6月23日教育部召開卓越工程師教育培養(yǎng)計劃啟動大會,批準了61所高等學(xué)校實施卓越工程師教育培養(yǎng)計劃。2011年3月14日通過的《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》指出：擴大應(yīng)用型、復(fù)合型、技能型人才培養(yǎng)規(guī)模,突出培養(yǎng)造就創(chuàng)新型科技人才。2014年為推進高等農(nóng)林教育綜合改革,教育部、農(nóng)業(yè)部、國家林業(yè)局首次共同組織實施包括拔尖創(chuàng)新型、復(fù)合應(yīng)用型、實用技能型三類人才培養(yǎng)模式改革，推出了“卓越農(nóng)林人才教育培養(yǎng)計劃”。
隨著社會對人才需求的變化,高等院校改革不同專業(yè)人才的培養(yǎng)計劃，對課程結(jié)構(gòu)和學(xué)時學(xué)分進行了不同程度的調(diào)整,有些學(xué)校出現(xiàn)了為保證自身專業(yè)課而減少公共基礎(chǔ)課學(xué)時的情況。由于一些院校大學(xué)物理教育仍然釆用傳統(tǒng)的教學(xué)模式,教學(xué)內(nèi)容與專業(yè)未能緊密結(jié)合,許多學(xué)生認為“大學(xué)物理難學(xué)無用”因而導(dǎo)致大學(xué)物理課學(xué)時被大幅削減。面對當前形勢在現(xiàn)有條件下如何深化大學(xué)物理教學(xué)改革，推進卓越農(nóng)林人才的教育培養(yǎng)，是現(xiàn)實而又緊迫的重要問題。
大學(xué)物理的自適應(yīng)生態(tài)教學(xué)研究就是在新形勢下深化大學(xué)物理教學(xué)改革,將導(dǎo)師制下教師的生態(tài)教育與學(xué)生的自適應(yīng)學(xué)習(xí)相結(jié)合,推進卓越農(nóng)林人才的教育培養(yǎng)
一、導(dǎo)師制下的生態(tài)教學(xué)生態(tài)
生物在一定的自然環(huán)境下生存和發(fā)展的狀態(tài),也指生物的生理特性和生活習(xí)性。生態(tài)教學(xué)就是“把教學(xué)看作個整體,用生態(tài)的眼光來審視課堂教學(xué),在課堂教學(xué)情景中堅持以學(xué)生為中心和主體，滿足人對精神、情感、交往的需要，調(diào)動學(xué)生的積極性,培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和突出自主學(xué)習(xí)，使師生產(chǎn)生互相激發(fā)、共同參與、質(zhì)疑探究、和諧發(fā)展的教學(xué)活動。
卓越人才教育培養(yǎng)背景下的生態(tài)教學(xué)需要在教學(xué)中注意學(xué)生的個性特點,根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)知識結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)能力，量身定制教學(xué)計劃，因材施教,動態(tài)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、方法和手段。由于卓越人才的規(guī)模通常不可能很大(班級人數(shù)不可能太多)，被培養(yǎng)者將更有機會獲得特別的教育方式、占有特殊的教育資源和享有不同的教育待遇，因而在卓越人才教育培養(yǎng)背景下更有利于開展生態(tài)教學(xué)。卓越人才教育培養(yǎng)需要精選師資隊伍以優(yōu)秀的博導(dǎo)、碩導(dǎo)負責(zé)制下實現(xiàn)_對_甚至多對一的針對性指導(dǎo),實行仿照本碩博連讀形式的長期性跟蹤教育而不僅僅局限于大學(xué)本科教育。因此,對卓越農(nóng)林人才采用導(dǎo)師制下的大學(xué)物理生態(tài)教學(xué)，不能急功近利竭澤而漁，需要精選物理師資力量或教學(xué)團隊配合導(dǎo)師進行長期性跟蹤指導(dǎo),根據(jù)卓越農(nóng)林人才的班級甚至是個人的專業(yè)特點量身定制物理教學(xué)計劃,采用生動的教學(xué)形式、現(xiàn)代的教學(xué)方法手段、與生產(chǎn)生活實踐活動密切相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容,而且相應(yīng)的計劃內(nèi)容和方法手段等還可隨著科學(xué)技術(shù)的最新發(fā)展和物理前沿的研究狀況進行動態(tài)調(diào)整。
(一)教學(xué)計劃與內(nèi)容的適應(yīng)性調(diào)整
根據(jù)《“十二五”規(guī)劃綱要》精神，推進高校物理教育大眾化進程，努力開展文科物理和社會學(xué)習(xí)，“農(nóng)科物理中大學(xué)生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)”構(gòu)建了三階式小型化階梯課程體系。為適應(yīng)卓越人才教育培養(yǎng)需要,在課時削減的形勢下必須做相應(yīng)的調(diào)整。
文科物理和社會學(xué)習(xí)等修1個學(xué)分學(xué)習(xí)第一階課程,共16學(xué)時1個學(xué)分(理論課8學(xué)時，實驗課8學(xué)時)。文科物理和社會學(xué)習(xí)等應(yīng)簡單掌握物理理論突出實踐應(yīng)用，以開設(shè)與生產(chǎn)生活密切相關(guān)的物理實驗為主。例如，萬用表和示波器的簡單原理及使用，電冰箱等家用電器的工作原理與注意事項。
理科(農(nóng)科)物理等修2個學(xué)分學(xué)完第二階課程,共48學(xué)時3個學(xué)分(可分為理論課24學(xué)時1.5個學(xué)分,實驗課24學(xué)時1.5個學(xué)分)。在農(nóng)科物理教學(xué)中，針對動科動醫(yī)等專業(yè)多講一些血液血漿的粘滯系數(shù)作為疾病診斷參數(shù)的問題、氣體栓塞影響血液流動的原因等,針對農(nóng)學(xué)林學(xué)等專業(yè)多講一些毛細現(xiàn)象對植物生長的作用、光譜分析對稻谷水果的無損檢測等,這樣在一定程度上能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，糾正學(xué)生們的錯誤觀念。實驗方面,選擇性地開設(shè)長度測量、液體粘滯系數(shù)的測定、液體表面張力系數(shù)的測定、旋光儀測旋光性溶液的濃度、萬用電表的使用、電子示波器原理與應(yīng)用、分光計的調(diào)節(jié)使用、光電效應(yīng)及普朗克常數(shù)測量等。
工科物理等修6個學(xué)分學(xué)完第三階課程，共96學(xué)時6個學(xué)分(理論課64學(xué)時4個學(xué)分，實驗課32學(xué)時2個學(xué)分)。理論課方面，注重理論推導(dǎo)能力的培養(yǎng),突出理工科各專業(yè)的特色，了解掌握近現(xiàn)代物理中的創(chuàng)新思維和先進技術(shù)。實驗課方面,選擇性地開設(shè)長度測量、剛體轉(zhuǎn)動慣量的測量、分光計的調(diào)節(jié)與使用、用牛頓環(huán)測量凸透鏡的曲率半徑、液體粘滯系數(shù)的測定、液體表面張力系數(shù)的測定、萬用電表的使用、電子束實驗、電子示波器原理與應(yīng)用、旋光儀測旋光性溶液的濃度、霍爾效應(yīng)及霍爾系數(shù)的測定、光電效應(yīng)及普朗克常數(shù)測量、模擬法測繪靜電場等。
大學(xué)物理實驗不能因為學(xué)時的削減而簡單地減少實驗次數(shù),而應(yīng)該在保證基本教學(xué)內(nèi)容的前提下采取以下方式改革：(1)進行相關(guān)實驗的合并。例如，液體粘滯系數(shù)的測定與液體表面張力系數(shù)的測定可合并成一次實驗,長度測量可與旋光儀測旋光溶液濃度合并，電子束實驗可與電子示波器原理及應(yīng)用實驗合并等。(2)開設(shè)模擬仿真實驗和輔修選修實驗。將那些并非卓越人才專業(yè)培養(yǎng)必需掌握的不易實現(xiàn)的物理實驗或比較抽象的物理概念,利用計算機進行三維動畫模擬,設(shè)計成模擬仿真實驗,變抽象為形象，幫助學(xué)生建立正確合理的物理表象，學(xué)生能更好的在頭腦中形成認知結(jié)構(gòu);鑒于生源基礎(chǔ)知識結(jié)構(gòu)的差異,有些地方中學(xué)物理實驗開設(shè)不多甚至根本未能開設(shè),要對這些實驗涉及的部分基礎(chǔ)實驗開設(shè)輔修選修課。
(二)以實驗為重心的模塊化教學(xué)
現(xiàn)代的大學(xué)物理教育必須樹立新型的教學(xué)觀念，需要突破狹隘的課堂教學(xué)范疇，實施可以發(fā)揮個性創(chuàng)新和開展換位思考多維拓展的廣義教學(xué)。導(dǎo)師制下的大學(xué)物理生態(tài)教學(xué)是在卓越人才教育培養(yǎng)背景下注重發(fā)揮個性創(chuàng)新和開展換位思考多維拓展的廣義教學(xué)的發(fā)展和延伸，提倡以實驗為重心開展模塊化教學(xué)。
為在學(xué)時削減的形勢下更好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)大學(xué)物理的興趣，自適應(yīng)生態(tài)教學(xué)以農(nóng)科物理教育為例提出了以實驗為重心的多媒體模塊化教學(xué)思想。
首先,本科院校的大學(xué)物理教研室對本校非物理專業(yè)的各專業(yè)進行調(diào)研綜合,精選出與各專業(yè)相關(guān)較高的實驗,大部分實驗從以前的驗證性實驗改進為探索性實驗,并且盡量使物理實驗和學(xué)生所學(xué)的專業(yè)聯(lián)系起來,使學(xué)生認識到物理的重要性,從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的主動性。將這些實驗以力、熱、光、電等或更細地劃分成相應(yīng)的模塊。
其次,根據(jù)劃分的模塊，收集整理相應(yīng)的理論知識,以4或8學(xué)時為單位打造成講座單元,并可由不同教師負責(zé)不同單元的授課講解。對于各個講座單元的教學(xué)具體實施采用以下三步：(1)以實驗室為教學(xué)場所,利用2個學(xué)時左右，讓學(xué)生自行展開包括總體設(shè)計、基本理論以及該實驗在專業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用問題在內(nèi)的實驗教學(xué)。(2)利用大約1個學(xué)時,在教師指導(dǎo)下利用包括大型開放式網(wǎng)絡(luò)課程(MOOC)在內(nèi)的多媒體教學(xué)為中繼輔導(dǎo)，完善相關(guān)的知識理論，介紹該單元研究的思路歷程及講解相關(guān)的理論，對實驗原理、實驗內(nèi)容進行預(yù)講,讓學(xué)生明白實驗?zāi)康暮蛢?nèi)容,并且自行設(shè)計實驗方法和步驟,帶著問題有針對性地去做實驗,采用發(fā)現(xiàn)式、探究式等方式多元化建構(gòu),啟發(fā)學(xué)生思考，以此促進學(xué)生把握物理研究的思路脈絡(luò),培養(yǎng)學(xué)生的物理創(chuàng)新思維能力。(3)最后利用大約1個學(xué)時,組織學(xué)生對實驗結(jié)論和效果自評自議,進行相應(yīng)的討論，完成單元教學(xué)。此外,課后動態(tài)跟蹤網(wǎng)絡(luò)答疑充分運用網(wǎng)絡(luò)資源,在學(xué)校論壇上對學(xué)生留下的問題進行解答，同時通過QQ、微信和郵箱等方式與學(xué)生交流,進一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,既促進教學(xué)又增進師生感情,從而提高教學(xué)效果。
簡言之，以實驗為重心的多媒體模塊化教學(xué)就是以綜合專業(yè)共性的實驗為基準,在多媒體教學(xué)支持下以實驗室為主要教學(xué)場所，以實驗內(nèi)容為主要講座單元,輔以理論指導(dǎo)的模塊化教學(xué)。
當前大學(xué)物理教學(xué)基本上都是由一位教師負責(zé)一個班整個學(xué)期的課程,不僅容易使學(xué)生產(chǎn)生感官疲憊,而且使教學(xué)質(zhì)量受限于該教師的教學(xué)水平。采用以實驗為重心的多媒體模塊化教學(xué)由精選出的配合導(dǎo)師的物理師資力量或教學(xué)團隊中不同教師負責(zé)不同單元的授課講解，既能克服這些弊端,又能集中優(yōu)勢資源,發(fā)揮教師優(yōu)勢特長,提供更優(yōu)質(zhì)的教學(xué)。
(三)現(xiàn)代的MobiSPOL教育技術(shù)手段
現(xiàn)代教學(xué)突破了傳統(tǒng)的課堂教學(xué)形式,開設(shè)網(wǎng)絡(luò)課堂和虛擬課堂等多種形式，開展實踐學(xué)習(xí)、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)和社會學(xué)習(xí)的互動教學(xué)�；ヂ�(lián)網(wǎng)給人類帶來全新的生活方式，也給人類的教育事業(yè)(特別是教育方式)帶來了深刻的變革。在大學(xué)物理課堂教學(xué)中運用計算機、網(wǎng)絡(luò)和通信等現(xiàn)代信息技術(shù)手段，充分享用網(wǎng)上豐富的課程資源，開展豐富多彩的教學(xué)活動，現(xiàn)在這些手段形式已經(jīng)比較普遍了。
2012年“MOOC浪潮”(大規(guī)模在線開放課程，MassiveOpenOnlineCourse)的到來，可將世界上最優(yōu)質(zhì)的教育資源傳播到地球最偏遠的角落,使全球各地的人可以感受頂尖高校明星教師的課堂教學(xué)甚至取得學(xué)位，引發(fā)了全球的關(guān)注。采用“MOOC模式”不僅可以解放教師,而且可以使學(xué)生按照個人意愿，自主選擇學(xué)習(xí)時間、學(xué)習(xí)地點、學(xué)習(xí)方式。伴隨著“MOOCs”的快速發(fā)展，還涌現(xiàn)了“后MOOC”時期的新型樣式,基于“無線網(wǎng)絡(luò)+手持終端學(xué)�！钡囊苿咏虒W(xué)方法已開始實踐“MobiMOOC”樣式已出現(xiàn)。此外，還有如“SPOC”“Meta-MOOC”“DLMOOC”“MOOL”“DOCC”“PMOOC”和“MOOR”等新型樣式[4_3�，F(xiàn)代的高等教育院校大學(xué)物理教學(xué)需要找到適合自身特點的“MOOC”模式及“后MOOC”時期的新型樣式。
鑒于卓越計劃背景下人才教育培養(yǎng)的結(jié)構(gòu)、規(guī)模和特點，引入“MobiSPOL”樣式與“以實驗為重心的多媒體模塊化教學(xué)配合,非常適合于導(dǎo)師制下的生態(tài)教學(xué)的需要。SPOL(Small,PrivateOnlineLabs)表示小型的私有的在線實驗室“MobiSPOL”就是通過移動設(shè)備學(xué)習(xí)的小型的私有的在線實驗室“MobileSPOL”。具體步驟方案如下：(1)高等院校根據(jù)卓越人才專業(yè)培養(yǎng)需要,規(guī)劃整理教學(xué)大綱和教學(xué)內(nèi)容,在確定了學(xué)生需要開設(shè)的物理實驗之后，搜索或制作相應(yīng)的適于手機等移動設(shè)備運行的實驗課網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)軟件。(2)任課教師組織教學(xué)對象通過密碼口令等方式進入,使學(xué)生隨時隨地通過手機等移動設(shè)備與教師互動,進行在線物理實驗,教師實時指導(dǎo)給出評價。(3)對評價較高操作較好的學(xué)習(xí)者,選擇適當時間安排其進入真實的實驗室進行實驗。
二、學(xué)生的自適應(yīng)學(xué)習(xí)
自適應(yīng)生態(tài)教學(xué)必需改變傳統(tǒng)教學(xué)模式,突破狹隘的課堂教學(xué)范疇，加強學(xué)生的課外實踐學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自強自立和適應(yīng)社會的能力。學(xué)生課外的自主學(xué)習(xí)主要采取自適應(yīng)學(xué)習(xí)訓(xùn)練和互教互學(xué)的形式,其自適應(yīng)學(xué)習(xí)原理如圖2所示。
(一)自適應(yīng)學(xué)習(xí)訓(xùn)練
自適應(yīng)學(xué)習(xí)訓(xùn)練可采用模塊化分階段漸進的學(xué)習(xí)訓(xùn)練方式,也可按課程內(nèi)容的難度分階段漸進的方式,其中每一個模塊化(或難度)階段的學(xué)習(xí)主要分以下幾個步驟。
首先,通過自學(xué)教程掌握物理學(xué)的基本知識。自學(xué)教程實際上就是一個包含物理學(xué)基本概念、定律等知識內(nèi)容的軟件包，學(xué)生打開軟件包，了解掌握大學(xué)其次，學(xué)生利用訓(xùn)練系統(tǒng)練習(xí)自學(xué)教程中學(xué)習(xí)過的主要內(nèi)容,加深對定律、概念的理解和掌握,并提高解題能力和分析問題的能力。學(xué)生訓(xùn)練系統(tǒng)包含有大量有針對性的練習(xí)題，習(xí)題是培養(yǎng)學(xué)生運用基本規(guī)律的方法之一,對不同類型的學(xué)生，習(xí)題應(yīng)有所選擇。
再次，學(xué)生通過自測系統(tǒng)組合出課程考試試卷以檢驗學(xué)習(xí)效果和摸清自身對知識的掌握程度,進一步督促自己對物理課程的自覺學(xué)習(xí)。自測系統(tǒng)包含了填空題、選擇題、簡答題、計算題等各種類型的典型試題。
最后,根據(jù)自測系統(tǒng)成績,通過自適應(yīng)算法判定學(xué)生是否進入下一階段學(xué)習(xí)或返回該階段重新學(xué)習(xí)。
(二)學(xué)生的互教互學(xué)
現(xiàn)代的廣義教學(xué)提倡師生互動，發(fā)揚民主，改變“老師臺上講學(xué)生臺下聽”的課堂教學(xué)簡單模式。一方面，利用學(xué)生課外自主學(xué)習(xí)，通過在自適應(yīng)學(xué)習(xí)訓(xùn)練中自學(xué)和互助掌握了一些基本的概念、定律，可以很好地提高教學(xué)效率;另_方面，課堂教學(xué)采用發(fā)現(xiàn)式、探究式等方式多元化建構(gòu)，條件允許時盡可能讓有不同見解的學(xué)生上講臺闡述自己的思想觀點,通過同學(xué)間的探討思辨、互教互學(xué)，學(xué)生能夠更完整更透徹地掌握所學(xué)知識,有利于培養(yǎng)邏輯思維能力和科學(xué)創(chuàng)新意識。
模塊化教學(xué)中的實驗教學(xué)，其組織形式應(yīng)該是靈活多樣的，有的實驗要讓學(xué)生在沒有教師指導(dǎo)的情況下獨立完成，以便培養(yǎng)學(xué)生的獨立操作能力，有的實
驗需要讓學(xué)生在教師指導(dǎo)下通過同學(xué)間的合作完成，以便在老師的啟發(fā)引導(dǎo)下培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力和相互協(xié)作的實踐技能。實驗教學(xué)中提倡民主，發(fā)揚能者先行、學(xué)優(yōu)為師的作風(fēng)互教互學(xué)，可以更好地保證教學(xué)質(zhì)量提高教學(xué)效率。以分光計實驗為例，若采用傳統(tǒng)的方式,教師上實驗課非常辛苦卻又不能保證所有同學(xué)在兩個學(xué)時內(nèi)真正完成實驗。因此采取以下措施：“
首先,教師將主要步驟歸納為“自準遠準臺平”三大步六個字，要求同學(xué)掌握“各半調(diào)節(jié)法”的重要意義和具體做法，并操作演示一遍。其次，學(xué)生開始獨自操作完成實驗,對班上一些先完成的學(xué)生于報告冊上標注完成時間;再次，將這些學(xué)生的儀器旋鈕調(diào)亂讓他們重新操作一遍,對再次完成實驗的學(xué)生打出成績“優(yōu)”或“A”最后,安排這些得到“優(yōu)”或“A”的學(xué)生去指導(dǎo)其他未能完成的學(xué)生，如果指導(dǎo)成功，經(jīng)檢測這些被指導(dǎo)的學(xué)生也完成并掌握了實驗方法,那么這些得到“優(yōu)”或“A”學(xué)生的成績升至“優(yōu)+”或“A+”。以此類推,班上學(xué)生基本能夠完成實驗。能者先行學(xué)優(yōu)為師,猶如教師學(xué)到了孫悟空的分身法，不僅有利于保證教學(xué)質(zhì)量、提高教學(xué)效率，而且使得考核成績更加客觀準確。
三、結(jié)束語
大學(xué)物理的自適應(yīng)生態(tài)教學(xué)是在作為基礎(chǔ)課的大學(xué)物理理論課和實驗課的學(xué)時數(shù)被大幅削減的形勢下針對卓越人才的培養(yǎng)問題提出的，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下和各門課程師資團隊的配合教育下動態(tài)制定特殊的教學(xué)計劃和大綱,在注重發(fā)揮個性創(chuàng)新和開展換位思考多維拓展的現(xiàn)代廣義教學(xué)的基礎(chǔ)上提倡以實驗為重心開展模塊化教學(xué)，充分利用現(xiàn)代教育手段，培育學(xué)生的物理創(chuàng)新思維能力和實際應(yīng)用技能,并隨著科學(xué)技術(shù)的最新發(fā)展和物理前沿的研究狀況對學(xué)生進行長期跟蹤教育。在此項教學(xué)改革研究過程中，不僅初步設(shè)計了教學(xué)計劃內(nèi)容,改進和完善了三階式小型化階梯課程體系，而且大力倡導(dǎo)支持了長期教育和終身學(xué)習(xí)的思想,樹立了新的教學(xué)理念，促進了新型師生關(guān)系和生生關(guān)系的建立，體現(xiàn)了與時俱進、勇于創(chuàng)新的教育精神。
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