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基于卓越人才培養的大學(xué)物理自適應生態(tài)教學(xué)論文
2010年6月23日教育部召開(kāi)卓越工程師教育培養計劃啟動(dòng)大會(huì )，批準了61所高等學(xué)校實(shí)施卓越工程師教育培養計劃。2011年3月14日通過(guò)的《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展第十二個(gè)五年規劃綱要》指出：擴大應用型、復合型、技能型人才培養規模，突出培養造就創(chuàng )新型科技人才。2014年為推進(jìn)高等農林教育綜合改革，教育部、農業(yè)部、國家林業(yè)局首次共同組織實(shí)施包括拔尖創(chuàng )新型、復合應用型、實(shí)用技能型三類(lèi)人才培養模式改革，推出了“卓越農林人才教育培養計劃”。
隨著(zhù)社會(huì )對人才需求的變化，高等院校改革不同專(zhuān)業(yè)人才的培養計劃，對課程結構和學(xué)時(shí)學(xué)分進(jìn)行了不同程度的調整，有些學(xué)校出現了為保證自身專(zhuān)業(yè)課而減少公共基礎課學(xué)時(shí)的情況。由于一些院校大學(xué)物理教育仍然釆用傳統的教學(xué)模式，教學(xué)內容與專(zhuān)業(yè)未能緊密結合，許多學(xué)生認為“大學(xué)物理難學(xué)無(wú)用”因而導致大學(xué)物理課學(xué)時(shí)被大幅削減。面對當前形勢在現有條件下如何深化大學(xué)物理教學(xué)改革，推進(jìn)卓越農林人才的教育培養，是現實(shí)而又緊迫的重要問(wèn)題。
大學(xué)物理的自適應生態(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，將導師制下教師的生態(tài)教育與學(xué)生的自適應學(xué)習相結合，推進(jìn)卓越農林人才的教育培養
一、導師制下的生態(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性。生態(tài)教學(xué)就是“把教學(xué)看作個(gè)整體，用生態(tài)的眼光來(lái)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(mǎn)足人對精神、情感、交往的需要，調動(dòng)學(xué)生的積極性，培養學(xué)生的學(xué)習能力和突出自主學(xué)習，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(dòng)。
卓越人才教育培養背景下的生態(tài)教學(xué)需要在教學(xué)中注意學(xué)生的個(gè)性特點(diǎn)，根據學(xué)生的基礎知識結構和學(xué)習能力，量身定制教學(xué)計劃，因材施教，動(dòng)態(tài)調整教學(xué)內容、方法和手段。由于卓越人才的規模通常不可能很大（班級人數不可能太多），被培養者將更有機會(huì )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背景下更有利于開(kāi)展生態(tài)教學(xué)。卓越人才教育培養需要精選師資隊伍以?xún)?yōu)秀的博導、碩導負責制下實(shí)現_對_甚至多對一的針對性指導，實(shí)行仿照本碩博連讀形式的長(cháng)期性跟蹤教育而不僅僅局限于大學(xué)本科教育。因此，對卓越農林人才采用導師制下的大學(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)團隊配合導師進(jìn)行長(cháng)期性跟蹤指導，根據卓越農林人才的班級甚至是個(gè)人的專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)量身定制物理教學(xué)計劃，采用生動(dòng)的教學(xué)形式、現代的教學(xué)方法手段、與生產(chǎn)生活實(shí)踐活動(dòng)密切相關(guān)的教學(xué)內容，而且相應的計劃內容和方法手段等還可隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的最新發(fā)展和物理前沿的研究狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調整。
�。ㄒ唬┙虒W(xué)計劃與內容的適應性調整
根據《“十二五”規劃綱要》精神，推進(jìn)高校物理教育大眾化進(jìn)程，努力開(kāi)展文科物理和社會(huì )學(xué)習，“農科物理中大學(xué)生創(chuàng )新思維能力的培養”構建了三階式小型化階梯課程體系H。為適應卓越人才教育培養需要，在課時(shí)削減的形勢下必須做相應的調整。
文科物理和社會(huì )學(xué)習等修1個(gè)學(xué)分學(xué)習第一階課程，共16學(xué)時(shí)1個(gè)學(xué)分（理論課8學(xué)時(shí)，實(shí)驗課8學(xué)時(shí)）。文科物理和社會(huì )學(xué)習等應簡(jiǎn)單掌握物理理論突出實(shí)踐應用，以開(kāi)設與生產(chǎn)生活密切相關(guān)的物理實(shí)驗為主。例如，萬(wàn)用表和示波器的簡(jiǎn)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（農科）物理等修2個(gè)學(xué)分學(xué)完第二階課程，共48學(xué)時(shí)3個(gè)學(xué)分（可分為理論課24學(xué)時(shí)1。5個(gè)學(xué)分，實(shí)驗課24學(xué)時(shí)1。5個(gè)學(xué)分）。在農科物理教學(xué)中，針對動(dòng)科動(dòng)醫等專(zhuān)業(yè)多講一些血液血漿的粘滯系數作為疾病診斷參數的問(wèn)題、氣體栓塞影響血液流動(dòng)的原因等，針對農學(xué)林學(xué)等專(zhuān)業(yè)多講一些毛細現象對植物生長(cháng)的作用、光譜分析對稻谷水果的無(wú)損檢測等，這樣在一定程度上能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，糾正學(xué)生們的錯誤觀(guān)念。實(shí)驗方面，選擇性地開(kāi)設長(cháng)度測量、液體粘滯系數的測定、液體表面張力系數的測定、旋光儀測旋光性溶液的濃度、萬(wàn)用電表的使用、電子示波器原理與應用、分光計的調節使用、光電效應及普朗克常數測量等。
工科物理等修6個(gè)學(xué)分學(xué)完第三階課程，共96學(xué)時(shí)6個(gè)學(xué)分（理論課64學(xué)時(shí)4個(gè)學(xué)分，實(shí)驗課32學(xué)時(shí)2個(gè)學(xué)分）。理論課方面，注重理論推導能力的培養，突出理工科各專(zhuān)業(yè)的特色，了解掌握近現代物理中的創(chuàng )新思維和先進(jìn)技術(shù)。實(shí)驗課方面，選擇性地開(kāi)設長(cháng)度測量、剛體轉動(dòng)慣量的測量、分光計的調節與使用、用牛頓環(huán)測量凸透鏡的曲率半徑、液體粘滯系數的測定、液體表面張力系數的測定、萬(wàn)用電表的使用、電子束實(shí)驗、電子示波器原理與應用、旋光儀測旋光性溶液的濃度、霍爾效應及霍爾系數的測定、光電效應及普朗克常數測量、模擬法測繪靜電場(chǎng)等。
大學(xué)物理實(shí)驗不能因為學(xué)時(shí)的削減而簡(jiǎn)單地減少實(shí)驗次數，而應該在保證基本教學(xué)內容的前提下采取以下方式改革：
�。�1）進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗的合并。例如，液體粘滯系數的測定與液體表面張力系數的測定可合并成一次實(shí)驗，長(cháng)度測量可與旋光儀測旋光溶液濃度合并，電子束實(shí)驗可與電子示波器原理及應用實(shí)驗合并等。
�。�2）開(kāi)設模擬仿真實(shí)驗和輔修選修實(shí)驗。將那些并非卓越人才專(zhuān)業(yè)培養必需掌握的不易實(shí)現的物理實(shí)驗或比較抽象的物理概念，利用計算機進(jìn)行三維動(dòng)畫(huà)模擬，設計成模擬仿真實(shí)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構；鑒于生源基礎知識結構的差異，有些地方中學(xué)物理實(shí)驗開(kāi)設不多甚至根本未能開(kāi)設，要對這些實(shí)驗涉及的部分基礎實(shí)驗開(kāi)設輔修選修課。
�。ǘ┮詫�(shí)驗為重心的模塊化教學(xué)
現代的大學(xué)物理教育必須樹(shù)立新型的教學(xué)觀(guān)念，需要突破狹隘的課堂教學(xué)范疇，實(shí)施可以發(fā)揮個(gè)性創(chuàng )新和開(kāi)展換位思考多維拓展的廣義教學(xué)。導師制下的大學(xué)物理生態(tài)教學(xué)是在卓越人才教育培養背景下注重發(fā)揮個(gè)性創(chuàng )新和開(kāi)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(shí)驗為重心開(kāi)展模塊化教學(xué)。
為在學(xué)時(shí)削減的形勢下更好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習大學(xué)物理的興趣，自適應生態(tài)教學(xué)以農科物理教育為例提出了以實(shí)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(zhuān)業(yè)的各專(zhuān)業(yè)進(jìn)行調研綜合，精選出與各專(zhuān)業(yè)相關(guān)較高的實(shí)驗，大部分實(shí)驗從以前的驗證性實(shí)驗改進(jìn)為探索性實(shí)驗，并且盡量使物理實(shí)驗和學(xué)生所學(xué)的專(zhuān)業(yè)聯(lián)系起來(lái)，使學(xué)生認識到物理的重要性，從而提高學(xué)生學(xué)習物理的主動(dòng)性。將這些實(shí)驗以力、熱、光、電等或更細地劃分成相應的模塊。
其次，根據劃分的模塊，收集整理相應的理論知識，以4或8學(xué)時(shí)為單位打造成講座單元，并可由不同教師負責不同單元的授課講解。對于各個(gè)講座單元的教學(xué)具體實(shí)施采用以下三步：
�。�1）以實(shí)驗室為教學(xué)場(chǎng)所，利用2個(gè)學(xué)時(shí)左右，讓學(xué)生自行展開(kāi)包括總體設計、基本理論以及該實(shí)驗在專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域應用問(wèn)題在內的實(shí)驗教學(xué)。
�。�2）利用大約1個(gè)學(xué)時(shí)，在教師指導下利用包括大型開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò )課程（MOOC）在內的多媒體教學(xué)為中繼輔導，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(shí)驗原理、實(shí)驗內容進(jìn)行預講，讓學(xué)生明白實(shí)驗目的和內容，并且自行設計實(shí)驗方法和步驟，帶著(zhù)問(wèn)題有針對性地去做實(shí)驗，采用發(fā)現式、探究式等方式多元化建構，啟發(fā)學(xué)生思考，以此促進(jìn)學(xué)生把握物理研究的思路脈絡(luò )，培養學(xué)生的物理創(chuàng )新思維能力。
�。�3）最后利用大約1個(gè)學(xué)時(shí)，組織學(xué)生對實(shí)驗結論和效果自評自議，進(jìn)行相應的討論，完成單元教學(xué)。此外，課后動(dòng)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(wèn)題進(jìn)行解答，同時(shí)通過(guò)QQ、微信和郵箱等方式與學(xué)生交流，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習熱情，既促進(jìn)教學(xué)又增進(jìn)師生感情，從而提高教學(xué)效果。
簡(jiǎn)言之，以實(shí)驗為重心的多媒體模塊化教學(xué)就是以綜合專(zhuān)業(yè)共性的實(shí)驗為基準，在多媒體教學(xué)支持下以實(shí)驗室為主要教學(xué)場(chǎng)所，以實(shí)驗內容為主要講座單元，輔以理論指導的模塊化教學(xué)。
當前大學(xué)物理教學(xué)基本上都是由一位教師負責一個(gè)班整個(gè)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(shí)驗為重心的多媒體模塊化教學(xué)由精選出的配合導師的物理師資力量或教學(xué)團隊中不同教師負責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(cháng)，提供更優(yōu)質(zhì)的教學(xué)。
�。ㄈ┈F代的MobiSPOL教育技術(shù)手段
現代教學(xué)突破了傳統的課堂教學(xué)形式，開(kāi)設網(wǎng)絡(luò )課堂和虛擬課堂等多種形式，開(kāi)展實(shí)踐學(xué)習、網(wǎng)絡(luò )學(xué)習和社會(huì )學(xué)習的互動(dòng)教學(xué)�；ヂ�(lián)網(wǎng)給人類(lèi)帶來(lái)全新的生活方式，也給人類(lèi)的教育事業(yè)（特別是教育方式）帶來(lái)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 )和通信等現代信息技術(shù)手段，充分享用網(wǎng)上豐富的課程資源，開(kāi)展豐富多彩的教學(xué)活動(dòng)，現在這些手段形式已經(jīng)比較普遍了。
2012年“MOOC浪潮”（大規模在線(xiàn)開(kāi)放課程，MassiveOpenOnlineCourse）的到來(lái)，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(gè)人意愿，自主選擇學(xué)習時(shí)間、學(xué)習地點(diǎn)、學(xué)習方式。伴隨著(zhù)“MOOCs”的快速發(fā)展，還涌現了“后MOOC”時(shí)期的新型樣式，基于“無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )+手持終端學(xué)�！钡囊苿�(dòng)教學(xué)方法已開(kāi)始實(shí)踐“MobiMOOC”樣式已出現。此外，還有如“SPOC”“Meta—MOOC”“DLMOOC”“MOOL”“DOCC”“PMOOC”和“MOOR”等新型樣式[4_3�，F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(diǎn)的“MOOC”模式及“后MOOC”時(shí)期的新型樣式。
鑒于卓越計劃背景下人才教育培養的結構、規模和特點(diǎn)，引入“MobiSPOL”樣式與“以實(shí)驗為重心的多媒體模塊化教學(xué)配合，非常適合于導師制下的生態(tài)教學(xué)的需要。SPOL（Small，PrivateOnlineLabs）表示小型的私有的在線(xiàn)實(shí)驗室“MobiSPOL”就是通過(guò)移動(dòng)設備學(xué)習的小型的私有的在線(xiàn)實(shí)驗室“MobileSPOL”。具體步驟方案如下：
�。�1）高等院校根據卓越人才專(zhuān)業(yè)培養需要，規劃整理教學(xué)大綱和教學(xué)內容，在確定了學(xué)生需要開(kāi)設的物理實(shí)驗之后，搜索或制作相應的適于手機等移動(dòng)設備運行的實(shí)驗課網(wǎng)絡(luò )學(xué)習軟件。
�。�2）任課教師組織教學(xué)對象通過(guò)密碼口令等方式進(jìn)入，使學(xué)生隨時(shí)隨地通過(guò)手機等移動(dòng)設備與教師互動(dòng)，進(jìn)行在線(xiàn)物理實(shí)驗，教師實(shí)時(shí)指導給出評價(jià)。
�。�3）對評價(jià)較高操作較好的學(xué)習者，選擇適當時(shí)間安排其進(jìn)入真實(shí)的實(shí)驗室進(jìn)行實(shí)驗。
二、學(xué)生的自適應學(xué)習
自適應生態(tài)教學(xué)必需改變傳統教學(xué)模式，突破狹隘的課堂教學(xué)范疇，加強學(xué)生的課外實(shí)踐學(xué)習，培養學(xué)生自主學(xué)習、自強自立和適應社會(huì )的能力。學(xué)生課外的自主學(xué)習主要采取自適應學(xué)習訓練和互教互學(xué)的形式，其自適應學(xué)習原理如圖2所示。
�。ㄒ唬┳赃m應學(xué)習訓練
自適應學(xué)習訓練可采用模塊化分階段漸進(jìn)的學(xué)習訓練方式，也可按課程內容的難度分階段漸進(jìn)的方式，其中每一個(gè)模塊化（或難度）階段的學(xué)習主要分以下幾個(gè)步驟。
首先，通過(guò)自學(xué)教程掌握物理學(xué)的基本知識。自學(xué)教程實(shí)際上就是一個(gè)包含物理學(xué)基本概念、定律等知識內容的軟件包，學(xué)生打開(kāi)軟件包，了解掌握大學(xué)其次，學(xué)生利用訓練系統練習自學(xué)教程中學(xué)習過(guò)的主要內容，加深對定律、概念的理解和掌握，并提高解題能力和分析問(wèn)題的能力。學(xué)生訓練系統包含有大量有針對性的練習題，習題是培養學(xué)生運用基本規律的方法之一，對不同類(lèi)型的學(xué)生，習題應有所選擇。
再次，學(xué)生通過(guò)自測系統組合出課程考試試卷以檢驗學(xué)習效果和摸清自身對知識的掌握程度，進(jìn)一步督促自己對物理課程的自覺(jué)學(xué)習。自測系統包含了填空題、選擇題、簡(jiǎn)答題、計算題等各種類(lèi)型的典型試題。
最后，根據自測系統成績(jì)，通過(guò)自適應算法判定學(xué)生是否進(jìn)入下一階段學(xué)習或返回該階段重新學(xué)習。
�。ǘ⿲W(xué)生的互教互學(xué)
現代的廣義教學(xué)提倡師生互動(dòng)，發(fā)揚民主，改變“老師臺上講學(xué)生臺下聽(tīng)”的課堂教學(xué)簡(jiǎn)單模式。一方面，利用學(xué)生課外自主學(xué)習，通過(guò)在自適應學(xué)習訓練中自學(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)現式、探究式等方式多元化建構，條件允許時(shí)盡可能讓有不同見(jiàn)解的學(xué)生上講臺闡述自己的思想觀(guān)點(diǎn)，通過(guò)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，有利于培養邏輯思維能力和科學(xué)創(chuàng )新意識。
模塊化教學(xué)中的實(shí)驗教學(xué)，其組織形式應該是靈活多樣的，有的實(shí)驗要讓學(xué)生在沒(méi)有教師指導的情況下獨立完成，以便培養學(xué)生的獨立操作能力，有的實(shí)
驗需要讓學(xué)生在教師指導下通過(guò)同學(xué)間的合作完成，以便在老師的啟發(fā)引導下培養創(chuàng )新思維能力和相互協(xié)作的實(shí)踐技能。實(shí)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(shí)驗為例，若采用傳統的方式，教師上實(shí)驗課非常辛苦卻又不能保證所有同學(xué)在兩個(gè)學(xué)時(shí)內真正完成實(shí)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(gè)字，要求同學(xué)掌握“各半調節法”的重要意義和具體做法，并操作演示一遍。其次，學(xué)生開(kāi)始獨自操作完成實(shí)驗，對班上一些先完成的學(xué)生于報告冊上標注完成時(shí)間；再次，將這些學(xué)生的儀器旋鈕調亂讓他們重新操作一遍，對再次完成實(shí)驗的學(xué)生打出成績(jì)“優(yōu)”或“A”最后，安排這些得到“優(yōu)”或“A”的學(xué)生去指導其他未能完成的學(xué)生，如果指導成功，經(jīng)檢測這些被指導的學(xué)生也完成并掌握了實(shí)驗方法，那么這些得到“優(yōu)”或“A”學(xué)生的成績(jì)升至“優(yōu)+”或“A+”。以此類(lèi)推，班上學(xué)生基本能夠完成實(shí)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(jì)更加客觀(guān)準確。
三、結束語(yǔ)
大學(xué)物理的自適應生態(tài)教學(xué)是在作為基礎課的大學(xué)物理理論課和實(shí)驗課的學(xué)時(shí)數被大幅削減的形勢下針對卓越人才的培養問(wèn)題提出的，在導師的指導下和各門(mén)課程師資團隊的配合教育下動(dòng)態(tài)制定特殊的教學(xué)計劃和大綱，在注重發(fā)揮個(gè)性創(chuàng )新和開(kāi)展換位思考多維拓展的現代廣義教學(xué)的基礎上提倡以實(shí)驗為重心開(kāi)展模塊化教學(xué)，充分利用現代教育手段，培育學(xué)生的物理創(chuàng )新思維能力和實(shí)際應用技能，并隨著(zhù)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(jìn)行長(cháng)期跟蹤教育。在此項教學(xué)改革研究過(guò)程中，不僅初步設計了教學(xué)計劃內容，改進(jìn)和完善了三階式小型化階梯課程體系，而且大力倡導支持了長(cháng)期教育和終身學(xué)習的思想，樹(shù)立了新的教學(xué)理念，促進(jìn)了新型師生關(guān)系和生生關(guān)系的建立，體現了與時(shí)俱進(jìn)、勇于創(chuàng )新的教育精神。
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