基于卓越人才培養(yǎng)的大學物理自適應生態(tài)教學論文
2010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濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》指出：擴大應用型、復合型、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)局首次共同組織實施包括拔尖創(chuàng)新型、復合應用型、實用技能型三類人才培養(yǎng)模式改革，推出了“卓越農林人才教育培養(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，對課程結構和學時學分進行了不同程度的調整，有些學校出現了為保證自身專業(yè)課而減少公共基礎課學時的情況。由于一些院校大學物理教育仍然釆用傳統(tǒng)的教學模式，教學內容與專業(yè)未能緊密結合，許多學生認為“大學物理難學無用”因而導致大學物理課學時被大幅削減。面對當前形勢在現有條件下如何深化大學物理教學改革，推進卓越農林人才的教育培養(yǎng)，是現實而又緊迫的重要問題。
大學物理的自適應生態(tài)教學研究就是在新形勢下深化大學物理教學改革，將導師制下教師的生態(tài)教育與學生的自適應學習相結合，推進卓越農林人才的教育培養(yǎng)
一、導師制下的生態(tài)教學生態(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)教學就是“把教學看作個整體，用生態(tài)的眼光來審視課堂教學，在課堂教學情景中堅持以學生為中心和主體，滿足人對精神、情感、交往的需要，調動學生的積極性，培養(yǎng)學生的學習能力和突出自主學習，使師生產生互相激發(fā)、共同參與、質疑探究、和諧發(fā)展的教學活動。
卓越人才教育培養(yǎng)背景下的生態(tài)教學需要在教學中注意學生的個性特點，根據學生的基礎知識結構和學習能力，量身定制教學計劃，因材施教，動態(tài)調整教學內容、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。卓越人才教育培養(yǎng)需要精選師資隊伍以優(yōu)秀的博導、碩導負責制下實現_對_甚至多對一的針對性指導，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本科教育。因此，對卓越農林人才采用導師制下的大學物理生態(tài)教學，不能急功近利竭澤而漁，需要精選物理師資力量或教學團隊配合導師進行長期性跟蹤指導，根據卓越農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計劃，采用生動的教學形式、現代的教學方法手段、與生產生活實踐活動密切相關的教學內容，而且相應的計劃內容和方法手段等還可隨著科學技術的最新發(fā)展和物理前沿的研究狀況進行動態(tài)調整。
（一）教學計劃與內容的適應性調整
根據《“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習，“農科物理中大學生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)”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(yǎng)需要，在課時削減的形勢下必須做相應的調整。
文科物理和社會學習等修1個學分學習第一階課程，共16學時1個學分（理論課8學時，實驗課8學時）。文科物理和社會學習等應簡單掌握物理理論突出實踐應用，以開設與生產生活密切相關的物理實驗為主。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（農科）物理等修2個學分學完第二階課程，共48學時3個學分（可分為理論課24學時1。5個學分，實驗課24學時1。5個學分）。在農科物理教學中，針對動科動醫(yī)等專業(yè)多講一些血液血漿的粘滯系數作為疾病診斷參數的問題、氣體栓塞影響血液流動的原因等，針對農學林學等專業(yè)多講一些毛細現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)學生的學習興趣，糾正學生們的錯誤觀念。實驗方面，選擇性地開設長度測量、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、萬用電表的使用、電子示波器原理與應用、分光計的調節(jié)使用、光電效應及普朗克常數測量等。
工科物理等修6個學分學完第三階課程，共96學時6個學分（理論課64學時4個學分，實驗課32學時2個學分）。理論課方面，注重理論推導能力的培養(yǎng)，突出理工科各專業(yè)的特色，了解掌握近現代物理中的創(chuàng)新思維和先進技術。實驗課方面，選擇性地開設長度測量、剛體轉動慣量的測量、分光計的調節(jié)與使用、用牛頓環(huán)測量凸透鏡的曲率半徑、液體粘滯系數的測定、液體表面張力系數的測定、萬用電表的使用、電子束實驗、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、模擬法測繪靜電場等。
大學物理實驗不能因為學時的削減而簡單地減少實驗次數，而應該在保證基本教學內容的前提下采取以下方式改革：
（1）進行相關實驗的合并。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用實驗合并等。
（2）開設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，設計成模擬仿真實驗，變抽象為形象，幫助學生建立正確合理的物理表象，學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，有些地方中學物理實驗開設不多甚至根本未能開設，要對這些實驗涉及的部分基礎實驗開設輔修選修課。
�。ǘ┮詫嶒灋橹匦牡哪K化教學
現代的大學物理教育必須樹立新型的教學觀念，需要突破狹隘的課堂教學范疇，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。導師制下的大學物理生態(tài)教學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的發(fā)展和延伸，提倡以實驗為重心開展模塊化教學。
為在學時削減的形勢下更好地激發(fā)學生學習大學物理的興趣，自適應生態(tài)教學以農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思想。
首先，本科院校的大學物理教研室對本校非物理專業(yè)的各專業(yè)進行調研綜合，精選出與各專業(yè)相關較高的實驗，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生所學的專業(yè)聯系起來，使學生認識到物理的重要性，從而提高學生學習物理的主動性。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學時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。對于各個講座單元的教學具體實施采用以下三步：
�。�1）以實驗室為教學場所，利用2個學時左右，讓學生自行展開包括總體設計、基本理論以及該實驗在專業(yè)領域應用問題在內的實驗教學。
（2）利用大約1個學時，在教師指導下利用包括大型開放式網絡課程（MOOC）在內的多媒體教學為中繼輔導，完善相關的知識理論，介紹該單元研究的思路歷程及講解相關的理論，對實驗原理、實驗內容進行預講，讓學生明白實驗目的和內容，并且自行設計實驗方法和步驟，帶著問題有針對性地去做實驗，采用發(fā)現式、探究式等方式多元化建構，啟發(fā)學生思考，以此促進學生把握物理研究的思路脈絡，培養(yǎng)學生的物理創(chuàng)新思維能力。
�。�3）最后利用大約1個學時，組織學生對實驗結論和效果自評自議，進行相應的討論，完成單元教學。此外，課后動態(tài)跟蹤網絡答疑充分運用網絡資源，在學校論壇上對學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生交流，進一步激發(fā)學生的學習熱情，既促進教學又增進師生感情，從而提高教學效果。
簡言之，以實驗為重心的多媒體模塊化教學就是以綜合專業(yè)共性的實驗為基準，在多媒體教學支持下以實驗室為主要教學場所，以實驗內容為主要講座單元，輔以理論指導的模塊化教學。
當前大學物理教學基本上都是由一位教師負責一個班整個學期的課程，不僅容易使學生產生感官疲憊，而且使教學質量受限于該教師的教學水平。采用以實驗為重心的多媒體模塊化教學由精選出的配合導師的物理師資力量或教學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，提供更優(yōu)質的教學。
（三）現代的MobiSPOL教育技術手段
現代教學突破了傳統(tǒng)的課堂教學形式，開設網絡課堂和虛擬課堂等多種形式，開展實踐學習、網絡學習和社會學習的互動教學。互聯網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。在大學物理課堂教學中運用計算機、網絡和通信等現代信息技術手段，充分享用網上豐富的課程資源，開展豐富多彩的教學活動，現在這些手段形式已經比較普遍了。
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甚至取得學位，引發(fā)了全球的關注。采用“MOOC模式”不僅可以解放教師，而且可以使學生按照個人意愿，自主選擇學習時間、學習地點、學習方式。伴隨著“MOOCs”的快速發(fā)展，還涌現了“后MOOC”時期的新型樣式，基于“無線網絡+手持終端學�！钡囊苿咏虒W方法已開始實踐“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物理教學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)的結構、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配合，非常適合于導師制下的生態(tài)教學的需要。SPOL（Small，PrivateOnlineLabs）表示小型的私有的在線實驗室“MobiSPOL”就是通過移動設備學習的小型的私有的在線實驗室“MobileSPOL”。具體步驟方案如下：
�。�1）高等院校根據卓越人才專業(yè)培養(yǎng)需要，規(guī)劃整理教學大綱和教學內容，在確定了學生需要開設的物理實驗之后，搜索或制作相應的適于手機等移動設備運行的實驗課網絡學習軟件。
�。�2）任課教師組織教學對象通過密碼口令等方式進入，使學生隨時隨地通過手機等移動設備與教師互動，進行在線物理實驗，教師實時指導給出評價。
（3）對評價較高操作較好的學習者，選擇適當時間安排其進入真實的實驗室進行實驗。
二、學生的自適應學習
自適應生態(tài)教學必需改變傳統(tǒng)教學模式，突破狹隘的課堂教學范疇，加強學生的課外實踐學習，培養(yǎng)學生自主學習、自強自立和適應社會的能力。學生課外的自主學習主要采取自適應學習訓練和互教互學的形式，其自適應學習原理如圖2所示。
�。ㄒ唬┳赃m應學習訓練
自適應學習訓練可采用模塊化分階段漸進的學習訓練方式，也可按課程內容的難度分階段漸進的方式，其中每一個模塊化（或難度）階段的學習主要分以下幾個步驟。
首先，通過自學教程掌握物理學的基本知識。自學教程實際上就是一個包含物理學基本概念、定律等知識內容的軟件包，學生打開軟件包，了解掌握大學其次，學生利用訓練系統(tǒng)練習自學教程中學習過的主要內容，加深對定律、概念的理解和掌握，并提高解題能力和分析問題的能力。學生訓練系統(tǒng)包含有大量有針對性的練習題，習題是培養(yǎng)學生運用基本規(guī)律的方法之一，對不同類型的學生，習題應有所選擇。
再次，學生通過自測系統(tǒng)組合出課程考試試卷以檢驗學習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習。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，根據自測系統(tǒng)成績，通過自適應算法判定學生是否進入下一階段學習或返回該階段重新學習。
（二）學生的互教互學
現代的廣義教學提倡師生互動，發(fā)揚民主，改變“老師臺上講學生臺下聽”的課堂教學簡單模式。一方面，利用學生課外自主學習，通過在自適應學習訓練中自學和互助掌握了一些基本的概念、定律，可以很好地提高教學效率；另_方面，課堂教學采用發(fā)現式、探究式等方式多元化建構，條件允許時盡可能讓有不同見解的學生上講臺闡述自己的思想觀點，通過同學間的探討思辨、互教互學，學生能夠更完整更透徹地掌握所學知識，有利于培養(yǎng)邏輯思維能力和科學創(chuàng)新意識。
模塊化教學中的實驗教學，其組織形式應該是靈活多樣的，有的實驗要讓學生在沒有教師指導的情況下獨立完成，以便培養(yǎng)學生的獨立操作能力，有的實
驗需要讓學生在教師指導下通過同學間的合作完成，以便在老師的啟發(fā)引導下培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力和相互協(xié)作的實踐技能。實驗教學中提倡民主，發(fā)揚能者先行、學優(yōu)為師的作風互教互學，可以更好地保證教學質量提高教學效率。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在兩個學時內真正完成實驗。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，要求同學掌握“各半調節(jié)法”的重要意義和具體做法，并操作演示一遍。其次，學生開始獨自操作完成實驗，對班上一些先完成的學生于報告冊上標注完成時間；再次，將這些學生的儀器旋鈕調亂讓他們重新操作一遍，對再次完成實驗的學生打出成績“優(yōu)”或“A”最后，安排這些得到“優(yōu)”或“A”的學生去指導其他未能完成的學生，如果指導成功，經檢測這些被指導的學生也完成并掌握了實驗方法，那么這些得到“優(yōu)”或“A”學生的成績升至“優(yōu)+”或“A+”。以此類推，班上學生基本能夠完成實驗。能者先行學優(yōu)為師，猶如教師學到了孫悟空的分身法，不僅有利于保證教學質量、提高教學效率，而且使得考核成績更加客觀準確。
三、結束語
大學物理的自適應生態(tài)教學是在作為基礎課的大學物理理論課和實驗課的學時數被大幅削減的形勢下針對卓越人才的培養(yǎng)問題提出的，在導師的指導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代廣義教學的基礎上提倡以實驗為重心開展模塊化教學，充分利用現代教育手段，培育學生的物理創(chuàng)新思維能力和實際應用技能，并隨著科學技術的最新發(fā)展和物理前沿的研究狀況對學生進行長期跟蹤教育。在此項教學改革研究過程中，不僅初步設計了教學計劃內容，改進和完善了三階式小型化階梯課程體系，而且大力倡導支持了長期教育和終身學習的思想，樹立了新的教學理念，促進了新型師生關系和生生關系的建立，體現了與時俱進、勇于創(chuàng)新的教育精神。
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