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大学物理教学方法与实践(4篇)

 论文栏目:大学物理论文     更新时间:2017/1/10 10:26:30   

第一篇:大学物理教学现状及改进方法

大学物理是大学开设的一门重要的基础课程,物理理论贯穿于各个领域,是各专业的基础。但是从目前大学生对该课程的反馈情况来看,学生普遍反映该课程较难,及格率不高。笔者从教师与学生两个角度分析了大学物理教学存在的问题,并给出了相关建议。

一、南通开放大学学生现状

笔者学校是一所地方性院校,受到生源的影响,学生在选择专业时没有太多的限制,所以很多文科生也选择了理工科的专业。以笔者所在的机电专业为例,几乎有1/3的学生在高中时没有学过物理,这些物理基础参差不齐的学生坐在同一个教室里学习同一本教材,对授课教师是一个极大的考验。同样的内容有些学生没学过,有些学生已经学过了,那么上课时教师该怎么处理?这种情况在近年来的大学物理教学中经常会遇到。大学物理作为理工科必修的一门基础课程,本身具有一定难度,是一门需要思考和判断的课程。学生进入大学后,以往学习中的紧张情绪一下子得到了释放,他们需要休息,于是开始拒绝思考、拒绝努力,学习上不再有主动性和积极性,甚至有学生说:“老师,我思考了,但我确实不会,再怎么想也没用!”学生的厌学心理导致大学物理的不及格率普遍较高。

二、大学物理课程的现状

目前,大学物理的课时在60学时左右,几乎为所有专业开设的大学物理课程内容都是一样的,包括经典物理和一部分现代物理。物理课程内容多、课时少也是一个很突出的问题。大学物理的计算中涉及高等数学的运用,例如在刚体的转动中涉及积分计算,而高等数学又是大部分学生的短板,这就导致学生对大学物理越来越畏惧。

三、对开设大学物理课程的一些建议

教学本就是教与学相结合的过程,一门课程出现了问题肯定两方面都存在原因,要解决问题还得从这两方面入手。1.从教的方面看(1)教师要摆正心态。在教学过程中,教是起主导作用的,教师在课堂中的作用举足轻重。学生基础不同、上课不配合,这时候教师千万不能急躁,应照顾基础差的学生,将基础的原理、公式讲解一遍。对基础差的学生而言是学习,对那些有一定基础的学生而言,原有的知识也会存在一定程度的淡忘,重新帮他们梳理一遍也是很有必要的。然后再开始新课的讲解,这样课程的开展就会比较顺利。(2)针对专业,合理选择课程内容。大学物理课时少、内容多,合理选择课程内容就很必要了。不同专业可以选择不同的侧重点来讲授。例如,可以向电子专业的学生着重介绍电场、磁场,向建筑专业的学生着重讲解力学内容。总之,要选择与专业相关的物理内容精讲。(3)运用多样的教学手段。物理理论是抽象的,却要用来解决实际的问题。教师在讲课的时候,要避免繁琐的数学推导过程,多讲一些应用型的实例。这就要求教师在课前要做好充分的准备,多了解不同专业对物理的需求和与专业相关的例子。教师在教学时还可以合理利用声、像、图、文、动画等多媒体手段辅助教学,加强课堂演示,还可以借助仿真软件来帮助学生理解抽象的物理概念和物理定律。2.从学的方面看对学生而言,物理学习的障碍主要表现在两方面:基础不好以及自身的厌学情绪。(1)培养学生的自学能力。大学教育的侧重点在于培养学生的自学能力,“授之以鱼,不如授之以渔”,教师要重点培养学生良好的学习习惯和正确的学习方法。可以说,在大学里,最重要的并不是学了什么,而是会不会学。(2)使学生明确学习的意义。学生对新学期的第一节课还是很重视的,教师要在第一课着重向学生介绍课程的重要性和意义,让他们认识到大学物理是各专业的基础,它的基本理论贯穿于自然科学的各个领域中,是很重要的课程,这样才能充分引起学生的重视,激发他们的兴趣。有了学习兴趣,然后再引导学生掌握正确的学习方法,就能达到事半功倍的效果。

四、小结

笔者分别从教师和学生两方面阐述了影响大学物理教学的几个主要因素,并结合实际情况给出了建议。教师的教学方法、课堂气氛以及学生的学习态度这三者都能决定一门课程的质量,如何合理地协调好这三者的关系是解决当前大学物理教学中存在的问题的关键。

作者:单玉燕

第二篇:大学物理光学教学和实践研究

【摘要】在高校教改实践中,学校积极探索了物理光学教学方法、教学内容和教学手段,并使用了启发式教学法和理论结合实际等教学方式来迎合物理光学理论性强、公式多的特点,以便学生更好的学习大学物理光学。本文就是针对高校教改形式下大学物理光学教学进行探索和实践研究。

【关键词】大学物理;光学;教学方法;实践研究

物理光学是理工科开设的一门专业课,其课程内容主要是波动光学的基本理论,必须以大学物理和电动力学为基础。同时,大学物理光学又是其他专业课的基础课程,例如卫星光通信课程、光信息处理课程及红外技术等课程开设必须要先掌握大学物理光学这门课程的内容。物理光学这门课程的内容主要是波动光学的理论内容,就是光在其他的同性介质界面上发生物流光反应,比如光反射、折射和光的衍射等内容,还包括光在不同性介质界面传输的特点和其他一些物流光反应。

1物理光学教育中存在的问题

大学物理光学本身就是一个专业性很强的课程,因其独立性、系统性而与其他专业课程结合度不高,并且大学物理光学主要强调的是学科本位,学科设置的重心在完善学科上,而脱离了实际生活,导致学生对物理光学体系的掌握比较难。因此学生为应付学时限制和考试制度而过多的对书本知识死记硬背,被动的学习课程内容,对于物理公式只知其然不知其所以然。

1.1学习兴趣下降

学生进入大学,开始大学课程时普遍对大学的课程充满好奇,尤其是对物理光学的神奇奥妙更是表现兴趣浓厚,上课的氛围也比较好。但是随着学生对枯燥的理论知识的深入掌握,从光的电磁理论学习到光波的叠加,从反射到折射,最后到光的传输,学生的兴趣表现越来越淡,掌握力度越来越差,甚至出现厌学逃课的现象。

1.2数学功底不厚,理解困难

物流光学因其专业性强而表现难度大,其课程内容主要是一些物流公式和推算演练,这就要求学生具备非常深厚数学底子,但是大部分学生在学习的过程中,因数学基础不好而对物理公式死记硬背,根本没有深入理解掌握公式表达的意思,即便是课堂上听懂老师所讲的内容,课后也一下就忘记。缺乏数学基础作支撑使得学习物理光学非常困难。

1.3重知识轻方法

在中国应试教育的背景下,不管是高中高考还是大学自主考试,大家在学习的过程中,都只看重结果而忽视取得结果的过程。比如大学物理课程中的光学折射现象时,对于实验中物体发生折射的介质是水,学生就片面认为折射的介质条件只有水,而没有进行思维的拓展,对知识的掌握只是停留在表面的学习,根本没有去掌握解决问题的方法。

2大学物理光学教学方法改革的实践与建议

课堂的学习不要只当做是知识的传播,还要被看做是知识的创新和再造的一个过程,也是一种艺术。在大学物理光学教学方法探讨中主要通过科学性、趣味性、系统性和启发性教学方法和手段来提高学生对知识的掌握。把物理光学中对公式的死记硬背转换到发散思维能力的层面上来,使学生在掌握基础知识的同时,也能学到获取知识的方法,还有助于提高学生分析问题解决问题的能力,锻炼学生的创新意识。通过以往教育一线老师的经验,我们研究探讨了以下教学方式方法和手段的改革。

2.1由问题带动教学的方法

理论来源于实际生活,在进行知识传播的时候,要重点将理论知识用生动形象的实际生活来展示,这样学生可以很直观的认识问题并提出解决方案。通过这种方式可以很快地激发学生的学习热情,还能在学生的脑海中留下清晰的物理图像,为学生将理论应用到实际问题中打下基础。

2.2着重方法讲解

举一反三挫类旁通就,就是说的方法永远比问题重要,给学生上课更多的是关注学生对方法的掌握而不是学生对问题的掌握,因为问题时刻在变,而唯有方法是不变的,这就是大学教育的关键所在。提高大学生的素养不仅仅是知识的学习,更重要的是方法的掌握。

2.3加强感性认识

大学物理光学因其专业性强,具有一定的抽象性,在生活中很难用事例进行表述,所以用传统的教学方法来对学生进行教育的话,学生接受起来比较困难。但是引用现代化教学手段,多媒体教学,Flash、PPT等软件的结合,可以把抽象的东西具体化,有助于学生更好地掌握学习课程内容,进而达到完美的教学效果。

2.4开展启发式和讨论式教学

人才培养讲究是双方的互动行为,所以课堂上的教学,老师要加强和学生的互动,而不是一味的说式教学。在课堂教学中采用启发式和讨论式的教学方法来进行课程讲解,可以给学生更多的思考空间。这有利于调动学生主动思考问题的积极性,还能够培养学生的发散思维能力和独立思考解决问题的能力,进而达到学生能力提升和老师教学水平提高的双赢目标。

3结语

物理光学发展的过程是一个漫长具有悠久历史的过程,是人类开启探知外在客观和各种规律的一个过程。而大学物理光学的教学课程贯穿整个物理知识体系,所以作为学生必须牢牢掌握物理光学的基本知识才能不断往下探索更深奥的光学知识,而作为教育工作者,要不断创新教学方法,培养学生学习兴趣,促进学校和个人的教学发展,为学生学习更深奥的物理知识打下牢固的基础。

参考文献:

[1]李玉红.“光学”课程教学改革实践与成果[J].高等理科教育,2006(02).

[2]郑晓东,刘向东.光电信息工程实验教学的思考与改革[J].光学技术,2007(S1).

[3]黄汉华,陈勇,李璋.电子科学与技术战略性新兴产业人才培养计划研究[J].科技创新导报,2013(30).

[4]陈勇,曹万强.综合利用校外实习基地的探索[J].科技创新导报,2008(15).

作者:林欣悦 单位:沈阳大学师范学院

第三篇:大学物理实验教学设计及应用

摘要:物理学科是以实验为基础的一门自然学科,通过物理实验才能让理论得到应用和实践,因此物理实验有着不容忽视的重要性,在大学物理教学中扮演着举足轻重的角色。尤其是在国外,各大高校都十分注重实践,对大学物理实验也给予了极高的重视,而且随着实验教学的改革,使其更加多样化,即使是这样,在实验教学中仍然存在一些问题,而在国内,大学物理实验教学远没有像国外大学那样重视,因此存在的不足要相对多一些。本文在TPACK框架上,从教学内容、方法和技术三个方面来对大学物理实验教学的设计与应用进行了研究和探讨,以期为大学物理实验教学提供一些建设性意见。

关键词:整合技术;大学物理实验;教学设计;应用研究

一、大学物理实验教学与TPACK

TPACK框架概念是于2006年被正式提出的,提出这一概念的是Koehler和Mishra两人,他们认为学科内容知识、教学法知识以及科技知识是相互作用,相互影响的,因此在TPACK框架中是由上述三个基本的知识要素集于一体所形成的知识体。Koehler和Mishra这两人认为TPACK框架是通过对教育技术的利用来实现教学质量的提高,并以此为该框架的基础,是教师有效的整合了学科内容、先进的教学方法以及教育技术这三类关键知识,进行形成超越三者的一种新兴知识形态。

二、基于TPACK框架大学物理实验教学设计与应用

1.结合学生特征,进行物理实验教学内容的设计大学物理实验教学的宗旨就是为了对学生的敏锐观察力加以培养,并在教师的引导下逐渐形成严谨的思维能力,具备较强的实际操作能力,能够将物理理论知识融合到实践中,因此,在进行教学设计中应该尽可能的让物理实验内容更加系列化和专题化,并结合教学实际和学生的能力情况,进行设计性和综合性实验的开设。大学物理实验中,具有众多的实验项目,其中所涉及的实验设备、原理、方法以及仪器等也可以具备某些关联的,如果将其中相关联的实验进行专题组合,那么物理实验内容就会呈现出系列化和专题化,进而由浅至深,让学生从基础出来,逐渐深入到物理实验的深层次中,帮助学生构建一个系列化的物理实验知识框架。2.充分利用现代信息技术,进行物理实验教学环境的设计在TPACK框架中强调技术知识的应用,也就是说在物理实验教学中应该积极应用现代多媒体和网络技术,让信息技术和实验教学得到深层次的整合,进而让物理实验教学资源更加丰富,为学生提供形式多样的现代化学习环境,拓展学生的视野,促进学生高阶思维能力的形成。例如进行物理仿真实验教学的开展,为学生创设一个可视化的实验操作平台,让学生能够何时何地都能够进行物理实验,并且在仿真实验平台中进行各类实验,进而在非课堂时间范围内完成与现实物理实验相一致的实验要求、内容和目的。3.教学策略的研究,促进物理实验教学方法的设计在传统的物理实验教学中,主要是以讲解和示范为主,学生的实验操作为辅,这样的教学模式不能为学生的探究和思考提供足够的时间和空间,没有充分发挥出大学生主体性作用和主观能动性,同时也不符合物理实验教学的宗旨和当前素质教育的要求。所以在教学中教师应该设计出能够培养学生动手能力,锻炼学生思维和形成科学探究精神的实验教学方法。例如合作探究式教学,教师将学生分为几个小组,小组内协同合作,小组间相互竞争,以学生为主体,以实验任务或探究性问题为载体,为学生设计一个激发探究和思考的实验环境,让学生在该环境中充分发挥出自身的主观能动性,调动学生探究积极性,同时也能帮助学生团队意识和综合素养的形成和提高。这与“论文式实验”有一定的相似度,该种实验教学模式就是将四至五个学生组成一个小组,每个实验不同于传统以验证原理为主要目的的物理实验,而是具有较强实践性的设计性实验,比如“激光测距”或者“火灾预警器电路设计”等,只为学生提供实验目的,其余的实验原理、设备和内容等则需要学生自行设计,这样学生可以根据自己的特长进行分工合作,共同完成实验设计,当完成实验后则以论文的形式进行实验报告的撰写,这样小组成员可以相互学习和借鉴,通过沟通交流吸收别人的长处,弥补自己的短处。

三、结束语

总而言之,基于TPACK框架的大学物理实验教学来说,需要从教学法知识、学科内容知识以及技术知识这三个方面入手,选择适合、恰当的教学方法,为大学生创设一个良好的物理实验学习环境,让学生在实用性和趣味性强的物理实验活动中尽情畅游在物理知识的海洋中,促进大学生实践能力、创新能力以及科学素养的提升,成为社会需要、适应时代发展的创新人才。

参考文献:

[1]孙飞,闫凯,王春.开放式课程背景下的大学物理实验教学改革[J].高师理科学刊,2015,01:93-95.

[2]孙凌涛,郭朝中,石东平,王祖英.大学物理实验教学存在的问题及解决方法[J].科教导刊(下旬),2015,02:87+110.

[3]铁玮.浅谈大学物理实验中的设计性实验教学[J].河南科技,2014,21:246.

作者:秦立山 单位:盐城幼儿师范高等专科学校

第四篇:大学物理实验教学改革研究

摘要:在教育领域中的大数据研究正是当前教育应该积极面对的新课题.由学生以不同方式学习所产生的数据,比如移动学习和泛在学习,通过挖掘这些大数据能有效地促进教学和学习.物理实验应该对学习的过程和实验数据进行记录、储存和使用,在教育大数据的背景下,结合物理实验教学的特点,本文分析了国内外目前对移动学习、泛在学习和教育大数据的研究成果.具体分析和介绍了教育大数据的作用、数据挖掘的方法、教学改革的内容与方法和评价的内容和方法.

关键词:大数据;数字化教学;大学物理实验;微课程;增强现实技术;移动学习;泛在学习

1教育大数据促进个性化的自适应学习

中国教育和科研网的推出是中国高校信息化建设的开始[1],中国高校的信息化之路经历了25年.随着教育信息化的深入,教育类型和生成的数据量远远超过了预期的教育信息化,教育已经进入了大数据时代.如何挖掘和使用这些积累的数据是我们应该面对的一个重要课题.2015年2月中国教育部办公厅发布的“2015年教育信息化的重点”指出:促进大数据的应用程序,监控、评估、预测、预警是提供科学决策和宏观管理的基础.研究和制定有关教育数据管理和使用办法,规范规划、获取、分享和使用教育数据[2].教育大数据已成为教育信息化的一个重要组成部分,教育大数据将渗透到所有的教育方面.教育大数据的意义不仅仅是对教育管理和决策的帮助,更重要的是促进教学和学习.2012年10月美国教育部发布“通过数据挖掘和学习分析加强教学和学习———简单的一个问题”指出:通过教育数据挖掘、学习分析和可视化数据分析提高个性化的自适应学习系统,实现个性化学习[3].大学物理实验不仅是本科学生在科学和工程专业的基础课程,也是实验知识、培养操作技能和提高整体质量的重要课程,同时也是实验技能训练的开始.现代教育理论提倡以学生为中心,强调学生的主体性,满足学生的个性化学习,这就要求教师改变传统的课程组织和教学模式.在符合现代教育理念的要求和实现个性化学习中,教育大数据具有不可替代的优势,所以如何挖掘教育大数据将成为现代教育的重要技术基础.

2大学物理实验课程的数字化

大学物理实验课程的数字化建设应该满足学生的个性化的自适应学习,提供数据进行数据挖掘和学习分析[4].它应该体现在几个方面:学生的基本信息数字化、学习内容和过程的数字化和实验报告的数字化.通过建设数字化的大学物理实验,使每个学生都可以从中获得有效数据.这些数据可用于建立数学模型,通过对数学模型和每个学生的数据比对,可以预测和评估学生的学习进展和学习效果.2.1学生基本信息的数字化学生的基本信息可以用来分析学生特点,包括智力和非智力因素.智力因素指个体认知发展的一般特征如知识水平、认知特点、认知结构等,非智力因素指兴趣、动机、情感、态度、焦虑、意志、人格和文化和宗教背景[5].通过学生的在线学习平台上注册、问卷和前测试,可以获得基本信息.信息采集是数字化的先决条件,数字化的关键是使用教育学和心理学的基本原理以及数据挖掘工具对每个学生建立了基本模型.学生利用模型在选择物理实验、预测知识和心理困难时获得帮助.2.2实验学习内容和过程的数字化学生的基本信息可以帮助教师了解学生在实验前的基本情况,但它不完全预测会发生的具体学习过程.实验学习过程的生成、学生的智力和非智力因素是不断变化的.因此根据学习过程中生成的数据,数字化模型应该是不断调整.要获得这些数据,学生的实验学习内容和过程必须数字化.实验内容的数字化要求教师在电子学习平台提供丰富的学习资源,如微讲座、虚拟实验等.这些资源用在不同的实验学习阶段将拓宽学生的选择.同时,学生学习过程的细节,如学习的时间、鼠标点击的数量、评论的内容和错误的类型,将记录在电子学习平台上,实验的数字化学习过程不仅要记录过程,还与数字化建设的实验仪器有关.实验仪器的数字化显示实验结果和记录学生的操作的过程,它的重要意义在于学生能够分析自己实验过程中的优点和缺点,记录完整的实验操作过程对教师全面分析学生是至关重要的.2.3数字化的实验报告实验报告是大学物理实验教学中的重要组成部分.提高学生的实验报告质量,建立科学的评分机制,将有效地促进高校物理实验教学的改革[6].传统的实验报告有一定的缺点,如内容和形式的更新速度缓慢,不同专业背景的学生要求相同的实验报告格式.而数字化的实验报告具有以下优点:1)教师可以根据不同学生的学科特点和每个学生的能力,推动个性化实验报告.2)由于数字化实验报告记录了操作过程和实验数据,它反映了学生的真实实验过程.3)教师很容易纠正数字化的实验报告,在数字实验报告中的一些问题也可以通过系统的固定答案加以纠正.4)数字化的实验报告可以方便地保存和分析评价学生客观物理实验,建立数学模型.

3物理实验教学改革

使用教育大数据的目标在于大学物理实验教学的数字化,而更重要的意义是深化大学物理实验改革.这就需在改革的背景下,教师研究如何在教学内容、教学方法、教学模式中使用大数据.3.1教学内容大学物理实验通常是围绕特定的实验,教学内容基于物理实验教材和实验操作的指导.在大数据时代,教学内容应该以内容的数字化来适应学生的个性化学习.首先,提供丰富的数字化教学资源.学习类型可以分为3个类别:视觉学习者、听觉学习者和触觉学习者.提供丰富的学习资源可以满足不同类型的学生,使他们可以根据自己的需要选择合适的教学资源.所以电子学习平台应提供视频、音频和虚拟实验,这些资源可以用于学生的预习和复习.其次,提供关于数字实验仪器操作的教学内容.许多传统物理实验仪器是非数字化的,尽管通过一些手段使之数字化,但数字化水平无法满足大数据的要求.当实验仪器数字化后,实验操作步骤可能会改变.因此,针对新的实验方法和仪器要重新设计教学内容.多样化和数字化教学内容对打破以学科为中心和建立以学生为中心的教学有着重要的意义.3.2教学方法大学物理实验教学一般分为2个阶段:理论教学和实验操作指导.微课程能够有效地提高知识的传播效率,但不能满足个性化的需求.在实验操作的指导过程中,主要采用示范法和有限的个别咨询法,这些教学方法可以帮助学生完成实验操作,但不利于学生理解和构建实验知识.同时,实验理论教学有时与实验操作分开,所以当学生做实验时,他们可能不记得实验的理论.基于教育大数据上的大学物理实验教学能够改变这种教学方法.首先,教师根据来自于学生基本信息的大数据分析安排实验计划.根据实验和学生的特点,教师下达具有多种教学方法的实验教学内容,学生将完全接受或部分接受教学内容.其次,实验电子学习平台提供丰富的数字化教学资源,学生可以利用课外时间学习实验理论,而理论学习可以重复,不受时间和空间的限制.如果学生在学习过程中遇到问题,他们可以直接检索和提问,这些问题和答案将被记录在数据库中,方便其他学生进行检索.在特定的实验中,学生可以分为不同组进行实验操作,同一组的学生可能有相似的知识水平、能力和问题.通过教育大数据分析,教师能够更有针对性地指导学生实验操作并促进学生构建自己的理解.3.3探索新的教学模式在教育大数据时代,在教学内容和教学方法上将发生一些根本性的变化.为了充分发挥这些变化的优势,教师要为每个特定的物理实验探索新的教学模式.这些新的教学模式应该充分发挥数据挖掘和学习的功能分析.首先,通过数据挖掘,了解学生的基本情况后,可以给学生安排个性化实验项目.其次,通过学习分析,了解学生的学习过程和行为,发现学生在学习中的困难,有针对性地指导使学生继续学习.第三,学生使用电子学习平台上丰富的教学资源学习实验理论和理解实验操作的步骤.教师根据电子学习平台反映的情况组织课堂教学.最后,用教育大数据来记录学生的学习过程,获得学生的形成性评价,帮助学生提高实验学习技能.各种教学模式基于具体的教学背景和教育价值,教学模式的有效实施会受到许多因素的制约,如教学环境和教学目标.

4学习物理实验方法的改革

大学物理实验改革的重点是建立以学生为中心的教学模式.因此,大学物理实验改革应满足学生的个性化实验学习需要,应将信息技术引入到实验学习过程中,并帮助学生构建大学物理实验的认知.信息技术的快速发展使得移动学习和泛在学习成为可能,使非正式学习进入现实生活.大学物理实验改革应借鉴这些学习方法.4.1个性化的物理实验个性化学习强调学习过程应该符合学生的个性和发展潜力,采取适当的手段、方法、内容和评价,自由、和谐地促进学生全面发展.结合教育学和心理学,针对学生的学习状况,教育大数据可以建立数学化模型用于分析学生的个性和发展潜力.与此同时,这些数学化模型与数据将变得更加富有变化,学生可以选择不同的数学化模型进行学习,从而完成个性化学习.个性化包括实验项目和实验内容.实验项目主要指系统可以把适当的实验项目给与学生,学生可以修改项目.通过这种方式,兼顾了教学目标和学生的实际需求.实验内容主要是指通过使用大数据分析实验项目、进展和认知特点,然后根据分析结果为学生提供实验学习内容.必要时,教师还可以组织学生进行面对面的辅导.个性化实验内容还可以包括预测学生的学习潜力.4.2物理实验中的混合式学习Singh&Reed提出,混合学习是“在合适的时间内,利用合适的学习技术通过合适的学习方式,以合适的传递方式使合适的学习者获得最佳的学习效果”.传统的物理实验学习主要是基于物理实验教材和课堂教学.以这种方式学习,效率相对较低,不能满足所有学生的需求.针对物理实验的混合学习涉及到许多方面:1)课本学习和多媒体学习资源的混合.2)正式的课堂学习和非正式泛在学习的混合.3)线下交流和在线交流的混合.这种混合不是随意和混乱的,它应该满足上述5个“合适”.物理实验教材仍然是主要的学习资源,它拥有完整的知识和逻辑系统,可以帮助学生构建学科.多媒体资源具有丰富的表达形式,有利于学生理解专业知识.物理实验的理论可以用泛在学习方式完成.在实验中学习过程包括仪器和人之间的互动和人际互动.在线交流是真实交流的扩展,它可以扩大交流的时间和空间并在必要时使学生获得帮助.泛在学习和在线通讯产生大量数据,通过分析这些数据可以指导下一轮的实验学习,可以安排课堂学习和线下沟通.

5物理实验评价方法改革

教学评价是大学物理实验教学的重要环节.总结性评价可用于检查学生的实际能力,诊断性评价和形成性评价可以用来发现学生学习过程中的问题并反馈给教师.评价是教与学过程中的基本内容,各种评价并非彼此排斥,它们是相互联系和相互渗透的.这是因为任何一种工作都是连续的,阶段的划分也是相对的.无论是形成性评价或是终结性评价都带有诊断的性质.在实际的实验教学中,对物理实验教学评价包括实验预习、观察学生的实验操作过程和实验练习.这种评估过程是粗糙的,效果有限.教育的大数据可改变这一状况,它能完整地记录学生的实验学习过程,可以了解学生的更多细节,通过分析整个物理实验学习过程,可以客观地反映学生的实际水平.5.1总结性评价总结性评价一般是在教学活动告一段落后,为了解教学活动的最终效果而进行的评价.其目的是检验学生的学业是否最终达到了该学科的教学目标[6].总结性评价重视结果,借以对被评价者做出全面鉴定,区分出等级并对整个教学活动的效果做出评定.总结性评价是以预先设定的教学目标为基准,对评价对象达成目标的程度,即教学效果做出评价.总结性评价注重考察学生掌握某门学科的整体程度,概括水平较高、测验内容范围较广,常在学期中或学期末进行,次数较少[7].由于实验课程是由大量的单独实验构成,学习平台所获得的实验前测、中测和后测的信息是构成教育大数据的基础,方便为每个学生进行总结性评价.5.2诊断性评价诊断性评价是指在教学活动开始后对评价对象的学习准备程度做出鉴定,以便采取相应措施使教学计划顺利、有效实施而进行的测定性评价.评价的目的是设计出可以满足不同起点水平和不同学习风格的学生所需的教学方案,并分别将学生置于最有益的教学程序中.通过前测,教育大数据可以帮助学生获得诊断性评价,引导学生选择合适的实验.在预习过程中,系统记录了学生的学习资源和学习情况.学生在物理实验操作过程中,数字化实验仪器记录了学生的实验过程和实验数据.实验结束后,为了巩固实验,学生获得由大数据系统提供的实验报告.在教育大数据的背景下,整个物理实验学习过程是自我量化的过程.通过收集信息,使用严格的和详细的逻辑推理,大数据客观地展示了学生的完整图像.通过诊断性评价完成学生的学习过程评价.5.3个性化的评价由于学生有不同的知识背景、实验要求及问题,这些因素就要求我们对不同的学生采取不同的评价方法.大学物理实验课程有许多特定的物理实验,所以同样的评价标准不能对所有学生的物理实验评价.基于背景和学习资源的评价,不仅能区分学生在特定实验中的认知能力,也能帮助学生发现问题并且获得提高.在教育大数据的背景下可以进行个性化评价.电子学习平台可以用来记录每个学生的多种信息,包括学生的背景信息、实验要求、实验操作过程和实验学习过程.这些信息构成的教育大数据可以作为我们对不同的学生制定出不同的评估内容,学生能及时获得反馈,这种反馈不仅仅是简单的正确与错误,而是为每一个学生制定下一个学习计划和提供建议.

6大学物理实验课程的数字化建设

大学物理实验课程的数字化建设是一项长期的、繁琐的建设,包括大量的教学资源建设,还要利用现代信息技术整合各种用途的操作平台和信息平台,完成确定的教学目标.在长期的探索和研究中,逐步进行以下几个方面的数字化建设.6.1数字化的教材建设在专业光学实验中,学习者可通过扫描教材中的二维码即可在手机上展示该实验的实验内容、实验方法和视频影像.它将改变现有的物理实验教学模式和学习方法,为物理实验的教学改革提供了有效途径.6.2物理实验微课建设逐步开发了与实验课程配套的6门实验微课程学习系统,包括“普通物理实验”、“物理现象探索”、“近代物理实验”、“光电信息实验”、“声学实验”、“固体物理实验”.该系统运用智能手机第三方应用程序(WebApp)实现教育信息化的教学理念[7].在“普通物理实验”的微课程学习系统中进行了移动学习(M-learning)教学平台的开发,学生注册后可进行实验的在线测试(图1)和学习(图2),测试后的结果在学生答题提交之后反馈给学生并获得实验预习分数,在教师端可查看学生的答题情况、学生笔记中的各类问题和学生观看微课程的统计信息.通过后台的数据分析,教师能够更有针对性地指导学生进行物理实验.6.3虚拟实验的建设利用增强现实技术(AugmentedReality,AR)指把原本在现实世界的一定范围内很难体验到的信息,通过模拟仿真后再叠加到现实世界被人类感官所感知,从而达到真实世界和虚拟世界的融合.随着智能手机设备的硬件和计算能力增强,增强现实技术能够在移动设备端实现,为物理虚拟实验的实现方式提供新的机遇(见图3)[8].6.4网络远程实验的建设以网络和远程数据采集技术为基础的实用型平台建设为学生营造真实、有趣的实验学习环境,同时为实验设备的共享提供了新途径,能够最大限度地实现实验室开放,学生可以在任何地点、任何时间进行物理实验活动,同时提供了一种全新的教学方法和学习途径,既丰富了实验课程内容又具备很强的实用价值,这不仅是对传统实验教学的拓展,同时也是对物理实验教学模式改革进行有益的探索.近年来我们已研制了热声效应、金属丝杨氏模量测量、交流放大电路测试等远程实验,部分内容已在教学中试运行[9].6.5实验仪器数字化建设针对有些实验数据量多且无法用笔录进行数据记录,可利用数据采集和传输技术,对实验仪器进行数字化改造,当学生调整好仪器和选择好参量后,学生在做实验时所获得的数据会即时传到教师的监测平台上,教师一旦发现数据错误会立刻提醒学生,要求学生停止实验重新调整实验仪器或修正参量.学生实验完成后在网络平台上下载各自的实验数据进行数据分析,获得实验结果.教师也可以在网络平台上检查每个学生的实验数据,通过比对可发现学生在实验中的各种问题.通过多年的探索和研究,我们完成了波尔共振仪[10]、气体比热容比实验仪[11]数字化实验仪器的研制.

7结束语

教育大数据有巨大的应用前景,它正在改变我们的生活方式,教育大数据也将改变教育,改革必须符合现代教育理念,应该及时建立大学物理实验大数据库、数字化实验仪器和电子学习平台.在教育大数据的背景下,通过数据挖掘和分析进行以学生为中心的教学改革.

作者:马宁生 吕军 方恺 单位:同济大学 物理科学与工程学院

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