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开放式大学物理实验教学模式

 论文栏目:大学物理论文     更新时间:2019/7/19 9:56:03   

摘要:在“新工科”的背景下,本文提出了一种以满足学生个性化需求为基础的开放式大学物理实验教学模式。该教学模式立足于学生的个体需要,借助现代化的物联网仪器管理、人机交互界面和微信公众平台等科技手段,将个性化选课系统、差异化教学方式和即时线上反馈功能引入传统的实验教学体系,着力构建新型开放式的教学模式。该系统包含个性化选课系统、教学过程管理系统、仪器管理物联系统、微信教学管理平台四个子系统,其最大特色是重视学生的个性化需求,实现开放式教学。

关键词:新工科;开放式;大学物理实验;教学模式

为积极应对新一轮科技革命与产业变革,2017年2月,教育部着手推进新工科建设,发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》、《关于推进新工科研究与实践项目的通知》[1],并形成了“复旦共识”、“天大行动”、“北京指南”等一系列重要指导思想[2]。“新工科”建设旨在促进新国际竞争形势下我国的高等学府人才培养模式,为我国经济转型和社会发展提供强有力的人才保障和智力支撑。“新工科”是教育改革发展的新方向,是未来高等学校人才培养模式变革的重要依据之一[3]。“新工科”建设对普通高等院校的教育方式提出了新的要求,即推动高校专业建设从科学范式向工程范式转型,促进高等学府人才培养从传统的课堂封闭式、灌输式向开放式、自主式培养的变革[4]。传统的大学物理实验由教务处统一安排实验项目及其内容,以班为单位集体上课,学生被动接受。实验项目与内容的设置缺乏开放性,忽视了不同专业学生的专业背景、技能需求和兴趣差异。开放式实验教学立足于学生的主体性需要,借助于现代化的物联网仪器管理、人机交互界面和微信公众平台等科技手段,将个性化选课系统、差异化教学方式和即时线上反馈功能引入传统的实验教学体系,着力构建新型开放式的教学模式。开放式教学理念决定了教学模式必须以学生为本,要重视关照学生发展需求。实验课程的内容应更加贴近大学生专业方向与认知兴趣,满足学生发展需求,激发学习热情。同时,教学目标、教材、内容的设置要以现实情境为依托,不仅仅拘泥于纸版课本,要促进学生提出开放的问题、进行开放的思考。应确立学生的主体意识,多样化调动学生学习的主动性、积极性,最大限度激发学生的学习兴趣、求知欲望和参与热情。同时,利用现代化科技手段,借助多媒体、智能移动终端、互联网等手段,建立交互式的学习环境,以开发学生潜能,进行个性化教学。另一方面,随着3G、4G互联网技术的飞速发展和智能手机的普及,依靠移动设备进行智能化学习和工作逐渐受到人们的认可和追捧。这种方式很好地利用了人们的碎片化时间,极大提高了效率,节约了时间成本和大量资源。面对新工科形势下高校教学的需求,实验室基于微信公众平台和物联网技术,建设了大学物理实验在线教学管理系统。该系统包含个性化选课系统、教学过程管理系统、仪器管理物联系统、微信教学管理平台四个子系统,其最大特色是重视学生的个性化需求,实现开放式教学。

1开放性物理实验教学管理系统

在教学环境上,开放式教学倾向于构建新的教学环境。开放式教学在教学环境上,主张有开放的课堂、开放的教室、开放的作业,在空间上突破了传统教学中的封闭性。开放式教学学习不仅仅只是在课堂上,还包括课外的实践学习环节等多种方式来实现。如图1所示,本系统由个性化选课系统、教学过程管理系统、仪器管理物联系统、微信教学管理平台四个子系统构成,共享同一数据库。系统均为模块化结构,方便进一步功能扩展和升级。

1.1个性化选课系统

以往的选课系统是以班为单位集体选课,忽略了学生兴趣、能力、学习基础和可上课时间上的差异,学生无法选取符合个人发展及个性需求的实验项目。鉴于此,我们建立了个性化选课系统,便于学生根据自身的专业需求和兴趣偏好,进行自主化、个性化选课。选课过程经过预选、正选及退改选三个阶段。预选阶段学生可以根据自己的兴趣及需求,选择任意教师及实验项目。正选阶段需要学生重新确认自己所选择的课程。退改选阶段一般是针对错选、漏选或在正选阶段被淘汰的学生重新进选择。该系统把学生需求放在第一位,旨在从学生的角度来思考教学管理和课程建设。这有利于真正调转思考的角度,不是从学校和课程出发,而是从学生出发来考量学校和课程。个性化选课是当前信息社会下教育改革的必要途径,基于学生的个性发展需要制定教育模式,既能够保证所有人受到教育,又能够满足每个学生的个性需要,具有重要意义。另一方面,个性化选课系统可以为实验教学提供反馈,便于优化项目模块的种类设置、数量安排和时间分配,提高教学资源的利用率。实验仪器和教室是实验教学的主阵地,实验课教师起辅导和监督作用。要真正提高实验课教学效率和教学效果,就要依据学生需求,最大限度地优化实验教学资源的分配。为此,我们将实验项目分成必选和可选两大类。必选项目是所有学生都必须完成的实验项目,其主导价值在于培养和发展学生的共性,有助于掌控实验课程的培养方向。可选项目提供若干个实验选项,学生可以根据自己的喜好和时间进行选择。可选项目可以很大程度上反应学生的兴趣偏好。依据可选项目的选课结果,实验室可以集中力量发展受学生欢迎的实验项目,增加相应的仪器数量及课程次数,减少不太受欢迎的项目,从而做到教学资源分配与利用的最优化。

1.2教学过程在线管理系统

教学过程在线管理系统提供教学过程的在线组织和管理功能。其中包括教学人员安排、学生上课签到、仪器故障实时申报、实验日志生成等功能,涉及课程管理员、学生、教师三类人员或账户,对应三大功能模块,如图2。首先是学生签到系统。学生上课签到功能通过微信扫码完成。每台仪器分配并贴有一个二维码。学生课前通过实验管理系统查到实验项目所在的教室和分配给自己的仪器台号。实验课当天到教室后手机扫描二维码即可完成签到。该功能与成绩管理系统关联,签到在限定时间内完成,课程正式开始20分钟后签到功能失效,迟到的学生无法完成签到。课后教师根据签到情况在线录入学生成绩,未签到的学生即使做了实验,其成绩也无法录入。这一功能便于教师统计到课人数,提供学生缺勤的证据,还可督促学生按时上课,极大方便了对学生缺勤情况的审查与统计工作。

1.3仪器管理物联网

物联网将用户端延伸和扩展到了物品与物品之间,进行信息交换和通讯。目前物联网的应用领域非常的广阔,已经在智能交通、智能安防、智能物流、公共安全等领域得到了实际的应用。本实验室开发的仪器管理物联网依据共享数据库中学生选课信息,分配学生实验仪器设备,对仪器设备实施电源控制,记录和追踪仪器设备的使用信息,为设备资产管理提供可视化平台,支持无人值守全自动工作模式。仪器管理物联网以实验室房间为单位,采用分布式管理,包含无线节点、无线网关和物联网管理系统三层架构,如图3所示。仪器管理物联网突破传统纸质“仪器设备使用记录本”管理方式,对实验仪器进行自动化控制和信息化管理,增加仪器设备的利用率、提高资产管理效率,是智能化开放实验室重要组成部分。

1.4微信教学管理平台

传统的高校教学管理平台基于电脑PC端进行访问,受到一定的限制。近年来,智能手机、微信平台在高校师生中的普及为微信公众平台应用于高校的教学奠定了基础。以手机终端作为访问入口,通过微信公众平台,可实时进行实验教学管理。该微信管理平台顺应互联网信息化的发展,方便了实验教学信息的及时发布和实时查询,增强了学生对实验课程的关注度,也提高了师生之间的沟通与交互效率。本实验室开发的微信管理平台如图4所示。师生均可通过手机微信公众平台访问实验教学数据库。学生随时随地查询实验课程和成绩信息、选课或换课,实验室也可以向学生推送重要消息,使用便捷,信息即时性高。只需关注实验教学微信公众号,即可实现实验教与学的良好互动。图4微信管理平台

2结语

开放式的物理实验教学管理系统更加贴近学生学习和生活的习惯,满足了学生的需求,激发了学习兴趣。同时教师也可以及时通过系统对学生的学习情况进行了解,并作出反馈。新工科建设是一个全新的方向,需要不断地研究与实践。本文提出的开放式的大学物理实验教学模式顺应了新工科建设改革发展的需求,并将在实践中与时俱进,积累经验,提高教学方式的科学性以及教学模式的合理性。

参考文献:

[1]沈国华,钱巨,陈海燕,等.“新工科”教育质量评估方法探索[J].工业和信息化教育,2018(9):10-13.

[2]许涛,严骊,殷俊峰,等.创新创业教育视角下“人工智能+新工科”发展模式和路径研究[J].远程教育杂志,2018(1):80-88.

[3]汤丽萍.高校新工科人才培养模式改革研究[J].决策探索,2018(10):56-57.

[4]王颖,陈伟,林琢.“新工科”背景下应用型本科院校复合型人才培养探索与研究[J].科学大众,2018(11):155-177.

作者:文晓艳 李小强 李鹏 单位:武汉理工大学理学院

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