新常態(tài)下基于IRS模式的大學(xué)物理教育探析

薛霞

【摘要】新常態(tài)下的大學(xué)物理教育，應(yīng)能夠處理好物理教育自身規(guī)律與培養(yǎng)人才發(fā)展之間的關(guān)系，這就需要找到能適應(yīng)新常態(tài)的大學(xué)物理教育模式。本文從高等教育新常態(tài)思維出發(fā)，引入互動(dòng)反饋系統(tǒng)（Interactive Response System，IRS）作為大學(xué)物理的教育模式，分析了如何制定IRS環(huán)境下的物理教學(xué)策略，并以實(shí)例解釋如何實(shí)施IRS模式教學(xué)，最后提出了IRS教學(xué)模式的改進(jìn)措施。

【關(guān)鍵詞】新常態(tài) 大學(xué)物理 教育模式 IRS

中圖分類號(hào)：O4

【中圖分類號(hào)】O4 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

一、引言

黨的十八大以來，我國的經(jīng)濟(jì)、政治、文化、社會(huì)、生態(tài)等各領(lǐng)域呈現(xiàn)出全方位的新常態(tài)。站在新的歷史起點(diǎn)上，面對(duì)新常態(tài)下的高等教育，我們更應(yīng)該樹立一種新常態(tài)意識(shí)，體現(xiàn)一種新常態(tài)思維：（1）以引導(dǎo)取代灌輸、以影響取代施壓；（2）目的在于提升大學(xué)生素質(zhì)，育人比育才更重要；（3）當(dāng)以人為本，尊重個(gè)性，給大學(xué)生自由發(fā)展的空間；（4）把學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)還給大學(xué)生，借助電子設(shè)備、互聯(lián)網(wǎng)、多媒體等形式愉快學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)。

物理學(xué)是自然科學(xué)中最具活力、最富創(chuàng)新的學(xué)科，大學(xué)物理在高等教育中具有基礎(chǔ)性地位[1]。因此，研究新常態(tài)下的大學(xué)物理教育模式，對(duì)于我國高校教育改革尋找新的突破、創(chuàng)新教育具有重要的意義。

二、IRS系統(tǒng)的基本概念

互動(dòng)反饋系統(tǒng)是一種以多媒體、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代信息技術(shù)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，“具有測(cè)查、統(tǒng)計(jì)和記錄的功能”[2]。在課堂教學(xué)的信息技術(shù)環(huán)境下，引入具有“1對(duì)1”特性的數(shù)字技術(shù)，“將課堂教學(xué)過程的多媒體演示、信息反饋、師生及生生交互等環(huán)節(jié)進(jìn)行高效整合”的系統(tǒng)平臺(tái)[3]?；?dòng)反饋系統(tǒng)作為一種新型的課堂教學(xué)媒體，能夠使普通教師在傳統(tǒng)的教室環(huán)境里通過傳送、采集、處理和顯示學(xué)生的反饋信息建立起交互型學(xué)習(xí)環(huán)境。教室中的每個(gè)學(xué)生都擁有一個(gè)屬于自己的移動(dòng)計(jì)算設(shè)備，即個(gè)人手持發(fā)射器。學(xué)生利用手中的發(fā)射器，進(jìn)行電子應(yīng)答，參與教學(xué)。教師通過終端設(shè)備顯示的學(xué)生反饋統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，隨時(shí)監(jiān)控學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)程，及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和策略，如圖1所示。

圖1 IRS系統(tǒng)示意圖

三、IRS環(huán)境下的物理教學(xué)策略

互動(dòng)反饋技術(shù)打破了傳統(tǒng)課堂教學(xué)生態(tài)[4]——“老師講、學(xué)生聽”，學(xué)生通過行為參與，有效提升了學(xué)習(xí)興趣和注意力，增強(qiáng)了其思維能力、理解力和記憶力等。為了使IRS系統(tǒng)在大學(xué)物理教學(xué)中的取得良好的成效，必須針對(duì)傳統(tǒng)課堂信息反饋存在的問題[5]，制定IRS在物理課堂教學(xué)中的應(yīng)用策略：

1、在講授前，利用IRS測(cè)查學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)所需要的一些基礎(chǔ)知識(shí)，或測(cè)查學(xué)生對(duì)將要學(xué)習(xí)的知識(shí)內(nèi)容的掌握程度，在此基礎(chǔ)上，對(duì)教學(xué)內(nèi)容做出取舍，分出輕重。

2、在講授過程中，教師設(shè)計(jì)的每個(gè)環(huán)節(jié)基本都要進(jìn)行測(cè)查，以了解學(xué)生對(duì)這一環(huán)節(jié)知識(shí)內(nèi)容的理解和掌握情況，根據(jù)學(xué)生的反饋信息，教師及時(shí)查漏補(bǔ)缺。

3、在教學(xué)內(nèi)容結(jié)束后，通過IRS開展測(cè)驗(yàn)，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，及時(shí)檢測(cè)課堂教學(xué)效果，驗(yàn)證并修改本次教學(xué)設(shè)計(jì)。

4、在IRS技術(shù)支持下的教學(xué)信息反饋基礎(chǔ)上，針對(duì)傳統(tǒng)課堂中各種信息反饋形式，考慮IRS技術(shù)對(duì)存在的各種問題如何進(jìn)行優(yōu)化。

四、實(shí)證研究

以筆者所教授的《大學(xué)物理》電磁學(xué)單元“帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)”一節(jié)為例，解釋如何實(shí)施IRS模式教學(xué)。

1、湯姆遜法測(cè)定荷質(zhì)比

首先，在課堂中引入洛倫茲力時(shí)，我們通過動(dòng)畫模擬其特征（圖2），在電子束試驗(yàn)儀用磁鐵演示磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的影響。

圖2 洛倫茲力特征示意圖

同時(shí)，提示在既有磁場(chǎng)又有電場(chǎng)的空間如何表達(dá)洛倫茲力？給出洛倫茲力矢量式。湯姆遜測(cè)定荷質(zhì)比的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程如下：動(dòng)畫演示直螺線管激發(fā)的磁場(chǎng)（圖3），隨后拿出亥姆霍茲線圈：其產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)電子的運(yùn)動(dòng)軌跡產(chǎn)生何種影響？

圖3 直螺線管激發(fā)的磁場(chǎng)示意圖

演示偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象后：如何使電子束重新打在屏中心？顯示IRS選擇題，學(xué)生用手中的遙控器回答選項(xiàng)。學(xué)生提出在正交方向上施加勻強(qiáng)電場(chǎng)，教師啟發(fā)學(xué)生推算出平衡的條件及電場(chǎng)施加方向，從而得出測(cè)量荷質(zhì)比的方法。這樣比直接介紹湯姆遜的方法更能吸引學(xué)生。

2、地磁場(chǎng)的測(cè)量

在接下來的師生互動(dòng)活動(dòng)中，利用電子束實(shí)驗(yàn)儀，提出研究性問題：地磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有影響嗎？教師要求學(xué)生參與活動(dòng)，當(dāng)電子束實(shí)驗(yàn)儀的射線束方向置于南北方向時(shí)，啟發(fā)學(xué)生利用洛倫茲力特點(diǎn)得出零的結(jié)論。參與活動(dòng)的學(xué)生幫助移動(dòng)射線儀轉(zhuǎn)動(dòng)90度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)亮點(diǎn)偏離，向上或向下產(chǎn)生了移動(dòng)，這就是地磁場(chǎng)水平分量對(duì)電子束射線施加洛倫茲力的結(jié)果。此時(shí)顯示IRS選擇題：這個(gè)偏轉(zhuǎn)的實(shí)質(zhì)與加一個(gè)亥姆霍茲線圈一樣嗎？磁場(chǎng)的作用區(qū)域一樣嗎？接著啟發(fā)學(xué)生計(jì)算出地磁場(chǎng)的水平分量。此外，教師可以啟發(fā)學(xué)生思考地磁場(chǎng)測(cè)量的其他方法，例如如何根據(jù)小磁針的偏轉(zhuǎn)測(cè)量地磁場(chǎng)的水平分量？作為學(xué)生的課后研究活動(dòng)。

3、課后的研究活動(dòng)

上述的演示或?qū)嶒?yàn)受到大學(xué)生的歡迎和喜愛，一部分學(xué)生課后找教師繼續(xù)探討問題或請(qǐng)求答疑。幾個(gè)小組設(shè)計(jì)出了測(cè)量地磁場(chǎng)水平分量的方法：比如把指南針放在載流長直導(dǎo)線周圍不遠(yuǎn)的某處，旋轉(zhuǎn)整個(gè)裝置，但不改變導(dǎo)線與指南針的相對(duì)位置，直到轉(zhuǎn)到磁針不受地磁場(chǎng)干擾的角度，標(biāo)記方向。然后旋轉(zhuǎn)整個(gè)裝置90度，如果切斷電源，指南針依然指向北方，再接上電源，磁針偏轉(zhuǎn)了一個(gè)角度，測(cè)量這個(gè)偏轉(zhuǎn)角，就可以得到地磁場(chǎng)的水平分量。

4、新常態(tài)下的改進(jìn)

上述IRS教學(xué)模式比較顯著地提高了大學(xué)物理課程的學(xué)習(xí)成效，但課間環(huán)節(jié)中的遙控器只能通過選擇題獲取學(xué)習(xí)者的反饋信息，不能回答填空題等題型，限制了設(shè)計(jì)課程策略。因此可根據(jù)現(xiàn)有IRS系統(tǒng)的不足，結(jié)合新常態(tài)下課堂學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，利用電腦、手機(jī)、ipad等電子設(shè)備來代替現(xiàn)有反饋器，以軟件代替硬件的方法，如圖4所示。

圖4 IRS系統(tǒng)改進(jìn)示意圖

這樣，IRS反饋器有了更加靈活、智能的優(yōu)勢(shì)，也將更適應(yīng)在未來的學(xué)習(xí)模式。

五、結(jié)束語

隨著新常態(tài)下高等教育的發(fā)展，越來越多的大學(xué)和老師會(huì)面臨更嚴(yán)的要求、更高的挑戰(zhàn)。如何適應(yīng)新常態(tài)，并推動(dòng)高等教育的轉(zhuǎn)型，是考驗(yàn)我國從高等教育大國到高等教育強(qiáng)國能否獲得成功的關(guān)鍵所在。利用IRS模式來實(shí)現(xiàn)大學(xué)物理乃至其它所有課程的教育，乃是一種非常重要的有益嘗試。

參考文獻(xiàn)

[1] 張鵬，董騰，鐘壽仙，趙昆.物理學(xué)基礎(chǔ)課程在理工類高校教學(xué)中的基礎(chǔ)地位分析[J]. 內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報(bào)（教育科學(xué)版）.2012，（07）

[2] 和學(xué)新.教學(xué)策略的概念、結(jié)構(gòu)及其運(yùn)用[J].教育研究，2000，（12）endprint