現(xiàn)代教育技術(shù)與大學(xué)物理教學(xué)交互對(duì)接的研究與實(shí)踐

王睿垠，馮放，金長(zhǎng)江，劉勇，李楠

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 文理學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030）

大學(xué)物理作為一門(mén)基礎(chǔ)學(xué)科，是高等教育的重要組成部分。隨著教育科技化、信息化的不斷發(fā)展和進(jìn)步，大學(xué)物理課堂的教學(xué)模式也在不斷發(fā)生變化[1]。傳統(tǒng)的大學(xué)物理教學(xué)模式已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代教育要求，如何實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的大學(xué)物理教育，是當(dāng)前高校需要解決的問(wèn)題之一[2]。在農(nóng)業(yè)院校的大學(xué)物理課程教學(xué)中，仍存在著如傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式單一、課堂缺乏趣味性和參與性、學(xué)生知識(shí)準(zhǔn)備不足而難以掌握物理理論[3]、課程內(nèi)容與所學(xué)專(zhuān)業(yè)相關(guān)性差等問(wèn)題。因此，探究一種符合高等農(nóng)業(yè)院校大學(xué)物理課程教學(xué)特點(diǎn)和需求的新型教學(xué)交互對(duì)接模式，具有重要的意義[4]。

現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展為大學(xué)物理課程教學(xué)的改革提供了新的思路[5-6]。通過(guò)利用現(xiàn)代教育技術(shù)，可以打破傳統(tǒng)大學(xué)物理課程教學(xué)的局限性，實(shí)現(xiàn)教學(xué)的個(gè)性化、差異化和全面化[7-8]。因此，探究現(xiàn)代教育技術(shù)與大學(xué)物理課程教學(xué)的結(jié)合，做好大學(xué)物理課程課堂教學(xué)交互對(duì)接模式的研究和實(shí)踐，對(duì)于提高教學(xué)質(zhì)量、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、開(kāi)發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維、提高學(xué)生實(shí)踐能力，推進(jìn)高等教育教學(xué)模式創(chuàng)新與發(fā)展具有重要的意義[9-11]。

本文從教學(xué)改革需求和實(shí)踐出發(fā)，對(duì)高等農(nóng)業(yè)院校物理教學(xué)交互對(duì)接模式進(jìn)行研究和實(shí)踐。首先，分析高等農(nóng)業(yè)院校物理教學(xué)的特點(diǎn)和難點(diǎn)，概述國(guó)內(nèi)外物理教學(xué)交互對(duì)接模式的發(fā)展情況，并討論傳統(tǒng)教學(xué)模式的局限性。其次，基于現(xiàn)代信息技術(shù)，提出一種新型的教學(xué)交互對(duì)接模式，具體包括改進(jìn)傳統(tǒng)教學(xué)方式、增加線上課程教學(xué)方式、采用虛擬實(shí)驗(yàn)、結(jié)合人工智能等環(huán)節(jié)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生深入思考和實(shí)踐探究。最后，通過(guò)教學(xué)實(shí)踐驗(yàn)證該模式的可行性和有效性，為高等農(nóng)業(yè)院校物理教學(xué)改革提供借鑒和參考。

1 大學(xué)物理課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

傳統(tǒng)的大學(xué)物理課程教學(xué)模式以教師為中心，主要采用講授、使用教具及課件演示等方式進(jìn)行教學(xué)，普遍存在課堂效率低下、學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高等問(wèn)題[12]。

1.1 教學(xué)內(nèi)容更新慢

物理領(lǐng)域在不斷發(fā)展和進(jìn)步，但是由于課程體系的穩(wěn)定性，大學(xué)物理課程的教學(xué)內(nèi)容更新進(jìn)展較為緩慢。此外，一些教師對(duì)新知識(shí)的掌握和使用不夠熟練，導(dǎo)致大學(xué)物理課程教學(xué)內(nèi)容未能反映物理領(lǐng)域最新的研究成果[13]。

1.2 教學(xué)方式較為傳統(tǒng)

大學(xué)物理課程傳統(tǒng)教學(xué)方式大多以教師課堂講授為主，輔以板書(shū)或者PPT 演示。這種傳統(tǒng)的教學(xué)方式，導(dǎo)致學(xué)生在課堂上缺乏互動(dòng)和思考的機(jī)會(huì)，難以提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力[14]。

1.3 教學(xué)資源更新滯后

當(dāng)前大學(xué)物理課程教學(xué)輔助設(shè)備未能很好地跟隨時(shí)代發(fā)展。此外，教學(xué)材料的質(zhì)量也在一定程度上影響了大學(xué)物理課程教學(xué)的質(zhì)量。教學(xué)材料更新慢、選材不合理等問(wèn)題使得教學(xué)資源受限，影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

2 教學(xué)交互對(duì)接模式的設(shè)計(jì)和構(gòu)建

2.1 教學(xué)模式的設(shè)計(jì)

大學(xué)物理課程教學(xué)一般分為預(yù)習(xí)導(dǎo)課、課上講授、課后復(fù)習(xí)與測(cè)驗(yàn)三個(gè)環(huán)節(jié)。將現(xiàn)代教育技術(shù)有效融入這三個(gè)環(huán)節(jié)，采取多種教學(xué)方式對(duì)接，能使學(xué)生在課堂上更加積極、主動(dòng)地參與教學(xué)活動(dòng)，提高學(xué)習(xí)效率與質(zhì)量。

2.1.1 預(yù)習(xí)、導(dǎo)課環(huán)節(jié)

傳統(tǒng)的預(yù)習(xí)方式較為單一，學(xué)生閱讀教材即可，當(dāng)學(xué)生事先準(zhǔn)備不足時(shí)，預(yù)習(xí)難度會(huì)加大，影響到預(yù)習(xí)質(zhì)量，現(xiàn)代教育技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用將有效解決這一問(wèn)題。首先，針對(duì)每章、每節(jié)錄制模塊化的教學(xué)視頻，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)物理公共教學(xué)部錄制的大學(xué)物理MOOC，已在超星平臺(tái)上線。視頻講解多由生活案例或前沿應(yīng)用導(dǎo)入，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；原理講解多采用動(dòng)態(tài)圖片及動(dòng)畫(huà)演示呈現(xiàn)，有效地解決了學(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備不足的問(wèn)題。學(xué)生自主學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)預(yù)習(xí)系統(tǒng)平臺(tái)的MOOC 資源，生動(dòng)豐富的影像資料使預(yù)習(xí)效果得到極大提升。在“互聯(lián)網(wǎng)+”與“智能+”大背景下，在線課程平臺(tái)、智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)為學(xué)生創(chuàng)造了時(shí)時(shí)能學(xué)、處處可學(xué)、人人皆學(xué)的條件和環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了個(gè)性化的學(xué)習(xí)。虛擬實(shí)驗(yàn)作為現(xiàn)代教育技術(shù)的一種應(yīng)用，學(xué)生在模擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中進(jìn)行操作，可以解決實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足、實(shí)驗(yàn)材料浪費(fèi)等問(wèn)題[15]。利用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以將理論課堂（例如波動(dòng)光學(xué)）的抽象原理通過(guò)動(dòng)態(tài)演示和可視化效果展示給學(xué)生，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的交互性和生動(dòng)感，降低理解難度。

2.1.2 課上講授環(huán)節(jié)

引導(dǎo)學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中積極探索、實(shí)踐，學(xué)會(huì)自行解決問(wèn)題，教師則扮演引導(dǎo)者和支持者的角色，以此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。通過(guò)課堂討論、小組合作、教師講解與學(xué)生互動(dòng)等多種形式，使每位學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中都參與互動(dòng)。為檢測(cè)預(yù)習(xí)效果，根據(jù)具體授課人數(shù)，將全班分成討論小組，根據(jù)具體課程內(nèi)容，將基本概念、原理及拓展、爭(zhēng)議問(wèn)題提前分給各小組進(jìn)行討論，討論時(shí)每組隨機(jī)選出1～2 人，展示小組討論成果。通過(guò)學(xué)生的展示（發(fā)言或PPT）及對(duì)學(xué)生的提問(wèn)，檢測(cè)學(xué)生預(yù)習(xí)情況。對(duì)預(yù)習(xí)測(cè)試中錯(cuò)誤率高、有爭(zhēng)議的問(wèn)題要給出清晰解答。這種問(wèn)題引導(dǎo)的小組討論模式，有利于學(xué)生進(jìn)行探究式與個(gè)性化學(xué)習(xí)，相對(duì)輕松自由的學(xué)習(xí)氛圍大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力，“樂(lè)學(xué)”的學(xué)習(xí)心理有利于對(duì)知識(shí)的深入理解和同化吸收。要注意的是，是否采用小組討論要視具體課程內(nèi)容而定，并非所有課堂都采用小組討論的方式。

2.1.3 課后復(fù)習(xí)與測(cè)驗(yàn)環(huán)節(jié)

隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，一些物理教學(xué)已經(jīng)開(kāi)始集成人工智能技術(shù)，對(duì)來(lái)自學(xué)生的各項(xiàng)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和評(píng)估，以了解學(xué)生的學(xué)習(xí)特征和誤差，并提供相應(yīng)的幫助和反饋。將人工智能技術(shù)與大學(xué)物理課程教學(xué)相結(jié)合，可以有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度，同時(shí)也為教師提供了更多、更及時(shí)的教學(xué)反饋。利用現(xiàn)代教育技術(shù)、人工智能技術(shù)，可以實(shí)時(shí)解答學(xué)生的疑問(wèn)，使學(xué)生獲得良好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

3 教學(xué)交互對(duì)接模式的實(shí)踐

3.1 傳統(tǒng)授課方式的改進(jìn)實(shí)踐

近兩年，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)對(duì)物理課程開(kāi)展了教學(xué)交互對(duì)接模式的教學(xué)實(shí)踐。實(shí)踐表明，使用多媒體教學(xué)、互動(dòng)式教學(xué)，以及基于實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方式，提高了理論課堂的教學(xué)效果，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握。通過(guò)提出問(wèn)題、分組討論、互相交流等方式，增加了學(xué)生與教師之間的互動(dòng)，提高了學(xué)生的課堂參與度。在講解物理概念和現(xiàn)象時(shí)，增加機(jī)器人、宇宙飛船、近代理論的發(fā)展等內(nèi)容，比傳統(tǒng)講授方式更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。另外，開(kāi)展物理建模、科學(xué)項(xiàng)目等實(shí)踐性教學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生產(chǎn)生了提升自身實(shí)踐能力與科學(xué)素養(yǎng)的內(nèi)在動(dòng)力。

3.2 線上課程的教學(xué)實(shí)踐

教師明確給出學(xué)生線上大學(xué)物理課程的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生熟知教學(xué)計(jì)劃。在制定教學(xué)計(jì)劃時(shí)，將線上課程的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)充分考慮，并設(shè)計(jì)了合理的學(xué)習(xí)活動(dòng)和評(píng)估方式，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容選擇適合的在線課程平臺(tái)和虛擬實(shí)驗(yàn)室等進(jìn)行教學(xué)。實(shí)踐表明，制作的線上課程教學(xué)材料具有清晰的結(jié)構(gòu)和邏輯，能夠幫助學(xué)生更好地理解和掌握知識(shí)。同時(shí)，視覺(jué)效果、多媒體表現(xiàn)形式、交互性等方面有了很大提升。學(xué)生線上學(xué)習(xí)遇到問(wèn)題時(shí)，線上學(xué)習(xí)平臺(tái)及時(shí)提供了支持和反饋，教師隨時(shí)根據(jù)學(xué)生的反饋和學(xué)習(xí)成果對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行評(píng)估和改進(jìn)，不斷提高線上課程的質(zhì)量。

3.3 虛擬實(shí)驗(yàn)的教學(xué)實(shí)踐

利用計(jì)算機(jī)軟件模擬物理原理過(guò)程，學(xué)生可以三維勘測(cè)實(shí)驗(yàn)物體，通過(guò)縮放和旋轉(zhuǎn)來(lái)調(diào)整視野，加深對(duì)物理原理的理解。安全和互動(dòng)的環(huán)境，能夠大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更好地解釋了物理現(xiàn)象的本質(zhì)，使學(xué)生更加深入地理解物理現(xiàn)象和相關(guān)概念，更容易理解難以觀察的現(xiàn)象。

3.4 人工智能的教學(xué)實(shí)踐

利用人工智能技術(shù)，搭建出一個(gè)具有個(gè)性化推薦、智能問(wèn)答功能的教學(xué)平臺(tái)，提供個(gè)性化的教學(xué)支持，為學(xué)生提供良好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)、個(gè)性化輔導(dǎo)服務(wù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、作業(yè)問(wèn)題等進(jìn)行相應(yīng)解答，并根據(jù)學(xué)生的問(wèn)題，提供針對(duì)性輔導(dǎo)和解決方案。

由于人工智能和教學(xué)結(jié)合的實(shí)踐探索剛剛開(kāi)始，還有一些功能待后續(xù)開(kāi)發(fā)?？梢钥隙ǖ氖?，實(shí)現(xiàn)基于人工智能技術(shù)的大學(xué)物理課程教學(xué)交互對(duì)接模式的改進(jìn)，使得教學(xué)更貼近學(xué)生需求，提高教學(xué)效率和效果，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和體驗(yàn)，可以以此為基礎(chǔ)，打造現(xiàn)代化、精準(zhǔn)化和智能化的大學(xué)物理課程教學(xué)體系。

大學(xué)物理課程面向的專(zhuān)業(yè)較為廣泛，本身的教學(xué)內(nèi)容復(fù)雜，如何將復(fù)雜的教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)化為生動(dòng)有趣、易于理解的表現(xiàn)方式，是大學(xué)物理課程教育改革的一項(xiàng)重要內(nèi)容。通過(guò)合理應(yīng)用現(xiàn)代教育技術(shù)，在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)物理課程教學(xué)中采用交互對(duì)接模式開(kāi)展教學(xué)實(shí)踐與探索，既增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和體驗(yàn)感，提高了學(xué)生課堂參與度，又提升了課程的教學(xué)質(zhì)量，獲得了良好的教學(xué)效果。

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要探討了大學(xué)物理課程教學(xué)交互對(duì)接模式的研究與實(shí)踐，提出了現(xiàn)代教育技術(shù)與大學(xué)物理課程教學(xué)的結(jié)合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)教學(xué)模式的改革創(chuàng)新。實(shí)踐證明，該模式提高了大學(xué)物理課程的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。因此，今后的大學(xué)物理課程教學(xué)應(yīng)更加注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，合理采用現(xiàn)代教育技術(shù)手段，全方位、多角度地推進(jìn)大學(xué)物理教學(xué)創(chuàng)新發(fā)展，提高課程教學(xué)質(zhì)量