flash期末作业成品_基于“新工科”的工科物理作业模式研究
中國工程院院士、天津大學(xué)校長鐘登華先生對新工科的內(nèi)涵是：“以立德樹人為引領(lǐng)，以應(yīng)對變化、塑造未來為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才。”?[2]在此內(nèi)涵背景下，以“新工科”為核心的課程教學(xué)改革，至少應(yīng)該落實以學(xué)生為中心的理念，知識體系導(dǎo)向性重構(gòu)、加大學(xué)生選擇空間，增強師生互動，改革教學(xué)方法和考核方式，推進信息技術(shù)和教育教學(xué)深度融合為切入點。作業(yè)是評估學(xué)生學(xué)習(xí)效果、鞏固所學(xué)知識的基本工具和考核方式，因此對傳統(tǒng)作業(yè)模式進行主動適應(yīng)性改革是必要的。
1 改革傳統(tǒng)作業(yè)模式的必要性
根據(jù)“新工科”理念，要求在教學(xué)中要把握新工科人才的核心素養(yǎng)，注重培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計思維、工程思維、批判性思維和數(shù)字化思維，溝通協(xié)商能力和工程領(lǐng)導(dǎo)能力等[3]。作為教學(xué)中不可或缺的作業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)作業(yè)模式已不能與“新工科”內(nèi)涵要求相適應(yīng)。
首先，從傳統(tǒng)作業(yè)的目的性上看，傳統(tǒng)作業(yè)的基本目的是通過對某一公理、定理、定律或推論的驗證或簡單應(yīng)用，來完成對學(xué)生學(xué)習(xí)效果進行鞏固和評估。當然，我們不能否認傳統(tǒng)作業(yè)的這一根本目的，但是這個目的是單一的。根據(jù)新工科人才的核心素養(yǎng)內(nèi)涵，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計思維、工程思維、批判性思維，以及數(shù)字化思維也是教學(xué)目的。學(xué)生僅完成傳統(tǒng)作業(yè)，這些能力則不能很好反映，教師也很難通過傳統(tǒng)作業(yè)對學(xué)生這些能力做出客觀評估。
其次，從傳統(tǒng)作業(yè)設(shè)計的內(nèi)容上看，局限于對某一公理、定理、定律或推論的驗證或簡單應(yīng)用，這樣的作業(yè)在今天看來其內(nèi)容是不夠豐富的。在互聯(lián)網(wǎng)時代，基礎(chǔ)課程、通識課程中的經(jīng)典作業(yè)題目，在網(wǎng)絡(luò)平臺上隨處可見。因此，在作業(yè)安排中，如果僅限于對經(jīng)典題目的布置，則缺少作業(yè)吸引力，缺少挑戰(zhàn)性，已經(jīng)不能很好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，特別是對于那些自學(xué)能力較強的學(xué)生。千篇一律的作業(yè)內(nèi)容，也不能適應(yīng)學(xué)生碎片化、多元化、個性化等學(xué)習(xí)行為的轉(zhuǎn)變。
最后，從傳統(tǒng)作業(yè)設(shè)計的載體上看，一般局限于在紙介上推演，學(xué)生完成作業(yè)的形式是單一的，至少在信息化與傳統(tǒng)教學(xué)深度融合方面，存在提升的空間。受單一完成手段限制，傳統(tǒng)作業(yè)題目的解題過程，存在過度簡化的情形，表現(xiàn)在經(jīng)常是對其中的一個特例進行解答。學(xué)生批判性思維和數(shù)字化思維的培養(yǎng)受到限制。
2 基于“新工科”的工科物理課程作業(yè)模式
基于傳統(tǒng)作業(yè)模式改革的必要性，我們提出“新工科”的工科物理課程作業(yè)模式，這一模式以從具體課程角度盡可能地體現(xiàn)新工科人才的核心素養(yǎng)為首要，真正實現(xiàn)以學(xué)生為中心。從作業(yè)的頂層思想、內(nèi)容設(shè)計、載體形式等方面，完成新模式的構(gòu)建。
2.1 圍繞核心知識點構(gòu)建作業(yè)綜合體
無論是傳統(tǒng)作業(yè)模式，還是“新工科”的工科物理課程作業(yè)模式，都應(yīng)圍繞核心知識點來設(shè)計作業(yè)題目。不同的是“新工科”作業(yè)模式的每一例題目都應(yīng)該設(shè)計成一個目的多元的作業(yè)綜合體，使學(xué)生在完成作業(yè)過程中能從多個方面得到鍛煉或收獲，也可以根據(jù)自身的學(xué)習(xí)興趣關(guān)注題目的不同側(cè)面。
我們這里的“目的多元”指的是教師預(yù)設(shè)的、學(xué)生通過完成一個或若干個具體的作業(yè)題目過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)知識鞏固、靈活運用、視野拓展、技能鍛煉、工程意識培養(yǎng)等多重教學(xué)目標的總稱，具體實現(xiàn)目標的數(shù)量是依據(jù)知識點重要性以及知識點在課程內(nèi)容體系中的位置來確定。根據(jù)新工科人才核心素養(yǎng)要求，筆者認為作業(yè)綜合體應(yīng)包括以下細分目標：
(1) 通過解答題目能夠鞏固知識技能；
(2) 學(xué)生能了解作業(yè)題目的工程背景；
(3) 學(xué)生能夠受到作業(yè)題目的啟發(fā)；
(4) 可以嘗試利用數(shù)學(xué)仿真軟件建立模型；
(5) 緊密聯(lián)系接續(xù)課程(對接專業(yè))；
(6) 圍繞題目的探索性認知。
以核心知識點電容器與電容為例，簡述這一設(shè)計過程。可以從智能手機待機時間長短這一公眾話題導(dǎo)入，為作業(yè)題目預(yù)設(shè)工程背景。作業(yè)題目的選擇可以圍繞計算電容和討論影響電容值的參數(shù)進行設(shè)計或選取[4]。結(jié)合學(xué)生接續(xù)課程，我們設(shè)計了一例關(guān)于在電路中存在多個電容器、電介質(zhì)插入而計算等效電容的作業(yè)題目，題目可以進行數(shù)學(xué)運算推理，也可以利用數(shù)學(xué)軟件進行仿真推演和圖形化，達到鞏固知識技能和滿足部分學(xué)生嘗試利用編程解決問題的目的。同時為學(xué)生布置文獻查閱任務(wù)，以平行板電容器為突破口，討論影響電容的參量，讓學(xué)生了解當前科學(xué)研究的切入方向、技術(shù)上的突破、市場價值的開啟等，就是圍繞選取合適的材料、優(yōu)化參數(shù)展開的，而在3個影響電容的參量當中，增加表面積和減小極板間距是一個重要切入點。
最后，結(jié)合雙電層型超級電容器(Electrical Double-Layer Capacitor)案例，引導(dǎo)學(xué)生討論在科學(xué)研究、技術(shù)發(fā)明、工程實踐中，“發(fā)現(xiàn)”一些基本物理原理在創(chuàng)造物質(zhì)財富方面的價值[5-7]，形成文本報告。
2.2 基于作業(yè)綜合體構(gòu)建新媒體作業(yè)形式
從傳統(tǒng)作業(yè)設(shè)計的載體上看，一般局限于在紙介上推演，學(xué)生完成作業(yè)的形式是單一的。紙介版作業(yè)還存在學(xué)生相互抄襲的現(xiàn)象，教師僅憑作業(yè)不能對學(xué)生學(xué)習(xí)狀況進行客觀評價。為使學(xué)生在完成作業(yè)綜合體過程中，達到預(yù)期目標，教師需要為學(xué)生設(shè)計一套多種媒體相融合的新媒體形式。即圍繞核心知識點和學(xué)生核心素養(yǎng)要求，構(gòu)建起視頻演說、文本報告、設(shè)計方案、數(shù)字仿真等形式組合的數(shù)字化作業(yè)體系。
首先，實施了視頻作業(yè)辦法，即要求學(xué)生將要完成的作業(yè)錄制成一個獨立的演說視頻。為了保證實施效果，我們制定詳細的實施辦法。辦法中包括實施方案的意義、實施的范圍、錄制要求、激勵與約束措施等細則。在實施過程中，看到學(xué)生獨立完成一次視頻作業(yè)，需要對題目所涉及的基礎(chǔ)知識和技能熟練掌握，同時也必須具備一定的推演和表達能力，以及團隊協(xié)作、組織編排等能力。教師通過調(diào)閱學(xué)生遞交的視頻作業(yè)，能夠得到學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況的真實信息。
第二，增加能充分體現(xiàn)主觀性的文本報告、設(shè)計方案環(huán)節(jié)。在作業(yè)中，我們給學(xué)生一份指導(dǎo)性提綱。學(xué)生緊密結(jié)合自己的專業(yè)學(xué)習(xí)，尋找物理學(xué)知識與所學(xué)專業(yè)課程的緊密聯(lián)系[8，9]；或者緊密結(jié)合生產(chǎn)生活實際，尋找物理學(xué)原理在生活與工程實際中的應(yīng)用，最終形成一份圍繞核心知識點的簡短讀書報告。此外，很多經(jīng)典的作業(yè)題目其實來源于工程實際，或者可以找到工程背景，但幾經(jīng)抽象、演變其工程色彩淡化，以至完全脫離了工程背景。因此，我們?yōu)橐恍┙?jīng)典題目進行了工程背景的預(yù)設(shè)或說明；圍繞作業(yè)題目，深入挖掘其思想性、啟發(fā)性，賦予其工程色彩，主動適應(yīng)學(xué)生碎片化、多元化、個性化等學(xué)習(xí)行為的改變，幫助學(xué)生樹立探索意識。
第三，為學(xué)生設(shè)計虛擬仿真計算環(huán)節(jié)。熟練掌握一門數(shù)學(xué)仿真軟件對理工科學(xué)生來說也是十分必要。然而，工科物理開設(shè)在低年級，學(xué)生接觸到的數(shù)學(xué)軟件和程序編寫能力十分有限。在作業(yè)布置中，我們選擇一些能夠使用flash，模塊化、Matlab GUI工具箱式的編程的作業(yè)題目[10-12]，鼓勵學(xué)生制作一些學(xué)生樂見的動畫或小仿真程序，融入虛擬仿真實驗或數(shù)學(xué)參數(shù)化分析，利于學(xué)生對作業(yè)題目的深入理解、所學(xué)知識的全景透視，實現(xiàn)討論和結(jié)論的可視化，對培養(yǎng)數(shù)學(xué)思維、數(shù)字思維有益。
2.3 圍繞學(xué)生志趣制定作業(yè)質(zhì)量評價辦法
學(xué)生的志趣不同，使得他們在完成新媒體作業(yè)過程中，側(cè)重會有所不同。基本功扎實、語言表達能力強的學(xué)生，在視頻演說環(huán)節(jié)會表現(xiàn)良好；計算機仿真能力強的學(xué)生，則會在數(shù)字模擬環(huán)節(jié)表現(xiàn)出色；而文字表達能力強的學(xué)生則在文本報告環(huán)節(jié)會有與眾不同的表現(xiàn)……。因此，建立起體現(xiàn)學(xué)生志趣的作業(yè)質(zhì)量評價辦法是必要的。為此，我們建立起多種媒體作業(yè)形式全面覆蓋、志趣權(quán)重各異的分類評價辦法或標準。全面覆蓋是“新工科”人才核心素養(yǎng)的必然要求，而志趣權(quán)重各異則是因材施教、突出學(xué)生志趣的必然選擇。學(xué)生在滿足最基本的學(xué)習(xí)要求基礎(chǔ)上，可以自主選擇評價辦法的類別。
2.4 不同評價方式的標準對接
為實現(xiàn)分類評價標準的對接，首先，我們在平時成績考核這一環(huán)節(jié)制定了若干細分標準。這些細分標準制定的原則是：
(1) 保持每名同學(xué)平時考核總分不變；
(2) 每一細分標準中均包含基礎(chǔ)和自選兩大模塊。
(3) 基礎(chǔ)模塊對所有學(xué)生是相同的，以保證學(xué)生獲得圍繞核心知識點的基本知識、基本思想和方法；自選模塊則由學(xué)生根據(jù)自己的志趣，自由選擇其中如視頻演說、文本報告、設(shè)計方案、數(shù)字仿真等細目，以突出因材施教和促進志趣發(fā)展。
(4)平時成績由學(xué)生在基礎(chǔ)模塊取得的成績和自選模塊取得的成績組成。其中，自選模塊的成績，根據(jù)學(xué)生選擇的細目數(shù)量，加權(quán)計入，即保證每位同學(xué)都能將自己的擅長作為成績評價的一項依據(jù)。
第二，我們在學(xué)期末考試試題設(shè)計方面，進行了同步改革，例如，我們?yōu)榭荚囶}目營造工程背景，學(xué)生通過閱讀背景材料獲得解答題目所需要的信息，實現(xiàn)平時作業(yè)與期末考試有效銜接。
第三，我們積極利用各種學(xué)生能力培養(yǎng)與鍛煉平臺，如校內(nèi)堅持20多年的大學(xué)物理科技創(chuàng)新活動、大學(xué)物理學(xué)術(shù)競賽、東北地區(qū)大學(xué)生光電設(shè)計競賽、全國青年科普創(chuàng)新實驗暨作品大賽等，鼓勵學(xué)生參加這些比賽，獲得理論與實踐結(jié)合、綜合鍛煉的機會。
3 基于“新工科”的工科物理課程作業(yè)模式的改革成效
我們進行教學(xué)對比試驗，通過對理工科大學(xué)物理課程作業(yè)模式的改革，在試驗班中分別進行了橫向和縱向比較。2016級全校理工科合計106個自然班，兩個學(xué)期教學(xué)任務(wù)，選取不同專業(yè)8個自然班進行了教學(xué)實驗。為了相對客觀說明問題，我們以卷面成績進行統(tǒng)計，并將實施作業(yè)模式的改革班級標記為A、B、C、D、E、F、G、H。
其中為了橫向比較，A、B、C、D 4個自然班兩個學(xué)期均實施作業(yè)模式改革。兩個學(xué)期的期末考試卷面成績表明，A、B、C 3個自然班均位列前3名，D自然班第一個學(xué)期排第6名，第二個學(xué)期排第5名；兩個學(xué)期縱向比較，盡管名次基本穩(wěn)定，但第二學(xué)期的平均成績明顯提高。
為了縱向比較，E、F、G、H這4個自然班，第一學(xué)期采用傳統(tǒng)的作業(yè)模式，第二學(xué)期采用新模式。統(tǒng)計兩個學(xué)期期末卷面成績發(fā)現(xiàn)，E班從第一學(xué)期的第75名，上升至第17名；F班從第90名上升至第32名；G班從第89名上升至第64名；只有H班排名沒有變化，仍位于第80名。僅從卷面成績上看，似乎H班沒有取得預(yù)期效果，但事實上是H班參加物理學(xué)術(shù)競賽、設(shè)計方案等環(huán)節(jié)的獲獎比例數(shù)是最高的，超過50%(其他班級10%左右)。
對8個自然班第二學(xué)期期末考試卷面成績超過90分的學(xué)生數(shù)進行統(tǒng)計，達到25人，全校合計有97人，試驗班的優(yōu)秀率顯著高于傳統(tǒng)班；如果將平時成績計入，特別是將參加物理學(xué)術(shù)競賽、設(shè)計方案等成績計入后，試驗班總評優(yōu)秀率更是上升到全校優(yōu)秀率的1/3，且全部位于前列。
通過問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對新作業(yè)模式非常歡迎，90%以上學(xué)生對視頻演說形式的作業(yè)印象深刻，完成一道題的講解，除了基本知識和技能得到鞏固外，還能在語言表達、縝密思維等方面得到有效鍛煉，這種感受甚至是終身難忘的；70%以上的學(xué)生認可設(shè)計方案和數(shù)字仿真形式的作業(yè)，覺得這一形式新穎，對計算機基礎(chǔ)應(yīng)用和編程很有幫助；參加各類競賽獲獎的學(xué)生認為新形式的物理作業(yè)，對他們的文筆表達和科學(xué)論述起到非常有效的鍛煉作用，能讓他們對競賽不再陌生和畏懼。
4 結(jié)語
“新工科”對基礎(chǔ)課程教學(xué)改革影響是全方位的，對課程教學(xué)的影響剛剛開始顯現(xiàn)，作為評估反饋學(xué)生學(xué)習(xí)效果的作業(yè)環(huán)節(jié)，為了主動適應(yīng)“新工科”人才核心素養(yǎng)內(nèi)涵需求，筆者認為應(yīng)該從作業(yè)目的的多元性、內(nèi)容豐富性、完成手段的多樣性等角度切入研究，構(gòu)建新媒體作業(yè)形式。僅以實施的視頻作業(yè)辦法為例，筆者認為視頻作業(yè)是教育信息化背景下，對學(xué)生學(xué)習(xí)、思維、組織、表達、設(shè)計、審美，以及團隊合作等綜合能力，進行訓(xùn)練和考查的理想載體，是促進學(xué)生主動學(xué)習(xí)、主動思考、創(chuàng)意設(shè)計的重要媒介。一般而言，一名學(xué)生(或幾名學(xué)生組成的團隊)成功完成一份較理想的視頻作業(yè)，前面所述的這些能力所對應(yīng)環(huán)節(jié)是必須經(jīng)歷的。站在教師角度，教師通過審閱學(xué)生所提交的視頻作業(yè)，能夠?qū)W(xué)生的這些能力進行評估和學(xué)習(xí)效果評價，從而對教學(xué)過程做出更加科學(xué)的判斷，而學(xué)生能夠獲得交叉與融合、數(shù)字化思維、溝通協(xié)商、自主學(xué)習(xí)等能力。這些正是“新工科”人才核心素養(yǎng)內(nèi)涵需求的客觀要求。參考文獻
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基金項目:?黑龍江省教育科學(xué)規(guī)劃重點課題“基于共享云端服務(wù)的大學(xué)物理融媒體教學(xué)總成設(shè)計研究”資助(GJB1319132)；河北省高等學(xué)校人文社會科學(xué)研究項目“分形理論在創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的應(yīng)用研究”資助(GH191002)；黑龍江科技大學(xué)青年才俊計劃資助。
作者簡介:?李海寶，男，副教授，主要從事基礎(chǔ)物理教學(xué)與研究工作，dadibank@vip.163.com。
引文格式:?李海寶，熊紅彥，李海燕，等. 基于“新工科”的工科物理作業(yè)模式研究[J]. 物理與工程，2019，29(4)：59-63.
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總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的flash期末作业成品_基于“新工科”的工科物理作业模式研究的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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