“七维整合”高级理论 - 实验混合教学设计学习“大学物理学和实验课程”为例
概括
基于大学定位的新工程人才培训目标和东中国师范大学的环境生态工程，有机地整合了物理理论，生活实验，演示实验，虚拟模拟，基本实验，扩展实验和创新实验，以形成先进的理论实验课程系列；在线和离线教学资源，采用分层教学概念和多维过程评估方法，深入整合在线和离线学习活动，指导学生独立学习，独立实验，公开展示和自我反思，并实现独立学习的全面改进能力 ;通过协调学生的性格，知识和能力的培养，学生可以获得专业认同感和专业价值的感觉；实现意识形态和政治教育的全方位启蒙，建立家庭和国家感，并形成责任感。总体课程评估和教学评估很好，学生领导的科学和技术创新成就非常出色。
关键字混合教学；高级教学；分层教学；过程评估；意识形态和政治教育
基于东方的东部和新的目标。这些以及采用，多和，指导'，开放和自我，以及。
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出现了以新技术，新行业和新业务形式为特征的新的全球经济，为培养国家人才提出了新的战略要求。为了积极回应新一轮的科学和技术革命以及工业转型，并支持未来的创新与发展，2017年，教育部提议建立“新工程”相应的新兴行业，以为中国的可持续发展提供动力未来的科学与技术与聪明时代。在建造新工程的“建立新的人才培训模型”中，其目标是培养具有强大基本实践能力，强大的创新能力和科学和工程学的国际竞争力的高质量复合新工程才能。在大学才能的培养中，课程是教育中最微小的部分，但它是解决教育基本问题的最重要部分。 2019年，该国发布了“教育部关于建设一流本科课程的实施意见”，提议建设五个主要的“金课程”。其中，在线和离线混合课程将颠覆传统的课堂教学过程，将老师的“教学”视为学生“学习”中心的中心，实现翻转的课堂，深入促进信息技术和教育的深刻整合以及教学，促进教学模型和教学方法改革。
大学物理和实验是科学和工程专业的重要基础课程，为学生提供了必要的基本物理知识和基本实验技能，以研究专业课程。传统的教学方法主要基于“教师说话，学生聆听和跟随”的模型，其主要目的是学习知识。教学内容以统一的方式安排，忽略了学生知识起点和能力的差异；课堂缺乏经验和实践，学生在学习方面并不是很积极。课程评估方法是单一的，重点是期末考试并鄙视学习过程，这很难刺激学生的持久动机和学习参与。澳大利亚心理学家约翰·皮格斯（John Piggs）和凯文·科利斯（Kevin ）[1]的独奏分类理论以及美国教育工作者Bloom等人提出的教育目标的分类学。 [2]，根据学生的现有知识，能力，思维水平和其他因素，将学生划分为相似的学生，分析课程教学目标，澄清学习任务，设计教学命令，并选择适当的目标教学教学方法，以便处于不同级别的学生可以分层策略。并最大程度地提高适当环境中的最佳发展，以满足学生在不同级别的学习需求[2]。基于学生培训目标和专业背景，我们进行分层教学，分层实验和与学生作为中心进行分层评估，并采用“七维”高级理论实验教学设计，以逐渐完成学生对基础知识的掌握，培训基本的实验操作以培养独立学习习惯，高级思维和创新的实践能力，意识形态和政治教育通过教学进行，使学生能够获得专业身份和专业价值的感觉，并建立家庭和国家和责任感。
1学习情况分析和混合教学目标
“大学物理学和实验C”是东中国师范大学建立的非物理专业专业的基本理论和实验课程，为学生提供基本的物理知识和基本实验技能，以研究专业课程。本课程的学科是环境工程和环境生态工程的二年级学生。在第二学期提供了第一学期的“大学物理C”和36小时的“大学物理实验C”。东中国师范大学针对环境工程和环境生态工程专业的培训目标是通过可持续发展概念，稳定的科学和工程基金会，强大的实践能力和强大的创新能力来培养复合和杰出的工程应用才能。根据东方师范大学的人才培训目标以及在新工程背景下的国家人才需求，我们的“大学物理和实验”进行了课程和研究分析，并计划使用混合教学来解决当前的关键问题教学，进一步阐明混合教学课程目标。
1.1课程和研究状况分析
通过访谈和问卷，我们发现主修环境工程和环境生态工程的学生具有以下三个特征：
（1）数学和物理学的基础通常是好的，学习态度是正确的；我对物理学习有浓厚的兴趣，具有某些动手实践技能，并且对参加活动有很强的认识。
（2）愿意接受新事物，有积极思考并喜欢社交网络；具有强烈的竞争感和高度的自我评估；
（3）高级现代信息素养，快速掌握电子设备和在线学习平台，准确搜索在线资源，并具有一定的兴趣和高适应性的混合学习能力。
1.2混合教学要解决的关键问题
根据国家新的工程人才培训目标以及东中国师范大学的定位和学术状况的研究结果，我们采用了分层的混合教学并计划解决以下三个问题：
（1）如何实现学生在科学和工程课程中的人格，知识和能力，建立家庭和国家的感觉以及形成责任感的问题是教师应该考虑的一个问题；
（2）如何根据学生的个人状况来实现教学，并激发学生的科学思维和扩展创新能力，这是教师应该关注的问题；
（3）如何通过更科学的评估来刺激学生的持久动机和学习参与是教师应解决的问题。
1.3混合教学课程目标
我们已经从三个维度设定了混合教学课程的目标：知识传授，能力培养和价值塑造：
（1）知识赋予水平：通过对本课程的研究，对物理学覆盖的内容和主题结构的全面，系统地了解可以完全有系统地，学生可以独立整理并建立知识系统；
（2）能力培养水平：通过学习和操作经过验证，全面和创新的物理实验，学生可以使用理论设计实验，通过实验总结理论，并独立进行扩展项目研究；
（3）价值塑造级别：建立科学思想，实验的科学方法，使用知识为社会服务，形成坚定的理想和信念，一种勇敢的创新和社会责任精神。
本课程将进行分层教学，分层实验和与学生作为中心进行分层评估，采用“七维”高级理论实验教学设计，并逐渐从基本知识掌握和基本实验操作中逐步完成学生的培训，以便养成独立的学习习惯，高级思维和创新的实践能力，意识形态和政治教育通过教学过程进行，使学生能够获得专业身份和专业价值的感觉，并建立家庭，国家和责任感。
2“七维整合”高级理论构建和实验混合教学模型的实施
我们已经建立了一个“七维综合”高级理论实验性混合教学模型，深入整合在线和离线学习活动，理论和生活实验，演示实验，虚拟仿真实验，基本实验，扩展实验，扩展实验以及创新的实验互锁和互锁和互锁环，以及一层进步；多维过程评估刺激了学生的参与，意识形态和政治教育被完全湿润，形成了学生认知，实践，扩张和创新的综合培训模型，并在实施后取得了重大结果。图1显示了“七维综合”高级理论实验教学模型的总体结构，该模型完全反映了在线和离线教学资源的高度重塑，教学任务的分层设计，在线和离线学习的深刻集成活动以及维度过程评估的多重特征。
2.1在线和离线教学资源是高度重塑的
本课程积累了丰富的在线和离线资源。在线资源不仅包括东中国师范大学“波浪光学”的国家一流高质量课程，XI'AN 大学和大学的国家高质量MOOC“大学物理学”，“大学物理实验I “，虚拟仿真实验和演示视频，问卷，问题库文件等；离线资源包括演示实验工具，实验工具，软件（，C＃，等），该实验室编写的教科书和自制的实验教学视频。根据环境工程和环境生态工程的专业特征，在在线和离线资源构建中，我们加强了“大学物理学”的其他专业课程（例如“物理化学”和“环境监测”）之间的联系，反映了重要性在其专业领域的基本物理知识。应用。图2显示了“七维综合”高级混合教学过程中在线和离线教学资源的高度重塑。在物理理论链接中，在线质量MOOC与离线教科书紧密相结合，MOOC被用作课前学习和毕业后扩展的资源。在生活实验中，学生在互联网上广泛寻找实验材料，并根据生活中的共同材料制作自己的产品。实验和自画像视频，将视频上传到在线学习平台可以用作在线学习材料；在演示实验中，学生通过在线学习平台的演示实验视频学习了演示实验的原理和操作，然后去现场进行演示实验进行演示实验和拍摄示范实验。在线上载视频以互相共享；虚拟仿真实验，学生使用云虚拟仿真实验平台进行操作，以实现辅助理论和实验类的预览和审查效果，并使用离线软件模拟实验结果，将在线学习平台上传为在线学习材料；基础知识实验，学生可以通过在线实验MOOC充分理解实验内容，然后去实验室有目的地操作实验工具，并在课后检查MOOC，以加深他们对实验的理解；扩展实验，学生使用数据库来审查文献，设计和扩展实验，并编写它们。实验报告在线共享；创新的实验，学生根据基本实验进行仪器研发，并扩大实验，发表论文，这些论文也称为在线学习材料。在线和离线资源可以进行互动，在线资源可以帮助学生学习。学生的自制离线材料成为在线资源，扩大了学习的广度和深度。
2.2教学任务的分层设计
上课前，我们研究学生的学习知识，能力和思维水平以及理论学习和实践学习的分层设计。整个分层模型如图3所示。首先，理论学习任务分为所需的学习和选定的学习。学生通过上课前的在线学习，课堂报告和讨论，在线和离线反思和上课后的扩展以及在线开放展示来完成学习任务；实践学习层次设计在本文中，生命实验，演示实验和基本实验是必要的内容。学生的虚拟模拟实验操作和实验报告被用作分层。在完全尊重学生的愿望的前提下，一些学生被指导进行扩展实验和创新实验。通过发表论文和研发实验工具，可以意识到学生的高级思维和实践培训。
目前，光学检测技术已成为环境保护的有效手段。前国家环境保护管理局和中国科学院赫菲材料科学研究所共同建立了国家环境保护和环境光学监测技术的国家关键实验室。基于学生的专业特征，我们仔细地层层了光学理论和实验，将光学理论和实验技能的基础扩展到了环境光学检测技术的原理和应用。在理论部分中，光的干扰和衍射表明光有波动。干扰是由两个点光源发出的波的相干叠加的结果，光的衍射是连续波面相干叠加的结果，光的极化进一步解释了光波的横向波特性。基本的实验和膨胀实验部分，牛顿的环是厚度相等的干扰，迈克尔森干涉仪包含相等的厚度干扰和相等的倾斜干扰，并且光栅是一种使用偏光剂的单缝衍射和多裂衍射剂的广泛使用的光学设备，可将其结合在一起以及检测极化器，四分之一波板和半波板可以产生和验证不同的极化光；光的干扰，衍射和极化都是环境光学检测技术中非常重要的应用，例如紫外线检测紫外线可见光谱仪器，重金属粒子光学检测器等。东中国师范大学的MOOC“光学”和“大学物理学”的“大学物理学”零件在Daxia学校在线课程平台的平台。前者使用波动理论引入光的干扰，衍射和极化，这更困难，是选择含量。后者的重点是从实验现象开始，并结合光学相干理论，以易于理解的方式解释干扰，衍射和其他光现象，学习难度相对较低。这是必须学习的内容；上课前的设计测试问题，以掌握学生的独立学习状况；根据学生的困难和怀疑的问题，老师将在腾讯教室中提供有针对性的解释，并形成一个视频上载的Daxia学校的在线课程平台，学生可以在任何时候反复观看和学习，以帮助学生建立扎实的理论基础和扎实的理论基础和成功实现基本目标；基于难度将讨论问题设置为层次，学生在课堂前小组讨论课堂报告以实现课堂翻转。每个学生都需要进行实验教学分层过程，生活实验，演示实验和虚拟仿真实验。老师通过学生提交的虚拟仿真实验的结果了解学生对实验原理和操作方法的掌握，并将学生分为不同的程度。这是两个大组；所有学生都完成了必要的实验“牛顿的环”和“单缝衍射和光栅持续测量”，以训练其实际的动手操作和数据分析功能。具有良好水平的学生完成了选择和扩展实验“迈克尔森干涉仪”“对光明的观察和研究”，写了一篇简短的论文来培养扩大创新以及科学和技术论文的能力。根据扩展实验，基于扩展实验，具有更高水平的难度，广度和全面性的学生，独立设计和实施创新的实验“水质光学检测器”。 ”，申请科学和技术创新项目，发表论文，撰写专利，进一步形成产品并实现学校企业合作。
2.3在线和离线学习活动的深入整合
本课程具有丰富的学习活动，在线和离线的深入整合，所有学习活动都密切相关，并且困难正在逐渐发展。通过小组合作，报告和讨论，反思和共享，扩展研发，学生对参与的热情以及逐渐培养学生的高级思维和创新实践能力。
1）物理理论
上课前，学生将独立学习在线高质量的MOOC和解释视频并完成在线测试。在课堂上，学生根据他们的前类知识储备，在小组中的课堂上进行讨论和报告解决方案，自由选择不同的难度级别的问题任务，并在现场回答问题和评论，以在独立学习过程中纠正他们的认知。和分数独立学习。根据专业背景和公众关注的热门问题，学生根据实验内容充分探索意识形态和政治要素。例如，在世界水日，学生结合了小学和中学课程的扩展，积极地撰写文章，并在自己的微信公共帐户上录制微型巡回演出，以普及水质测试和保护知识。在此过程中，建立一种家庭和国家感并构成社会责任。
在扩展实验的在线讨论会议上，学生们密切关注了光学领域诺贝尔奖获得者的故事，并将其纳入海报以在线展示。通过接近科学家，了解科学研究的故事，培养学生的毅力，以创新和攀登科学的高峰，并增强他们的专业认同感和专业价值。
2）生活实验
观察生活中的光学现象，并利用您学会的解释知识；检查在线文学和材料，使用周围的项目与同学设计有趣的光学实验，观察和记录实验现象，然后将其上传到Daxia 在线课程平台，每个人都相互观察并一起讨论。老师将根据他们的意见书对学生进行评分。
3）演示实验
东中国师范大学的物理示范中心隶属于上海市政实验教学示范中心。它具有240m2的示范实验室和近300组示范工具。学生可以随时操作演示实验，并了解实验原则。老师在线提供实验主题选择，学生分别为5名学生，并选择一个实验主题进行准备。老师还提供了一个在线任务列表，以告知每个实验需要观察和考虑的实验，并让学生进行实验，以提高实验的效率。做出全面准备后，学生已经对实验有了清晰的了解。他们来到实验室，并在教师的指导下成群结队地进行实验，观察和记录实验现象，并思考物理现象背后的原理。实验后，学生返回教室，并分组报告实验中观察到的有趣现象，反思并评估了光学演示工具的巧妙概念和设计，并将报告和反思上传到达克西亚学校以形成学习文件。上课后，学生可以独立观看老师上传的视频，以进一步解释达克西亚学校的实验原理，以加深对实验的理解。实验后的后期任务是：学生在实验中捕获的身体现象，以微观视频的形式上传到Daxia 在线课程平台，形成一个演示实验视频数据库，并基于同行相互评估规模。学生可以互相观察，互相学习优势，弥补自己的弱点，并提高自己。
4）虚拟仿真实验
中国MOOC在线物理实验I和II为我们设计和录制。它包括虚拟仿真实验的原理和操作方法。虚拟仿真系统中有一个在线虚拟仿真实验演示，学生可以随时在线查看。学习。学生通过虚拟仿真实验熟悉仪器使用和数据获取和分析方法，突破了时空的局限性，并随时随地进行在线培训；学生使用虚拟仿真实验系统来模拟实验，了解实验仪器的使用技能以及物理参数的测量方法，并培训实际的动手操作能力和数据分析能力。使用虚拟仿真系统执行实验后，学生在线提交实验报告，在线审查和反馈指导，并在独立学习中回答问题。教师根据学生提交的实验报告掌握了不同学生的学习效果。当他们来到课堂上时，学生在实验过程中进行了交流并分享了问题，听取了其他小组执行的实验的结果和技术，破坏了个人学习的局限性，并增加了学习的广度和深度。
5）基本实验
教师记录了基本实验的原理解释和实验操作预览视频，并将其放入达克西亚学校，供学生在上课前学习，参考课程，并在课后进行审查。学生实际上走进实验室，操作物理工具，并在教师的指导下测量物理参数。学生记录数据，分析数据，完成论文实验报告，拍摄照片并将其上传到达克西亚学校，并纠正并形成文本反馈。基本实验培训学生的实际动手操作能力以及数据收集和分析能力。
6）扩展实验
开放扩展实验的目的是为有良好基础和业余时间的学生提供学习补充，这不是课程必须完成的目标。扩展实验的理论更加困难，并且操作更加复杂。学生可以根据自己的情况独立选择是否参加扩展实验。扩展实验可以独立设计和实施实验，在此基础上，可以得出更多的实验项目。可以增加实验的广度和深度，这可以培养学生的全面应用和实现该课程高级目标的实践能力。
一些扩展项目具有创新性，并达到创新实验的水平。扩展实验后，学生返回教室，分组讨论和报告，总结并反思实验中遇到的问题，并讨论如何使用虚拟仿真实验来帮助扩展实际实验。上课后，学生可以登录Daxia 在线学习平台，并进一步理解基于老师提供的文献扩展实验的最先进应用程序，以反映课程的发达和尖锐性。
在理论和实验课之后，学生使用思维地图来整理光学知识，独立建立知识系统，完整的知识内在化以及使用在线平台来反思课程。通过学习，练习和反思，可以全面地实现学生的能力和思维。整个学习过程如图4所示。
7）创新实验
根据他们的专业背景，学生使用实验方法，例如牛顿环和迈克尔森干涉仪来测量液体的折射率来检测水质。进一步结合了液体的机械和电气特性，开发了用于物理检测水质的虚拟仿真软件，以实现对水质的全面判断。学生使用语言编程并集成DIS数据采集模式，以实现使用软件来演示实验的想法。虚拟仿真软件完成后，在主修环境工程和环境生态工程专业的学生中促进了它，并进行了满意调查表。调查结果表明，用户满意度很高。该软件全面利用大学物理实验的相关知识来充分培训学生的创新思维和编程能力。该软件来自教学，并可以追溯到教学。在流行病中，它是一种在线实验学习系统，用于独立课前学习和大学物理实验后的毕业后审查。结果发表在《物理实验》杂志上[5,6]。该学生团队还获得了学校级达克西亚杯奖，目前正在优化从二维到三维的虚拟仿真软件，从显示到运营，从分散到密集，进一步提高了其可见性，功能和可操作性。目前，由学生领导的水质物理检测演示工具的开发得到了学校级实验技术研究项目的支持。下一步是讨论学校 - 企业合作，希望将学生的创新实验结果转化为产品，从而培养学生的创新思维。
2.4现代信息技术的全面应用
实施“七维整合”高级理论 - 实验性混合教学模型，依靠东中国师范大学，YU教室和中国MOOC网络的Daxia 在线平台，Haoda ， ， ， ，官方, and such as cloud are used to an of "seven- " - The model and and based on to the of ' , and , and a sense of and , and form a sense of .
2.5 Multi- ' in
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(1) : MOOC test (5%); score (5%);
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(5) Basic : a paper of the , and the (60%);
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3 "Seven- " - and of Mixed Model
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4结论
Based on the new goals of and of East China , the "seven- " - is , with and ; , , and multi- The -based ' in and for ; the deep of and and the of and , ' and are , and -level is ; on , , and , , , -edge , , and the and of the ; based on ' , fully and , so that and can be fully The is to the , the of ' , and , and to gain a sense of and value.
参考
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Cite this : ZHANG SA, WU PY, DENG L, et al. “Seven in one” — “ and ” as an [J]. and , 2022, 32(6): 57-65. （在 ）
结尾