TEAL模式對大學(xué)基礎(chǔ)物理教學(xué)的啟發(fā)

劉瑾

[摘要]本文介紹了麻省理工大學(xué)的TEAL教學(xué)計(jì)劃，針對大學(xué)普通物理課程，提出了拓展教學(xué)方法、改進(jìn)教學(xué)手段、補(bǔ)充課堂演示實(shí)驗(yàn)幾方面具體的課程教學(xué)改革計(jì)劃。

[關(guān)鍵詞]TEAL教學(xué)模式；可視化；互動式教學(xué)

一、大學(xué)基礎(chǔ)物理教學(xué)現(xiàn)存的問題

在過去很長的一段時(shí)間，我國現(xiàn)行的教育體制中占支配地位的看法是：大學(xué)物理課程是為專業(yè)課服務(wù)的。甚至很多國內(nèi)外知名的專家都認(rèn)為基礎(chǔ)物理課的大部分內(nèi)容在專業(yè)上根本用不到，這種功利的觀點(diǎn)自然也順理成章地灌輸給了學(xué)生，尤其是非理論物理專業(yè)，很多老師和學(xué)生都忽視了基礎(chǔ)物理課的重要性以及其中真正應(yīng)該被傳承的物理精髓。隨著信息時(shí)代的到來，各行業(yè)對人才基本科學(xué)素質(zhì)的要求不斷地提高，物理課程的重要性也逐漸得到了廣泛的認(rèn)同。

就目前的實(shí)際狀況來看，在全國各大高等院校中大學(xué)物理課程仍然以傳統(tǒng)的大班授課為主。事實(shí)上，這種以教師為中心的授課模式并不利于師生之間的互動，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到的困難無法獲得即時(shí)的幫助。加之理論和實(shí)踐分開授課，彼此之間內(nèi)容缺少銜接。在這種模式下，學(xué)生往往會覺得教學(xué)過程被動沉悶，缺乏參與感。久而久之，學(xué)生自主思考學(xué)習(xí)的積極性很難被調(diào)動起來，更令人沮喪的是大多數(shù)學(xué)生們似乎已經(jīng)習(xí)慣于接受這種課堂抄筆記考試憑記憶的學(xué)習(xí)模式。基于以上情況，如何利用現(xiàn)代化多方資源來改進(jìn)大學(xué)基礎(chǔ)物理課程的教學(xué)是值得教育工作者們深入思考的一個(gè)問題。

二.TEAL教學(xué)模式

TEAL（The Technology-Enabled Active Learning）是麻省理工學(xué)院（MIT）2001年針對大學(xué)物理電磁學(xué)課程建立的教學(xué)計(jì)劃，其中涉及到充分運(yùn)用多媒體技術(shù)進(jìn)行仿真模擬和可視化的過程[1]。鑒于McDermott教授1991年的調(diào)研結(jié)果，大班課程中存在一系列消極的學(xué)習(xí)現(xiàn)象，該計(jì)劃最初的設(shè)計(jì)目標(biāo)是針對MIT基礎(chǔ)物理的大班課程進(jìn)行教學(xué)改革，以減少成績不合格的比率，同時(shí)提高學(xué)生對物理概念的理解程度。隨著計(jì)劃的實(shí)施和學(xué)生的積極配合，這種人性化的教學(xué)模式很快就獲得了立竿見影的效果。

三.教學(xué)改革的新思路

（一）教學(xué)方法多樣化

借鑒麻省理工大學(xué)的TEAL模式，進(jìn)行以下幾種不同形式的互動教學(xué)：講述物理現(xiàn)象和規(guī)律時(shí)結(jié)合課堂演示實(shí)驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行；在講完某章節(jié)內(nèi)容后提出一些思考題供學(xué)生在課堂上進(jìn)行短時(shí)間的討論；鼓勵(lì)學(xué)生在課余時(shí)間運(yùn)用科學(xué)計(jì)算軟件解題（如Matlab），或嘗試制作相關(guān)實(shí)驗(yàn)和基礎(chǔ)模型的模擬動畫；除日常的書面作業(yè)外，附加一些網(wǎng)絡(luò)提交的預(yù)習(xí)作業(yè)，迫使學(xué)生在上課前進(jìn)行相關(guān)知識的閱讀；在實(shí)施基本的理論課考核制度外，適當(dāng)進(jìn)行隨機(jī)小測驗(yàn)，讓學(xué)生在課堂上花10分鐘左右的時(shí)間完成，以此作為平時(shí)成績的評定參考；另外對積極思考表現(xiàn)突出的學(xué)生進(jìn)行適當(dāng)嘉獎(jiǎng)；此外，每學(xué)期都進(jìn)行一次個(gè)人授課評價(jià)的問卷調(diào)查，從學(xué)生中直接獲得客觀的意見，不斷完善課程教學(xué)。

（二）教學(xué)手段的改進(jìn)

隨著現(xiàn)代技術(shù)的更新、硬件的改善，多媒體已經(jīng)成為高校的主要教學(xué)手段。多媒體技術(shù)集文字、圖像、色彩、聲音、動畫、影像于一體，可使課堂教學(xué)形象、直觀。從目前的實(shí)際情況看，國內(nèi)高校大學(xué)普通物理教學(xué)中多媒體技術(shù)的使用還很有限，大多數(shù)教師制作的電子課件仍局限在文字和圖片上。雖然相比傳統(tǒng)黑板加粉筆的教學(xué)模式，幻燈片對教學(xué)的效率有很大提高，節(jié)省了大量書寫和作圖的時(shí)間，但對于討論一些特定的物理現(xiàn)象就必須借助更豐富的技術(shù)手段，如在講解復(fù)雜的、瞬時(shí)變化的、緩慢演化的、物體內(nèi)部的以及其他現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件無法演示的三維運(yùn)動情況時(shí)，先進(jìn)的可視化內(nèi)容形式可使學(xué)生有更直觀的感受，同時(shí)能夠?qū)⒏鞣N復(fù)雜的概念及其相互關(guān)系描述成空間的和動態(tài)的圖像，對調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性起著重要的作用。在現(xiàn)代大學(xué)中多媒體教學(xué)雖已普及，但對于不同學(xué)科不同課程，如何合理地運(yùn)用多媒體最大程度地提升教學(xué)效果仍然是個(gè)值得探討的問題。

（三）補(bǔ)充課堂演示實(shí)驗(yàn)

目前國內(nèi)高校的物理教學(xué)都有重理論輕實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，原本在理論授課過程中應(yīng)該有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)演示，由于諸多原因，演示實(shí)驗(yàn)很少能按照實(shí)際需要進(jìn)行。目前開展的物理實(shí)驗(yàn)主要是以獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)課（學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)）為主，即由物理科學(xué)學(xué)院安排實(shí)驗(yàn)課老師統(tǒng)一教學(xué)。

在對經(jīng)典的基礎(chǔ)物理課程進(jìn)行教學(xué)改革的過程中，課程內(nèi)容、課程結(jié)構(gòu)等往往都經(jīng)過很長時(shí)間的推敲、實(shí)踐，是相對成熟的方面，很難有新的突破。但隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，數(shù)字學(xué)習(xí)，移動學(xué)習(xí)等前沿的學(xué)習(xí)模式逐漸興起，創(chuàng)造“無處不在，無時(shí)不有”的“泛在學(xué)習(xí)”己成為各國教育界的下一站目標(biāo)。因此，高校的教育者唯有合理地利用各種資源、有針對性地靈活變換教學(xué)模式，才能在最大程度上調(diào)動學(xué)生的主動性，立足于學(xué)生從根本上改善教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)教育領(lǐng)域根本性的變革和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]Dori，Y.J.，and Belcher，J.W.，Can We Improve StudentsUnderstanding of Electromagnetism Concepts through 2D and 3D Visualizations？ Presented at National Association for Research in Science Teaching （NARST 2003）， Philadelphia USA， （2003）.

[2]Andreas S.，Dynamic Line Integral Convolution for Visualizing Streamline Evolution. IEEE Transactions on visualization and computer graphics. VOL. 9（3）， 2003.

基金項(xiàng)目

本文受云南大學(xué)資環(huán)學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目資助（項(xiàng)目編號：2013CJ003）.