摘 要：習(xí)總書(shū)記在黨的十九大報(bào)告中提出：“創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動(dòng)力，是建設(shè)現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)體系的戰(zhàn)略支撐?！痹谏鲜鲋笇?dǎo)思想的引領(lǐng)下，文章基于“OBE”和“新工科”兩種教育理念，結(jié)合大學(xué)物理課程的特點(diǎn)，研究并提出了一種創(chuàng)新型教學(xué)模式（PREI），理論和實(shí)踐說(shuō)明該教學(xué)模式有助于創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：OBE；新工科；云課堂平臺(tái)；大學(xué)物理；PREI教學(xué)模式

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2018）18-0001-05

Abstract： In the report of the 19th National Congress of the Communist Party of China （CPC）， General Secretary Xi put forward： "Innovation is the first driving force to lead the development and the strategic support to build a modern economic system." Under the guidance of this guiding ideology， the paper， based on the two educational concepts of "OBE" and "New Engineering specialty"， as well as the characteristics of the university physics subject， puts forward an innovative teaching model -PREI， and demonstrates that the teaching model is conducive to the cultivation of innovative talents with theory and practice.

Keywords： OBE； new engineering specialty； Cloud classroom platform； College Physics； PREI Teaching Model

“OBE”[1]教育理念是基于產(chǎn)出的教育模式；“新工科”[2]理念的內(nèi)涵是以立德樹(shù)人為引領(lǐng)，以應(yīng)對(duì)變化、塑造未來(lái)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(lái)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才；不管是OBE的理念還是新工科理念，都需要確定培養(yǎng)人才的目標(biāo)——即培養(yǎng)什么樣的人才？習(xí)總書(shū)記在黨的十九大報(bào)告中提出：“創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動(dòng)力，是建設(shè)現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)體系的戰(zhàn)略支撐。”創(chuàng)新靠什么？發(fā)展靠什么？靠人才。高校作為優(yōu)質(zhì)人才培養(yǎng)的基地，應(yīng)推行“創(chuàng)新”教育，而課程是人才培養(yǎng)過(guò)程中最基本的要素和載體，因此創(chuàng)新教育最終要落實(shí)到每門(mén)課程的實(shí)際教學(xué)過(guò)程中。物理學(xué)科是一門(mén)探索自然界客觀規(guī)律并應(yīng)用客觀規(guī)律的學(xué)科，物理學(xué)從某種程度上可以說(shuō)是一門(mén)實(shí)驗(yàn)科學(xué)，它是一門(mén)理論嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)踐性和應(yīng)用性都很強(qiáng)的學(xué)科，所以在該課程教學(xué)過(guò)程中進(jìn)行創(chuàng)新教育不僅是現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)體系建設(shè)的要求，也是物理學(xué)科自身性質(zhì)的要求。目前談“OBE”和“新工科”兩種教育理念的比較多，但是在兩種教育理念下進(jìn)行大學(xué)物理課程教學(xué)改革研究方面可以說(shuō)還是剛剛起步，因此如何在兩種教育理念下進(jìn)行大學(xué)物理課程教學(xué)進(jìn)行大學(xué)物理創(chuàng)新教學(xué)模式研究是當(dāng)今一個(gè)重要的研究課題。

本文通過(guò)對(duì)該課題研究與不斷教學(xué)實(shí)踐，提出了一種培養(yǎng)創(chuàng)新人才的創(chuàng)新型大學(xué)物理教學(xué)模式，即：PREI教學(xué)模式。PREI（Problem Research Expand Innovation）是基于問(wèn)題研究、拓展、創(chuàng)新的教學(xué)模式，通過(guò)PREI教學(xué)模式可達(dá)到夯實(shí)內(nèi)化基礎(chǔ)知識(shí)、培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力和科學(xué)研究素質(zhì)的目的，PREI教學(xué)模式要求課程教學(xué)做如下工作。

一、PREI教學(xué)模式對(duì)教學(xué)內(nèi)容提出了更高的要求

PREI教學(xué)模式首先需要提出研究性問(wèn)題，研究性問(wèn)題要具有繼承性強(qiáng)、拓展性強(qiáng)、應(yīng)用性強(qiáng)、創(chuàng)新性強(qiáng)的特點(diǎn)。因此首先需要梳理大學(xué)物理各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的特點(diǎn)，重組大學(xué)物理內(nèi)容，使大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容模塊化，提高教學(xué)內(nèi)容的挑戰(zhàn)度。例如大學(xué)物理光學(xué)部分有光柵衍射知識(shí)模塊，把光柵知識(shí)可設(shè)定為問(wèn)題研究，在夯實(shí)知識(shí)點(diǎn)的基礎(chǔ)上拓展到相位型衍射光柵的理論研究，進(jìn)一步拓展到光釬光柵器件、光柵傳感器件等應(yīng)用方面的研究，通過(guò)拓展研究達(dá)到創(chuàng)新的目的。再例如大學(xué)物理中有簡(jiǎn)諧振動(dòng)模塊，把其作為問(wèn)題研究，可拓展到分子、原子、等離子體的震動(dòng)等等，從而可以拓展到金屬表面等離子體共振增益效應(yīng)的前沿知識(shí)的創(chuàng)新性研究。按照上述思路，梳理大學(xué)物理的各個(gè)知識(shí)模塊，把可拓展創(chuàng)新的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行重組，實(shí)施PERI教學(xué)。

二、PREI教學(xué)模式要求課程網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)

PREI教學(xué)模式需要把研究性問(wèn)題在課前傳遞給學(xué)生，需要學(xué)生課前通過(guò)自學(xué)、查閱中英文資料進(jìn)行自主研究問(wèn)題，然后提交反饋給教師，從而便于學(xué)生和教師都帶著問(wèn)題進(jìn)入主課堂。因此PREI創(chuàng)新教學(xué)模式需要把研究性問(wèn)題以“微課”翻轉(zhuǎn)課堂的形式通過(guò)一個(gè)平臺(tái)傳遞給學(xué)生，利用我校引入的清華大學(xué)教育技術(shù)研究所研發(fā)的支撐高等教育教與學(xué)的網(wǎng)絡(luò)支撐環(huán)境的綜合平臺(tái)，簡(jiǎn)稱(chēng)石大云課堂平臺(tái)，學(xué)生通過(guò)該平臺(tái)的翻轉(zhuǎn)課堂模塊進(jìn)行自學(xué)，圖1（a）是電腦播放圖，圖1（b）是手機(jī)播放圖，然后就拓展的問(wèn)題查閱資料進(jìn)行研究，把研究成果提交石大云課堂網(wǎng)址的課程作業(yè)欄目。

另外石大云課堂平臺(tái)是一個(gè)交互性、學(xué)生學(xué)習(xí)情況統(tǒng)計(jì)性很好的平臺(tái)，在云課堂平臺(tái)上可以在教學(xué)資源中不僅可以添加和課程相關(guān)的課程資料，例如課程PPT、課程授課視頻、課程微視頻、課程測(cè)試題目、課程創(chuàng)新資源以及用于教學(xué)的各種輔助資料等；更重要的是在該平臺(tái)上可以通過(guò)教學(xué)活動(dòng)欄目和學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)式教學(xué)，例如可以設(shè)置課程問(wèn)卷、課程作業(yè)、在線測(cè)試、播客單元、課程答疑等互動(dòng)環(huán)節(jié)。

該平臺(tái)還有手機(jī)客戶(hù)端，可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地與學(xué)生就研究性問(wèn)題進(jìn)行互動(dòng)。手機(jī)安裝優(yōu)慕課，在優(yōu)慕課中可以打開(kāi)自己的課程，進(jìn)行相關(guān)教學(xué)資料的學(xué)習(xí)以及關(guān)于某一話題與老師進(jìn)行互動(dòng)交流。

大學(xué)物理課程組根據(jù)PREI教學(xué)模式的需求和大學(xué)物理課程的特點(diǎn)，在該平臺(tái)上進(jìn)行了大學(xué)物理課程建設(shè)，建有“課程學(xué)習(xí)、教學(xué)資源、課程作業(yè)、翻轉(zhuǎn)課堂[3][4]、科技創(chuàng)新、實(shí)驗(yàn)視頻、授課視頻、答疑討論、科學(xué)計(jì)算”9個(gè)模塊，如圖2所示，（a）是電腦顯示的結(jié)果，（b）是手機(jī)顯示的結(jié)果。

三、大學(xué)物理PREI教學(xué)模式需要實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)

由于大學(xué)物理是基于實(shí)驗(yàn)的一門(mén)科學(xué)，一些物理問(wèn)題的研究往往需要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究，因此為保證PREI創(chuàng)新教學(xué)模式的順利實(shí)施，需要對(duì)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新平臺(tái)進(jìn)一步完善。為了讓現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與PREI創(chuàng)新教學(xué)模式有機(jī)的融合，把大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室中的175項(xiàng)實(shí)驗(yàn)分成了演示性實(shí)驗(yàn)和研究拓展創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，表格1是實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新平臺(tái)的部分試驗(yàn)項(xiàng)目。其中演示性實(shí)驗(yàn)在課堂教學(xué)中起到輔助知識(shí)點(diǎn)內(nèi)化為學(xué)生能力的作用；研究性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是在第二課堂中在教師的引導(dǎo)下學(xué)生自主研究、拓展的平臺(tái)，通過(guò)自主研究拓展物理知識(shí)達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生雙創(chuàng)能力的目的。

四、大學(xué)物理PREI教學(xué)模式需要虛擬數(shù)字化模擬平臺(tái)建設(shè)

由于大學(xué)物理問(wèn)題研究過(guò)程需要數(shù)字化和可視化，因此PREI創(chuàng)新教學(xué)模式需要一個(gè)虛擬數(shù)字化模擬平臺(tái)，而虛擬數(shù)字化模擬需要一個(gè)軟件平臺(tái)，因此大學(xué)物理課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了兩個(gè)數(shù)字化平臺(tái)輔助于教學(xué)，其中一個(gè)平臺(tái)是MATLAB數(shù)字化平臺(tái)，如圖3是通過(guò)MATLAB數(shù)字化平臺(tái)研究圓孔分辨率問(wèn)題的仿真[5][6]；另一平臺(tái)是基于c語(yǔ)言的交互式科學(xué)計(jì)算平臺(tái)[7]，圖4是基于該平臺(tái)做的等傾干涉的仿真，其中設(shè)置了一些參數(shù)變量滑動(dòng)條，通過(guò)這些滑動(dòng)條的移動(dòng)能清楚明顯的觀察到參數(shù)變量與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的動(dòng)態(tài)變化關(guān)系。以上兩個(gè)數(shù)字化平臺(tái)齊頭并進(jìn)建設(shè)，分別建設(shè)有物理知識(shí)點(diǎn)模擬仿真項(xiàng)目108項(xiàng)和67項(xiàng)。

虛擬數(shù)字化模擬平臺(tái)的使用和物理問(wèn)題的模擬需要老師去引導(dǎo)學(xué)生，由于大學(xué)物理課程課時(shí)所限，把這項(xiàng)內(nèi)容以微課的形式上傳云課堂平臺(tái)，充分發(fā)揮學(xué)生的自學(xué)能力和教師的指導(dǎo)作用。科學(xué)計(jì)算微課制作初步如圖5所示，其中圖5（a）是電腦的登錄的圖面，圖5（b）是手機(jī)登錄的圖面。

五、大學(xué)物理“三平臺(tái)”驅(qū)動(dòng)“主課堂”的PREI教學(xué)模式的實(shí)施

PREI教學(xué)模式基于“互聯(lián)網(wǎng)+教育”背景的，目前“互聯(lián)網(wǎng)+教育”逐漸引起了教育工作者的重視并進(jìn)行了相關(guān)的研究[8][9]，而PREI教學(xué)模式融入了“問(wèn)題導(dǎo)入式”、“案例式”、“研究式”、“線上線下式[10]”、“混合式[11]” 、“翻轉(zhuǎn)課堂式”、“第一課堂大班教學(xué)，第二課堂小組研討式”、“拓展創(chuàng)新式”等多種教學(xué)模式。

PREI教學(xué)模式是基于三平臺(tái)驅(qū)動(dòng)主課堂教學(xué)思想的，如圖6所示，云課堂上承載著主課堂上需要學(xué)生提前線上研究的教學(xué)資源，是主課堂的主要推動(dòng)力，實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新平臺(tái)和數(shù)字化平臺(tái)是主課堂問(wèn)題研究的拓展創(chuàng)新平臺(tái)，可以說(shuō)是主課堂的雙翼，只有通過(guò)這兩個(gè)平臺(tái)上的創(chuàng)新工作，才能達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新人才的目的。

PREI（Problem Research Expand Innovation）是問(wèn)題研究拓展式的教學(xué)模式。PREI教學(xué)模式流程圖如圖7所示。該教學(xué)模式首先要提出問(wèn)題，借助石大云課堂平臺(tái)上的“翻轉(zhuǎn)課堂”模塊，在翻轉(zhuǎn)課堂模塊中采用拋磚引玉式添加授課視頻，拋出具有應(yīng)用和拓展研究的問(wèn)題。課前學(xué)生在云課堂平臺(tái)上觀看視頻，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查閱拓展問(wèn)題的中英文資料，形成自己的觀點(diǎn)和研究思路后帶入主課堂進(jìn)行深入研究討論，課后在第二課堂，通過(guò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和虛擬數(shù)字化雙平臺(tái)進(jìn)行問(wèn)題的拓展研究。課后拓展的問(wèn)題通過(guò)科技小組的研究并形成創(chuàng)新性的成果上傳云課堂平臺(tái)的課程作業(yè)，圖8（a）是部分學(xué)生上傳作業(yè)的情況，圖8（b）是手機(jī)版查看的未交作業(yè)的情況。上傳后的科技創(chuàng)新成果擇優(yōu)組織學(xué)生在主課堂上進(jìn)行PPT答辯，圖9是學(xué)生答辯場(chǎng)景。

六、PREI教學(xué)模式實(shí)踐結(jié)果分析

教學(xué)實(shí)踐說(shuō)明大學(xué)物理教學(xué)中采用PREI教學(xué)模式是課程本身特點(diǎn)的需求，同時(shí)又是培養(yǎng)“雙創(chuàng)”人才的需求。實(shí)驗(yàn)班的大學(xué)物理教學(xué)引入了PREI教學(xué)模式，實(shí)踐結(jié)果顯示實(shí)驗(yàn)班不僅在卷面成績(jī)方面優(yōu)于常規(guī)班，在雙創(chuàng)能力、批判性思維能力、團(tuán)隊(duì)合作能力等方面也高于常規(guī)班。

（一）期末卷面成績(jī)的對(duì)照

該教學(xué)模式對(duì)學(xué)生期末成績(jī)的分布起到了一定的影響，圖10是采用PREI教學(xué)模式的實(shí)驗(yàn)班和未采用該教學(xué)模式的常規(guī)班的期末卷面成績(jī)的對(duì)照?qǐng)D，由圖可以看出對(duì)于大約75分以下的同學(xué)來(lái)看，兩個(gè)班的成績(jī)差別不大，這些學(xué)生經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，他們很少主動(dòng)去網(wǎng)上學(xué)習(xí)反轉(zhuǎn)課題模塊教師拋出的問(wèn)題，更是很少去網(wǎng)上查閱查閱相關(guān)資料，因此實(shí)驗(yàn)班的這批同學(xué)的成績(jī)與常規(guī)班的差別不大也不足為奇了；但是對(duì)于75分以上的同學(xué)，實(shí)驗(yàn)班的成績(jī)明顯高于常規(guī)班的學(xué)生，這說(shuō)明對(duì)于學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的學(xué)生而言，采用PREI教學(xué)模式后的教學(xué)成績(jī)普遍比常規(guī)班高，他們分析問(wèn)題解決問(wèn)題的思路明顯比常規(guī)班要有條理性和批判性。

（二）創(chuàng)新能力的對(duì)照

通過(guò)PREI教學(xué)模式的課后拓展研究工作，以及科技小組的答辯回報(bào)工作，大大提高了學(xué)生對(duì)問(wèn)題的研究創(chuàng)新能力，同時(shí)也提高了學(xué)生的創(chuàng)業(yè)意識(shí)，總之學(xué)生的“雙創(chuàng)”能力得到質(zhì)的提高。在大學(xué)期間體現(xiàn)學(xué)生“雙創(chuàng)”能力的項(xiàng)目是大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，在《大學(xué)物理（2-1）》教學(xué)結(jié)束后，實(shí)驗(yàn)班的優(yōu)秀學(xué)生大都組成了不同的團(tuán)體申報(bào)了大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，申報(bào)命中率98%以上。另外科技小組通過(guò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)研究拓展了一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，例如：蛇擺、珠競(jìng)走、地下車(chē)庫(kù)定位導(dǎo)航系統(tǒng)、全息三維投影技術(shù)演示儀、高斯來(lái)復(fù)槍、消失的電力、智能磁流變液制動(dòng)裝置、基于多集接收技術(shù)的LED光通信演示儀、波分復(fù)用音頻傳輸綜合演示儀、基于磁耦合的無(wú)線輸電裝置等項(xiàng)目都是學(xué)生的拓展作品；學(xué)生的數(shù)字化平臺(tái)作品也在學(xué)校進(jìn)行了集體展評(píng)，得到了全校師生的好評(píng)。通過(guò)PREI模式的教學(xué)后，實(shí)驗(yàn)班的優(yōu)秀學(xué)生可以說(shuō)基本上具備了雙創(chuàng)人才的特征；而常規(guī)班的學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的意識(shí)相對(duì)而言比較弱，申請(qǐng)大創(chuàng)項(xiàng)目的學(xué)生相對(duì)而言也很少。

經(jīng)過(guò)一年的PREI教學(xué)模式的實(shí)踐，基于三平臺(tái)的PREI教學(xué)模式有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的深化、內(nèi)化、拓展，有利于學(xué)生批判思維的培養(yǎng)，更有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊毅剛.基于OBE模式的技術(shù)創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J].高等工程教育研究，2015（6）.

[2]葉民.新工科：從理念到行動(dòng)[J].高等工程教育研究，2018（1）.

[3]趙俊芳，崔瑩.翻轉(zhuǎn)課堂的內(nèi)在意蘊(yùn)及高校教學(xué)改革的未來(lái)走向[J].中國(guó)高教研究，2016（6）.

[4]萬(wàn)敏.翻轉(zhuǎn)課堂模式在大學(xué)英語(yǔ)教學(xué)中的實(shí)證研究[J].高教探索，2016（5）.

[5]董梅峰.用于激光束分束的相位型衍射光柵的設(shè)計(jì)[J].物理工程，2016，26（4）.

[6]董梅峰.大學(xué)物理教學(xué)中自制衍射光柵及其實(shí)驗(yàn)研究[J].大學(xué)物理，2015（4）.

[7]董梅峰.基于科學(xué)計(jì)算平臺(tái)的《大學(xué)物理》變量可視化研究式教學(xué)[J].物理通報(bào)，2017（5）.

[8]張巖.“互聯(lián)網(wǎng)+教育”理念及模式探析[J].中國(guó)高教研究，2016（2）.

[9]桑雷.“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下教學(xué)共同體的演進(jìn)與重構(gòu)[J].高教探索， 2016（3）.

[10]馮大建，遲寶東，劉子琦.高校人文素質(zhì)教育在線教學(xué)的思考[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2014（8）.

[11]俞君.公安院?；旌鲜浇虒W(xué)新解：一種基于SPOC的模式[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2017（3）.