文献综述
关于将计算机模拟技术应用于大学物理问题的研究,并作为辅助教育技术帮助教师在大学物理的课堂上提高学生的学习效率,许多国内外的专家学者从各个方面进行了相应的理论论证以及实践探究,下面从传统教学模式与现代化教学模式、基于计算机模拟仿真的创新教育理论以及计算机模拟仿真应用于大学物理问题研究和实验课程教学三个方面进行关于本课题的国内外研究现状分析与评述。
1传统教学模式与现代化教学模式
随着国家社会建设水平的不断提高,创新性人才需求成为了社会主义进入新时代的一个热门主题。习主席在十九大报告中明确指出,在新时代的社会主义建设中,我们要培养一大批具有国际水平的战略科技人才、科技领军人才、青年科技人才和高水平创新团队[1]。创新性人才的培养模式与传统的教育模式显然不能相适应,创新教育改革刻不容缓[2]。而大学物理作为一门基础性很强的自然科学,是学生刚进入高等教育院校后必修的一门课程。学习大学物理,不仅为以后进行各个专业的深入学习打好理论知识基础,更重要的是培养学生的科学思考能力和动手实践能力,为创新性高素质人才的培养构建初步的体系框架[3]。为何沿用了数百年的传统教育模式已不能和现在人才培养需求相适应,尤其体现在像大学物理这类的基础性学科中,不少专家学者进行了专门的研究并给出了相关结论。
传统教育模式在我国的教育发展史上扮演者重要的角色,最主要的特点就是教育过程以教师为主,学生为辅开展,把教师在整个教学活动中设置为主要的授课者角色,而学生只能被动的接受知识。而现代化的教育模式是传统教育模式的发展与变革,在继承传统教育模式特点的基础上结合现代社会人才培养的全新需求,发展成为一套全新的教育理论和教育模式。现代化教学模式的推动发展,涉及各个阶段不同的教育领域,下至幼儿教育,上至高校教育,辐射各个学科各个领域,创新教育模式的开拓是时代目标,更是现实需求。多种现代化教育模式随着研究的不断深入被相继提出,有代表性的现代化教学模式有信息化教学模式、以问题为导向的教学模式、项目教学法教学模式、系统整合模块教学模式、多媒体教学模式、研究型教学模式等等。在众多的现代教学模式中,信息化教学模式结合现代计算机信息技术,一跃成为最热门的教育改革研究方向,许许多多的信息化教育技术应运而生,MOOC就是其中最为典型的代表[4][5]。经过不断的教育实践论证,信息化教育模式在创新性教育手段上与传统教育模式能够优势互补,但却并不能完全替代传统教育模式。简单将现代化教育技术引入课堂,并没有从根本上改变传统教育模式在教育过程中的主导地位,如何利用合适的现代化信息技术,从教育模式上根本改变师生的地位关系,真正意义地培养学生的创新意识,是一个值得研究的问题。
2基于计算机模拟仿真的创新教育理论
在传统教学模式与现代社会发展和人才需求不能相适应的情况下,许多专家学者开始探寻真正能够适应现代化人才培养和教育需求的,以创新性教育技术为主导的创新教育理论,结合目前飞速发展的计算机技术,提出了许多基于计算机模拟仿真的创新教育理论。基于计算机仿真的创新教育模式被正式提出,为我国教育创新理论的发展提供一种新的方向。王卫国等[6]就教育信息化问题进行了深入研究,总结了国内关于仿真教学的开展现状,分析了在当前我国教育形势下进行虚拟仿真教学面临的挑战。
基于计算机模拟仿真的教育模式在不同学科中有很广泛的应用,尤其针对一些开展教学成本较高的学科,如石油化工、材料科学、医学研究、生命科学、临床实验等等。将仿真技术应用各个教学领域的基本方法是建立虚拟仿真实验平台,相对系统地将仿真模拟工具和资源共享到统一的平台上,并与相关学科深入融合,辅助教育课程体系的高效运行[7]。刘亚丰等[8]探讨了虚拟仿真实验教学中心的科学建设发展理念以及健康、可持续的发展模式,从系统的层面从仿真实验室建立的步骤进行详细的分析和说明。王斅等[9]结合大学教学实践,分析了虚拟仿真实验平台的搭建过程,重点研究了仿真实验平台在培养学生创新意识方面所起的作用。胡海南[10]则在中职教育上分析评估了仿真教学手段带来的利弊,拓宽了仿真教育的应用范围。以模拟仿真技术为基础的创新性教育模式凭借着其独有的优势和特点,展现出新时代教育技术的新鲜活力,在社会关注点的不断引入和专家学者的研究推动下,基于计算机模拟仿真的创新教育理论不断发展,必定会成为未来教育方式的全新方向。
3计算机模拟仿真应用于大学物理问题研究和实验课程教学
