OMO教学模式在量子力学课程教学中的实践.pdf

1082023 年/第 21 期/7 月教学模式在量子力学课程教学中的实践高海峡，陈怡（湖南科技学院理学院湖南永州425199）摘要随着信息技术和互联网的发展，中国教育的传统线下教学方式开始向线上教学方式转变。线上教学虽然打破了传统教学模式在时间和空间上的局限性，但是极其依赖科技和信息技术的发展，成本较高，制度和方案都不成熟，因此出现了许多线上与线下相结合的教学模式。其中线上与线下的深度式、无边界式融合的 OMO模式，吸引了大量学者对其在教育上的应用进行探索。文章将 OMO 模式与高校量子力学教学紧密结合，探究改变传统教学方法、提高量子力学教学质量的新方法。关键词OMO 模式；量子力学；实践中图分类号：G424文献标识码：ADOI:10.16400/ki.kjdk.2023.21.033ThePracticeofOMOTeachingModeintheTeachingofQuantumMechanicsCourseGAO Haixia,CHEN Yi(College of Science,Hunan University of Science and Engineering,Yongzhou,Hunan 425199)AbstractWith the development of information technology and the Internet,the traditional offline teaching methodsin Chinese education have begun to shift towards online teaching methods.Although online teaching has broken thelimitations of traditional teaching models in terms of time and space,it heavily relies on the development of technologyand information technology,has high costs,and the system and solutions are not mature.Therefore,many teachingmodels that combine online and offline have emerged.The deep and borderless integration of online and offline OMOmode has attracted a large number of scholars to explore its application in education.This article closely combines theOMO model with quantum mechanics teaching in universities,exploring new methods to change traditional teachingmethods and improve the quality of quantum mechanics teaching.KeywordsOMO mode;quantum mechanics;practice在信息技术飞速发展的今天，传统教学模式与教学需求的矛盾越来越突出1。如何突破时间和空间的制约，有效传递知识，培养学生能力是值得当今教育者深思的问题。现在很多高校教师采取线上教学模式，这种教学模式能够打破传统课堂的时空制约，使教学方式多样化，丰富学生学习方式的同时使教育资源利用效率最大化，促使教育更公平化，有利于共享社会的发展。但是，单纯的线上教学存在易受外部环境的干扰、师生之间沟通和互动困难、教师难以了解和监督学生听课状态和缺乏课堂学习氛围等局限。通过互联网技术构建的 OMO 教学模式，使线上授课和线下互动教学一体化，重新编排课堂形式，打通单向沟通的障碍，满足学生个性化的学习需求，能真正提高教育教学质量。量子力学课程是高校物理学专业高年级开设的一门重要课程，理论性强，常采用传统性教学，学生学习难度大。本文旨在将传统课堂和网络课堂的优点相结合，构建适合量子力学课程特点的线上与线下一体化教学的 OMO 模式，以此提高学生的学习兴趣，增强学生理解、掌握和运用量子力学知识的能力，具有较强的可推广性2。1 OMO 教学模式1.1 OMO 模式的概念OMO教学模式就是把传统面授学习与线上网络化学习相融合，线下支持线上、线上赋能线下，二者优势互补、相辅相成，是一种线上与线下深度融合的新型教学模式3。其主要分为三种形式：一是线上教学为主，线下答疑为辅；二是线下教学为主，线上答疑为辅；三是合理地进行线上线下教学和答疑，将线上线下教学技能有机整合。由此可见，OMO 教学模式相比传统线下课堂有着无可比拟的优越性，在信息化教育变革的潮流中，它将成为未来中国教育的新形态4-5。1092023 年/第 21 期/7 月目前国内外对于OMO模式的研究主要是在双师课堂中的应用，国外侧重于课程内容相关方面的研究，包括教学模式、课程规模以及效果评价方面；国内更侧重于教学设计和应用场景方面的研究，典型的几家公司有新东方、爱学习、达内科技等。与此同时也衍生了类似的 OMO 转型模式，如智慧课堂6。线上教学在给高校教学带来许多利好的同时，也暴露出一些短板7，如：教师在线教学知识的缺乏、教师在线教学的技能和经验的不足，在线教学资源的匮乏等，尤其是资源和条件的限制，使 OMO 项目仅集中于东部地区和几所著名的大学，没有普遍开展。将 OMO 与大学课程教学相结合的研究才刚刚起步。1.2 OMO 模式的构建理念1.2.1 强调以学生为主体在 OMO 教学模式中，不论是线上还是线下教学设计均以学生的学习体验和学习收获为出发点，需要分析学生的心理和知识难易程度，体现以学生为主体的教学理念。线上设计的问题和学习任务要激发学生主动学习的兴趣和探索欲，诱发学生的求知欲，线下的教学设计要鼓励学生勇于提问，培养创新思维和发散思维。在物理教学中，教师要善于将书上的理论知识同实际生活事例联系起来，用具体的事例帮助学生理解抽象的物理概念，达到知识的内化，并用之解决实际问题。1.2.2 注重教学目标的整体性在 OMO 教学模式中，教师对教学目标的设定要结合学生的学情进行整体的规划，将知识的“获取”和“内化”贯穿整个教学环节。引导学生主动在学习过程中提出问题，积极投身小组的讨论和探究式活动，从而增加对知识的认知深度。OMO 教学模式有三个教学环节，即课前线上预习，课堂线下学习和课后复习，课前预习是课堂学习的预热，课堂学习是课前预习的深化，课后复习是课堂学习的延伸，教师要把这三个环节有机整合在一起8。教师需要认真准备导学案，帮助学生提前预习课堂学习任务，从而实现学习目标，掌握学习方法，并检测学习效果。1.2.3 深度融合信息化技术OMO 模式强调的是信息化技术与教学过程的融合，融合过程的核心和基础是平台的构建，教师恰当地运用现代教育技术手段实现信息技术与教学过程的融合创新，为学生创设出安全、灵活、生动、智能的教学平台。让学生借助信息化平台进行个性化学习，如查阅资料、复习功课、小组合作、课后练习、视频观看等。将技术准确地应用到教学的每一步，比如课前预习可以使用软件中的作业功能，课后评价可以使用后台分析功能。2 OMO 教学模式在量子力学课程教学中的实践2.1 OMO 模式在量子力学课程中的构建本文基于 OMO 教学模式的构建理念，提出其在量子力学教学中实践的基本流程，如图 1 所示。图 1OMO 模式在量子力学教学中的基本流程2.2 OMO 模式在量子力学课程中的实践案例线上学习任务发放。一维无限深势阱教学的重点之一就是一维定态薛定谔方程的求解，而此时的薛定谔方程可以化为一个二阶常系数齐次微分方程，因此预习二阶常系数齐次微分方程的求解是学生课前的主要任务。通过线上平台提前发放二阶常系数微分方程的求解、定态薛定谔方程求解的步骤和预习新课等学习任务如下：2.6 一维无限深势阱 预习提纲一、教学目的与要求：通过本讲的教学，学生学会用定态 sch-eq 解一维无限深势阱，熟悉求解定态薛定谔方程的基本步骤。二、教学重点与难点：求解一维无限深势阱的 sch-eq三、课前学习的主要内容1.定态 sch-eq 数学表达式和特点2.哈密顿（Hamilton）算符的本征方程3.数学二阶常系数齐次微分方程的求解4.一维无限深势阱中定态 sch-eq 的求解四、讨论题、思考题：1.如何求解一维无限深势阱中定态 sch-eq？2.一维无限深势阱中的微观粒子的波函数和能量的物理意义？通过本节课的预习提纲让学生对一维无限深势阱的相关内容有基本的了解。线上平台将预习结果、收集到的资料、问题等进行实时传送，教师进行线上评价和考核。线下课堂教学。首先，体现教师主导作用，开展有效的课堂教学。教师根据学生课前学习情况进行评估，并依据评估情况对学生进行相应的引导。如，在了解学生熟悉薛定谔方程的程度和二阶常系数齐次微分方程求解的基础课程教学1102023 年/第 21 期/7 月上进入新课。首先要让学生了解为什么要学习这个内容，并帮助学生建立问题模型，如图 2 所示。图 2一维无限深势阱模型再引导学生建立一维定态薛定谔方程，并化成数学的中二阶常系数齐次微分方程，最后要求学生自己求解方程。其教学片段如下：2.6 一维无限深势阱物理模型是：一个粒子在不可透过的立方箱子中自由运动，这个三维运动可以通过分离变量法简化为三个一维的运动。一维无限深势阱的定态薛定谔方程1.势场2.定态薛定谔方程的解：势阱外因为势阱内的粒子不可能跑到势阱外面来，所以势阱外找到粒子的概率为零，阱外波函数为零。势阱内，薛定谔方程为：化简得：显然 E0，所以记那么方程变成：它的通解是：通过这些讲解，让学生完全掌握二阶常系数齐次微分方程求解的步骤、方法和这节课的主要学习任务、目的，做到事半功倍的效果。其次，发挥学生主体作用，开展翻转式课堂教学。学生或学生团队讲述一维定态薛定谔方程的求解过程，其他学生或小组进行补充和讨论。当然这个过程中，教师要及时提出一些问题让学生思考，如在势阱外能量是无穷大时的薛定谔方程怎样求解？求出的波函数的系数怎样进行确定？波函数和能量有什么物理意义？等问题，要充分发挥学生的主动能观性，激发学生的学习兴趣。课后提升是通过课后作业和课后问题的交流等渠道进行，采用多元化评价。课后评价体系将对学生所遇到的问题进行分析、记录，教师可以根据系统分析对学生进行知识体系的巩固和内化。教师通过提供课后作业和指导材料，拓展学生对知识的运用能力并向教师反馈心得体会，从而促进他们在物理教学中的知识迁移和社会实践。教师通过对学生的课堂反馈进行反思，使教学过程得到改善和优化。3 结语量子力学作为大学物理专业一门重要的学科，把OMO模式的优势运用到其教学中，采用混合式教学模式，强调学生的主体性，突出教师的主导作用，能使得师生间的“教”与“学”通过线上线下形成真正的交互，有效地改善量子力学的教学效果，培养出大批高素质的创新人才9。当然，OMO 教学模式在量子力学教学中的应用还存在一些问题，我们将继续进行应用研究，积累更多的实践教学经验，从而不断改进和完善。基金项目：2021年湖南省普通高校教学改革研究项目(湘教通2021298 号 HNJG-2021-0937)；湖南科技学院一流本科课程（湘科院教发202052 号 No.19）。参考文献1王立群.大学英语教师线上教学测评素养的建构J.江苏工程职业技术学院学报,2021,21(4):81-86.2徐柏权.基于OMO的教学模式设计探讨J.广西教育,2020,9(35):190-192.3刘春兰.基于就业方向的大学生分类培养改革研究与探索J.辽宁科技学院学报,2019,21(5):38-40.4文基华,祝辉.基于移动信息技术的 OMO 教学模式J.电子技术,2020,49(11):108-109.5史春艳.后疫情时代OMO教学模式助力高校智慧课堂构建研究J.创新创业理论研究与实践,2021,4(10):113-114,1176李欣欣.基于教室空间架构的教学改革的思考J.教学与管理,2021(3):75-787周建国,张磊,朱志臣.大学生就业能力培养问题及对策J.黑龙江教育(高教研究与评估版),2020(10):84-85.8万飞.信息化环境下初中物理智慧课堂教学模式探究J.现代教育技术,2018,28(8):52-579何克抗.智慧教室+课堂教学结构变革实现教育信息化宏伟目标的根本途径J.教育研究,2015,36(11):76-81,90.