信息技术支撑下的大学物理精品资源共享课建设

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摘 要：本文通过探讨精品资源课程建设需要的教育技术,明确了我们建设精品资源课程的指导思想和理念；并结合建设大学物理课程的实际工作,简述了对原国家精品课程进行转型升级的具体做法及展望.

关 键 词 ：精品资源课程；教育技术；信息技术；大学物理

大学物理课程是一门必修的大面积公共基础课,在高校人才培养中具有重要的地位.随着教高[2011]6号《教育部 财政部关于“十二五”期间实施“高等学校本科教学质量和教学改革工程”的意见》的颁布,“利用现代信息技术等按照资源共享的技术标准,对已建设的国家级精品课程进行升级改造,更新完善课程内容,建设一批资源共享课”[1]已在全国相关高校中迅速开展.近两年,我们根据“国家级精品资源共享课”建设要求,建设了同济大学“大学物理”和“大学物理（网络教育）”两门课程.本文结合我们在精品资源共享课建设中的思考与做法,谈谈对精品资源共享课程建设的体会.

一、精品资源共享课建设中的教育技术应用

教育部在关于“精品资源共享课建设的目标与任务”[2]中明确指出：“精品资源共享课建设等旨在促进教育教学观念转变、引领教学内容和教学方法改革”.因此,我们开展精品资源共享课建设的首要任务就是要确立先进的教育理念,寻找科学的教学方法,构建行之有效的大学物理数字化教学平台.

数字时代,普遍强调数字化教学,这是时展的必然.然而科学地设计大学物理课程的数字化教育模式,是需要慎重研究的工作.我们认为,设计大学物理课程教学模式的宗旨是培养具有综合素养的人才,基本思路是为学生创建探究型学习模式,基本方法是采用基于先进教育技术的混合式教学手段,学生适应混合式学习.

一般对混合式学习或混合式教学最简单和直接的理解就是,将E-Learning优势同传统课堂学习的优势相混合,既要发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用,又要充分体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性与创造性.E-Learning源于Electronic Learning,中文译作数字（化）学习、电子（化）学习、网络（化）学习等.不同的译法代表了不同的观点：一是强调数字化内容的学习；二是强调电子化；三是强调在E-Learning中要把数字化内容与网络资源结合起来.总体强调的都是数字技术,强调用技术来改造和引导教育,提倡“等充分利用现代信息技术所提供的、具有全新沟通机制与丰富资源的学习环境,实现一种全新的学习方式.”[3]

混合式学习或混合式教学（Blending Learning/ Teaching）是在E-Learning从技术向教育回归的发展中提出的新概念.如今,在对E-Learning的字面意义理解中,除Electronic Learning外,还有更为丰富的解释：例如看作是投入型学习（Engaged Learning）,它使得学生在真实的环境中建构知识和能力,接受挑战,促进教学形态从被动型转向投入型,提高教学效果.再如有效的学习方式（Effective Learning）,使学习者通过网络协作学习,扩大自己的知识面,多交朋友；或者看作是创建能激发学习者的参与度和兴奋感的学习环境（Excitement Learning）,使学习效率达到最高；促进学习者可与计算机仿真学习的环境互动（Experience Learning）,使其能够深度体验和感悟学习内容.从培养学生的创新能力考虑,鼓励学生自由探索的精神（Exploration Learning）是教学的重要环节,让学生成为主动学习者,进行情境探究学习、自主发现性的学习,进行创新性、实践性的问题解决学习.混合式学习或混合式教学就是将E-learning丰富的内函充分应用于课程教学中.

我们借助混合式学习的概念,拓展其内涵,研究了大学物理课程教学中不同教学媒介科学地混合运用问题,提出了大学物理课程教学采用混合式教学手段的模式,课堂教学,除启发、互动、引导学生深入学习物理规律外,注重以丰富的教学资源增强课堂教学活力.课外教学,要求学生通过探索实验、创新性物理竞赛、大学生创新实践、数值计算与模拟、网络学习、学友讨论等,进行必要的探究学习.

二、大学物理精品资源课程建设

教育部对精品资源共享课建设的要求涉及的三个方面是：团队、内容、资源,其中资源建设分为基本资源和拓展资源.基本资源指能反映课程教学思想、教学内容、教学方法、教学过程的核心资源,包括课程介绍、教学大纲、教学日历、教案或演示文稿、重点难点指导、作业、参考资料目录和课程全程教学录像等反映教学活动必需的资源.这部分可以理解为课程建设的基本内容,属于容易做也必须做好的内容.而拓展资源特指能够反映课程特点,应用于各教学与学习环节,支持课程教学和学习过程,较为成熟的多样性、交互性辅助资源.这类资源是我们需要认真思考,花大力气建设的.

为此,我们结合大学物理课程知识、能力、素质培养的教学要求,以教学模式的改革为牵引,以优质教学资源的建设为支撑,不断提升“大学物理”课程的教学质量.通过模型软件、课程网站、题库、教材、探索环境等的建设,为课程改革构建高质量的物理教学资源平台.创新课程教学模式,通过课堂教学、课外训练、课程考试等环节对学生进行多方位、多渠道的课程教育,以帮助学生更好地激发学习兴趣、促进知识理解、增强分析能力、培养创新精神.

1. 混合式教学手段中激发学习兴趣

“让学生喜欢物理”虽说是提高教学质量的最高境界,却是教师难做到而又要尽力做到且要时时想方设法做到的事.因为兴趣是最好的老师,学习兴趣是推动学生学习的最有效的内部动力.激发兴趣的方法多种多样：

（1）利用各种教学媒体激发兴趣.用多媒体教学容易把学生带入积极的思维状态,拓展了教学情景,多方面地调动学生的感官,让学生多渠道地获得信息,从而加大了课堂教学的密度.

动画（一种新兴起的文化形式）和影视资料是文化的最通俗的传播途径,课堂教学中科学使用动画、视频等资料,有助于增加内容的生动性和直观性,从而激发学生的学习兴趣. （2）创设问题情境,激发探究兴趣.学生的学习兴趣和愿望,总是在一定的情境中发生的.那些具有探索因素的问题性情境,对学生的学习兴趣和愿望起到强烈的激发作用.所设问题应具备一定的难度,对学生来说是他们力所能及的,而又必须经过他们的努力才能解决的,要能激发起学生的兴趣,打开他们探索的心扉.

（3）适时组织竞赛,强化学习兴趣.学习兴趣的激发和维持,不仅依赖于学生愿学、乐学、善学.适时地组织学习竞赛,是他们“自我求成”的需要,不仅能有效地形成学生的外在动机,而且能作为一种鼓励进取,去调动学生尚处于萌芽状态的各种内在的学习动机,并使其活跃起来.

2. 混合式教学手段中营造虚拟环境技术

随着时代的发展,教育管理和各类课程教学中的技术内涵也在不断变化.教育技术学研究中存在着三个因素,即“教师、学习者、人造物”.这里的“人造物”是指教育系统、工具、环境、学习课程、教材、传送系统等等[4].目前普遍认为,不应过分强调教师的主导性,也不应过分强调“利用人造物促进学习”.现在是“以学习者为中心”、“学习的共同体以及在这一共同体中的交互作用”成了时代的主流,并且开始趋向于重视学习者的经历（教授学习中的建构主义）[4].

如何考评学生的学习过程,如何实现过程性评价并且起到良好的学习引导作用,仍然是一个有待解决的棘手问题.

3. 混合式教学手段中传统环节的数字技术应用

（1）课堂教学中数字技术的科学运用.课堂内要求教师在一次讲授中,能够合理使用各种教学媒体,包括板书（传统或数字化黑、白板板书,计算机屏幕上用鼠标简单标记或随堂输入）、计算机教案、多媒体课件、演示实验（数字化和非数字化实验设备）,也能适时分析学生计算机研究作品或利用自己及其他教师的计算机研究作品和学生一起探究物理规律.

例如在“刚体的转动”的教学中,我们可以利用各种有趣的演示实验；可以利用计算机实时测量系统让同学们很直观地在计算机屏幕上看到转动惯量的测量；可以利用Flash交互课件插入PPT演示；PHYSICS 3D等软件让同学调节参数分析规律；还可以从传统的陀螺仪拓展到光纤陀螺等.

课堂内用教学软件启发学习,课外鼓励学生进行课题研究.为了方便数字化研究,开发了开放性计算机研究物理问题的平台,帮助学生和教师扫清计算机编程的障碍.

（2）演示与探索实验的数字化研究.建设含有先进数字化技术的混合式物理探究环境,是培养创新人才的必要措施.我们在建设实践性物理探究环境中,强化对演示实验中的规律探究的引导,将传统的演示实验室改建为融合先进数字技术的物理探索实验室,为学生全面开放.探索实验室中实践探究的内容很多来源于生活,趣味性强,但不少与现代数字技术有关,如实验规律的表现、数据的监控、分析等.学生在此学习的方式和内容不拘一格,因而显得轻松而有趣.

（3）开展丰富的创意性数字化物理研究活动.开展内容丰富、形式多样的物理研究活动,在活动中鼓励学生进行数字化研究,在研究中培养学生的创新意识和能力,其效果是课堂教学所不能达到的.在一年一度的全校非物理专业物理竞赛活动中,学生可以自由选题,不少同学都选择数字化应用方面的题目,在决赛中产生了像“环绕立体声”、“基于Matlab的单摆周期研究”等一批理论联系实际很有创意的优秀作品.通过竞赛,培养了学生学习物理课程的兴趣以及综合应用基础知识的能力,使他们在查阅资料、分析问题、逻辑推理、实践技能及表述等各方面有了充分的锻炼和提高.

学生在物理学习中的创意研究,我们也帮助他们提炼和深入,继续申报学校、上海市和全国的大学生创新项目研究.

2009年起,在教育部“使用信息技术工具改造‘普通物理学’课程”项目支持下,由我校牵头,北大、清华、复旦、交大等17校参与,高起点地创建了三维虚拟物理教学系统.根据课内外不同教学环节的需要,构建了模拟与仿真、演示与分析、函数与图形、交互与协同、设计与构建五大模块.在此基础上研发了150余个内容全面、概念突出、表现生动、使用方便、可进行量化分析的数字课件,部分课件还具有数据实时采集和模型自我构建等功能.系列课件在同济、北大、清华等18所高校的普通物理课程教学中应用,取得了积极的成效.教育部对项目的成果予以充分肯定,并在验收意见中写道：“等,开发了150余个物理演示课件,提高了学生的学习兴趣并加深了对物理规律的理解.项目开发的PHYSICS 3D软件为启发式教学提供了支撑,为网上协作学习提供了便利.” [5]

三、“转型升级”的思考与体会

所谓“转型”,就是要以先进的教育理念为指导,充分应用现代信息技术工具,将以往各校为阵建设的、以教师为服务对象的有限开放精品课程转变为统一建设的、以学习者和教师为服务对象的充分开放资源共享课程.“升级”就是要将“五个‘一流’”的精品课程改建为精品资源共享的课程.其具体的要求涉及“理念”、“方法”、“质量”、“效果”以及“影响力”和“示范性”等诸多方面,这就要求建设者要对此工作的完成充满信心,方可达到目标.

另一方面,精品资源共享课建设团队的团结协作,是完成任务的保障.我们需要混合式的教学模式,需要教育技术骨干从理念到设计到技术实现.这样,专业教师在学术造诣深、教学经验丰富的课程负责人统筹安排的工作中,相互配合,有利于各项任务的顺利完成.

在本次精品课程向精品资源共享课转型升级的过程中,我们始终以教高[2012] 2号文件为依据,对照各项资源建设的具体要求,系统地规划本课程的知识结构和授课方式,保证基本资源的完整性.拓展资源的建设是彰显个性、反映特色的部分,自然需要花大力气研究制作.显然,建设好精品资源共享课程,需要长期的资源储备,需要在日常的教学工作与教学改革中,积累优质的教学资源,通过教学实践逐渐形成“精品”.

精品资源共享课的建设,是一项长期而艰巨的工作,还需要维护和更新基本资源,丰富和创新扩展资源.我们必将继续努力工作,深入研究与时展相适应的课程教学模式和信息技术应用,以使大学物理精品资源共享课的建设更加有成效.