基于Blackboard交互式物理教學設計

郭芳俠　李小艷

(陜西師范大學物理學與信息技術學院　陜西 西安　710119)

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基于Blackboard交互式物理教學設計

郭芳俠李小艷

(陜西師范大學物理學與信息技術學院陜西 西安710119)

摘 要：本文依托Blackboard信息化教學平臺，通過課前網(wǎng)上自主學習、課堂協(xié)作探究、課后鞏固拓展3個環(huán)節(jié)的學習活動以及多元化的評價方式，旨在探究信息化背景下的物理交互式教學設計，倡導支架式教學，促進學生自主學習,改變學習習慣，培養(yǎng)終身學習發(fā)展的能力．

關鍵詞：交互式教學支架教學自主學習

1研究背景

傳統(tǒng)的大學教學模式一般是教師在講臺上講，學生被動地聽,機械地記筆記，思想難免開小差，甚至有打瞌睡、玩手機上網(wǎng)等現(xiàn)象．課后相當數(shù)量的學生草草應付完成作業(yè)，臨到考試的時候，突擊復習、死記硬背，但不久后這些知識就會被拋之腦后，對學生的評價方法也較為單一．這種模式下的教與學，嚴重阻礙了學生學習的主動性、積極性和創(chuàng)造性的培養(yǎng)[1]；另一方面，枯燥的課堂、被動的地位、以及學生害怕出錯的心理使得師生交流較少．現(xiàn)如今，隨著信息技術的發(fā)展應用，學生獲取知識的手段和渠道也有了翻天覆地的變化，在信息化教學背景下，學生的學習環(huán)境日漸改善、學習終端日漸多樣、教學媒體日漸豐富，學習不再受到時間空間的限制，學生可以隨時隨地的學習，并且可以選擇國內(nèi)外不同學校的優(yōu)質(zhì)課程進行學習[2]，讓優(yōu)質(zhì)教育資源世界共享，這是教育發(fā)展的趨勢．那么教育也要跟上時代發(fā)展的步伐，充分利用現(xiàn)代信息網(wǎng)絡，學習者是學習的主體，根據(jù)自己的需求來選擇開課學校、教師和學習內(nèi)容，教師的角色也發(fā)生了轉變，不再僅僅是“傳道授業(yè)解惑”，而更多的是服務、支持、指導、幫助學生．基于e-learning的教學更能體現(xiàn)教師指導，學生主體的思想．因此許多的信息化網(wǎng)絡教學平臺應運而生．其中Blackboard以其豐富的數(shù)字化資源、成熟的技術、較為完善的功能、多樣的學習效果評價方式以及以人為本的理念得到了國內(nèi)外高校的青睞，那么怎樣進行教學設計才能更有效地促進學生的學習？本文在以學生為中心[3]的教育理念、以支架式教學[4]為理論基礎的指導下，借助Blackboard為教學平臺，構建了交互式教學模式，打破了時空約束，學生可以利用手機等上網(wǎng)工具隨時隨地登陸網(wǎng)絡平臺進行個性化學習，實現(xiàn)了師生與生生的同步或異步交流，有利于調(diào)動學生的積極性．

2Blackboard環(huán)境下的物理教學設計

Blackboard平臺為信息化教學提供了重要的技術支持，有效地延續(xù)和補充了課堂教學，如何在這一平臺上進行高效的物理類教學設計、促進學生的發(fā)展是我們追求的目標．我們借鑒《課堂教學設計》所提出的觀點[5]“一個完整的課堂教學設計需要解決好4個基本問題：現(xiàn)在哪里;要去哪里;如何去那里;是否到了那里”，具體如圖1所示．

圖1　教學設計流程

從學生出發(fā)是進行教學設計的預備階段和基礎，本文研究的學習對象是物理學院大三學生，他們經(jīng)過高等數(shù)學、數(shù)學物理方法以及大學物理的學習，已經(jīng)具備了一定的數(shù)學基礎和物理邏輯，能夠自主閱讀和分析問題．身處信息時代的大學生，個性顯著、網(wǎng)絡依賴性較強、獲取知識多元、較容易接受新事物，但是缺乏對信息技術和技術的選擇以及自我管理意識．針對學生的特點，教師在進行信息化教學設計時要充分發(fā)揮學生優(yōu)勢，同時也要加強監(jiān)控管理和資源篩選．

2.2教學目標分析

教學目標是教學設計的關鍵，是對整節(jié)課所要達到結果的規(guī)劃．我們以《電動力學》[6]第一章第1節(jié)“電荷與電場”為例，從庫侖定律出發(fā)，利用疊加原理和數(shù)學推理得出電場的普遍表達式，通過電通量的計算證明高斯定理，再對高斯定理進行積分變換，得到靜電場的性質(zhì)——散度方程．同樣通過環(huán)流的計算和積分變換可以得到靜電場旋度方程，整個過程環(huán)環(huán)相扣．通過學習本節(jié)課讓學生能夠較好理解高斯定理和庫侖定律的關系；熟悉研究靜電場性質(zhì)的思路；掌握散度方程和旋度方程及其含義；理解微分方程和積分方程的區(qū)別；培養(yǎng)學生分析問題和解決問題能力，具備物理思維邏輯．本節(jié)課的難點是高斯定理的證明、散度方程和旋度方程本質(zhì)的理解．重點是靜電場散度方程和旋度方程及其含義．

2.3學習活動

學習活動是網(wǎng)絡教學設計[3]的核心部分，一切圍繞著學生展開，所以學習活動設計至關重要．我們借助網(wǎng)絡平臺的優(yōu)勢，結合課程特點，分析重、難點，將學習活動分為自主學習和“自主學習+課堂探究”，自主學習的內(nèi)容設置在學生的最近發(fā)展區(qū)，學生稍微努力就可以達到，這一部分的比例小于總體內(nèi)容的30%，而“自主學習+課堂探究”是本文的核心，我們在Robert Talbert教授的翻轉課堂[7]模型的基礎上設計了如圖2所示的學習活動．

圖2　基于Blackboard平臺的學習活動流程圖

在課前，教師將電荷與電場的重點難點、學習目標、學習計劃以及學習任務通過通知功能發(fā)布在Blackboard平臺上，并且利用學習預警，幫助學生更好地安排學習時間和學習內(nèi)容的優(yōu)先級．教師安排的學習內(nèi)容，既不能太難，也不能過易，要盡可能地為學生創(chuàng)設真實的學習情境．針對電荷與電場這節(jié)課，安排的學習任務是：復習矢量代數(shù)知識以及庫侖定律，收集電動力學偉人事跡．通過電磁學、高等數(shù)學、數(shù)學物理方法的學習，學生已經(jīng)有一定的基礎，但有些學生對這部分內(nèi)容有所遺忘或者遺漏，所以復習是非常必要的．矢量代數(shù)的學習較為枯燥，我們使用動畫式在線閱讀以及5～10 min短小精悍的微視頻幫助學生復習鞏固．學生通過文本及視頻學習后，參與矢量代數(shù)的在線測驗，對所學內(nèi)容進行查漏補缺．在復習庫侖定律這一塊，教師在討論區(qū)域設置話題：兩個點電荷之間的作用力大小為

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那么當r趨近于無窮小的時候，這兩個點電荷之間的作用力無窮大，兩個實際帶電小球靠近時作用力會無窮大嗎？為什么？根據(jù)以前學習的知識，當電荷怎樣分布時利用什么樣的方法可以求解電場？已知電場分布可否得到電荷分布？學生在討論區(qū)展開討論，在討論期間教師啟發(fā)誘導：讓學生想一想庫侖定律的適用范圍．通過回顧和查閱網(wǎng)上學習資源，學生重構知識框架．最后教師在作業(yè)區(qū)布置作業(yè)：小組以PPT形式展示科學偉人事跡．學生小組在聊天區(qū)確定各自的研究對象，明確分工，利用圖書館和網(wǎng)絡進行資源的搜集，協(xié)作完成任務．學生完成學習任務，可以根據(jù)自己的實際情況靈活調(diào)整學習計劃，借助Blackboard豐富的網(wǎng)上資源進行拓展學習．

2.3.2課堂協(xié)作探究

學生在Blackboard平臺上進行自主學習時，會遇到各種困惑與不解，對重難點掌握也會因人而異，根據(jù)這一情況教師利用Blackboard通知功能，發(fā)布集中上課公告．課前，教師查看學生網(wǎng)絡自主學習情況，結合網(wǎng)絡反饋以及教學的重難點制定教學策略．課堂教學以學生為主，但是教師作為引導者也起著舉足輕重的作用，針對本節(jié)課的教學內(nèi)容，率先提出本節(jié)課的主線索：如何研究靜電場的性質(zhì)？學生帶著疑問獨立探索和協(xié)作學習，然后展示學習成果，教師根據(jù)學生學習成果是否對重難點內(nèi)容有遺漏再進行補充并講解，最后師生對本節(jié)課進行小節(jié)評價．理清教學思路，接下來筆者將知識點細分，引導學生依次攻破．主線索的提出讓學生很容易就會找到研究問題的切入點——從庫侖定律出發(fā)，得出高斯定理，那么如何突破高斯定理的證明這個難點呢？本研究采用由單個到復雜、由理想模型到一般模型的方法，利用最近發(fā)展區(qū)理論進行支架式教學．具體的步驟：

(1)研究只有一個點電荷時電場強度對閉合曲面的電通量．以問題引入：電通量的物理意義是什么？學生回顧電磁學知識以及庫侖定律．接著教師創(chuàng)設物理情境:假設閉合曲面內(nèi)只有一個點電荷Q，求通過面元dS的電通量．學生以小組為單位進行協(xié)作學習,教師隨即挑選同學進行該題的演練,推導出

(2)

(2)教師對該公式進行深刻講解，并讓學生利用數(shù)學積分得到電場強度對閉合曲面的電通量．上述例題是點電荷在曲面內(nèi)，那么如果放在曲面外又會如何？該題考察學生對上面例子的應用情況，限定時間讓學生練習，培養(yǎng)學生舉一反三的思維；

(3)教師進行啟發(fā)誘導，一個點電荷所對應的電通量情況學生已經(jīng)清楚，但實際上空間有多個點電荷，這時候的電通量該如何計算？讓學生分小組進行討論，大家集思廣益，以小組形式展示討論結果(利用場的疊加定理計算多個點電荷的電通量)；

(4)教師繼續(xù)啟發(fā)學生：一般情況下，電荷是連續(xù)分布的，且體密度已知，那么電場強度對閉合曲面的通量又該如何表示？學生通過前面的學習，探索此類問題的思維已經(jīng)形成，加之數(shù)學積分練習，便可得出高斯定理散度公式．這時候教師針對學生對高斯定理證明過程中的問題進行補充講解，師生共同總結高斯定理積分和微分形式的意義以及適用范圍．物理具有縝密的邏輯性，利用同樣的思路來確定靜電場環(huán)量的性質(zhì)，從而得到靜電場的旋度，最后師生共同小結靜電場的性質(zhì)．

學習完課本知識，學生小組以PPT形式展示Blackboard平臺上的探索任務——收集電動力學偉人的事跡，學生代表上臺展示作品，師生共同制定Rubric，對小組作品進行點評．通過該項活動，培養(yǎng)學生團結協(xié)作意識，樹立學生的科學人文理念，提高學生的科學素養(yǎng)．

2.3.3課后鞏固拓展

通過課前的自主學習和課堂的面授講解，學生對靜電場的性質(zhì)有了進一步認知．為了鞏固學生已建構的知識，拓寬學生視野，發(fā)展個性化學習．我們利用通知功能要求學生復習電荷與電場，在Blackboard平臺上布置作業(yè)，用Flashpaper的形式上傳到網(wǎng)站，便于學生直接瀏覽，另外限定作業(yè)上交期限，對于未按時交作業(yè)的同學，我們利用Blackboard平臺的電子郵件給該學生提醒和警告；在題庫中導入電荷與電場試題，題型分為單選、多選和判斷，利用在線測試功能，讓學生在規(guī)定時間內(nèi)完成測試，由平臺自動打分，并標出錯題和正確答案，此測驗可以允許學生多次作答，直到得到滿意的結果，這個過程一方面可以有針對性地幫助學生進行查漏補缺，一方面也可以培養(yǎng)學生積極探索，不斷超越的精神；在討論區(qū)設置拓展問題，比如直接從場的表達式能否得出靜電場的散度和旋度方程？思考電磁爐和微波爐的原理，讓學生理論聯(lián)系實際，從生活中發(fā)現(xiàn)物理美，學生可以獨立探索，也可以在討論區(qū)與同學進行交流，仁者見仁，智者見智，通過自學和互學，學生在Wiki中提交學習成果，由教師和同學對學習成果進行評價，從而不斷地完善．學習永無止境，為了使學生在浩瀚的知識海洋中搜尋到有效信息，我們在Blackboard平臺上還為學生提供了參考書目、名師視頻、科研文獻、趣味科學等，學生根據(jù)興趣愛好自由選擇．

2.4教學評價設計

教學評價一方面是評價教學過程，另一方面是評價學習效果,評價教學過程的一個重要手段是通過Blackboard網(wǎng)上調(diào)查，讓學生在線回答，通過學生的反饋，不斷完善教學設計．

圖3　學習效果評價圖

對學習效果進行評價時，筆者主要是采用形成性評價和終結性評價，利用Blackboard平臺的blog、日志、wiki、作業(yè)、小組、測驗、討論版等工具對學生的學習效果進行評價,具體如圖3所示．

對學生的學習效果評價不再僅僅是期末卷面成績，而是按百分制進行多方面綜合評價，側重學生的自主學習以及協(xié)作學習，鼓勵學生積極參與到學習中，比如可根據(jù)學生的發(fā)帖數(shù)量以及質(zhì)量，跟帖人的意見質(zhì)量，進行有層次的評定．對于發(fā)帖多且有指導作用的意見，我們評為意見領袖，給予加權鼓勵，以此來鼓勵學生踴躍參與到討論中，實現(xiàn)交互式學習．我們對小組進行評價時，注重團隊協(xié)作，關注每個成員的成長，每個人的努力匯聚成了小組的成果，這個過程既有獨立探索又有小組商議，組內(nèi)成員既有合作又有競爭，同時小組成員之間還可以互評．

3結論

本文通過Blackboard平臺構建支架式教學，旨在促進學生的自主學習，加強師生，生生交流協(xié)作，達到師生雙方對教與學的實時、動態(tài)的監(jiān)控[5]，實現(xiàn)對學生多元化，全方位的評價，從而促使學生的學習真正發(fā)生，使學習效果最優(yōu)化．雄關漫道真如鐵，而今漫步從頭越，這僅僅是一個開始，信息化背景下的大學物理類的教育教學工作仍存在很多不足，還有待我們進一步探索．

參 考 文 獻

1周浩淼,宣立明,趙吉祥.“數(shù)學物理方法”啟發(fā)式教學探索.中國電力教育，2010(30):87～88

2吳玉娟.基于Moodle平臺的網(wǎng)路課程設分——以《多媒體素材采集與制作》為例.軟件導刊(教育技術),2012(5):65～67

3鐘曉流,宋述強,焦麗珍.信息化環(huán)境中基于翻轉課堂理念的教學設計研究.開放教育研究,2013,19(1):58～64

4閆寒冰.信息化教學的學習支架研究.中國電化教育,2003(11):18～21

5鄭麗.基于Blackboard網(wǎng)絡學堂的教學設計與教學評價研究.實驗技術與管理,2014,31(6):176～182

6郭碩鴻.電動力學(第三版).北京：高等教育出版社,2008.4～14

7Talbert R. Inverted classroom.Colleagues, 2012, 9(1): 7

收稿日期：(2015-08-29)