基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的大學(xué)文科物理題庫資源建設(shè)與應(yīng)用

李加定

(華南理工大學(xué)廣州學(xué)院 廣東 廣州 510800)

為了提高文科大學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)，均衡其知識結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)文理滲透、學(xué)科交叉的新型人才，目前國內(nèi)不少高校開設(shè)了“文科大學(xué)物理”課程，如西安交通大學(xué)[1]、北京航空航天大學(xué)[2]等.筆者所在高校的國際商學(xué)院與荷蘭、美國等高校聯(lián)合辦學(xué)，要求學(xué)生在大學(xué)一年級必修物理類課程.在此培養(yǎng)模式下針對該學(xué)院經(jīng)濟與管理類專業(yè)開設(shè)大學(xué)物理課程已有5年.為了配合校園信息化建設(shè)和教學(xué)質(zhì)量工程項目，充分利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的優(yōu)勢，在文科物理課程資源建設(shè)方面進行了一系列積極的嘗試.

1 問題提出

目前文科大學(xué)物理類教材有：趙崢編的《物理學(xué)與人類文明十六講》[3],倪光炯、王炎森編的《物理與文化——物理思想與人文精神的融合》[4],宋峰編的《文科物理——生活中的物理學(xué)》[5]等.各高校對文科大學(xué)物理課程的目標(biāo)和要求不盡相同，在課程評價考核環(huán)節(jié)中，大多采用平時成績+期末測驗成績結(jié)合的模式，期末測驗環(huán)節(jié)不少采用論文的形式[2]，一般就某個具體的問題進行深入的闡述，這種方式對于全面考核學(xué)生對物理知識的掌握程度是欠缺的.如果期末測驗采用理工科“大學(xué)物理”的試題模式亦會讓文科大學(xué)生們感覺物理難學(xué)，對本門課程興趣受挫，這是文科大學(xué)物理教學(xué)中面臨的一個問題.

其次，在教學(xué)過程中，學(xué)生也反映部分文科大學(xué)物理類教材接近于科普類書刊，閱讀時不求甚解、翻翻而過，抓不住物理知識.對于教材課后習(xí)題，類似“什么是簡諧運動”這類問題，感覺要靠記憶與背誦，提不上興趣，與平常印象中物理以數(shù)學(xué)和實驗為工具，強調(diào)邏輯推理和動手實踐的設(shè)想大相徑庭，過多的記憶和背誦亦不是教學(xué)者的初衷；而另外一方面,教材中的一些計算題又讓文科的學(xué)生感覺力不從心.

鑒于以上兩個方面，如何有效進行物理課程的教學(xué)評價和考核，同時幫助學(xué)生掌握物理知識，針對文科大學(xué)物理課程的特點和文科學(xué)生這一主體的特征，建立適當(dāng)?shù)奈目莆锢韺W(xué)習(xí)資源是有必要的，這對文科大學(xué)生掌握物理概念、規(guī)律、方法和思想以及對課堂教學(xué)都將大有益處.而這樣的學(xué)習(xí)資源應(yīng)有別于理工科類物理，我國著名的物理教育家趙凱華先生曾指出,“文科的物理課不應(yīng)是理工課的濃縮或稀釋，而應(yīng)當(dāng)有自己的特色.”[6]那么作為文科物理學(xué)習(xí)資源也應(yīng)該有自己的特色.

2 指導(dǎo)思想

建構(gòu)主義認(rèn)為知識不是通過教師傳授得到，而是學(xué)習(xí)者在一定的情境即社會文化背景下，借助其他人(包括教師和學(xué)習(xí)伙伴)的幫助，利用必要的學(xué)習(xí)資料，通過意義建構(gòu)的方式而獲得[7].教師要成為學(xué)生建構(gòu)知識的積極幫助者和引導(dǎo)者，創(chuàng)設(shè)情境、提示線索、引導(dǎo)問題，幫助學(xué)生建構(gòu)當(dāng)前所學(xué)知識.建設(shè)文科大學(xué)物理試題庫就是為學(xué)習(xí)的主體提供必要的學(xué)習(xí)資源，而這個主體對象就是文科大學(xué)生，必須考慮這個主體的特征.大多高校的文科大學(xué)物理課程針對經(jīng)濟和管理類專業(yè)大一或大二學(xué)生開設(shè)，高中階段過早文理分科，學(xué)生的數(shù)學(xué)和物理基礎(chǔ)參差不齊，大部分文科生畏懼物理中的邏輯分析和數(shù)學(xué)推導(dǎo)，偏重于形象思維、想象創(chuàng)意、文字描述、意境領(lǐng)悟.大多數(shù)學(xué)生在以后的工作中所涉及的內(nèi)容不會像理工科那樣做詳細、精確的科學(xué)建模和數(shù)學(xué)計算，可能更加偏向于社會協(xié)調(diào)、導(dǎo)向、宣傳等方面發(fā)揮自身能力.這就要求試題資源建設(shè)中應(yīng)該用通俗易懂、人文化的語言來描述物理概念和規(guī)律，盡量避免繁瑣復(fù)雜的理論公式推導(dǎo)和計算.

與理工科物理教學(xué)相比，文科物理在培養(yǎng)目標(biāo)、內(nèi)容體系、內(nèi)容處理方面不同.理工科物理教學(xué)為了培養(yǎng)研究和應(yīng)用型人才，為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)課程打基礎(chǔ)，對于某一領(lǐng)域(比如電磁學(xué))會具體深入學(xué)習(xí)，其中的物理規(guī)律以數(shù)學(xué)語言和符號來描述與表達，強調(diào)規(guī)律的應(yīng)用和計算.文科物理側(cè)重于物理思想和科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)，強調(diào)物理概念和規(guī)律的理解，物理規(guī)律與生活現(xiàn)象的聯(lián)系，側(cè)重于物理中哲學(xué)思想、創(chuàng)新思維、方法模式對原有知識結(jié)構(gòu)的互補，在學(xué)習(xí)過程中感受自然科學(xué)的美、自然界的和諧與統(tǒng)一，提高科學(xué)素養(yǎng)和終生學(xué)習(xí)的愿望.文科大學(xué)物理作為科學(xué)素養(yǎng)通識教育的學(xué)科，決定其教學(xué)內(nèi)容深度不大，但涉及面廣泛.

理工科類大學(xué)物理試題不能直接用來考查文科學(xué)生，主要有如下幾方面：

其一，理工科物理常常深入考查某個具體問題，比如電場強度通量，對于文科大學(xué)物理側(cè)重通識教育，不一定在課堂教學(xué)涉及到具體細節(jié)方面的問題.

其二，理工科類的試題在描述過程中有大量的數(shù)學(xué)符號和數(shù)學(xué)語言，強調(diào)簡潔、嚴(yán)謹(jǐn).這對大多數(shù)文科學(xué)生來說，閱讀起來有障礙.

其三，理工科類大學(xué)物理試題中的計算題需要運用微積分等高等數(shù)學(xué)知識，也是文科學(xué)生所欠缺的.

因此，文科大學(xué)物理試題的建設(shè)應(yīng)體現(xiàn)通識教育的特點：范圍廣但不是深入，盡量不涉及到復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算.

3 建設(shè)思路

3.1 物理學(xué)史

了解物理學(xué)中各個學(xué)科的起源和發(fā)展過程是文科物理一項重要的內(nèi)容，包含物理概念、規(guī)律、思想以及研究方法的發(fā)展脈絡(luò)和變革過程，關(guān)鍵事件、人物所產(chǎn)生的作用和影響，在學(xué)習(xí)這些有故事情節(jié)性、人物生動性、過程坎坷性的過程中，容易引發(fā)學(xué)生的興趣和向往，在考查中同樣能引起學(xué)生的共鳴.適當(dāng)了解物理知識產(chǎn)生的背景、起源、發(fā)展、波折到成熟等過程，有利于文科生對知識的把握和深入的理解.在這一過程中，實際上也讓學(xué)生回顧了現(xiàn)代文明發(fā)生和發(fā)展的過程,有利于學(xué)生養(yǎng)成獨立思考、尊重客觀事實、敢于質(zhì)疑、勇于批判的科學(xué)精神，有利于學(xué)生樹立科學(xué)的人生觀、歷史觀和世界觀.

3.2 物理與生活

考查物理知識與現(xiàn)實生活中的聯(lián)系是文科物理所占篇幅最多的一項內(nèi)容.以物理為基礎(chǔ)的自然科學(xué)技術(shù)滲透到人們學(xué)習(xí)、生活、工作的方方面面，對人們的生活方式、社會生產(chǎn)、文化交流都產(chǎn)生廣泛和深刻的影響.現(xiàn)代高科技如網(wǎng)絡(luò)、通信、計算機、激光、納米、核能、航天等技術(shù)都與基礎(chǔ)物理存在關(guān)聯(lián)性，但是鑒于課時的限制，在課堂教學(xué)不可能面面俱到.在文科物理的教學(xué)中還是聚焦于基礎(chǔ)物理知識，如運動與力的關(guān)系、牛頓定律、熱學(xué)中的基礎(chǔ)定律、麥克斯韋的基本電磁理論、光的波粒二象性、原子物理和量子力學(xué)的基本觀念等.引導(dǎo)文科學(xué)生建立生活中的事物與物理基本規(guī)律之間的聯(lián)系就成了一項重要的教學(xué)目標(biāo)和考查目標(biāo)，期望學(xué)生能牢固掌握基礎(chǔ)物理知識，遇事自覺運用物理的思想和觀點來客觀看待，運用物理的方法和模型來思考問題，以基本物理規(guī)律來判斷事物準(zhǔn)確與否和價值取向.對數(shù)學(xué)知識有限的文科學(xué)生，不一定要求他們利用物理規(guī)律，建立復(fù)雜數(shù)學(xué)模型來解決問題，但將生活中的現(xiàn)象和問題與具體的某個物理概念或規(guī)律聯(lián)系起來，這就是文科物理教學(xué)的初步設(shè)想之一.

3.3 物理思想與方法

訓(xùn)練物理學(xué)中的思維方法是文科物理教學(xué)中一項隱藏在具體知識中的隱形任務(wù).科學(xué)的思維方法比知識更加重要，是如何對待事物、如何思考、如何分析、如何解決實際問題的關(guān)鍵.物理學(xué)中有著豐富的思維方法，如猜想、假設(shè)、歸納、總結(jié)、類比、建模、演繹、統(tǒng)計、實驗檢驗等.這些思想和方法不僅適用于物理學(xué)的研究，也適用于其他學(xué)科，是學(xué)生形成良好的科學(xué)思維方式，提高科學(xué)素養(yǎng)的重要素材.如庫侖定律的提出，科學(xué)家堅信世界是和諧統(tǒng)一的且能用數(shù)學(xué)語言來描述這個世界——這樣樸素的物理思想，運用猜想和類比的方法，聯(lián)想到牛頓的萬有引力公式，并以此類比提出電荷相互作用力的公式.以類比方法為例，歷史上也有科學(xué)家出錯的時候，惠更斯將光跟聲波類比，認(rèn)為光是一種縱波，后來的實驗檢驗這是錯誤的.這些都是對新事物認(rèn)識的起步，是科學(xué)發(fā)展的一部分，對學(xué)生有啟發(fā)和教育意義.

4 實踐與應(yīng)用

4.1 題庫資源的建設(shè)

利用超星公司提供的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，將近年來文科物理教學(xué)中所積累的試題都錄入網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，該網(wǎng)絡(luò)平臺功能強大且全面，可實現(xiàn)對復(fù)雜數(shù)學(xué)公式和特殊物理符號的錄入.目前題庫題量近500道，并在持續(xù)增加中，內(nèi)容涵蓋力學(xué)、電磁學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、原子和量子物理等，具體如表1所示.

表1 題庫資源中內(nèi)容與題型在題量上的分布

注：因課時限制，對于常見教材中的狹義相對論未講授.

每個題目都歸入到具體的知識點，綜合性的題目則根據(jù)突出考查的知識點來分類(這有利于在作業(yè)布置和考卷出題時的調(diào)用).在題型上包含選擇、填空、判斷、簡答與論述、材料閱讀與計算等，其中選擇題占據(jù)六成以上，如此高比例的選擇題與前面強調(diào)了解物理而非死記硬背，強調(diào)建立物理與生活的聯(lián)系而非理想模式下的計算這兩條指導(dǎo)思路相吻合.另外，比如在材料閱讀與計算題型中，主要是閱讀一段科技類的文章，其間涉及到一些方法和計算，要求學(xué)生能夠運用相關(guān)的物理知識理解它，并根據(jù)其提供的公式和參數(shù)來回答問題.這類題目主要是考查綜合運用物理知識的能力，無需學(xué)生記憶數(shù)學(xué)公式，側(cè)重考查新情景下解決實際問題的能力.

4.2 題庫資源的使用

4.2.1 題庫在課堂教學(xué)中的運用

利用題庫、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺、手機客戶端三者有機結(jié)合能呈現(xiàn)另外一番景象：教師在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺從題庫中調(diào)出某個具體討論的題目，學(xué)生手機端即可看到討論的問題，學(xué)生給出自己的作答，教師在網(wǎng)絡(luò)平臺通過統(tǒng)計功能，既可查看到結(jié)果，亦可展示統(tǒng)計數(shù)據(jù).相比傳統(tǒng)教學(xué)模式更加彰顯其實時性和高效性.

4.2.2 題庫在課后作業(yè)上的運用

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的作業(yè)模塊能針對某個教學(xué)班級新建作業(yè)，從題庫中調(diào)用題目，設(shè)定好開始和結(jié)束時間，即可完成作業(yè)發(fā)布，另外可根據(jù)實際情況對作業(yè)發(fā)布方式和參數(shù)進行修改,如圖1所示.

圖1 作業(yè)發(fā)布設(shè)置

學(xué)生可在電腦端作答，也可在手機端利用閑暇時間來完成.教師批閱作業(yè)也很簡單，通過查看功能，進入批閱，如圖2所示.

圖2 作業(yè)批閱界面

選擇、判斷甚至是填空題可事先設(shè)定好為客觀題，系統(tǒng)可以自動打分；簡答、論述、計算題，學(xué)生可在網(wǎng)上直接作答，也可在紙面上寫好后拍照上傳.教師批閱作業(yè)時，可以給定分?jǐn)?shù)，附上評語，評語甚至可以是一段語音信息，也可導(dǎo)入線下作業(yè)分?jǐn)?shù).相比傳統(tǒng)作業(yè)模式，網(wǎng)絡(luò)平臺優(yōu)勢在于它的輔助、管理、統(tǒng)計功能，讓教師省心省力，同時能完整有效記錄每個學(xué)生平常的作業(yè)完成情況，為期末總評成績的平時分提供準(zhǔn)確的參考.

4.2.3 題庫在期末考試中的運用

(1)組卷

出題者利用平臺的考試功能模塊可針對特定教學(xué)班級發(fā)起考試.創(chuàng)建試卷的方式有手動編輯試卷和自動隨機組卷，兩者均是從題庫中調(diào)取試題.其中自動隨機組卷，可以設(shè)定題型、數(shù)量、分值,由系統(tǒng)從題庫中按要求隨機挑選題目組合成一套試卷，一般需要題庫量大且全面才可真正有效組卷.手動編輯試卷，出卷者從題庫中逐個挑選試題并設(shè)定分值來實現(xiàn)組卷，在題庫資源系統(tǒng)還未豐富時，手動組卷是首選，試卷可根據(jù)需要進行相應(yīng)的設(shè)置，如圖3所示.

圖3 考試設(shè)置

(2)考試實施

學(xué)生經(jīng)過一個學(xué)期在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上完成課后作業(yè)，再加上教師在課堂上的適時引導(dǎo)，到了期末學(xué)生已熟悉網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上的基本操作，進行網(wǎng)絡(luò)無紙化考試也就水到渠成.為了便于學(xué)生期末復(fù)習(xí)，也可在考前開放題庫讓學(xué)生練習(xí)，有助于學(xué)生利用題庫中的問題和答案發(fā)現(xiàn)不足，認(rèn)識差距，查漏補缺，獲得幫助，從而提高學(xué)習(xí)效果；另一方面，學(xué)生通過在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的練習(xí)，可以進一步熟悉操作，不至于在后續(xù)網(wǎng)考中不適應(yīng).

機房考試，只需要有足夠聯(lián)網(wǎng)的電腦，無需專門安裝特定客戶端程序，管理簡單.學(xué)生通過指定的網(wǎng)頁登錄賬號(與平時作業(yè)賬號一致)，點擊開始考試，系統(tǒng)自動計時.技術(shù)上可實現(xiàn)學(xué)生無法半途退出考試界面轉(zhuǎn)而通過網(wǎng)絡(luò)查找答案；學(xué)生在提交時，系統(tǒng)會提示學(xué)生是否有未作答的題目；管理員可監(jiān)控整個學(xué)生考試狀況，如遇特殊情況，可延長某個學(xué)生的考試時間.考前曾有這樣的擔(dān)憂：物理試卷中有不少數(shù)學(xué)公式和符號，學(xué)生在電腦輸入需要大量時間而影響正常作答，在實際中這個問題并不突出，或者并不影響考試過程的實施.一方面由于文科物理中涉及到的計算相對少，另一方面，學(xué)生在平時作業(yè)與考前練習(xí)已經(jīng)熟悉網(wǎng)絡(luò)公式編輯器的使用.

(3)閱卷與統(tǒng)計

網(wǎng)絡(luò)平臺進行考試，在閱卷方面能給教師帶來便捷，對于選擇、判斷等題型可由系統(tǒng)自動統(tǒng)計出結(jié)果，填空題也可由系統(tǒng)先行批閱，然后再人工修改，可大幅提高效率.閱卷教師主要對主觀題進行評閱和打分，系統(tǒng)自動計算出每個學(xué)生的成績,如圖4所示.

圖4 批閱試卷列表

4.3 網(wǎng)絡(luò)題庫資源的使用效果檢驗

我校文科物理課程開設(shè)已有5年，2014年開始立項教育質(zhì)量工程，超星網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺于2015年引入測試，2016年下學(xué)期正式投入使用.

為此，筆者挑選2015級和2016級兩個具有代表性的班級作為本次抽樣分析的參照班和實驗班，實驗班在作業(yè)布置、課堂測驗、復(fù)習(xí)資料、期末考試都經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺來進行，參照班都以紙質(zhì)形式進行.由于施教的主體不變，提供給兩個班級的資料相差無幾，假設(shè)兩個班入學(xué)物理基礎(chǔ)整體上保持一致，在此基礎(chǔ)上施以相同的期末測試題目，期末測試試卷結(jié)構(gòu)如表2所示.

表2 期末測試試卷題目結(jié)構(gòu)

我們期望通過比較實驗班和傳統(tǒng)參照班的期末成績差異來回答下列兩個問題：

(1)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺提供的資源是否有利于提高學(xué)生的成績?

(2)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上平時作業(yè)成績與期末網(wǎng)考成績是否存在關(guān)聯(lián)性?

為此對照這兩個班級的期末成績表,對比分析結(jié)果如表3所示.

表3 實驗班與參照班期末成績對比分析

注：表中數(shù)據(jù)為人數(shù)/百分比.

由表3可以看出,實驗班相對參照班的平均成績高出了9.4分，盡管受兩個班學(xué)風(fēng)等其他因素影響，但是測試結(jié)果還是能在一定程度上說明網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺資源提供的資料對學(xué)生成績提高確實有幫助.由參照班與實驗班成績分布比例的對比(圖5)可以看出：成績有一個由中低分向中高分段整體挪移的明顯現(xiàn)象，可以說網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺資源對于中間分?jǐn)?shù)段學(xué)生的成績提高影響顯著，這跟教學(xué)中部分學(xué)生經(jīng)常反復(fù)要求教師打回做錯的作業(yè)重做這一現(xiàn)象相吻合，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺能促使學(xué)生更加關(guān)注平常的作業(yè)，促使其積極主動學(xué)習(xí).

圖5 2015級參照班與2016級實驗班成績分布比例對比圖

為了回答第二個問題，我們將實驗班26名學(xué)生的平時作業(yè)成績與期末考試成績進行統(tǒng)計樣本的相關(guān)性分析.相關(guān)系數(shù)R可表示為

R=

上式中的xi和yi表示第i個學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上的平時作業(yè)平均分和期末考試成績，計算可得到兩者的相關(guān)系數(shù)R=0.336，這說明兩者存在一定的相關(guān)性，反映了期末網(wǎng)考成績跟平時網(wǎng)上作業(yè)成績存在一定的關(guān)聯(lián)性，雖然這種關(guān)聯(lián)性不是特別高，但數(shù)據(jù)能反映出真實情況.

5 結(jié)束語

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺題庫作為一項學(xué)習(xí)資源，給學(xué)習(xí)文科物理的學(xué)生提供了一種新的途徑和方式，有利于學(xué)生掌握知識，增強學(xué)習(xí)效率，提高教學(xué)效果.其主要工作在于編輯大量新穎合適的高質(zhì)量題目來豐富題庫，需要教師團隊還包括學(xué)生留心生活、點滴積累才得以實現(xiàn).另一方面要充分利用和發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)平臺的功能，要靠教師課堂引導(dǎo)、學(xué)生課后練習(xí)共同來發(fā)揮其效應(yīng).在我校的文科物理教學(xué)實踐中，得到了學(xué)生的好評，是提高教學(xué)質(zhì)量、實現(xiàn)教考分離改革的一項重要舉措，值得推廣.

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11 羅浩.大學(xué)生基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺自主學(xué)習(xí)的現(xiàn)狀與對策：[學(xué)位論文].濟南：山東師范大學(xué),2014

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