大學(xué)物理教學(xué)信息化的實(shí)踐探索

王心芬 劉小妹 步青華 王 芳

（江蘇科技大學(xué)理學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003）

大學(xué)物理是高等學(xué)校理工科各專業(yè)的一門重要通識(shí)性必修課程，它對(duì)學(xué)生自然科學(xué)知識(shí)體系的構(gòu)建、專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)具有重要的作用。在當(dāng)前教育信息化的背景下，大學(xué)物理的教與學(xué)面臨著巨大挑戰(zhàn)。一方面，學(xué)習(xí)方式發(fā)生了巨大的變化，獲取知識(shí)的途徑更加多元化，上課已不再是學(xué)生獲取知識(shí)的唯一途徑；學(xué)生熱衷于使用移動(dòng)產(chǎn)品，且容易接受并嘗試新事物。另一方面，傳統(tǒng)的教學(xué)模式受到信息化的沖擊，慕課（MOOC，即Massive Open Online Course）、微課、SPOC 以及翻轉(zhuǎn)課堂等各種信息化教學(xué)手段的融合應(yīng)用，給大學(xué)物理教學(xué)帶來(lái)了深刻影響。

近年來(lái)，我校逐步將微信公眾號(hào)、慕課等信息化手段融入大學(xué)物理教學(xué)，開展了傳統(tǒng)和現(xiàn)代融合的大學(xué)物理教學(xué)探索。特別是在抗疫期間，更是整合應(yīng)用了多種信息技術(shù)手段，這對(duì)順利完成大學(xué)物理教學(xué)任務(wù)和實(shí)現(xiàn)大學(xué)物理教學(xué)信息化發(fā)揮了重要的作用。

一、信息化教學(xué)手段

（一）微信公眾號(hào)

大學(xué)生是微信用戶群體的中堅(jiān)力量，對(duì)于基于微信公眾號(hào)進(jìn)行教與學(xué)已有充分的心理準(zhǔn)備。2018 年，我們成功申報(bào)了校教改課題，創(chuàng)建了輔助大學(xué)物理教學(xué)的“欣微課堂”微信公眾號(hào)?！靶牢⒄n堂”微信公眾號(hào)依據(jù)教育學(xué)認(rèn)知理論和“以學(xué)生為中心”的原則，兼顧傳授知識(shí)和培養(yǎng)素養(yǎng)的雙重目標(biāo)，設(shè)計(jì)了“課程資料”、“訓(xùn)練答疑”和“知識(shí)拓展”3個(gè)主菜單和15個(gè)一級(jí)子菜單?！靶牢⒄n堂”微信公眾號(hào)收納了豐富的教學(xué)資源，兩年多來(lái)共推送了320多條圖文消息和視頻消息。實(shí)踐表明，“欣微課堂”微信公眾號(hào)為我校學(xué)生提供了一個(gè)快樂(lè)學(xué)習(xí)大學(xué)物理知識(shí)的微課堂平臺(tái)。

（二）慕課

慕課是指大規(guī)模的開放網(wǎng)絡(luò)課程。2018 年，“大學(xué)物理2”在線開放課程建設(shè)項(xiàng)目獲校級(jí)立項(xiàng)；2019年，“大學(xué)物理1”在線開放課程建設(shè)項(xiàng)目獲省級(jí)立項(xiàng)?！按髮W(xué)物理1”在線開放課程包括力學(xué)、熱學(xué)和電磁學(xué)三部分內(nèi)容，共72 學(xué)時(shí)，在每年的春季學(xué)期開設(shè)；“大學(xué)物理2”在線開放課程包括振動(dòng)和波、波動(dòng)光學(xué)和近代物理三部分內(nèi)容，共40 學(xué)時(shí)，在每年的秋季學(xué)期開設(shè)。

目前，“大學(xué)物理1”在線開放課程和“大學(xué)物理2”在線開放課程在中國(guó)大學(xué)MOOC 平臺(tái)都已正式上線。大學(xué)物理在線開放課程提供知識(shí)點(diǎn)在線授課視頻、例題分析視頻、在線測(cè)試及作業(yè)等。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)，大學(xué)物理在線開放課程增設(shè)了“工科教授聊物理”“物理人文模塊”等視頻專欄。

二、信息化教學(xué)手段融入大學(xué)物理教學(xué)的實(shí)踐

兩年多來(lái)，我們逐步將微信公眾號(hào)、慕課等教學(xué)手段進(jìn)行融合應(yīng)用，開展了大學(xué)物理信息化教學(xué)的一系列改革探索，積累了一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。2018 年秋季學(xué)期起，我們開始了應(yīng)用“欣微課堂”微信公眾號(hào)輔助“大學(xué)物理2”在線開放課程的教學(xué)實(shí)踐。2019 年，我們將“欣微課堂”微信公眾號(hào)推廣給更多班級(jí)使用，學(xué)生關(guān)注數(shù)達(dá)4300 多人。2019 年秋季學(xué)期，我?！按髮W(xué)物理1”在線開放課程在校內(nèi)留學(xué)生班級(jí)第1 次開課；2020 年春季學(xué)期（疫情期間），“大學(xué)物理1”在線開放課程在中國(guó)大學(xué)MOOC 平臺(tái)第2 次開課，校內(nèi)外選課人數(shù)達(dá)7000 多人；2020 年秋季學(xué)期，“大學(xué)物理2”在線開放課程第1 次正式開課。下面我們談?wù)勅诤蠎?yīng)用慕課、微信公眾號(hào)和騰訊直播課堂的“大學(xué)物理1”在線開放課程的教學(xué)實(shí)踐。

（一）創(chuàng)建SPOC教學(xué)班或關(guān)聯(lián)教學(xué)班

目前，大多數(shù)學(xué)校將現(xiàn)有的MOOC 課程與校內(nèi)教學(xué)有機(jī)結(jié)合，即對(duì)本校學(xué)生開放SPOC（Small Private Online Course）小規(guī)模限制性在線課程。

在2020 春季學(xué)期，根據(jù)我校實(shí)際情況，大學(xué)物理教師利用“愛課程慕課堂”創(chuàng)建了SPOC 教學(xué)班或關(guān)聯(lián)線上“大學(xué)物理1”教學(xué)班，按照原來(lái)教學(xué)計(jì)劃的時(shí)間安排開展線上教學(xué)。例如，我們教學(xué)班的人數(shù)為212 人（初修140 人，跟班重修72 人），有204 人選課加入了關(guān)聯(lián)線上“大學(xué)物理1”教學(xué)班?；谶@一學(xué)情，我們開展了融合慕課、微信公眾號(hào)和騰訊直播課堂等信息化手段的大學(xué)物理教學(xué)。

（二）線上教學(xué)實(shí)施過(guò)程

1.課前準(zhǔn)備

課前，教師一方面通過(guò)“愛課程慕課堂”的后臺(tái)管理界面進(jìn)行認(rèn)真?zhèn)湔n，編寫公告和課堂測(cè)試題或討論題等，根據(jù)班級(jí)實(shí)際情況，精心設(shè)計(jì)導(dǎo)學(xué)單和教學(xué)方案，為課堂教學(xué)做好準(zhǔn)備；另一方面利用微信公眾號(hào)的群發(fā)功能，向?qū)W生推送教學(xué)計(jì)劃和配有導(dǎo)學(xué)思考題的PPT 課件。例如第一章“質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)”的第一節(jié)“質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的描述”PPT 課件中，設(shè)計(jì)了“已知質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程如何求軌道方程？”“質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)的兩類問(wèn)題是什么？”等導(dǎo)學(xué)思考題。

根據(jù)教師提供的導(dǎo)學(xué)單，學(xué)生進(jìn)行線上自主預(yù)習(xí)，學(xué)生既可以選擇在微信平臺(tái)預(yù)習(xí)教學(xué)課件，也可以選擇在慕課平臺(tái)學(xué)習(xí)教學(xué)視頻，或者利用兩者進(jìn)行互補(bǔ)學(xué)習(xí)?！按髮W(xué)物理1”在線開放課程向?qū)W生提供了62 個(gè)教學(xué)視頻，這些視頻大多是圍繞一個(gè)或數(shù)個(gè)知識(shí)點(diǎn)的微視頻，時(shí)長(zhǎng)一般控制在15 分鐘左右，方便學(xué)生隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)，且不容易產(chǎn)生疲勞和厭倦。例如，我們教學(xué)班的學(xué)生線上視頻學(xué)習(xí)情況為：線上學(xué)習(xí)15 小時(shí)以上的人數(shù)85 人，占比41.7%；線上學(xué)習(xí)10 小時(shí)以上的人數(shù)為153人，占比75.0%。

2.課堂教學(xué)

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，通常是線下教學(xué)。在抗疫期間無(wú)法進(jìn)行線下教學(xué)的情況下，我們對(duì)學(xué)生進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，了解相關(guān)情況，最終選擇了騰訊直播課堂和慕課堂相結(jié)合的線上教學(xué)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的線下教學(xué)。在騰訊直播課堂中，教師可以與學(xué)生進(jìn)行實(shí)時(shí)交流互動(dòng)，這是其他線上教學(xué)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

騰訊直播課堂中，教師有目的地設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，注意重難點(diǎn)知識(shí)的講授，串聯(lián)學(xué)生線上獲得的碎片化知識(shí)。師生積極互動(dòng)，解答預(yù)習(xí)課件中的導(dǎo)學(xué)思考題，解決學(xué)習(xí)中遇到的問(wèn)題，并做好筆記以加深記憶和便于抽查。例如，在教學(xué)“絕熱過(guò)程”一節(jié)時(shí)，我們?cè)O(shè)計(jì)討論題“理想氣體向真空的自由膨脹過(guò)程若是絕熱過(guò)程，此過(guò)程能否運(yùn)用絕熱過(guò)程方程來(lái)分析計(jì)算膨脹后的狀態(tài)？”，引導(dǎo)學(xué)生思考。通過(guò)分析，學(xué)生明白絕熱過(guò)程方程的使用條件是準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過(guò)程，而自由膨脹過(guò)程是不可逆絕熱過(guò)程，是非準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，因而不能運(yùn)用絕熱過(guò)程方程來(lái)分析計(jì)算，可以用熱力學(xué)第一定律來(lái)分析計(jì)算。

在騰訊直播課堂上，還可以通過(guò)手機(jī)移動(dòng)端的“慕課堂”智慧小程序，穿插完成簽到、討論或練習(xí)等任務(wù)，調(diào)節(jié)課堂氣氛。例如，我們教學(xué)班的“慕課堂”后臺(tái)“課堂活動(dòng)類型統(tǒng)計(jì)圖”數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，總36 次授課中完成簽到34次，討論30次，練習(xí)14個(gè)，問(wèn)卷3個(gè)。

3.課后管理

課后，教師融合應(yīng)用多種信息化手段，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的督促和管理。具體做法是：利用“慕課堂”后臺(tái)管理查看學(xué)生線上學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)和分析學(xué)情；利用微信公眾號(hào)推送習(xí)題課的課件等復(fù)習(xí)資料，并按教學(xué)進(jìn)程適時(shí)向?qū)W生推送線下作業(yè)解答和自測(cè)題答案；利用班級(jí)QQ 群和微信公眾號(hào)進(jìn)行互動(dòng)答疑；等等。

在作業(yè)和教學(xué)檢查環(huán)節(jié)，分層次要求和管理。首先檢查線下紙質(zhì)作業(yè)的完成情況和抽查學(xué)生的騰訊課堂聽課筆記。學(xué)生通過(guò)拍照的方式提交作業(yè)，再由各班級(jí)學(xué)習(xí)委員統(tǒng)一收集后發(fā)送給任課教師，任課教師及時(shí)批改作業(yè)并在騰訊課堂上評(píng)講。對(duì)于沒(méi)有聽課筆記的學(xué)生，教師及時(shí)進(jìn)行溝通，以了解學(xué)生的聽課效果和缺課情況。其次要求學(xué)生在慕課平臺(tái)上完成一定量的線上作業(yè)。最后鼓勵(lì)學(xué)有余力的學(xué)生完成微信公眾號(hào)推送的自測(cè)訓(xùn)練題。這樣對(duì)學(xué)生的課后學(xué)習(xí)進(jìn)行分層次要求和管理，可以兼顧到每位學(xué)生，便于教師了解學(xué)生的的實(shí)際情況和學(xué)習(xí)能力。

（三）教學(xué)考核和效果

2020年春季學(xué)期結(jié)束前夕，我校學(xué)生分批返校參加期末自主復(fù)習(xí)和集中考試，大學(xué)物理課程的幕課及微信資源在學(xué)生的期末復(fù)習(xí)中發(fā)揮了重要作用。微信公眾號(hào)助手APP 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，期末復(fù)習(xí)期間，學(xué)生的每日訪問(wèn)量均超過(guò)10 000 人次，分享轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)10 次?！澳秸n堂”后臺(tái)數(shù)據(jù)也顯示，“大學(xué)物理1”在線開放課程在中國(guó)大學(xué)MOOC 平臺(tái)上的課程評(píng)價(jià)分為4.6 分。從218 條學(xué)生留言中可以看到，在線開放課程受到很多學(xué)生歡迎。

抗疫期間，將幕課、微信公眾號(hào)與騰訊直播課堂優(yōu)化整合的“大學(xué)物理1”在線開放課程，得到了絕大多數(shù)學(xué)生的認(rèn)可，并取得了良好的教學(xué)效果。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我校所有開設(shè)“大學(xué)物理1”在線開放課程的班級(jí)，在2020 年春季學(xué)期期末考試中均取得了較好的成績(jī)。在試卷難度系數(shù)一樣的情況下，成績(jī)分布情況與往屆同類班級(jí)的傳統(tǒng)線下教學(xué)相當(dāng)。例如，我們的關(guān)聯(lián)教學(xué)班成績(jī)稍好于上屆同類班級(jí)，其中不及格率為15.0%，下降了5.7 個(gè)百分點(diǎn)。

三、融合應(yīng)用信息化手段助力學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)

大學(xué)物理課對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)具有重要的作用，科學(xué)素養(yǎng)是對(duì)知識(shí)本質(zhì)的理解、升華、激活和運(yùn)用，它包括科學(xué)知識(shí)、科學(xué)方法、科學(xué)思想和科學(xué)態(tài)度等。

在大學(xué)物理教學(xué)實(shí)踐中，我們體會(huì)到，信息化教學(xué)手段的融合應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)在線開放課程和課堂教學(xué)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，能緩解大學(xué)物理課程內(nèi)容較多而學(xué)時(shí)相對(duì)較少的矛盾，在技術(shù)和時(shí)間上為利用大學(xué)物理課培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)提供了有利的條件。

（一）突出與工科專業(yè)相融合

結(jié)合我校工科專業(yè)的具體情況，“大學(xué)物理1”在線開放課程中增設(shè)了“工科教授聊物理”視頻專欄，邀請(qǐng)我校船海、機(jī)械等學(xué)院的幾位教授攝制了多個(gè)物理知識(shí)與專業(yè)知識(shí)緊密結(jié)合的講座視頻，例如船舶中的力學(xué)舉例、高樓減震擺、慣性導(dǎo)航陀螺儀、手機(jī)觸摸屏工作原理、近海岸風(fēng)力發(fā)電等，幫助學(xué)生了解物理知識(shí)在工程上的運(yùn)用，從而加深他們對(duì)物理知識(shí)本質(zhì)的理解，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。

另外，我們?cè)凇靶牢⒄n堂”微信公眾號(hào)的“知識(shí)拓展”主菜單下設(shè)置了“課外拓展”和“生活物理”兩個(gè)一級(jí)子菜單，利用微信公眾號(hào)的群發(fā)和鏈接功能介紹物理學(xué)前沿知識(shí)，精選網(wǎng)絡(luò)上研究物理學(xué)在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用等方面的優(yōu)秀文章或視頻，轉(zhuǎn)發(fā)或?qū)㈡溄拥刂吠扑徒o學(xué)生，從而加強(qiáng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。

（二）融入物理學(xué)史教育

在大學(xué)物理教學(xué)中引入物理學(xué)史作為改革傳統(tǒng)物理教學(xué)模式的一種手段，一直以來(lái)受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。物理學(xué)史的引入，除了能增添課程的趣味性，還能讓學(xué)生體驗(yàn)物理概念、物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，了解和掌握物理學(xué)發(fā)展中的方法論，領(lǐng)會(huì)物理學(xué)思想，感受理性探索的樂(lè)趣，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

我們通過(guò)查閱一些物理學(xué)史書籍，尋找和發(fā)掘物理學(xué)史料，對(duì)物理學(xué)史料進(jìn)行一定的編輯和加工使之成為優(yōu)質(zhì)的教學(xué)素材，或?qū)⑵渲谱鞒山虒W(xué)視頻、課件等。對(duì)于物理學(xué)史，我們或融入大學(xué)物理課堂教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，或通過(guò)在線慕課或微信公眾號(hào)向?qū)W生推送供學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

例如，“大學(xué)物理2”在線開放課程中增設(shè)了“古今中外漫話物理”拓展欄目，提供了9個(gè)微視頻，具體有“從經(jīng)驗(yàn)到科學(xué)的上下3000 年”“從中國(guó)科學(xué)的黃金時(shí)代看物理”等。另外，在“欣微課堂”微信公眾號(hào)的“知識(shí)拓展”主菜單下設(shè)置了“學(xué)史教育”一級(jí)子菜單以及“物理學(xué)史”和“物理學(xué)家”兩個(gè)二級(jí)子菜單，將制作好的有關(guān)大學(xué)物理每一知識(shí)模塊的發(fā)展史的PPT 課件、物理學(xué)家PPT 課件和物理學(xué)史上一些重大發(fā)現(xiàn)和著名爭(zhēng)論的Word 文檔等物理學(xué)史素材上傳至微信公眾號(hào)，供學(xué)生隨時(shí)查看學(xué)習(xí)。同時(shí)，利用微信公眾號(hào)的外部鏈接功能，精選網(wǎng)絡(luò)上的一些關(guān)于物理學(xué)史方面的優(yōu)秀文章或視頻推送給學(xué)生。實(shí)踐表明，將物理學(xué)史融入大學(xué)物理教學(xué)，可有效培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

綜上可知，微信公眾號(hào)和慕課這兩種信息化教學(xué)手段各具特色，將兩者有機(jī)結(jié)合，充分發(fā)揮慕課的微視頻和在線測(cè)試的優(yōu)勢(shì)以及微信公眾號(hào)的圖文即時(shí)推送和外部鏈接的優(yōu)勢(shì)，有利于提高大學(xué)物理教學(xué)的效果。在大學(xué)物理教學(xué)中靈活應(yīng)用以慕課為主的信息化教學(xué)手段，使大學(xué)物理教學(xué)充滿了時(shí)代氣息，真正發(fā)揮了大學(xué)物理課程對(duì)傳授學(xué)生物理知識(shí)和培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的雙重作用。