智慧環(huán)境下的大學(xué)物理教學(xué)研究

冷玉敏，王安憶，易明芳

（安慶師范大學(xué) 數(shù)理學(xué)院，安徽 安慶 246133）

全面實施的新一輪課程改革強調(diào)要以“關(guān)注每一個學(xué)生的個性發(fā)展”為核心理念，實現(xiàn)“以人為本”的素質(zhì)教育[1]，其對高校教師的教學(xué)提出了新要求：在教學(xué)過程中，既要使學(xué)生具備一定的基礎(chǔ)理論知識，又要重視培養(yǎng)學(xué)生的知識實際運用能力。因此，如何在有限的教學(xué)時間內(nèi)，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提升學(xué)習(xí)主動性、滿足學(xué)習(xí)需求以及培養(yǎng)創(chuàng)造性思維，是目前各高等院校都在努力探索的課題。智慧教室的投入建設(shè)是近階段各高校改善和提升教育環(huán)境的主要方式，促進(jìn)了多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的運用，拓展了教師在有限課堂時間內(nèi)的創(chuàng)造性并豐富了課堂教學(xué)信息量，極大地改變著師生間的互動學(xué)習(xí)方式，影響著師生的思維方式[2-4]；并在一定程度上推動了高校課堂教學(xué)的網(wǎng)絡(luò)化、個性化和國際化。隨著網(wǎng)絡(luò)資源被有效使用和優(yōu)化，教學(xué)環(huán)境、教學(xué)理念、教學(xué)模式、學(xué)生學(xué)習(xí)方式以及師生互動方式等都發(fā)生著相應(yīng)改變。充分利用智慧教室資源，整合先進(jìn)多媒體技術(shù)與大學(xué)物理教學(xué)資源，采用建構(gòu)主義的教學(xué)方式，構(gòu)建生生互動、師生互動和人機互動的大學(xué)物理互動教學(xué)體系，必定對大學(xué)物理教學(xué)有所裨益[5-7]。

1 大學(xué)物理教學(xué)存在的問題

學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣。有些學(xué)生對大學(xué)物理課程學(xué)習(xí)懷有畏難情緒，學(xué)習(xí)興趣不高，甚至喪失學(xué)習(xí)信心。同時對于部分學(xué)生而言，大學(xué)物理并非專業(yè)課，他們往往認(rèn)為不需要認(rèn)真學(xué)習(xí)，多以一種輕視的態(tài)度對待該門課程[8]。另外，在大學(xué)新生入學(xué)之后，由于無升學(xué)壓力，部分學(xué)生會喪失學(xué)習(xí)動力，存在學(xué)習(xí)態(tài)度不端正等問題[9]，這也是大家學(xué)不好大學(xué)物理的直接原因。

教學(xué)內(nèi)容抽象。大學(xué)物理覆蓋的知識面較廣，教學(xué)內(nèi)容較為枯燥，有些教學(xué)模型較為抽象，學(xué)生無法感知和想象，導(dǎo)致他們難以理解。對于物理規(guī)律的具體應(yīng)用，學(xué)生多能對教材課后作業(yè)進(jìn)行解答，但面對生活中的具體問題時，卻往往不知所措。

教學(xué)模式單一。大部分大學(xué)物理教師所采用的教學(xué)模式較為相似，多以教師講授為主、PPT教學(xué)為輔[10]，按照培養(yǎng)方案所規(guī)定的學(xué)時和課程內(nèi)容來完成課程講授，學(xué)生在課堂上多處于被動狀態(tài)。在高速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)時代，這種傳統(tǒng)的授課方式已經(jīng)難以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性。

大班教學(xué)下學(xué)生參與度低。大學(xué)物理授課對象是理工科專業(yè)學(xué)生，一般采用大班授課[11]，一位老師為2-3個班的學(xué)生（60-100人）進(jìn)行授課。在該情形下，老師很難顧及到每一位學(xué)生，也很難為各位學(xué)生進(jìn)行答疑。在大班授課過程中，學(xué)生參與度較低、師生間互動很少。長此以往，將導(dǎo)致課程學(xué)習(xí)不夠透徹，學(xué)習(xí)效果較差，以致于逐漸消磨了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。

2 智慧環(huán)境下的大學(xué)物理教學(xué)

智慧環(huán)境是新時代的產(chǎn)物，借助大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”、云計算等要素實現(xiàn)多媒體技術(shù)和教學(xué)雙向融合，產(chǎn)生顯著教學(xué)效果[12]。智慧環(huán)境與大學(xué)物理教學(xué)相結(jié)合是教育教學(xué)現(xiàn)代化的必然要求，也是消除學(xué)習(xí)環(huán)境阻礙，擺脫學(xué)習(xí)限制的重要手段。在智慧環(huán)境下，多媒體技術(shù)革新了大學(xué)物理課程的教與學(xué)（圖1），使教學(xué)環(huán)境、教學(xué)方式、學(xué)習(xí)方式和師生互動等方面發(fā)生了顯著變化。

圖1 智慧環(huán)境下大學(xué)物理課程的教與學(xué)

2.1 智慧環(huán)境下的教學(xué)環(huán)境

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)環(huán)境往往局限在教室里，而智慧環(huán)境則不同，其不受時間和空間的限制，能夠支持真實的情景進(jìn)行相關(guān)設(shè)計，是一種將教學(xué)與多媒體技術(shù)有機結(jié)合的理想學(xué)習(xí)環(huán)境。智慧環(huán)境具備資源共享的能力，能夠打破地域界限，幫助師生快速靈活地獲取信息，激發(fā)學(xué)生主動探索并進(jìn)行相關(guān)創(chuàng)作的興趣。在智慧環(huán)境下進(jìn)行大學(xué)物理授課，能夠充分發(fā)揮每位學(xué)生的主體作用，呈現(xiàn)出全新的學(xué)習(xí)方式。

將多媒體技術(shù)應(yīng)用到大學(xué)物理教學(xué)過程中，可以將枯燥的物理定理和規(guī)律以動畫呈現(xiàn)，或者利用其他方式展現(xiàn)得更加直觀，使一些抽象的、難以理解和掌握的物理理論，變得更加生動有趣。在幫助學(xué)生理解物理知識的過程中，可以激發(fā)學(xué)生的發(fā)散性思維，建立更加完善的知識體系。在智慧環(huán)境下，大學(xué)物理課堂內(nèi)容形式呈現(xiàn)多樣化，教學(xué)過程整體具有較強的交互性，抽象的物理概念呈現(xiàn)動態(tài)化，并且教與學(xué)過程包含著豐富的動畫效果、形象的圖像資源，對教學(xué)效果提升有較好幫助。

2.2 智慧環(huán)境下的課堂教學(xué)方式

多媒體技術(shù)能夠豐富教師的教學(xué)活動，經(jīng)過多媒體演示可以把較為抽象的物理模型變得更加生動形象，學(xué)習(xí)變得更加直觀有趣。智慧環(huán)境下的大學(xué)物理教學(xué)方式在課前、課中和課后都發(fā)生了顯著性變化（圖2），有效提升了學(xué)生的課堂參與度，使教學(xué)變成師生相互交流的過程。高校教師可以圍繞大學(xué)物理的特點和培養(yǎng)要求，充分利用多媒體技術(shù)，使教學(xué)過程更好地推進(jìn)。智慧環(huán)境下的大學(xué)物理教學(xué)更便于采用情境教學(xué)、分組討論和案例分析等教學(xué)方法。

圖2 智慧環(huán)境下的大學(xué)物理教學(xué)方式

課前擴大課堂容量。通過對大學(xué)物理理論、模型和分析方法等進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)，學(xué)生在科學(xué)素養(yǎng)、邏輯思維、科研創(chuàng)新等方面都能獲得較好的鍛煉。在傳統(tǒng)教學(xué)模式的有限課堂時間里，學(xué)生大部分時間處于被動接受知識灌輸?shù)臓顟B(tài)。而在智慧環(huán)境下，教師可以在課前錄制具有針對性的教學(xué)視頻，也可以從網(wǎng)上尋找公開的優(yōu)質(zhì)課程資源[11]。然后，根據(jù)學(xué)生預(yù)習(xí)課程的情況，統(tǒng)計學(xué)生學(xué)習(xí)遇見的困難，從而掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，便于老師在上課前對課程內(nèi)容進(jìn)行重新編排，完善教學(xué)步驟、優(yōu)化教學(xué)速度，引導(dǎo)學(xué)生在有限時間內(nèi)進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)。對于難度適中的知識點，教師可以設(shè)計以學(xué)生為中心的教學(xué)方式，開展分組討論，如組織學(xué)生討論經(jīng)典科學(xué)方法、實驗、理論以及實際應(yīng)用等；教師作為組織者和參與者，適時地對學(xué)生的理解誤區(qū)進(jìn)行糾正，有助于促進(jìn)學(xué)生思維能力的發(fā)展。另外，教師可以利用多媒體技術(shù)提前制作好大學(xué)物理實驗課講解視頻，讓學(xué)生在課前觀看學(xué)習(xí)，從而確保留出充足時間來進(jìn)行探究性實驗。

課中化抽象為具體。學(xué)習(xí)大學(xué)物理基礎(chǔ)知識是一個較為枯燥繁瑣的過程。在學(xué)習(xí)過程中遇到一些抽象的物理理論，學(xué)生往往很難對其進(jìn)行正確的理解和應(yīng)用。教師可以在課中合理運用多媒體技術(shù)，化枯燥為有趣、化生硬為真實，簡單明了地幫助學(xué)生理解，從而有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望。讓學(xué)生對課程產(chǎn)生強烈的學(xué)習(xí)興趣，是教師開展教學(xué)的良好開端，有助于學(xué)生主動學(xué)習(xí)。對于大學(xué)物理，積極主動的學(xué)習(xí)態(tài)度對學(xué)習(xí)成效起著重要作用[13]。物理學(xué)是一門與生活緊密相關(guān)的學(xué)科，教師可以利用多媒體技術(shù)來創(chuàng)設(shè)真實生活情景，推進(jìn)情景教學(xué)，更好地幫助學(xué)生掌握大學(xué)物理的知識重難點。通過情景教學(xué)來激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)學(xué)生思考，拓展學(xué)生知識面。例如，借助交通雷達(dá)測速來講解多普勒效應(yīng)、借助極光的產(chǎn)生來講解磁場帶電粒子的運動等。也可以利用教學(xué)軟件（如學(xué)習(xí)通、雨課堂和釘釘?shù)龋┻M(jìn)行輔助教學(xué)，采用搶答、隨機抽取學(xué)生答題等功能來調(diào)動課堂活躍度，從而增加師生互動。此外，利用學(xué)習(xí)軟件的答題系統(tǒng)[13]，有助于實施教學(xué)的形成性評價，教師可以通過后臺記錄來分析學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，以便及時調(diào)整教學(xué)方案。物理學(xué)是以實驗為基礎(chǔ)的一門學(xué)科，在理論講解的同時引入一些演示實驗就非常有必要[11]。另外，在課堂中加入隨堂實驗可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)專注力。對于一些比較簡單的實驗，老師也可以在課堂上進(jìn)行直接演示；如果是較為復(fù)雜或具有一定危險性的實驗，則可以利用多媒體技術(shù)向?qū)W生展示，通過仿真模擬的形式能夠有效彌補實驗材料不足和實驗風(fēng)險等系列問題。

課后開發(fā)課程資源。利用多媒體技術(shù)開發(fā)課程資源，可以減少課程內(nèi)容的局限性。在課后，教師可以發(fā)揮教研組的集體力量、分工合作，以教材中的物理理論為中心，觀摩并收集各類優(yōu)秀課程，如中國大學(xué)MOOC、SPOC等平臺的精品課程，構(gòu)建一個資源庫，使學(xué)生利用課后時間查漏補缺，進(jìn)行針對性學(xué)習(xí)。也可以組織對本課程知識掌握較好、學(xué)習(xí)頗有心得并能靈活應(yīng)用多媒體技術(shù)的學(xué)生，將網(wǎng)上較好的課程資源整理好并擴充到資源庫，以便推薦給大家學(xué)習(xí)。

2.3 智慧環(huán)境下學(xué)生的學(xué)習(xí)方式

科技時刻改變著我們的生活，智慧環(huán)境除了能提供豐富的資源來輔助教學(xué)外，也使學(xué)生的學(xué)習(xí)方式發(fā)生了變革。在學(xué)習(xí)知識的同時，學(xué)生間的交流溝通、協(xié)作互動、創(chuàng)新思維能力以及科學(xué)素養(yǎng)等也都得到了有效提高[9]。

自主性學(xué)習(xí)加強。在傳統(tǒng)教學(xué)中，學(xué)生往往是一個被動接受者，是訓(xùn)練和知識灌輸?shù)膶ο?，學(xué)生的主觀能動性通常會被忽視。而在智慧環(huán)境下，互聯(lián)網(wǎng)中豐富多彩、圖文并茂、形聲兼?zhèn)涞膶W(xué)習(xí)資源能被有效利用，例如，學(xué)生可以根據(jù)自身情況，在學(xué)習(xí)通、中國大學(xué)MOOC等學(xué)習(xí)平臺上選擇相應(yīng)課程進(jìn)行設(shè)計和學(xué)習(xí)。通過自主的課程安排，在知識掌握過程中，學(xué)生所獲得的滿足感亦將提高他們的學(xué)習(xí)主動性，進(jìn)而其自主學(xué)習(xí)能力得到進(jìn)一步提升。

實現(xiàn)個性化學(xué)習(xí)。傳統(tǒng)課堂教學(xué)難以有效解決諸如基礎(chǔ)差的學(xué)生無法跟上現(xiàn)階段課程以及現(xiàn)階段課程無法滿足基礎(chǔ)好的學(xué)生的矛盾。多媒體輔助大學(xué)物理教學(xué)可以較好地解決這一矛盾：教師可以根據(jù)課程知識點錄制針對性較強的視頻，并上傳至線上教學(xué)平臺，而學(xué)生在課后根據(jù)自身學(xué)習(xí)能力和知識水平自由選擇課程學(xué)習(xí)，逐漸掌握大學(xué)物理的基本知識點，并結(jié)合大學(xué)物理基礎(chǔ)知識進(jìn)行創(chuàng)新與應(yīng)用。在課后，教師也可以提供線上輔導(dǎo)，了解學(xué)生對知識點的理解程度，并在課堂上進(jìn)行針對性引導(dǎo)。

提升合作學(xué)習(xí)。利用線上教學(xué)平臺，學(xué)生可以提前預(yù)習(xí)知識點，在熟知課程知識點前提下有利于展開課堂小組合作，并提升學(xué)生間的互動性。不同基礎(chǔ)水平、思維方式、學(xué)習(xí)風(fēng)格的學(xué)生可以圍繞所要學(xué)習(xí)的知識點進(jìn)行討論，相互啟發(fā)、解決問題，在此過程中教師將從課堂傳授者角色變?yōu)橹笇?dǎo)者[14]。在小組合作學(xué)習(xí)過程中，成員間的認(rèn)知水平和情感都得到了發(fā)展。在多媒體技術(shù)的教學(xué)環(huán)境下，組織各種小組活動更方便，可以充分調(diào)動大家的合作意識，促進(jìn)情感交流。

2.4 智慧環(huán)境下的師生互動地位

建構(gòu)主義教學(xué)觀注重以學(xué)生為主。在教學(xué)過程中，學(xué)生是進(jìn)行信息處理的主體。有效的學(xué)習(xí)要求學(xué)生主動建構(gòu)所學(xué)知識結(jié)構(gòu)導(dǎo)圖而非無目的地聽老師講授知識。建構(gòu)主義教學(xué)觀是將教師定位于學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者和督促者，而非灌輸者。在大學(xué)物理教學(xué)過程中，我們要避免以教師為中心的教學(xué)模式，防止其阻礙學(xué)生的個性化發(fā)展。每位大學(xué)物理教師需要具備新的教育理念，在教學(xué)過程中采取全新的教學(xué)方法，構(gòu)建全新的教學(xué)設(shè)計，創(chuàng)造適用性的教學(xué)模式。在智慧環(huán)境下進(jìn)行大學(xué)物理教學(xué)，有利于教師從實際出發(fā)，在學(xué)生掌握課程基本概念基礎(chǔ)上創(chuàng)設(shè)與課堂內(nèi)容相適應(yīng)的教學(xué)情境，從而激發(fā)學(xué)生求知欲，并幫助他們充分運用信息資源來進(jìn)行知識建構(gòu)。在該過程中，教師所扮演的角色不再是一個干預(yù)者，而是從知識傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)組織者[15]，更多的是在教師的引導(dǎo)和組織下，建立一種合作交流的關(guān)系。教學(xué)過程是師生進(jìn)行交往互動、共同進(jìn)步的過程，傳統(tǒng)教學(xué)中過于強調(diào)老師“教”而忽視學(xué)生“學(xué)”的狀況則逐漸消失，師生互教互學(xué)成為主流，而智慧環(huán)境則可以有效推動這種師生關(guān)系的轉(zhuǎn)變。

3 總結(jié)語

智慧環(huán)境下的大學(xué)物理教學(xué)改進(jìn)了教學(xué)手段，優(yōu)化了課堂教學(xué)，實現(xiàn)了將課堂還給學(xué)生，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。大學(xué)物理教師需要進(jìn)一步研究和掌握現(xiàn)代教育教學(xué)思想，并按照大學(xué)物理課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，積極尋求多媒體技術(shù)與高校物理教學(xué)相結(jié)合，努力構(gòu)建智慧環(huán)境的最佳途徑，系統(tǒng)探索大學(xué)物理教學(xué)規(guī)律并優(yōu)化教學(xué)結(jié)構(gòu)，力求學(xué)生在技能、知識、情感、策略、文化等方面得到全面發(fā)展。