基于網絡教學平臺的大學文科物理題庫資源建設與應用

李加定

(華南理工大學廣州學院 廣東 廣州 510800)

為了提高文科大學生的科學素質，均衡其知識結構，培養文理滲透、學科交叉的新型人才，目前國內不少高校開設了“文科大學物理”課程，如西安交通大學[1]、北京航空航天大學[2]等.筆者所在高校的國際商學院與荷蘭、美國等高校聯合辦學，要求學生在大學一年級必修物理類課程.在此培養模式下針對該學院經濟與管理類專業開設大學物理課程已有5年.為了配合校園信息化建設和教學質量工程項目，充分利用網絡教學平臺的優勢，在文科物理課程資源建設方面進行了一系列積極的嘗試.

1 問題提出

目前文科大學物理類教材有：趙崢編的《物理學與人類文明十六講》[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》[5]等.各高校對文科大學物理課程的目標和要求不盡相同，在課程評價考核環節中，大多采用平時成績+期末測驗成績結合的模式，期末測驗環節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“大學物理”的試題模式亦會讓文科大學生們感覺物理難學，對本門課程興趣受挫，這是文科大學物理教學中面臨的一個問題.

其次，在教學過程中，學生也反映部分文科大學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學和實驗為工具，強調邏輯推理和動手實踐的設想大相徑庭，過多的記憶和背誦亦不是教學者的初衷；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評價和考核，同時幫助學生掌握物理知識，針對文科大學物理課程的特點和文科學生這一主體的特征，建立適當的文科物理學習資源是有必要的，這對文科大學生掌握物理概念、規律、方法和思想以及對課堂教學都將大有益處.而這樣的學習資源應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,“文科的物理課不應是理工課的濃縮或稀釋，而應當有自己的特色.”[6]那么作為文科物理學習資源也應該有自己的特色.

2 指導思想

建構主義認為知識不是通過教師傳授得到，而是學習者在一定的情境即社會文化背景下，借助其他人(包括教師和學習伙伴)的幫助，利用必要的學習資料，通過意義建構的方式而獲得[7].教師要成為學生建構知識的積極幫助者和引導者，創設情境、提示線索、引導問題，幫助學生建構當前所學知識.建設文科大學物理試題庫就是為學習的主體提供必要的學習資源，而這個主體對象就是文科大學生，必須考慮這個主體的特征.大多高校的文科大學物理課程針對經濟和管理類專業大一或大二學生開設，高中階段過早文理分科，學生的數學和物理基礎參差不齊，大部分文科生畏懼物理中的邏輯分析和數學推導，偏重于形象思維、想象創意、文字描述、意境領悟.大多數學生在以后的工作中所涉及的內容不會像理工科那樣做詳細、精確的科學建模和數學計算，可能更加偏向于社會協調、導向、宣傳等方面發揮自身能力.這就要求試題資源建設中應該用通俗易懂、人文化的語言來描述物理概念和規律，盡量避免繁瑣復雜的理論公式推導和計算.

與理工科物理教學相比，文科物理在培養目標、內容體系、內容處理方面不同.理工科物理教學為了培養研究和應用型人才，為學生學習后續課程打基礎，對于某一領域(比如電磁學)會具體深入學習，其中的物理規律以數學語言和符號來描述與表達，強調規律的應用和計算.文科物理側重于物理思想和科學素養的培養，強調物理概念和規律的理解，物理規律與生活現象的聯系，側重于物理中哲學思想、創新思維、方法模式對原有知識結構的互補，在學習過程中感受自然科學的美、自然界的和諧與統一，提高科學素養和終生學習的愿望.文科大學物理作為科學素養通識教育的學科，決定其教學內容深度不大，但涉及面廣泛.

理工科類大學物理試題不能直接用來考查文科學生，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，對于文科大學物理側重通識教育，不一定在課堂教學涉及到具體細節方面的問題.

其二，理工科類的試題在描述過程中有大量的數學符號和數學語言，強調簡潔、嚴謹.這對大多數文科學生來說，閱讀起來有障礙.

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

因此，文科大學物理試題的建設應體現通識教育的特點：范圍廣但不是深入，盡量不涉及到復雜的數學運算.

3 建設思路

3.1 物理學史

了解物理學中各個學科的起源和發展過程是文科物理一項重要的內容，包含物理概念、規律、思想以及研究方法的發展脈絡和變革過程，關鍵事件、人物所產生的作用和影響，在學習這些有故事情節性、人物生動性、過程坎坷性的過程中，容易引發學生的興趣和向往，在考查中同樣能引起學生的共鳴.適當了解物理知識產生的背景、起源、發展、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，實際上也讓學生回顧了現代文明發生和發展的過程,有利于學生養成獨立思考、尊重客觀事實、敢于質疑、勇于批判的科學精神，有利于學生樹立科學的人生觀、歷史觀和世界觀.

3.2 物理與生活

考查物理知識與現實生活中的聯系是文科物理所占篇幅最多的一項內容.以物理為基礎的自然科學技術滲透到人們學習、生活、工作的方方面面，對人們的生活方式、社會生產、文化交流都產生廣泛和深刻的影響.現代高科技如網絡、通信、計算機、激光、納米、核能、航天等技術都與基礎物理存在關聯性，但是鑒于課時的限制，在課堂教學不可能面面俱到.在文科物理的教學中還是聚焦于基礎物理知識，如運動與力的關系、牛頓定律、熱學中的基礎定律、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的基本觀念等.引導文科學生建立生活中的事物與物理基本規律之間的聯系就成了一項重要的教學目標和考查目標，期望學生能牢固掌握基礎物理知識，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，以基本物理規律來判斷事物準確與否和價值取向.對數學知識有限的文科學生，不一定要求他們利用物理規律，建立復雜數學模型來解決問題，但將生活中的現象和問題與具體的某個物理概念或規律聯系起來，這就是文科物理教學的初步設想之一.

3.3 物理思想與方法

訓練物理學中的思維方法是文科物理教學中一項隱藏在具體知識中的隱形任務.科學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鍵.物理學中有著豐富的思維方法，如猜想、假設、歸納、總結、類比、建模、演繹、統計、實驗檢驗等.這些思想和方法不僅適用于物理學的研究，也適用于其他學科，是學生形成良好的科學思維方式，提高科學素養的重要素材.如庫侖定律的提出，科學家堅信世界是和諧統一的且能用數學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，歷史上也有科學家出錯的時候，惠更斯將光跟聲波類比，認為光是一種縱波，后來的實驗檢驗這是錯誤的.這些都是對新事物認識的起步，是科學發展的一部分，對學生有啟發和教育意義.

4 實踐與應用

4.1 題庫資源的建設

利用超星公司提供的網絡教學平臺，將近年來文科物理教學中所積累的試題都錄入網絡教學平臺，該網絡平臺功能強大且全面，可實現對復雜數學公式和特殊物理符號的錄入.目前題庫題量近500道，并在持續增加中，內容涵蓋力學、電磁學、熱學、光學、原子和量子物理等，具體如表1所示.

表1 題庫資源中內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突出考查的知識點來分類(這有利于在作業布置和考卷出題時的調用).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，其中選擇題占據六成以上，如此高比例的選擇題與前面強調了解物理而非死記硬背，強調建立物理與生活的聯系而非理想模式下的計算這兩條指導思路相吻合.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，要求學生能夠運用相關的物理知識理解它，并根據其提供的公式和參數來回答問題.這類題目主要是考查綜合運用物理知識的能力，無需學生記憶數學公式，側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 題庫在課堂教學中的運用

利用題庫、網絡教學平臺、手機客戶端三者有機結合能呈現另外一番景象：教師在網絡教學平臺從題庫中調出某個具體討論的題目，學生手機端即可看到討論的問題，學生給出自己的作答，教師在網絡平臺通過統計功能，既可查看到結果，亦可展示統計數據.相比傳統教學模式更加彰顯其實時性和高效性.

4.2.2 題庫在課后作業上的運用

網絡教學平臺的作業模塊能針對某個教學班級新建作業，從題庫中調用題目，設定好開始和結束時間，即可完成作業發布，另外可根據實際情況對作業發布方式和參數進行修改,如圖1所示.

圖1 作業發布設置

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

圖2 作業批閱界面

選擇、判斷甚至是填空題可事先設定好為客觀題，系統可以自動打分；簡答、論述、計算題，學生可在網上直接作答，也可在紙面上寫好后拍照上傳.教師批閱作業時，可以給定分數，附上評語，評語甚至可以是一段語音信息，也可導入線下作業分數.相比傳統作業模式，網絡平臺優勢在于它的輔助、管理、統計功能，讓教師省心省力，同時能完整有效記錄每個學生平常的作業完成情況，為期末總評成績的平時分提供準確的參考.

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班級發起考試.創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取試題.其中自動隨機組卷，可以設定題型、數量、分值,由系統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定分值來實現組卷，在題庫資源系統還未豐富時，手動組卷是首選，試卷可根據需要進行相應的設置，如圖3所示.

圖3 考試設置

(2)考試實施

學生經過一個學期在網絡教學平臺上完成課后作業，再加上教師在課堂上的適時引導，到了期末學生已熟悉網絡教學平臺上的基本操作，進行網絡無紙化考試也就水到渠成.為了便于學生期末復習，也可在考前開放題庫讓學生練習，有助于學生利用題庫中的問題和答案發現不足，認識差距，查漏補缺，獲得幫助，從而提高學習效果；另一方面，學生通過在網絡教學平臺的練習，可以進一步熟悉操作，不至于在后續網考中不適應.

機房考試，只需要有足夠聯網的電腦，無需專門安裝特定客戶端程序，管理簡單.學生通過指定的網頁登錄賬號(與平時作業賬號一致)，點擊開始考試，系統自動計時.技術上可實現學生無法半途退出考試界面轉而通過網絡查找答案；學生在提交時，系統會提示學生是否有未作答的題目；管理員可監控整個學生考試狀況，如遇特殊情況，可延長某個學生的考試時間.考前曾有這樣的擔憂：物理試卷中有不少數學公式和符號，學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，學生在平時作業與考前練習已經熟悉網絡公式編輯器的使用.

(3)閱卷與統計

網絡平臺進行考試，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自動統計出結果，填空題也可由系統先行批閱，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，系統自動計算出每個學生的成績,如圖4所示.

圖4 批閱試卷列表

4.3 網絡題庫資源的使用效果檢驗

我校文科物理課程開設已有5年，2014年開始立項教育質量工程，超星網絡教學平臺于2015年引入測試，2016年下學期正式投入使用.

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，實驗班在作業布置、課堂測驗、復習資料、期末考試都經過網絡教學平臺來進行，參照班都以紙質形式進行.由于施教的主體不變，提供給兩個班級的資料相差無幾，假設兩個班入學物理基礎整體上保持一致，在此基礎上施以相同的期末測試題目，期末測試試卷結構如表2所示.

表2 期末測試試卷題目結構

我們期望通過比較實驗班和傳統參照班的期末成績差異來回答下列兩個問題：

(1)網絡教學平臺提供的資源是否有利于提高學生的成績?

(2)網絡教學平臺上平時作業成績與期末網考成績是否存在關聯性?

為此對照這兩個班級的期末成績表,對比分析結果如表3所示.

表3 實驗班與參照班期末成績對比分析

注：表中數據為人數/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，盡管受兩個班學風等其他因素影響，但是測試結果還是能在一定程度上說明網絡教學平臺資源提供的資料對學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象，可以說網絡教學平臺資源對于中間分數段學生的成績提高影響顯著，這跟教學中部分學生經常反復要求教師打回做錯的作業重做這一現象相吻合，網絡教學平臺能促使學生更加關注平常的作業，促使其積極主動學習.

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名學生的平時作業成績與期末考試成績進行統計樣本的相關性分析.相關系數R可表示為

R=

上式中的xi和yi表示第i個學生在網絡教學平臺上的平時作業平均分和期末考試成績，計算可得到兩者的相關系數R=0.336，這說明兩者存在一定的相關性，反映了期末網考成績跟平時網上作業成績存在一定的關聯性，雖然這種關聯性不是特別高，但數據能反映出真實情況.

5 結束語

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

1 王小力,李宏榮,徐忠鋒,等.文科物理課程的內容設置與教學方法改革.中國大學教學,2010(9):37～39

2 于磊,王政,王金良.以學生為本的“文科大學物理(人文類)”課程建設.高等理科教育,2014(3):103～106

3 趙崢.物理學與人類文明十六講.北京:高等教育出版社,2008

4 倪光炯,王炎森.物理與文化——物理思想與人文精神的融合(第3版).北京:高等教育出版社,2015

5 宋峰.文科物理——生活中的物理學.北京:科學出版社,2014

6 趙凱華.定性與半定量物理學(第2版).北京:高等教育出版社,2008.4

7 方志.建構主義教學理論及其對高等教育教學改革的啟示.當代教育論壇,2009(5):26～28

8 Hobson A.物理學的概念與文化素養. 秦克誠,劉培森,周國榮，譯.北京:高等教育出版社,2008

9 王星,楊文正.網絡教學組織形式優化發展研究.中國電化教育，2013(1):50～56

10 吳兆豐,孫厚謙.大學物理網絡自測題庫的建設與使用.物理與工程，2016(1):63～65

11 羅浩.大學生基于網絡教學平臺自主學習的現狀與對策：[學位論文].濟南：山東師范大學,2014

12 盧佃清,王莉,王勇,等.適合文科學生的物理實驗教學模式 .實驗技術與管理,2011(6):179～181