智慧環境下的大學物理教學研究

冷玉敏，王安憶，易明芳

（安慶師范大學 數理學院，安徽 安慶 246133）

全面實施的新一輪課程改革強調要以“關注每一個學生的個性發展”為核心理念，實現“以人為本”的素質教育[1]，其對高校教師的教學提出了新要求：在教學過程中，既要使學生具備一定的基礎理論知識，又要重視培養學生的知識實際運用能力。因此，如何在有限的教學時間內，充分激發學生的學習興趣、提升學習主動性、滿足學習需求以及培養創造性思維，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是近階段各高校改善和提升教育環境的主要方式，促進了多媒體和網絡技術的運用，拓展了教師在有限課堂時間內的創造性并豐富了課堂教學信息量，極大地改變著師生間的互動學習方式，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的網絡化、個性化和國際化。隨著網絡資源被有效使用和優化，教學環境、教學理念、教學模式、學生學習方式以及師生互動方式等都發生著相應改變。充分利用智慧教室資源，整合先進多媒體技術與大學物理教學資源，采用建構主義的教學方式，構建生生互動、師生互動和人機互動的大學物理互動教學體系，必定對大學物理教學有所裨益[5-7]。

1 大學物理教學存在的問題

學生缺乏學習興趣。有些學生對大學物理課程學習懷有畏難情緒，學習興趣不高，甚至喪失學習信心。同時對于部分學生而言，大學物理并非專業課，他們往往認為不需要認真學習，多以一種輕視的態度對待該門課程[8]。另外，在大學新生入學之后，由于無升學壓力，部分學生會喪失學習動力，存在學習態度不端正等問題[9]，這也是大家學不好大學物理的直接原因。

教學內容抽象。大學物理覆蓋的知識面較廣，教學內容較為枯燥，有些教學模型較為抽象，學生無法感知和想象，導致他們難以理解。對于物理規律的具體應用，學生多能對教材課后作業進行解答，但面對生活中的具體問題時，卻往往不知所措。

教學模式單一。大部分大學物理教師所采用的教學模式較為相似，多以教師講授為主、PPT教學為輔[10]，按照培養方案所規定的學時和課程內容來完成課程講授，學生在課堂上多處于被動狀態。在高速發展的互聯網時代，這種傳統的授課方式已經難以調動學生的學習積極性和主動性。

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

2 智慧環境下的大學物理教學

智慧環境是新時代的產物，借助大數據、“互聯網+”、云計算等要素實現多媒體技術和教學雙向融合，產生顯著教學效果[12]。智慧環境與大學物理教學相結合是教育教學現代化的必然要求，也是消除學習環境阻礙，擺脫學習限制的重要手段。在智慧環境下，多媒體技術革新了大學物理課程的教與學（圖1），使教學環境、教學方式、學習方式和師生互動等方面發生了顯著變化。

圖1 智慧環境下大學物理課程的教與學

2.1 智慧環境下的教學環境

傳統的課堂教學環境往往局限在教室里，而智慧環境則不同，其不受時間和空間的限制，能夠支持真實的情景進行相關設計，是一種將教學與多媒體技術有機結合的理想學習環境。智慧環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，激發學生主動探索并進行相關創作的興趣。在智慧環境下進行大學物理授課，能夠充分發揮每位學生的主體作用，呈現出全新的學習方式。

將多媒體技術應用到大學物理教學過程中，可以將枯燥的物理定理和規律以動畫呈現，或者利用其他方式展現得更加直觀，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。在幫助學生理解物理知識的過程中，可以激發學生的發散性思維，建立更加完善的知識體系。在智慧環境下，大學物理課堂內容形式呈現多樣化，教學過程整體具有較強的交互性，抽象的物理概念呈現動態化，并且教與學過程包含著豐富的動畫效果、形象的圖像資源，對教學效果提升有較好幫助。

2.2 智慧環境下的課堂教學方式

多媒體技術能夠豐富教師的教學活動，經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，學習變得更加直觀有趣。智慧環境下的大學物理教學方式在課前、課中和課后都發生了顯著性變化（圖2），有效提升了學生的課堂參與度，使教學變成師生相互交流的過程。高校教師可以圍繞大學物理的特點和培養要求，充分利用多媒體技術，使教學過程更好地推進。智慧環境下的大學物理教學更便于采用情境教學、分組討論和案例分析等教學方法。

圖2 智慧環境下的大學物理教學方式

課前擴大課堂容量。通過對大學物理理論、模型和分析方法等進行系統學習，學生在科學素養、邏輯思維、科研創新等方面都能獲得較好的鍛煉。在傳統教學模式的有限課堂時間里，學生大部分時間處于被動接受知識灌輸的狀態。而在智慧環境下，教師可以在課前錄制具有針對性的教學視頻，也可以從網上尋找公開的優質課程資源[11]。然后，根據學生預習課程的情況，統計學生學習遇見的困難，從而掌握學生的學習情況，便于老師在上課前對課程內容進行重新編排，完善教學步驟、優化教學速度，引導學生在有限時間內進行系統學習。對于難度適中的知識點，教師可以設計以學生為中心的教學方式，開展分組討論，如組織學生討論經典科學方法、實驗、理論以及實際應用等；教師作為組織者和參與者，適時地對學生的理解誤區進行糾正，有助于促進學生思維能力的發展。另外，教師可以利用多媒體技術提前制作好大學物理實驗課講解視頻，讓學生在課前觀看學習，從而確保留出充足時間來進行探究性實驗。

課中化抽象為具體。學習大學物理基礎知識是一個較為枯燥繁瑣的過程。在學習過程中遇到一些抽象的物理理論，學生往往很難對其進行正確的理解和應用。教師可以在課中合理運用多媒體技術，化枯燥為有趣、化生硬為真實，簡單明了地幫助學生理解，從而有效提升學生的學習欲望。讓學生對課程產生強烈的學習興趣，是教師開展教學的良好開端，有助于學生主動學習。對于大學物理，積極主動的學習態度對學習成效起著重要作用[13]。物理學是一門與生活緊密相關的學科，教師可以利用多媒體技術來創設真實生活情景，推進情景教學，更好地幫助學生掌握大學物理的知識重難點。通過情景教學來激發學生學習興趣，啟發學生思考，拓展學生知識面。例如，借助交通雷達測速來講解多普勒效應、借助極光的產生來講解磁場帶電粒子的運動等。也可以利用教學軟件（如學習通、雨課堂和釘釘等）進行輔助教學，采用搶答、隨機抽取學生答題等功能來調動課堂活躍度，從而增加師生互動。此外，利用學習軟件的答題系統[13]，有助于實施教學的形成性評價，教師可以通過后臺記錄來分析學生的學習狀態，以便及時調整教學方案。物理學是以實驗為基礎的一門學科，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生的學習興趣和學習專注力。對于一些比較簡單的實驗，老師也可以在課堂上進行直接演示；如果是較為復雜或具有一定危險性的實驗，則可以利用多媒體技術向學生展示，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險等系列問題。

課后開發課程資源。利用多媒體技術開發課程資源，可以減少課程內容的局限性。在課后，教師可以發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，觀摩并收集各類優秀課程，如中國大學MOOC、SPOC等平臺的精品課程，構建一個資源庫，使學生利用課后時間查漏補缺，進行針對性學習。也可以組織對本課程知識掌握較好、學習頗有心得并能靈活應用多媒體技術的學生，將網上較好的課程資源整理好并擴充到資源庫，以便推薦給大家學習。

2.3 智慧環境下學生的學習方式

科技時刻改變著我們的生活，智慧環境除了能提供豐富的資源來輔助教學外，也使學生的學習方式發生了變革。在學習知識的同時，學生間的交流溝通、協作互動、創新思維能力以及科學素養等也都得到了有效提高[9]。

自主性學習加強。在傳統教學中，學生往往是一個被動接受者，是訓練和知識灌輸的對象，學生的主觀能動性通常會被忽視。而在智慧環境下，互聯網中豐富多彩、圖文并茂、形聲兼備的學習資源能被有效利用，例如，學生可以根據自身情況，在學習通、中國大學MOOC等學習平臺上選擇相應課程進行設計和學習。通過自主的課程安排，在知識掌握過程中，學生所獲得的滿足感亦將提高他們的學習主動性，進而其自主學習能力得到進一步提升。

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

提升合作學習。利用線上教學平臺，學生可以提前預習知識點，在熟知課程知識點前提下有利于展開課堂小組合作，并提升學生間的互動性。不同基礎水平、思維方式、學習風格的學生可以圍繞所要學習的知識點進行討論，相互啟發、解決問題，在此過程中教師將從課堂傳授者角色變為指導者[14]。在小組合作學習過程中，成員間的認知水平和情感都得到了發展。在多媒體技術的教學環境下，組織各種小組活動更方便，可以充分調動大家的合作意識，促進情感交流。

2.4 智慧環境下的師生互動地位

建構主義教學觀注重以學生為主。在教學過程中，學生是進行信息處理的主體。有效的學習要求學生主動建構所學知識結構導圖而非無目的地聽老師講授知識。建構主義教學觀是將教師定位于學生學習的引導者和督促者，而非灌輸者。在大學物理教學過程中，我們要避免以教師為中心的教學模式，防止其阻礙學生的個性化發展。每位大學物理教師需要具備新的教育理念，在教學過程中采取全新的教學方法，構建全新的教學設計，創造適用性的教學模式。在智慧環境下進行大學物理教學，有利于教師從實際出發，在學生掌握課程基本概念基礎上創設與課堂內容相適應的教學情境，從而激發學生求知欲，并幫助他們充分運用信息資源來進行知識建構。在該過程中，教師所扮演的角色不再是一個干預者，而是從知識傳授者轉變為學習組織者[15]，更多的是在教師的引導和組織下，建立一種合作交流的關系。教學過程是師生進行交往互動、共同進步的過程，傳統教學中過于強調老師“教”而忽視學生“學”的狀況則逐漸消失，師生互教互學成為主流，而智慧環境則可以有效推動這種師生關系的轉變。

3 總結語

智慧環境下的大學物理教學改進了教學手段，優化了課堂教學，實現了將課堂還給學生，提高了學生的學習效率。大學物理教師需要進一步研究和掌握現代教育教學思想，并按照大學物理課程標準的要求，積極尋求多媒體技術與高校物理教學相結合，努力構建智慧環境的最佳途徑，系統探索大學物理教學規律并優化教學結構，力求學生在技能、知識、情感、策略、文化等方面得到全面發展。