“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下大學(xué)物理教學(xué)改革歷程與趨勢

張睿?王祖源?顧牡?謝雙媛

摘 要：基于2013年以來全國高等學(xué)校物理基礎(chǔ)課程教育學(xué)術(shù)研討會大會報(bào)告以及會議論文，本文對“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下大學(xué)物理教學(xué)改革發(fā)展情況進(jìn)行了歸納與分析，并探討了大學(xué)物理教學(xué)改革的趨勢。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)+;大學(xué)物理;教學(xué)改革

2012年是MOOC元年，隨著Coursera、Udacity、Edx等大型在線學(xué)習(xí)平臺的出現(xiàn)，大規(guī)模開放在線課程建設(shè)成為教育技術(shù)界的熱點(diǎn)。在這一形勢下，國內(nèi)各大高校與機(jī)構(gòu)也不甘落后， 先后推出了“學(xué)堂在線”“智慧樹”“中國大學(xué)MOOC”等大規(guī)模在線課程平臺， 呈現(xiàn)出后來居上的趨勢。在“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下，高校教學(xué)如何將在線課程與校內(nèi)的面對面教學(xué)相結(jié)合，成為擺在高校教學(xué)界面前的新問題。

自2013年以來， 教育部高等學(xué)校大學(xué)物理課程教學(xué)指導(dǎo)委員會與中國物理學(xué)會物理教學(xué)委員會（以下簡稱“兩委會”）聯(lián)合，先后舉辦了五屆全國高等學(xué)校物理基礎(chǔ)課程教育學(xué)術(shù)研討會[1-5]，2015年協(xié)助舉辦了物理教育國際會議。從這6次會議的大會報(bào)告及會議論文來看，高校大學(xué)物理教學(xué)正在不斷適應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境的新形勢，并結(jié)合國內(nèi)高校教學(xué)改革的特點(diǎn)，產(chǎn)生出新的教學(xué)模式與教改思路。

一、2013—2018年全國高等學(xué)校物理基礎(chǔ)課程教育學(xué)術(shù)研討會情況簡述

全國高等學(xué)校物理基礎(chǔ)課程教育學(xué)術(shù)研討會由兩委會聯(lián)合主辦、地方高校協(xié)辦，每年7月或8月舉行，會議規(guī)模 400人左右。參會代表既包括物理教育專家，也包括來自全國各地高校的一線骨干教師。

研討會注重學(xué)術(shù)交流，引導(dǎo)一線教師關(guān)注學(xué)科前沿，提升教學(xué)水平。根據(jù)會議主題以及高校教學(xué)改革形勢，每年都組織大會特邀報(bào)告，介紹物理學(xué)前沿進(jìn)展、教學(xué)名師教學(xué)經(jīng)驗(yàn)以及物理教育研究成果。組委會還十分重視信息技術(shù)在“大學(xué)物理”和“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”兩門基礎(chǔ)課程教學(xué)中的應(yīng)用，著力提高教師的信息技術(shù)應(yīng)用能力。

在全國高等學(xué)校物理基礎(chǔ)課程教育學(xué)術(shù)研討會召開之前，會議通過大學(xué)物理課程教指委網(wǎng)站、《物理與工程》雜志及其微信公眾號，面向全國高校征集會議論文。經(jīng)大學(xué)物理課程教指委審稿后，會議論文以大會報(bào)告、分會報(bào)告和張貼海報(bào)等形式被錄用，并在《物理與工程》增刊上發(fā)表。

從大會特邀報(bào)告與會議論文內(nèi)容看，有關(guān)教學(xué)內(nèi)容的討論占了較大比重，有關(guān)教學(xué)模式改革的內(nèi)容主要涉及四個(gè)方面：在線學(xué)習(xí)（資源共享課程，開放課程，MOOC），翻轉(zhuǎn)課堂（協(xié)作學(xué)習(xí)，同伴學(xué)習(xí)，混合式學(xué)習(xí)），探究學(xué)習(xí)（基于問題的學(xué)習(xí)，基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，基于研究的學(xué)習(xí)），高考改革和新工科改革（與高中教學(xué)的銜接，與培養(yǎng)方案的對接）。有關(guān)情況如表1所示。

大會報(bào)告對大學(xué)物理教學(xué)改革進(jìn)程起到了重要的推動(dòng)作用。北京師范大學(xué)張萍教授和清華大學(xué)安宇教授長期關(guān)注教學(xué)模式改革，多次發(fā)表文章呼吁改進(jìn)教學(xué)方法與手段。2016年他們在大會上作了關(guān)于翻轉(zhuǎn)課堂模式的改革報(bào)告后，激發(fā)了廣大教學(xué)工作者對這一模式的興趣。2017年會議錄用的翻轉(zhuǎn)課堂方面的研究論文迅速增加到12篇，是2016年錄用論文數(shù)量的2.4倍。

二、“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下高校物理基礎(chǔ)課程教改特點(diǎn)

1.MOOC與翻轉(zhuǎn)課堂成為“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下高校物理教改的熱點(diǎn)

長期以來，教育部一直重視教師教學(xué)水平的提升，期望通過師資培訓(xùn)、精品課程建設(shè)等，促進(jìn)各高校教學(xué)質(zhì)量的提高。互聯(lián)網(wǎng)普及后，教育部又出臺政策，通過將精品課程上網(wǎng)實(shí)現(xiàn)資源共享，帶動(dòng)全國高校教學(xué)水平的提升。這些措施基本上是以提升教師的業(yè)務(wù)水平為目標(biāo)，學(xué)生雖然也可以觀看在線視頻，但是由于師生之間的交流有限，也缺乏對學(xué)生學(xué)習(xí)情況的形成性評價(jià)機(jī)制，起到的效果十分有限。

MOOC的出現(xiàn)，使得大學(xué)教學(xué)和學(xué)習(xí)環(huán)境出現(xiàn)了巨大的變化。通過在線開放課程改造和拓寬學(xué)生的學(xué)習(xí)環(huán)境，使得以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)模式成為可能。隨著大量MOOC學(xué)習(xí)平臺的出現(xiàn)，在線教育成為高校教改的重點(diǎn)，一系列質(zhì)量優(yōu)秀的在線課程脫穎而出。在教育部2017年評選出的468門精品在線開放課程中，就有五門大學(xué)物理課程入選。但 MOOC學(xué)習(xí)的最大問題是缺乏對學(xué)習(xí)過程的有效監(jiān)督，課程的完成度不高。

探究學(xué)習(xí)是建立在建構(gòu)主義教學(xué)理念基礎(chǔ)上的一種教學(xué)模式，主要提倡通過“做中學(xué)”強(qiáng)化學(xué)生對相關(guān)概念的理解，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際操作能力與分析問題的能力。探究學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計(jì)遵循“鄰近發(fā)展區(qū)間”原則，要求教師通過教學(xué)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)過程的個(gè)性化。這不僅增加了教學(xué)設(shè)計(jì)的難度，也使得教學(xué)的可操作性降低。由于學(xué)生的水平參差不齊，水平較低的學(xué)生往往投入大量時(shí)間從事探究活動(dòng)，卻收獲有限，因而學(xué)習(xí)效率不高。

基于在線課程的翻轉(zhuǎn)課堂，結(jié)合了在線學(xué)習(xí)和探究學(xué)習(xí)的優(yōu)點(diǎn)，通過在線學(xué)習(xí)過程和同伴學(xué)習(xí)彌補(bǔ)學(xué)生基礎(chǔ)上的差異，通過課堂教學(xué)實(shí)現(xiàn)對學(xué)習(xí)過程的有效監(jiān)督，最終提高學(xué)生學(xué)習(xí)的成效。研究表明，對于數(shù)學(xué)、物理等思辨性強(qiáng)的課程，通過翻轉(zhuǎn)課堂這樣的教學(xué)模式能夠收到更好的效果[6]。事實(shí)上，在翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)習(xí)模式中，師生關(guān)系更加平等，學(xué)習(xí)環(huán)境更加開放，學(xué)生思維更加活躍，這樣的教學(xué)模式有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力與批判性思維能力。

在“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下，各高校物理基礎(chǔ)課程教學(xué)紛紛開展了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的嘗試，涵蓋理工醫(yī)農(nóng)各類專業(yè)。在層次上，既包括清華大學(xué)等“985工程”院校，也包括許多地方院校，并產(chǎn)生了大量研究成果。2017年，國內(nèi)有關(guān)翻轉(zhuǎn)課堂的研究論文就有6 417篇，其中涉及大學(xué)物理與大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的論文31篇。在廣西師范大學(xué)舉行的2017年度高等學(xué)校物理基礎(chǔ)課程教育研討會共錄用翻轉(zhuǎn)課堂研究論文12篇，占會議錄用論文的15%。在2018年度全國高等學(xué)校物理基礎(chǔ)課程教育研討會上，清華大學(xué)王青教授和北京師范大學(xué)包景東教授分別就自己的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實(shí)踐做了大會報(bào)告，進(jìn)一步推動(dòng)了這一教學(xué)模式在基礎(chǔ)物理教學(xué)中的應(yīng)用。

從會議論文情況看，優(yōu)秀教學(xué)成果的形成是和長期工作積累分不開的。北京理工大學(xué)物理教學(xué)團(tuán)隊(duì)自2013年以來，連續(xù)在會議上介紹物理教學(xué)改革經(jīng)驗(yàn)，特別是基于問題的學(xué)習(xí)模式的改革。2018年該教學(xué)團(tuán)隊(duì)推出的“大學(xué)物理”在線課程獲得國家精品在線開放課程。同濟(jì)大學(xué)物理教學(xué)團(tuán)隊(duì)將3D物理模型、課堂應(yīng)答系統(tǒng)、交互式電子書、遠(yuǎn)程教學(xué)平臺等教學(xué)軟件應(yīng)用于教學(xué)之中，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，改善教學(xué)質(zhì)量，取得了較好的效果。2013年以來每年在會議上發(fā)表多篇論文，介紹相關(guān)教學(xué)改革成果。在這些工作的基礎(chǔ)上，2014年該教學(xué)團(tuán)隊(duì)獲國家級教學(xué)成果二等獎(jiǎng)， 2017年和2018年該教學(xué)團(tuán)隊(duì)推出的兩門“大學(xué)物理”在線課程先后被評為國家精品在線開放課程。

2.實(shí)證研究方法正成為高校物理教育研究的主要手段

大學(xué)物理課程教學(xué)指導(dǎo)委員會十分重視吸收國外物理教學(xué)的先進(jìn)教學(xué)理念與研究方法。2015年8月在國內(nèi)舉辦的首次物理教學(xué)國際會議上，來自世界各地的專家對物理探究、翻轉(zhuǎn)課堂等研究熱點(diǎn)進(jìn)行了交流與探討，促進(jìn)了國內(nèi)物理教育研究的開展，也使得國內(nèi)物理教育研究能夠緊跟國際研究前沿。

從2012—2017年美國新媒公司頒布的地平線報(bào)告來看，混合式教學(xué)設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)分析與測量一直是高等教育研究的重點(diǎn)[7]。兩委會將2016年、2017年全國基礎(chǔ)物理教學(xué)研討會主題定為物理基礎(chǔ)課程（理論、實(shí)驗(yàn)）的教學(xué)與教學(xué)研究——內(nèi)容、方法、手段、效果及基于科學(xué)研究的物理基礎(chǔ)課程（理論、實(shí)驗(yàn)）教學(xué)改革與實(shí)踐，并邀請美國俄亥俄州立大學(xué)包雷教授作大會報(bào)告，介紹教育研究方法，體現(xiàn)了兩委會對國外教育研究方法，特別是實(shí)證方法在物理教育研究中應(yīng)用的關(guān)注與重視。

從近年來全國高等學(xué)校物理基礎(chǔ)課程教育學(xué)術(shù)研討會交流的教學(xué)改革論文看，越來越多的研究者開始使用準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究的方法開展教學(xué)改革的有效性研究。一方面，研究者們在方法上通過對照組與實(shí)驗(yàn)組、前測與后測等手段，驗(yàn)證教學(xué)改革有效性;另一方面，通過信度系數(shù)、顯著性因子等參量，說明教學(xué)改革成果的可靠性。物理教學(xué)研究成果正朝著系統(tǒng)化、規(guī)范化方向發(fā)展。

三、大學(xué)物理教學(xué)改革新趨勢

1.高考改革與新工科建設(shè)越來越引起物理教育研究的關(guān)注

隨著高考“3+3”模式在上海、浙江兩地的試點(diǎn)，越來越多的地區(qū)將采取這一高考模式。從2017級入學(xué)新生情況來看，上海、浙江兩地中學(xué)生對物理學(xué)習(xí)的投入出現(xiàn)較大程度的下降，和其他地區(qū)生源相比，對物理知識的掌握也相對弱化， 科學(xué)素養(yǎng)有所下降[8]。這一變化使得高校物理基礎(chǔ)課程教學(xué)的難度增加，教學(xué)質(zhì)量的保障面臨新的壓力。

對大學(xué)物理基礎(chǔ)課程教學(xué)的另一個(gè)壓力來自于新工科建設(shè)。自2017年以來，為了提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，應(yīng)對信息化背景下產(chǎn)業(yè)升級的新局面，教育部先后出臺了一系列政策推動(dòng)新工科建設(shè)，各高校在2017年后設(shè)置了許多新工科專業(yè)，這些專業(yè)大多屬于科技前沿。新工科在近年來工程教育改革的基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)不同學(xué)科專業(yè)的交叉融合，注重培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力、批判性思維、交流溝通與開拓創(chuàng)新的能力[9]，無形中提高了對物理基礎(chǔ)課程授課內(nèi)容與授課方法的要求。

大學(xué)物理課程教學(xué)指導(dǎo)委員會十分重視高考改革與新工科建設(shè)對大學(xué)基礎(chǔ)物理教學(xué)的影響，邀請了多位專家在高等學(xué)?；A(chǔ)物理教學(xué)研討會上做大會報(bào)告，向廣大高校物理教師介紹高考改革與新工科建設(shè)情況，引起了高校物理教師的關(guān)注。

“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境為高?；A(chǔ)物理教學(xué)改革提供了新的契機(jī)。一些高校開始通過在線先修課程或先導(dǎo)課程，解決學(xué)生水平參差不齊的問題，并取得了一定的效果。還有一些高校通過興建創(chuàng)客空間、智慧教室等學(xué)習(xí)空間，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力與綜合工程素養(yǎng)。如何利用“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境解決由高考改革與新工科建設(shè)帶來的挑戰(zhàn)，是今后一段時(shí)期高?；A(chǔ)物理工作者面臨的重要任務(wù)。

2.大數(shù)據(jù)與人工智能將在高校物理教學(xué)研究中發(fā)揮重要作用

隨著信息技術(shù)在教育領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，各類MOOC平臺每天都在生成大量的教育數(shù)據(jù)。作為教育技術(shù)領(lǐng)域的權(quán)威前瞻性研究，2018年度地平線報(bào)告預(yù)測兩到三年內(nèi)自適應(yīng)學(xué)習(xí)技術(shù)與人工智能在高等教育領(lǐng)域?qū)l(fā)生重大進(jìn)展。

借助于教育大數(shù)據(jù)，通過對學(xué)生的學(xué)習(xí)行為分類，教師可以了解學(xué)生學(xué)習(xí)行為與學(xué)習(xí)成效之間的關(guān)系，方便教師開展個(gè)性化教學(xué)，提高教學(xué)的效果與效率。同時(shí)，教育工作者通過教育數(shù)據(jù)的對比，也可以發(fā)現(xiàn)不同教學(xué)模式的特點(diǎn)，找到適合自己課程的教學(xué)模式。

基于人工智能的教學(xué)系統(tǒng)可以通過對學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的分析，把握學(xué)生的學(xué)習(xí)特征和學(xué)習(xí)風(fēng)格，向?qū)W生推送學(xué)習(xí)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)“以學(xué)生為中心”的教學(xué)模式。教師也可以通過人工智能完成過去繁瑣重復(fù)的作業(yè)批改工作和答疑工作，減輕工作負(fù)擔(dān)，提高工作效率。

總的來說，五年來高校基礎(chǔ)物理的教學(xué)改革歷程，一方面體現(xiàn)了教育技術(shù)與教學(xué)理念的深度融合，教學(xué)實(shí)踐與教學(xué)理論與方法的結(jié)合;另一方面體現(xiàn)了中國國情與國際先進(jìn)技術(shù)的結(jié)合，廣大物理教育工作者立足中國實(shí)際問題與需要，參考國際先進(jìn)理念，通過技術(shù)手段，尋找具有中國特色的問題解決方案。隨著“人工智能+”時(shí)代的到來，中國基礎(chǔ)物理的教學(xué)改革必將取得更加引人注目的成就。

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[責(zé)任編輯：夏魯惠]