“互聯網+”環境下大學物理教學改革歷程與趨勢

張睿?王祖源?顧牡?謝雙媛

摘 要：基于2013年以來全國高等學校物理基礎課程教育學術研討會大會報告以及會議論文，本文對“互聯網+”環境下大學物理教學改革發展情況進行了歸納與分析，并探討了大學物理教學改革的趨勢。

關鍵詞：互聯網+;大學物理;教學改革

2012年是MOOC元年，隨著Coursera、Udacity、Edx等大型在線學習平臺的出現，大規模開放在線課程建設成為教育技術界的熱點。在這一形勢下，國內各大高校與機構也不甘落后， 先后推出了“學堂在線”“智慧樹”“中國大學MOOC”等大規模在線課程平臺， 呈現出后來居上的趨勢。在“互聯網+”環境下，高校教學如何將在線課程與校內的面對面教學相結合，成為擺在高校教學界面前的新問題。

自2013年以來， 教育部高等學校大學物理課程教學指導委員會與中國物理學會物理教學委員會（以下簡稱“兩委會”）聯合，先后舉辦了五屆全國高等學校物理基礎課程教育學術研討會[1-5]，2015年協助舉辦了物理教育國際會議。從這6次會議的大會報告及會議論文來看，高校大學物理教學正在不斷適應“互聯網+”環境的新形勢，并結合國內高校教學改革的特點，產生出新的教學模式與教改思路。

一、2013—2018年全國高等學校物理基礎課程教育學術研討會情況簡述

全國高等學校物理基礎課程教育學術研討會由兩委會聯合主辦、地方高校協辦，每年7月或8月舉行，會議規模 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。

研討會注重學術交流，引導一線教師關注學科前沿，提升教學水平。根據會議主題以及高校教學改革形勢，每年都組織大會特邀報告，介紹物理學前沿進展、教學名師教學經驗以及物理教育研究成果。組委會還十分重視信息技術在“大學物理”和“大學物理實驗”兩門基礎課程教學中的應用，著力提高教師的信息技術應用能力。

在全國高等學校物理基礎課程教育學術研討會召開之前，會議通過大學物理課程教指委網站、《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。經大學物理課程教指委審稿后，會議論文以大會報告、分會報告和張貼海報等形式被錄用，并在《物理與工程》增刊上發表。

從大會特邀報告與會議論文內容看，有關教學內容的討論占了較大比重，有關教學模式改革的內容主要涉及四個方面：在線學習（資源共享課程，開放課程，MOOC），翻轉課堂（協作學習，同伴學習，混合式學習），探究學習（基于問題的學習，基于項目的學習，基于研究的學習），高考改革和新工科改革（與高中教學的銜接，與培養方案的對接）。有關情況如表1所示。

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

二、“互聯網+”環境下高校物理基礎課程教改特點

1.MOOC與翻轉課堂成為“互聯網+”環境下高校物理教改的熱點

長期以來，教育部一直重視教師教學水平的提升，期望通過師資培訓、精品課程建設等，促進各高校教學質量的提高?；ヂ摼W普及后，教育部又出臺政策，通過將精品課程上網實現資源共享，帶動全國高校教學水平的提升。這些措施基本上是以提升教師的業務水平為目標，學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，也缺乏對學生學習情況的形成性評價機制，起到的效果十分有限。

MOOC的出現，使得大學教學和學習環境出現了巨大的變化。通過在線開放課程改造和拓寬學生的學習環境，使得以學生為中心的學習模式成為可能。隨著大量MOOC學習平臺的出現，在線教育成為高校教改的重點，一系列質量優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，就有五門大學物理課程入選。但 MOOC學習的最大問題是缺乏對學習過程的有效監督，課程的完成度不高。

探究學習是建立在建構主義教學理念基礎上的一種教學模式，主要提倡通過“做中學”強化學生對相關概念的理解，培養學生實際操作能力與分析問題的能力。探究學習的教學設計遵循“鄰近發展區間”原則，要求教師通過教學設計，實現學習過程的個性化。這不僅增加了教學設計的難度，也使得教學的可操作性降低。由于學生的水平參差不齊，水平較低的學生往往投入大量時間從事探究活動，卻收獲有限，因而學習效率不高。

基于在線課程的翻轉課堂，結合了在線學習和探究學習的優點，通過在線學習過程和同伴學習彌補學生基礎上的差異，通過課堂教學實現對學習過程的有效監督，最終提高學生學習的成效。研究表明，對于數學、物理等思辨性強的課程，通過翻轉課堂這樣的教學模式能夠收到更好的效果[6]。事實上，在翻轉課堂學習模式中，師生關系更加平等，學習環境更加開放，學生思維更加活躍，這樣的教學模式有利于培養學生創新能力與批判性思維能力。

在“互聯網+”環境下，各高校物理基礎課程教學紛紛開展了翻轉課堂教學模式的嘗試，涵蓋理工醫農各類專業。在層次上，既包括清華大學等“985工程”院校，也包括許多地方院校，并產生了大量研究成果。2017年，國內有關翻轉課堂的研究論文就有6 417篇，其中涉及大學物理與大學物理實驗教學的論文31篇。在廣西師范大學舉行的2017年度高等學校物理基礎課程教育研討會共錄用翻轉課堂研究論文12篇，占會議錄用論文的15%。在2018年度全國高等學校物理基礎課程教育研討會上，清華大學王青教授和北京師范大學包景東教授分別就自己的翻轉課堂教學實踐做了大會報告，進一步推動了這一教學模式在基礎物理教學中的應用。

從會議論文情況看，優秀教學成果的形成是和長期工作積累分不開的。北京理工大學物理教學團隊自2013年以來，連續在會議上介紹物理教學改革經驗，特別是基于問題的學習模式的改革。2018年該教學團隊推出的“大學物理”在線課程獲得國家精品在線開放課程。同濟大學物理教學團隊將3D物理模型、課堂應答系統、交互式電子書、遠程教學平臺等教學軟件應用于教學之中，提高學生的學習興趣，改善教學質量，取得了較好的效果。2013年以來每年在會議上發表多篇論文，介紹相關教學改革成果。在這些工作的基礎上，2014年該教學團隊獲國家級教學成果二等獎， 2017年和2018年該教學團隊推出的兩門“大學物理”在線課程先后被評為國家精品在線開放課程。

2.實證研究方法正成為高校物理教育研究的主要手段

大學物理課程教學指導委員會十分重視吸收國外物理教學的先進教學理念與研究方法。2015年8月在國內舉辦的首次物理教學國際會議上，來自世界各地的專家對物理探究、翻轉課堂等研究熱點進行了交流與探討，促進了國內物理教育研究的開展，也使得國內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告來看，混合式教學設計、學習分析與測量一直是高等教育研究的重點[7]。兩委會將2016年、2017年全國基礎物理教學研討會主題定為物理基礎課程（理論、實驗）的教學與教學研究——內容、方法、手段、效果及基于科學研究的物理基礎課程（理論、實驗）教學改革與實踐，并邀請美國俄亥俄州立大學包雷教授作大會報告，介紹教育研究方法，體現了兩委會對國外教育研究方法，特別是實證方法在物理教育研究中應用的關注與重視。

從近年來全國高等學校物理基礎課程教育學術研討會交流的教學改革論文看，越來越多的研究者開始使用準實驗研究的方法開展教學改革的有效性研究。一方面，研究者們在方法上通過對照組與實驗組、前測與后測等手段，驗證教學改革有效性;另一方面，通過信度系數、顯著性因子等參量，說明教學改革成果的可靠性。物理教學研究成果正朝著系統化、規范化方向發展。

三、大學物理教學改革新趨勢

1.高考改革與新工科建設越來越引起物理教育研究的關注

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

對大學物理基礎課程教學的另一個壓力來自于新工科建設。自2017年以來，為了提高學生的創新能力，應對信息化背景下產業升級的新局面，教育部先后出臺了一系列政策推動新工科建設，各高校在2017年后設置了許多新工科專業，這些專業大多屬于科技前沿。新工科在近年來工程教育改革的基礎上，強調不同學科專業的交叉融合，注重培養學生解決問題的能力、批判性思維、交流溝通與開拓創新的能力[9]，無形中提高了對物理基礎課程授課內容與授課方法的要求。

大學物理課程教學指導委員會十分重視高考改革與新工科建設對大學基礎物理教學的影響，邀請了多位專家在高等學校基礎物理教學研討會上做大會報告，向廣大高校物理教師介紹高考改革與新工科建設情況，引起了高校物理教師的關注。

“互聯網+”環境為高校基礎物理教學改革提供了新的契機。一些高校開始通過在線先修課程或先導課程，解決學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客空間、智慧教室等學習空間，培養學生的創新能力與綜合工程素養。如何利用“互聯網+”環境解決由高考改革與新工科建設帶來的挑戰，是今后一段時期高校基礎物理工作者面臨的重要任務。

2.大數據與人工智能將在高校物理教學研究中發揮重要作用

隨著信息技術在教育領域的廣泛應用，各類MOOC平臺每天都在生成大量的教育數據。作為教育技術領域的權威前瞻性研究，2018年度地平線報告預測兩到三年內自適應學習技術與人工智能在高等教育領域將發生重大進展。

借助于教育大數據，通過對學生的學習行為分類，教師可以了解學生學習行為與學習成效之間的關系，方便教師開展個性化教學，提高教學的效果與效率。同時，教育工作者通過教育數據的對比，也可以發現不同教學模式的特點，找到適合自己課程的教學模式。

基于人工智能的教學系統可以通過對學生學習數據的分析，把握學生的學習特征和學習風格，向學生推送學習內容，實現“以學生為中心”的教學模式。教師也可以通過人工智能完成過去繁瑣重復的作業批改工作和答疑工作，減輕工作負擔，提高工作效率。

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

參考文獻：

[1] 2013年全國高等學校物理基礎課程教育學術研討會論文集 [C]. ?北京：清華大學出版社，2013.

[2] 2014年全國高等學校物理基礎課程教育學術研討會論文集 [C]. ?北京：清華大學出版社，2014.

[3] 2016年全國高等學校物理基礎課程教育學術研討會論文集 [C]. ?北京：清華大學出版社，2016.

[4] 2017年全國高等學校物理基礎課程教育學術研討會論文集 [C]. ?北京：清華大學出版社，2017.

[5] 2018年全國高等學校物理基礎課程教育學術研討會論文集 [C]. ?北京：清華大學出版社，2018.

[6] 王翠如， 胡永斌. 翻轉課堂真的能提升學習成績嗎？——基于38項實驗和準實驗研究的元分析[J]. 開放教育研究，2018（4）.

[7] 金慧，胡盈瀅，宋蕾.技術促進教育創新——新媒體聯盟《地平線報告》（2017高等教育版）解讀[J].遠程教育雜志，2017，35（2）：3-8.

[8] 楊運， 周先進. 新高考改革的經驗、問題與走向[J]. 教學與管理，2018（4）：73-76.

[9] 周開發，曾玉珍. 新工科的核心能力與教學模式探索[J]. 重慶高教研究，2017，5（3）：22-35.

[責任編輯：夏魯惠]