智慧环境下的大学物理教学研究

冷玉敏，王安忆，易明芳

（安庆师范大学 数理学院，安徽 安庆 246133）

全面实施的新一轮课程改革强调要以“关注每一个学生的个性发展”为核心理念，实现“以人为本”的素质教育[1]，其对高校教师的教学提出了新要求：在教学过程中，既要使学生具备一定的基础理论知识，又要重视培养学生的知识实际运用能力。因此，如何在有限的教学时间内，充分激发学生的学习兴趣、提升学习主动性、满足学习需求以及培养创造性思维，是目前各高等院校都在努力探索的课题。智慧教室的投入建设是近阶段各高校改善和提升教育环境的主要方式，促进了多媒体和网络技术的运用，拓展了教师在有限课堂时间内的创造性并丰富了课堂教学信息量，极大地改变着师生间的互动学习方式，影响着师生的思维方式[2-4]；并在一定程度上推动了高校课堂教学的网络化、个性化和国际化。随着网络资源被有效使用和优化，教学环境、教学理念、教学模式、学生学习方式以及师生互动方式等都发生着相应改变。充分利用智慧教室资源，整合先进多媒体技术与大学物理教学资源，采用建构主义的教学方式，构建生生互动、师生互动和人机互动的大学物理互动教学体系，必定对大学物理教学有所裨益[5-7]。

1 大学物理教学存在的问题

学生缺乏学习兴趣。有些学生对大学物理课程学习怀有畏难情绪，学习兴趣不高，甚至丧失学习信心。同时对于部分学生而言，大学物理并非专业课，他们往往认为不需要认真学习，多以一种轻视的态度对待该门课程[8]。另外，在大学新生入学之后，由于无升学压力，部分学生会丧失学习动力，存在学习态度不端正等问题[9]，这也是大家学不好大学物理的直接原因。

教学内容抽象。大学物理覆盖的知识面较广，教学内容较为枯燥，有些教学模型较为抽象，学生无法感知和想象，导致他们难以理解。对于物理规律的具体应用，学生多能对教材课后作业进行解答，但面对生活中的具体问题时，却往往不知所措。

教学模式单一。大部分大学物理教师所采用的教学模式较为相似，多以教师讲授为主、PPT教学为辅[10]，按照培养方案所规定的学时和课程内容来完成课程讲授，学生在课堂上多处于被动状态。在高速发展的互联网时代，这种传统的授课方式已经难以调动学生的学习积极性和主动性。

大班教学下学生参与度低。大学物理授课对象是理工科专业学生，一般采用大班授课[11]，一位老师为2-3个班的学生（60-100人）进行授课。在该情形下，老师很难顾及到每一位学生，也很难为各位学生进行答疑。在大班授课过程中，学生参与度较低、师生间互动很少。长此以往，将导致课程学习不够透彻，学习效果较差，以致于逐渐消磨了学生学习的积极性和主动性。

2 智慧环境下的大学物理教学

智慧环境是新时代的产物，借助大数据、“互联网+”、云计算等要素实现多媒体技术和教学双向融合，产生显著教学效果[12]。智慧环境与大学物理教学相结合是教育教学现代化的必然要求，也是消除学习环境阻碍，摆脱学习限制的重要手段。在智慧环境下，多媒体技术革新了大学物理课程的教与学（图1），使教学环境、教学方式、学习方式和师生互动等方面发生了显著变化。

图1 智慧环境下大学物理课程的教与学

2.1 智慧环境下的教学环境

传统的课堂教学环境往往局限在教室里，而智慧环境则不同，其不受时间和空间的限制，能够支持真实的情景进行相关设计，是一种将教学与多媒体技术有机结合的理想学习环境。智慧环境具备资源共享的能力，能够打破地域界限，帮助师生快速灵活地获取信息，激发学生主动探索并进行相关创作的兴趣。在智慧环境下进行大学物理授课，能够充分发挥每位学生的主体作用，呈现出全新的学习方式。

将多媒体技术应用到大学物理教学过程中，可以将枯燥的物理定理和规律以动画呈现，或者利用其他方式展现得更加直观，使一些抽象的、难以理解和掌握的物理理论，变得更加生动有趣。在帮助学生理解物理知识的过程中，可以激发学生的发散性思维，建立更加完善的知识体系。在智慧环境下，大学物理课堂内容形式呈现多样化，教学过程整体具有较强的交互性，抽象的物理概念呈现动态化，并且教与学过程包含着丰富的动画效果、形象的图像资源，对教学效果提升有较好帮助。

2.2 智慧环境下的课堂教学方式

多媒体技术能够丰富教师的教学活动，经过多媒体演示可以把较为抽象的物理模型变得更加生动形象，学习变得更加直观有趣。智慧环境下的大学物理教学方式在课前、课中和课后都发生了显著性变化（图2），有效提升了学生的课堂参与度，使教学变成师生相互交流的过程。高校教师可以围绕大学物理的特点和培养要求，充分利用多媒体技术，使教学过程更好地推进。智慧环境下的大学物理教学更便于采用情境教学、分组讨论和案例分析等教学方法。

图2 智慧环境下的大学物理教学方式

课前扩大课堂容量。通过对大学物理理论、模型和分析方法等进行系统学习，学生在科学素养、逻辑思维、科研创新等方面都能获得较好的锻炼。在传统教学模式的有限课堂时间里，学生大部分时间处于被动接受知识灌输的状态。而在智慧环境下，教师可以在课前录制具有针对性的教学视频，也可以从网上寻找公开的优质课程资源[11]。然后，根据学生预习课程的情况，统计学生学习遇见的困难，从而掌握学生的学习情况，便于老师在上课前对课程内容进行重新编排，完善教学步骤、优化教学速度，引导学生在有限时间内进行系统学习。对于难度适中的知识点，教师可以设计以学生为中心的教学方式，开展分组讨论，如组织学生讨论经典科学方法、实验、理论以及实际应用等；教师作为组织者和参与者，适时地对学生的理解误区进行纠正，有助于促进学生思维能力的发展。另外，教师可以利用多媒体技术提前制作好大学物理实验课讲解视频，让学生在课前观看学习，从而确保留出充足时间来进行探究性实验。

课中化抽象为具体。学习大学物理基础知识是一个较为枯燥繁琐的过程。在学习过程中遇到一些抽象的物理理论，学生往往很难对其进行正确的理解和应用。教师可以在课中合理运用多媒体技术，化枯燥为有趣、化生硬为真实，简单明了地帮助学生理解，从而有效提升学生的学习欲望。让学生对课程产生强烈的学习兴趣，是教师开展教学的良好开端，有助于学生主动学习。对于大学物理，积极主动的学习态度对学习成效起着重要作用[13]。物理学是一门与生活紧密相关的学科，教师可以利用多媒体技术来创设真实生活情景，推进情景教学，更好地帮助学生掌握大学物理的知识重难点。通过情景教学来激发学生学习兴趣，启发学生思考，拓展学生知识面。例如，借助交通雷达测速来讲解多普勒效应、借助极光的产生来讲解磁场带电粒子的运动等。也可以利用教学软件（如学习通、雨课堂和钉钉等）进行辅助教学，采用抢答、随机抽取学生答题等功能来调动课堂活跃度，从而增加师生互动。此外，利用学习软件的答题系统[13]，有助于实施教学的形成性评价，教师可以通过后台记录来分析学生的学习状态，以便及时调整教学方案。物理学是以实验为基础的一门学科，在理论讲解的同时引入一些演示实验就非常有必要[11]。另外，在课堂中加入随堂实验可以提高学生的学习兴趣和学习专注力。对于一些比较简单的实验，老师也可以在课堂上进行直接演示；如果是较为复杂或具有一定危险性的实验，则可以利用多媒体技术向学生展示，通过仿真模拟的形式能够有效弥补实验材料不足和实验风险等系列问题。

课后开发课程资源。利用多媒体技术开发课程资源，可以减少课程内容的局限性。在课后，教师可以发挥教研组的集体力量、分工合作，以教材中的物理理论为中心，观摩并收集各类优秀课程，如中国大学MOOC、SPOC等平台的精品课程，构建一个资源库，使学生利用课后时间查漏补缺，进行针对性学习。也可以组织对本课程知识掌握较好、学习颇有心得并能灵活应用多媒体技术的学生，将网上较好的课程资源整理好并扩充到资源库，以便推荐给大家学习。

2.3 智慧环境下学生的学习方式

科技时刻改变着我们的生活，智慧环境除了能提供丰富的资源来辅助教学外，也使学生的学习方式发生了变革。在学习知识的同时，学生间的交流沟通、协作互动、创新思维能力以及科学素养等也都得到了有效提高[9]。

自主性学习加强。在传统教学中，学生往往是一个被动接受者，是训练和知识灌输的对象，学生的主观能动性通常会被忽视。而在智慧环境下，互联网中丰富多彩、图文并茂、形声兼备的学习资源能被有效利用，例如，学生可以根据自身情况，在学习通、中国大学MOOC等学习平台上选择相应课程进行设计和学习。通过自主的课程安排，在知识掌握过程中，学生所获得的满足感亦将提高他们的学习主动性，进而其自主学习能力得到进一步提升。

实现个性化学习。传统课堂教学难以有效解决诸如基础差的学生无法跟上现阶段课程以及现阶段课程无法满足基础好的学生的矛盾。多媒体辅助大学物理教学可以较好地解决这一矛盾：教师可以根据课程知识点录制针对性较强的视频，并上传至线上教学平台，而学生在课后根据自身学习能力和知识水平自由选择课程学习，逐渐掌握大学物理的基本知识点，并结合大学物理基础知识进行创新与应用。在课后，教师也可以提供线上辅导，了解学生对知识点的理解程度，并在课堂上进行针对性引导。

提升合作学习。利用线上教学平台，学生可以提前预习知识点，在熟知课程知识点前提下有利于展开课堂小组合作，并提升学生间的互动性。不同基础水平、思维方式、学习风格的学生可以围绕所要学习的知识点进行讨论，相互启发、解决问题，在此过程中教师将从课堂传授者角色变为指导者[14]。在小组合作学习过程中，成员间的认知水平和情感都得到了发展。在多媒体技术的教学环境下，组织各种小组活动更方便，可以充分调动大家的合作意识，促进情感交流。

2.4 智慧环境下的师生互动地位

建构主义教学观注重以学生为主。在教学过程中，学生是进行信息处理的主体。有效的学习要求学生主动建构所学知识结构导图而非无目的地听老师讲授知识。建构主义教学观是将教师定位于学生学习的引导者和督促者，而非灌输者。在大学物理教学过程中，我们要避免以教师为中心的教学模式，防止其阻碍学生的个性化发展。每位大学物理教师需要具备新的教育理念，在教学过程中采取全新的教学方法，构建全新的教学设计，创造适用性的教学模式。在智慧环境下进行大学物理教学，有利于教师从实际出发，在学生掌握课程基本概念基础上创设与课堂内容相适应的教学情境，从而激发学生求知欲，并帮助他们充分运用信息资源来进行知识建构。在该过程中，教师所扮演的角色不再是一个干预者，而是从知识传授者转变为学习组织者[15]，更多的是在教师的引导和组织下，建立一种合作交流的关系。教学过程是师生进行交往互动、共同进步的过程，传统教学中过于强调老师“教”而忽视学生“学”的状况则逐渐消失，师生互教互学成为主流，而智慧环境则可以有效推动这种师生关系的转变。

3 总结语

智慧环境下的大学物理教学改进了教学手段，优化了课堂教学，实现了将课堂还给学生，提高了学生的学习效率。大学物理教师需要进一步研究和掌握现代教育教学思想，并按照大学物理课程标准的要求，积极寻求多媒体技术与高校物理教学相结合，努力构建智慧环境的最佳途径，系统探索大学物理教学规律并优化教学结构，力求学生在技能、知识、情感、策略、文化等方面得到全面发展。