（教育技术学专业论文）基于问题的大学物理实验网络教学模式的研究.pdf

基于问题的大学物理实验网络教学模式的研究 摘要 随着网络技术的发展和普及，网络教学应运而生，并逐步发挥它的重要作用。在世 界上，克林顿早在1 9 9 6 年初就要求美国在2 0 0 0 年以前把每一间教室和每一个图书馆都联 到i n t e r n e t 上，英国从1 9 8 9 年开始，在全国范围的所有高等学校中实施计算机、多媒体 与远程通讯技术的结合，从教学模式、教学内容到教学组织形式上进行彻底变革。 本文从物理实验教学模式和一般教学模式的关系入手，从近年来关于物理实验教学 模式的研究来看，发现了大学物理实验教学模式的改革进程缓慢的原因，针对现行物理 实验教学模式的不足，构建了基于问题的大学物理实验网络教学模式。以系统论为指导， 建立开放的教学系统；以戴尔的“经验之塔 理论为原形，开发物理实验教学策略；以 抛锚式教学模式为原型派生新的物理实验教学环节：创设物理问题情景、设计出多元互 动的教学系统、在虚拟实验室中做实验以及反思、探索与评价；对基于问题的大学物理 实验网络学习环境进行设计，其中包括学习环境要素的分析和学习支持设计，并研究了 在此模式下教师角色的转变，确定了评价体系。把该新型的网络教学模式应用于多用 电表的设计制作和定标中，设计这一课例，主要从学习内容、学习者、培养目标、教 学活动、教学策略以及评价系统等六个方面进行了分析，并予以实施、总结和讨论。 重点在于基于问题的大学物理实验教学模式的开发和设计，结合在传统大学物理实 验教学模式教学中的体会，对原有模式和新型模式的优劣及实施办法等方面做了探讨和 研究。 关键词：问题；大学物理实验；网络教学模式；网络课程；抛锚式教学；d i i g o i i a b s t r a c t w i t hn l ed e v e l o p m e n ta i l dp o p u l a r i 锣o fn e t 、o r kt e c h n o l o g ) r ，n e t w o r kt e a c l l i ：n ge m e r g e d a i l di sp l a y i n gam o r ei l l l p o r t a n tr o l e a r o l u l dt h ew h o l ew o d d ，a se 州ya si n19 9 6 ，a m e r i c a i l p r e s i d e n tc l i n t o nh a dr e q u i r e dt h a tb e f o r et h ey e a r2 0 0 0 ，e v e 巧c l a s s r o o ma 1 1 dl i b r a 巧i nt 1 1 e u sc a i la c c e s st 0m ei n t e m e t f r o m19 8 9 ，b r i t a i nh a ss t a r t e dar e v o l u t i o ni nt h e 矗e l do f t e a c h i i l gm o d e l ，t e a c l l i n gc o m e n ta 1 1 dt e a c h i n go r g 撕z a t i o nn e g r a t i n gc o m p u t e r ，m l t i m e d i a a r l dr e m o t ec o m m 吼i c a t i o nt e c l u l o l o g i e si nt l l et e a c l l i n go fh i g h s c h o o l s b a s e do nt h e r e s e a r c ho fm ep h y s i c se x p e r i m e n t st e a c h i n gm o d e l i nr e c e n ty e a r s ，t l l i sp a p e r 嗽l n s 行o mt h e r e l a t i o n s l l i pb e t w e e np h y s i c se x p e r i m e mt e a c l l i n gm o d e la n d t h eg e n e r a lt e a c l l i n gm o d ea n d f i n do u tt h er o o to ft h es l o wp r o 黟e s so ft h ep h y s i c se x p e r i m e n tt e a c l l i n gm o d e lr e v 0 1 u t i o n 加m i n ga tm ei n a d e q u a c yo ft h ee x i s t i n gt e a c l l i n gm o d e l ，i tp r o p o s e d ap r o b l e m - b a s e d u i l i v e r s i t yp h y s i c se x p e r i m e n tn e t 、v o r kt e a c l l i n gm o d e l u n d e rt h eg u i d a l l c eo fs y s t e mt h e o 巧w ee s t a 【b l i s h e da i lo p e nt e a c l l i n gs y s t e ma i l du s i n g d a l e s ”t h ec o n eo fe x p e r i e n c e a st h ep r o t o 锣p e ，w ed e v e l o p e de x p e r i m e n t a lp h y s i c s t e a c h i n gs t r a t e g i e s ；a n c h o r e dt e a c h i n gm o d e l a st h ep r o t o t y p e ，n e wl l r 墩smp h y s l c s e x p e r i m e m st e a c l l i n ga r ed e r i v e d ：i tc r e a t e sp h y s i c a lp r o b l e m ss i t u a t i o n ，d e s i g n sm u l t i p l e i n t e r a c t i v et e a c h i n gs y s t 锄s ot h a tt l l es t l l d e m sc 吼d oe x p e r i m e n t s ，r e n e c t ，e x p l o r e ，a 1 1 d e v a l u a t ei nt h ev i s u a ll a b ；i ta l s od e s i g i l e dt h en e 帆o r kl e 锄i n ge n v i r o 衄e n to fu l l i v e r s i 够 p h y s i c se x p e r i m e n t si n c l u d i n gt h ea i l a l y s i so ft h el e 锄i n ge n v i r o n m e n te l e m e n t a l l dt h e d e s i 匦o fl e a h l i n gs u p p o r t i na d d i t i o n ，i ta l s o 咖d i e dt h ec 蛔：1 9 e so ft e a c h e r s r o l e si n “s m o d e la i l dd e t e m l i n e dt h ee v a l u a t i o ns y s t e m 1 1 1 i sn e wn e 似o r kt e a c h i n gm o d e lh a sb e e nu s e di nm el e s s o n ”t l l ed e s i g i l ，m a k i n ga i l dt h e c a l i b r a t i o no ft l l eu i l i v e r s a lm e t e r l i w ea i l a l y z et h el e a m i n gc o n t e n t ，l e 黜e r s ，o b j e c t i v e s ， t e a c h i n ga c t i v i t i e s ，t e a c h i n gs t r a t e g i e s 心e rw h i c h i t si m p l e m e n t e d ，c o n c l u d e da 1 1 dd i s c u s s e d t h ef o c u si so nt l l ed e v e l o p m e n ta n dd e s i g i lo fu i l i v e r s 时p h y s i c se x p e r i m e n t st e a c l l i n g m o d e l c o m b i n i n gt h ee x p 嘶e n c eo fu n i v e r s 姆p h y s i c se x p e r i m e n t st e a c h i n gu n d e rt h e t r a d i t i o n a lm o d e l ，t h ee x p l o r a t i o na n dr e s e a r c ha r ea l s oc a r r i e do u ti nr e s p e c to ft h eq u a l i 够 龇l di m p l e m e n t a t i o no ft h e 协a d i t i o n a la 1 1 dn e w m o d e l k e yw b r d s ：p m b i e m ；u n i v e 璐i 妙p h y s i c se x p e r i m e n t s ；n e t w o r kt b a c h i n gm o d e l ； n e t w o r kc o u r s e s ；a c h o 心di n s t r u c t i o n ；d i i g o i u 基于问题的大学物理实验网络教学模式的研究 插图索引 图2 1 戴尔“经验之塔”与大学物理实验新模式的“策略之塔”1 0 图2 2 多元互动的教学系统1 2 图3 1 网络学习环境要素。1 9 图3 2 实验室界面。2 2 图4 1多用电表的设计制作和定标知识点层级关系图2 5 图4 22 0 0 6 年秋季学期各院系所该实验的人数图2 7 图4 3 教学活动流程图。2 9 图4 4 多用电表测电流部分内部原理图31 图4 5 调节后的仪表读数发生了变化3 2 图4 6 资源组织图。3 2 图4 7 与多用电表相关资源网站一3 3 图4 8 搜索引擎示例3 3 图4 9 导航示例1 3 3 图4 1 0 导航示例2 3 3 图4 1 1 导航示例3 。3 3 图4 1 2 导航示例4 3 4 图4 1 3 利用d i i g o 可以随意提问和回答3 6 v i 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：叶3 闲确日期：为。8 年冷月f 7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密囵。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名： 导师签名： 叶羽确 彳邻：乞 日期：w 一8 年4 月( 9 日 日期：z 。罾年午月z 口日 硕士学位论文 1 1 研究背景 第1 章绪论 随着终身教育和终身学习以及学习化社会思想的发展，人力资源开发和人才培养代 的模式也发生了重大的变化。从2 0 世纪7 0 年代提出学会生存和学会学习，到9 0 年代的学 会认知、学会做事、学会合作、学会生存，以多媒体和互联网为核心的信息技术已经成 为了拓展人的能力的创造性工具，也为学校教育改革提供了强有力的技术支持。教育本 身从目的、内容、形式、方法到组织都迎来了根本性的变革尝试，教学模式、教学观念、 教学设计的指导思想、教师的角色和学生的角色等都发生了质的变化，大学普通物理实 验也在这种大环境中进行着积极的探索和改革，计算机在教学中应用可以使实验教学发 生根本的变革。然而，欲使计算机在教学中发挥积极作用，是涉及多方面问题的，要针 对学习者的特征，在特定教育理论指导下，通过采取合适的教学策略把教学内容系列化， 采用多种媒体加以组合表现，以便将教学目标转化为具体的教学行为，使教学最优化【1 1 。 为达到此目的，首先要对物理实验在网络多媒体环境下的教育模式进行合理的构建，大 学物理实验课程就其本身的实践性、复杂性、综合性等特点都决定了现代信息技术将在 物理实验教学中发挥越来越大的作用，信息技术融入物理实验教学是教学改革发展的必 然趋势之一。 1 1 1 教学模式和大学物理实验教学模式 教学模式这一概念是由美国学者乔伊斯和韦尔予1 9 7 2 年提出的，他们认为，“教学 模式 是构成课程的课业，选择教材，提高教师活动的一种范型或设计。反映了在一定 教学思想下建立起来的、在教学过程中必须遵循的比较稳固的教学程序及其实施策略体 系，能将较为抽象的理论化为较为具体的策略，具有显著的操作性特点，是教学理论转 化、回归、指导实践并接受实践检验的重要形式，对教学实践具有积极的指导作用。 在我国，到8 0 年代中期才开始介绍国外教学模式的理论，并进行研究和实践。目 前，教育界对教学模式的定义众说纷纭，大致有“教学模式之教学过程说”、“教学模式 之结构说”、“教学模式之范畴说”等观点。本文观点偏向于第一种说法，“教学模式是 正确反映教学客观规律，有效指导教学实践的教学行为范型。这种教学行为范型是在一 定教学思想或理论的指导下，对教师、学生、媒体互动状态和过程加以概括而形成的以 系统、有序、简明的形式表达的一种结构关系【2 】。” 物理实验课程模式应具有一般教学模式的特点，即简约性、整体性、操作性、指向 性等，由以上教学模式的表述，物理实验教学模式是在一定教学思想或理论指导下，对 教师、学生、媒体互动状态和过程加以概括而形成的，正确反映物理实验教学客观规律 基于问题的大学物理实验网络教学模式的研究 并适用于物理实验学科教学实践的，以系统的、有序的、简明的形式表达其结构关系的 一种教学行为范型。 从物理实验教学模式形成来看“一般教学模式和“物理实验教学模式 的关系如 图1 1 ： l 最初的物理实验教学实践卜_ 叫物理实验教学模式 旨 一检验一 学 一般 实 总结归纳7 教学模式 l 其他学科的教学实践 - 叫其他学科教学模式鲁一检验一 图1 1 物理实验教学模式与一般教学模式的关系 上图表明，教学模式的形成是从个别到一般再到个别，从具体到抽象再应用于具体 当中的。如果说一般教学模式是抽象层面的模式，那么物理实验教学模式就是具体层面 的模式。同时物理实验教学模式的构建和运用也是受物理学科的特殊性制约的。 1 1 2 现行物理实验教学模式的形成和发展 我国现行物理实验教学模式是在继承传统模式、借鉴国内外教育理论和模式及物理 实验教学实践基础上归纳和演绎而形成发展起来的。 1 国外各种教学模式引入 8 0 年代以来，我国教育界引入国外教学模式研究的新成果，并得到教育界地关注和 思考。影响较大的有：美国当代著名的认知心理学家j s 布鲁纳倡导“发现学习模式”， 美国著名的行为主义心理学家b f 斯金纳创立的“程序教学模式 ，德国以瓦根舍因为 代表的教育家提出的“范例教学模式”，美国当代著名的教育心理学和课程论专家b s 布卢姆创立的“掌握教学模式”，美国著名的教育心理学家d p 奥苏贝尔提出的“有意 义接受学习的教学模式”，前苏联教育科学学院院士巴班斯基创导的“最优化教学模式”， 著名人本主义心理学家罗杰斯提倡的“非指导性教学模式”等。 相关资料还表明【3 卅：一些发达国家和地区，在现代信息技术的教学应用方面具有 较为成熟的实证和实践。如美国近年来，基于建构主义的学习观，应用现代信息技术形 成的模式有：“支架式教学”、“协作式学习”、“抛锚式教学”、“随机通达教学”、“认知 学徒制模式和“w | e bq u e s t ( 网络探究模式) 等，这些新模式集中体现的主导思想是： 通过研究发现或探究知识，通过问题解决学习知识，突破书本与课堂，让学生懂得利用 计算机、互联网来进行学习、研究、设计与创造。 2 国内关于物理实验教学模式的相关研究 物理实验教学模式应该随着国内多次课程改革、物理教学改革的实践而逐渐发展起 来。广大物理实验教师勇于探索、敢于创新，在实践中摸索出了一些具有物理实验学科 特点的教学模式，但是进程缓慢，如山东农业大学逐步创建了“学生为主体、教师为主 导、实验为主线、能力为目的”的教学模式，并没有从实质上提出创建怎样的物理实验 2 硕士学位论文 教学模式。 随着物理实验教学信息的日益丰富，物理实验教学活动过程也日趋复杂，物理实验 教学模式的开发意义重大。就我国当前物理实验教学模式研究来看，以下分析可窥一斑。 1 9 7 9 年2 0 0 7 年，关于物理实验教学模式的论文共计1 0 9 篇，而2 0 0 0 年以后发表的论 文就有8 7 篇，几乎占总数的8 0 ，如“职业技术学院物理实验教学模式改革的思考 ( 舒茜，2 0 0 4 ) ，“中学物理实验教学模式的新尝试 ( 程子明，2 0 0 5 ) ，“大学物理实验 分层教学模式探索”( 王莉，2 0 0 5 ) ，“物理实验教学模式初探 ( 王志斌，2 0 0 6 ) ，“物理 实验教学新模式设计”( 董月莲，2 0 0 6 ) ，“构建新型物理实验教学模式”( 董汇泽，2 0 0 6 ) ， “加强技能培养的实验教学模式构建 ( 汪建军，2 0 0 7 ) 等；关于物理实验网络教学的 论文共计3 2 篇，如“网络支持下探究性物理实验的设计与研究 ( 钱万正，2 0 0 3 ) 而其 中关于教学模式的论文只有3 篇：“基于多媒体、网络技术的大学普通物理实验的教学 模式构建与研究 ( 宋玉蓉，2 0 0 0 ) ，“在多媒体和网络环境下对中学物理立体化教学模 式的实验研究”( 赵敏，2 0 0 5 ) ，“网络环境下的物理实验教学模式”( 张琳，2 0 0 6 ) ，还 不足总数的1 0 。 从以上数据可以看出，我国开始研究物理实验教学模式的时间虽早，但仍集中于2 0 世纪以后，建模切入点多针对传统教学模式的弊端；教学目标多是关注培养创新能力、 探究能力等高级智慧技能，尤其培养协作能力的模式居多；教学手段上引进了多媒体和 网络技术；研究深度较表层化等。 从优点上看：更新了教育观念和教学手段，优化教学；学生的自主空间日趋扩大， 在一定程度培养了学生高级智慧技能等。 从不足上看：指导思想不十分明确；实现的教学目标太泛，缺乏针对性；物理实验 学科的独特性表现不明显，操作性不强，易流于形式。 由此可知，对新模式研究仍处于初级阶段，尤其是物理实验网络教学模式。所谓网 络教学是一种基于计算机网络通信系统，利用信息技术和多媒体技术进行师生间的多向 交流的教学方式。网络特质表现为：提供了多样化的更为灵活的双向交互机制；提供了 海量的并处于便于更新的信息资源；能够吸纳更广泛的虚拟学习群体加入等。虚拟实验 室也能弥补现实实验操作中的一些不足，和现实实验互补。网络实际上提供了更为明显 的以学为主的学习环境。 纵观现行物理实验教学模式的形成与发展，概括出其发展趋势为多样化和现代化两 大特征。这主要是由于教学观念的变革，现代教学理论、学习理论的丰富，教学媒体的 进步，物理实验教学内容、任务和对象的复杂多样及教师教学风格等多因素影响所致。 1 1 3 传统大学物理实验教学模式现状 目前，大学物理实验几乎已经成为所有理工类专业的必修课程，且采用网上选 课制度，使学生能够自觉自愿的选择自己喜好的实验内容，这相对于以往的统一排课无 3 基于问题的大学物理实验网络教学模式的研究 疑是个进步，但学生在如何选择适合的实验项目时仍存在盲目性，对课程的实际内容了 解不多，大都是凭借实验名称来选择，导致有时所选内容并非是喜欢的，具有表面化。 其主要不足有以下几点： 1 课前预习无序，对实验课的顺利进行或独立完成不能产生积极的影响。 一直以来，所有的实验课程( 物理、化学、生物等) 课前预习都是课下学生自己完 成的，老师不参与。这种方式打破了课堂上时问和空间的限制，表面上给了学生充足的 时间来查阅资料，主动思考，搭建自己的实验知识系统。然而只有少数人真正做到了这 一点，多数同学还停留在“预习就是写预习报告 、“预习就是浪费时间，看不到仪器 再预习又有什么用? ”等层面上，因此在没有老师参与的无序预习状态下，并没有发挥 其不限制时空的优点，倒像是完全失控了1 2 实验课上老师为主，学生不是做实验，而只是模仿，气氛不活跃。 实验教学是物理教学实施创新教育的重要基础和手段，实验不仅对激发学生学习兴 趣，提高实践能力具有不可替代的作用，而且也是为学生创造新氛围，培养创新意识、 创新思维、创新能力，提高科学素质的有效途径【7 1 。目前，多数实验课还都是老师讲( 学 生听) 老师演示( 学生看) 学生做( 模仿) ，这样一个过程，由于课前预习效果不 佳，因此多数学生都只是在模仿、重复老师的实验动作，可见，整个实验过程都是以“教 师 为中心，只要教学备课得当，那么整堂课也就能够顺利进行下来，学生只是接受刺 激，做出反应，而并没有真正的理解。 此外，由于网上选课存在很大的自由性，同时选择一门课的同学很可能不是同班同 学而是其他院系，同学之间的交流和互动都成了空话，何谈培养学生的创新能力? 3 验证性实验偏多，不易于激发学生探究整个实验过程的好奇心。 目前，所开设的物理实验中，相当大的一部分为验证性实验，即对课堂上学过的定 理或定律进行验证，学生还没做实验，就已经知道实验结果，这样，一方面学生做实验 缺乏兴趣，另一方面当实验数据与理论不符时容易出现自行修改数据的现象，失去了做 实验的意义m j 。 4 实验结果的评定标准单一，不能多方面掌握学生对实验的理解程度。 很多学生都认为上完了实验课，他们的任务就完成了，并不关心自己的成绩高低， 只要拿到学分就行，毕竟不是专业必修课。而老师能评价学生的也只有这一纸实验报告 上面乏味的数据，或是通过简单的记录下谁迟到、谁旷课等等，只能通过看实验报告的 数据准确性来评判成绩的高低，显然这有弊端的，因为实验过程是动态的，一个数据无 法反映实验的全部过程：错误的数据并不能反映该同学实验做的不规范，很可能只是最 后的计算失误造成的，而正确的数据也很有可能是抄袭别人的，没有对学生的操作技能 进行考核，成绩不能反映学生真实的实验水平，这样不利于激发学生做实验的热情和兴 趣，不利于引起学生对实验技术的重视。这样的评定不能判断出学生的动手能力是否有 所增强，也不明确学生是不是真正领会实验内涵了。 4 硕士学位论文 以上这些可以从学生的抽样调查中发现( 见附表b ) ：其中有1 5 的学生仔细进行课 前预习，却有4 8 的学生认为预习对引导实验起良好效果，但并不去仔细预习，5 2 的学 生都觉得预习的效果很小或不明显，因为看不到仪器，因此也不会好好预习，这说明在 自由的空间和时间内，由于预习资料有限，且没有老师的参与，导致预习并没有起到“习” 的效果，所以我们在新的模式中要改变这些不足；6 0 的学生希望能够学好物理实验， 但由于各方面的限制，学习并不能达到理想的效果，8 4 的学生都希望能够提供多种实 验方法，供学生选择，这都说明了学生内心深处的学习热情比较高，只是没有激发出来， 因此我们要在新模式中提供学生的种种需求；5 9 的学生觉得实验报告的批改缺乏互动， 没有太大意义，可见互动在教学过程中的重要性。另外很多学生还对网上做实验提出了 宝贵意见，主要就是希望能够解决动手方面的问题，以及及时有效的交互。 此外，实验仪器的数量不足、逐年老化、设备陈旧落后、仪器的使用、调整及读数 方法都与现代仪器有很大差别等，均不利于培养学生对现代仪器使用方法及技巧的掌 握，造成学生所学实验技术与工作或科研实际情况相脱节的不良后果；新型仪器昂贵： 复杂实验的安全性问题；高校扩大招生，而师资增加速度跟不上等等因素使我们的老师 处于尴尬的境地，即使有新的思路也往往难于实施或落实，因此，基于网络的新型的物 理实验网络教学模式的构建是大势所趋。 1 2 问题的提出 物理实验课程的操作性、缜密性、安全性及综合性等特点决定了物理实验问题的复 杂性和不确定性，所涉及的问题有许多属于复杂和模糊领域的问题，解决起来需有较强 的发散式思维或开放式学习方式。然而我在大学物理实验教学实践中深深地体验到，我 国传统大学物理实验教学依然是以“传递接受式 为主。具体到物理实验学科，就 是教师教知识点，学生记知识点，老师演示做实验，学生模仿老师做实验。目前“上物 理实验就上看老师做，照猫画虎，依葫芦画瓢只要不缺席，成绩不会低 等观点仍 流行于学生当中。传统模式的优势是擅长高效率传递陈述性知识( w h a t 的知识) 如物理仪 器名称、物理量等，但对进一步理解实验过程( h o w 的知识) ，培养学生高级智慧技能如 解决问题能力、反思能力等，则显得苍白无力。原本与实践密切联系的有意思的实验课 变得死气沉沉，造成大多数学生失去了上物理实验课的兴趣。 随着时代的发展，尤其在信息社会和知识经济时代的背景下，物理实验学科的发展 日益呈现交叉化、复杂化和界限模糊化的趋势。因而，物理学传统的综合性和区域性有 纵向和横向的扩展，被赋予了新的内涵，传统的物理实验课的教学模式弊端日益显现出 来。怎么样有利于培养学生的高级智慧技能；怎么样在大学物理实验教学中应用信息技 术等问题便是摆在我们面前的课题。因此，针对传统教学模式，吸收其精华，建构新型 物理实验教学模式势在必行。 素质教育是当今教育之本，它要求建立以学生为中心的自主化学习、教学模式，要 5 基于问题的大学物理实验网络教学模式的研究 求建立新型的师生关系【9 】。目前，建构主义理论影响下形成的比较成熟的教学模式主要 有三种：支架式教学、抛锚式教学和随机进入教学。这些新的教学模式为我们提供了一 定的理论基础。新课程改革倡导科学探究的教学思想，重在培养学生的创新意识和实践 能力，要求重视物理实验，还要加强物理实验的创新。基于物理问题的学习能激活学生 的原有经验，启迪思维；激发学生的探索欲望，培养学生的分析问题和创造性解决问题 的能力，唤起对实验课的兴趣。为了更好的理解本“基于问题的模式”，特把该模式与 传统的教学模式进行比较分析( 如表1 1 ) 。 表1 1 基于问题模式与传统教学模式对比 。传统教学模式 基于问题的网络教学模式 理论基础行为主义，联结主义建构主义 教学 老师知识容器，传播知识知识的良导体，培养学生能力 要素 学生被动的吸收知识有意义的建构、探索知识 媒体为教服务为师生服务 评价注重学习结果注重学习过程和结果 此外，多媒体技术和网络技术具有非线性信息组织和超级链接功能，它是建构学生 自主探究学习环境的技术条件。广东省广东市东山区在“网络环境下学生主动探究学习 习惯的研究 课题研究报告中得到一些结论【l o j ： 学生们利用信息资源提高了主动学习的兴趣； “网中质疑学生们在大量的信息中形成了善于提问题的习惯； “网中探究”形成在网上寻求释疑的习惯； “网中互动形成在网中交流、评价、分享的习惯； “网中自立 形成分析、处理整合知识的习惯； “网中自护”形成鉴别、评判、健康上网的习惯。 由此可见，建构网络下的基于物理实验问题的新型教学模式将是发展趋势。从研究 背景分析可知我国的网络教学模式仍处于初级阶段，而对解决物理实验问题的能力和反 思能力等其他高层次思维能力的系统研究还是很欠缺。 基于上述分析，根据学校的实验条件、个人实践经验等因素，把研究定位于网络环 境下，以问题为切入点构建符合新型人才培养需求的大学物理实验教学模式，旨在提高 学生对物理实验知识的兴趣，促进学生自主创新能力的不断提高，充分利用计算机网络 技术和网络信息资源，改善教学质量，提高教学效率的一种新型网络教学模式。 1 3 研究的内容、意义和方法 1 本文研究的内容 ( 1 ) 结合物理学科特点，在理论的指导和信息技术支持下，初步建构基于问题的 6 硕士学位论文 新型大学物理实验网络教学模式，并采用d i i g o 工具，使师生能够很好的交互。d i i g o ( d i g e s to fi n t e r e s ti n f o r m a t i o n ，g r o u p sa n do t h e rs t u f f ) 即信息、组和其他材 料互联网标注书签，在世界上著名的c n e t ( 全球i t 网站风向标) 杂志2 0 0 6 年评出的互联 网1 0 大“最受欢迎研究工具”中，d i i g o 排名第4 。 ( 2 ) 在新模式的指导下，尝试设计和开发了大学物理实验网络课件多用电表的 设计制作和定标。 ( 3 ) 期望在计算机网络教室开展教学试验，进一步验证和修正新模式。 2 研究的意义 ( 1 ) 本文初步探讨了基于问题的、信息技术与大学物理实验教学整合的模式，其 可操作性较强，对大学物理实验教学有一定的指导作用，并对其他学科建模有一定的参 考价值，实践意义较大。 ( 2 ) 对进一步完善物理实验教学论的理论体系提供了物理实验教学实践经验和理 论性的思考。 ( 3 ) 通过尝试建构基于问题的大学物理实验网络教学模式，力求提高大学物理教 师的科研素质。 3 研究的方法 ( 1 ) 文献法。文献是记载人类知识的最重要的手段，是传递、交流研究成果的重 要渠道和形式，文献作为一种主要的情报源和信息源是进行教学科学研究的重要部分 【1 1 1 。本人确定选题后，围绕选题查阅大量文献资料，包括专著、学术论文、期刊、国际 互联网等。并围绕课题的三大领域，即教学设计、信息技术应用及大学物理实验教学等 进行搜集和整理相关资料，以了解我国目前研究的状况，为下一步研究奠定基础。 ( 2 ) 问卷法。问卷法是指调查者将事先设计好的问卷( 调查提纲或询问表) 通过 组织形式交给被调查者，让其在规定的时间内回答，然后由调查者收回，进行统计汇总， 以取得所需的调查资料的调查方法。本问卷以大二所选物理实验的学生为被试进行抽样 调查，共发放问卷两次，第一次为前期调查，旨在了解学生对当前大学物理实验教学模 式的一些看法，间接说明实验教学模式的现状；第二次为新模式进行试验以后，旨在调 查学生对新模式的适应情况，总结分析新型网络教学模式的可行性、合理性以及不足， 为继续改进起个参照的作用，同时也能看到学生信息素养方面的一些不足。 ( 3 ) 试验法。通过教学试验初步验证新模式的合理性和可行性。本研究以大二学 生为被试，应用新模式下开发的大学物理实验课程网络课件，在学校网络教室进行大学 物理实验课程的教学。本试验过程包括预试验和正式试验。 另外，还运用了观察法等来收集相关信息。尽量做到多种研究方法并存互补，定性 与定量分析相结合提高其科学性。 7 基于问题的大学物理实验网络教学模式的研究 第2 章构建基于问题的大学物理实验网络教学模式 基于问题的大学物理实验网络教学模式主要针对传统教学模式的不足，探讨学生如 何通过新型的实验教学模式建构实验知识，培养社会发展所需要的具有解决问题能力和 创新精神的人才。教学目标是教学模式构建的导向，不同教学模式有着不同的教学目标。 建构某种教学模式是为实现特定的教学目标服务的。本模式对应的主要物理教学目标 是：第一，注重学生主动建构物理实验知识。第二，重点培养解决物理实验问题的动手 能力和创新意识。第三，注重培养学生的对物理实验的兴趣、求实态度、做事谨慎小心 的态度和物理科学观念。 2 1 网络教学模式的建构 2 1 1 建立开放的教学系统 系统论是从当代生物科学和物理科学中抽象出来的共同理论，而且在古代科学中能 找到它的原型( 如马克思与黑格尔的辩证法、十二世纪伟大思想家朱熹建立的哲学体系 以及五行学说等) ，主要创立者是美籍奥地利生物学家贝塔郎菲，他于1 9 4 7 年发表了一 般系统论【1 2 】。系统论是关于研究一切系统的模式、原理和规律的科学，核心思想是寻 找建立一定结构形式联结构成的具有某种功能的有机整体。处在一定相互联系中，与环 境发生关系的各个组成部分的整体，即是系统：自然界是一个巨大的系统，人类社会是 一个大系统，人类的思维也是一个复杂的系统，宇宙中的任何一个客观事物都是以系统 形式存在着、发展着。它认为任何事物是都处在一个相互联系的统一体中，世界上每一 事物的存在和发展变化，都和其它事物是联系的，我们要解决问题，认识事物，必须从 整体上把握事物各方面的联系。 从系统论的观点出发，教学系统是社会系统的子系统，而教师、学生、计算机网络 则是构成网络教学系统三个要素，教学系统通过教学双方的心理、行为等因素的结合、 联系以及与计算机相互作用而形成，是具有培养人才这种特定功能的有机体系。依托“以 学生的发展为中心，教师主导教学与学生自主学习结合”这一教育思想，普及自主学习 是开展素质教育的必要条件，也是学生成功学习的基础，且学生步入社会时的自主学习 水平是对其一生的学习、发展和成才具备特殊意义，故应把强化、优化学生的自主学习 观和自主学习能力作为师生的一大教学目标，将这种改革作为新世纪教学任务的战略性 调整【1 3 1 。 教学系统是一个复杂的巨系统，系统不是各要素的简单集合，组成教学系统的各个 要素不是孤立存在的，而是为了达到系统的基本功能相互密切联系在一起的。根据系统 理论，教学系统要满足以下几个条件：首先，本系统是开放的( 开放性是系统与外界进 8 硕士学位论文 行交流的必要条件) 。学习材料上开放，可通过网络联系系统内外资源，获取有关最新 信息等；互动对象上开放，通过网络联系着同学、教师、网上专家等；还有学习方式上 开放等。教学系统需要与外界环境交换信息来破坏旧的信息成分，不断组建新的信息成 分，实现自我维持，否则系统内各要素会逐渐衰败，导致系统的最后瓦解。其次，系统 的非线性相互作用( 形成有序结构的内部原因) 是对系统要素相互联系、相互作用的复 杂性的一种描述。系统内教师、学生和计算机三要素，在网络支持下，要素间非线性相 互作用形成复杂的网络结构。如学生既可以直接与教师互动，也可以通过网上通讯 e m a i l ，b l o g 等方式与教师间接交流。再次，系统要有明确的目的性和可控性。由密 切相关的各要素构成的网络教学系统是围绕着一定的教学目的运行的，即本网络教学系 统是为了向学生传播系统的大学物理实验知识，使他们的思维、动手能力等素质得到全 面发展，成为对社会有用的人才。明确的教学目的有利于提高教学系统的有序性，使进 入教学系统的各要素具有共同的运动方向，从而有效地实现教学系统的既定功能。同时， 教学系统既定功能的实现是需要有协调和控制的机制的，因为一个系统要获得所需要的 行为，维持正常的运动，少不了对各要素运动的控制。控制的基本条件是反馈，就是要 有信息的双向传递。如果不经常的、及时地得到反馈的信息，教学这样的复杂系统就难 以做到有效的控制，难以达到预定的日的。 综上所述，要想获得较好的教学效果，即实现系统功能的优化，必须应用系统科学 的理论与方法，关注教学系统的各种特性，整合教育系统中的各个要素，进行正确的教 学分析，选择科学的教学策略并形成客观的教学评价，从而使教育这一复杂的巨系统实 现功能的最优化1 2 1 2 开拓物理实验教学策略 美国视听教育家戴尔在1 9 4 6 年所著的教学中的视听方法一书中提到的“经验之 塔 理论是视听教育的主要理论根据。“经验之塔”从下到上为：( 1 ) 有目的的直接经 验；( 2 ) 设计的经验；( 3 ) 演戏的经验；( 4 ) 观察示范；( 5 ) 见习旅游；( 6 ) 参观展览； ( 7 ) 电视、电影；( 8 ) 静态图像、录音、无线电；( 9 ) 视觉符号；( 1 0 ) 词语符号。其 中( 1 ) 一( 3 ) 属于做的经验，( 4 ) 一( 8 ) 属于观察的经验，( 9 ) 一( 1 0 ) 属于抽象 的经验。其理论要点是：1 、最底层的经验最具体，越往上越抽象，各种教学活动可以 依其经验的具体抽象程度，排成一个序列；2 、教学活动应从具体经验入手，逐步 进入抽象经验；3 、在学校教学中使用各种媒体，可以使教学活动更具体，也能为抽象 概括创造条件；4 、位于“塔”的中间部位的那些视听教材和视听经验，比上层的言语 和视觉符号具体、形象，又能突破时间和空间的限制，弥补下层各种直接经验方式之不 足。 随着现代信息技术的发展，教学媒体种类及其功能发生了很大变化。物理实验教学 策略的“经验之塔也应该顺应时代的潮流。网络化时代使“做的经验 包含了一定的 9 基于问题的大学物理实验网络教学模式的研究 虚拟成分，有许多事情我们在虚拟的网络世界同样可以获得做的经验。对于观察示范、 见习旅游、参观展览，我们当然可以从现实的实际活动中获得，但进入网络化时代后， 使所有的这些经验都可以从网络中很容易地得到。口头语言、文字等信息的数字化，使 其存储、检索、传播变的更方便更简单。同时加上物理实验课程本身的特殊性，对原有 “经验之塔 做几点改动： ( 1 ) 用课前预习代替“做的经验”。在这部分中，把有目的的直接经验改为重述现 实中的物理现象，唤起学生对自身体验的记忆；综合设计的经验改为设计或选择合适的 实验方案。主要是在围绕问题的前提下，插入大量可放大的图片来展示各种实验仪器， 以及插入n 嬲h 动画和视频等展现各种真实物理现象。当掌握了这些知识后，进入到实验 室进行做实验。 ( 2 ) “观察的经验则主要包括三个部分，对虚拟实验记录的观察、对动手实验过 程中所呈现的现象的观察以及现实中的观察，其中“现实中的观察 这一实际经验作为 学生课后自觉完成的一部分。学生不紧要观察现实或虚拟现实中的实验操作，同时还要 切身的在虚拟环境中“动手”做出实验，以此来培养学生的学习能力和想象力。 ( 3 ) 把数据分析与总结、评价与交流类比为“抽象的经验”。把视觉符号和词语符 号转化为学生实验之后的策略，可以通过语言文字进行交流，可以自评和互评，同时形 成电子文档，交给老师，作为老师评价学生的一部分。 其对比如图2 1 ：戴尔“经验之塔 与大学物理实验新模式的“策略之塔 。 图2 1 戴尔“经验之塔”与大学物理实验新模式的“策略之塔” 1 0 硕士学位论文 2 1 3 派生新的物理实验教学环节 抛锚式教学模式是由约翰布朗斯福特领导的温特比尔特认知与技术小组( t h e c o g n i t i o na n dt e c h n 0 1 0 9 yg r o u pa tv a n d e r b i l t ，简称c t g v ) 开发，它深受目前西方 盛行的建构主义学习理论影响，是一种以技术学为基础的一种重要的教学范型【1 4 1 。c t g v 提出了抛锚式教学的课程设计，并对具体实施抛锚式教学的方法以及应当注意的问题提 出了一系列较为完整的理论，为教与学提供一个可以依靠的宏观背景。要求建立在有感 染力的真实事件或真实问题的基础上。确定这类真实事件或问题被形象地比喻为“抛 锚”，因为一旦这类事件或问题被确定了，整个教学内容和教学进程也就被确定了( 就 像轮船被锚固定一样) 。建构主义认为，学习者要达到对该知识所反映事物的性质、规 律以及该事物与其他事物之间联系的深刻理解，就需要在真实的环境中通过自主探索获 得经验，来建构新知识的意义。因这种教学强调创设真实情境，主张教学以真实的事例 或问题为基础，所以又称“基于问题的教学。抛锚式教学大致由以下几个环节构成： 创设情境；确定问题；自主学习；协作学习；效果评价【1 5 】。 本模式是以上述各环节为参照，并考虑物理实验学科特点、网络特性及复杂系统内 各要素之间的影响而形成新的物理实验教学活动环节：首先，整合原模式中创设情境 和确定问题来创设物理问题情境：整合物理实验课程知识，创设物理问题情境。其次， 整合原模式中自主学习和协作学习形成复杂的多元互动教学系统：学生、教师、计 算机网络相互作用，且学生、教师既可以直接交流，也可以通过计算机间接互动形成复 杂系统。由于大学物理实验课程的特殊性，重点培养学生的动手能力，所以加入“设计 实验方案和做实验 为教学活动的第三阶段。最后对原模式中效果评价进一步丰富发 展形成反思、探究与评价阶段：促进学生思维扩展，