（课程与教学论专业论文）大学物理网络课程系统研究与开发.pdf

大学物理网络课程系统研究与开发 摘要 利用i n t e r n e t i n t r a n e t 开展网上教学，已成为现代教育教学改革的一种新 模式。基于w e b 的网络课程开发正成为研究的热点。 本论文调研了国内外网络课程、网络教育的发展现状和工科物理教学现状； 探索利用网络课程构建工科物理教学改革的新模式：对开发网络课程的各个方 面：理论依据、构成要素、开发流程、多媒体技术和导航、交互、页面设计技术、 访问数据库技术以及网络课程的运行环境等进行了探索与研究。在此基础上，研 制开发出大学物理网络课程的平台和框架，并编制出物理光学部分的具体课件。 对大学物理网络课程的维护和扩展也进行了探讨。 关键词：工科彰澎教育西影网络寂者7 网络课程物理光学素质教育 、一、wo s t u d ya n dd e v e l o p m e n t o nt h en e t w o r kc u r r i c u l u ms y s t e m f o r u n i v e r s i t yp h y s i c s a b s t r a c t t h eu s eo fn e t w o r ke d u c m i o nh a sb e c o m ean e wm o d e li nt h ef i e l do fm o d e m e d u c a t i o n a lr e f o m l a t i o n n ed e v e l o p m e n to fn e t w o r kc u r r i c u l u r nb a s e do nw e bi s b e c o m i n g t h er e s e a r c hf o c u s t h e p a d e rs u r v e y sa n ds t u d i e st h es t a t u sa n dd e v e l o p m e n t o fn e t w o r kc u r r i c u l u m a n dn e t w o r ke d u c a t i o na th o m ea n da b r o a da n dt h et e a c h i n gs t a t u so ff u n d a m e n t a l p h y s i c so f t h ee n g i n e e r i n gc o u r s e ；p r o b e si n t on e t w o r kc u r r i c u l u ma san e wm o d e li n f u n d a m e n t a l p h y s i c s o ft h e e n g i n e e r i n g c o u r s e t e a c h i n gr e f o r m a t i o n ；d i s c u s s e s r e s p e c t i v ea s p e c t i n d e v e l o p i n gn e t w o r kc u r r i c u l u m s u c ha st h e o r yf o u n d m i o n ， c o m p o n e n t s ，d e v e l o p m e n ts t a g e ，m u l t i m e d i a 、n a v i g a t i o n 、i n t e r a c t i o n 、p a g ed e s i g n 、 d a t a b a s ea c c e s st e c h n o l o g ya n dt h er u n n i n ge n v i r o n m e n t ；o nt h eb a s i so ft h ea b o v e ， d e v e l o p st h ep l a t f o r ma n df r a m eo fu n i v e r s i t yp b y s i c sn e t w o r kc u r r i c u l n ma n dt h e c o n c r e t ec o u r s e w a r eo n p h y s i c so p t i c s ；a tt h es a m et i m e ，p r o b e si n t ot h em a i n t e n a n c e a n d e x p a n s i o n o f t h eu n i v e r s i t yp h y s i t sn e t w o r kc u r r i c u l u m k e y w o r d s ：f u n d a m e n t a l p h y s i c so f t h ee n g i n e e r i n gc o u r s e e d u c a t i o n a lr e f o r m a t i o n n e t w o r ke d u c a t i o n n e t w o r kc u r r i c u l u m p h y s i c s0 p t i c s q u a l i t ye d u c a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得盒塑王些盍堂 或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名 缮字鼋 签字日期：d 3 年仁月7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盒8 i 王些盍堂有关保留、使用学位论文的规定 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权佥妲王些盔堂可以将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、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：张字事 签字日期： 6 ；年啦月7 日 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 电话 邮编 琴日 瞅叫 刀q1年 ， 秒 氢 副 刚 黾 参 致谢 在即将毕业之际，首先向我的导师邓铁如教授表示深深的感谢! 感谢邓老师 两年多来在学习、生活方面给予我的无微不至的关心、指导和帮助。邓老师渊博 的知识、严谨治学的科学态度、开拓进取的创新精神和对工作的万分热情，以及 宽以待人、严以律己的高尚情操，使我终生受益。在今后的工作、学习和生活中， 我将牢记邓老师的谆谆教诲，勤奋学习，努力工作，诚实做人。 感谢何晓雄教授在我研究生学习期间给予的悉心关怀和热情指导。在此也向 邓小玖教授、罗乐副教授、高峰副教授、吴本科副教授和胡亚敏老师给予我学习 上的指导表示诚挚的感谢。 感谢李国祥副教授在我论文撰写期间给予的热情指导。特别感谢余嵘华老师 在课题研究和材料素材方面给予的无私帮助和支持。 感谢2 0 0 0 级研究生刘成岳、孙林、胡智文、张鉴、朱晓翔、袁航、张静、 李锋刚、时钟涛、王建国、刘彩霞、姚凤薇、杨艳芳、王红艳、崔莉莉等给予的 帮助。 感谢我的父母和兄弟姐妹，感谢他们多年来对我的大力支持! 感谢我的爱人 肖鸿，在读研期间，我没有尽到作为丈夫应尽的责任，在此，向她表示深深的歉 意! 衷心感谢她多年来对我的默默支持和那份深深的爱! 感谢所有帮助过我的亲人、领导、老师、同事、同学和朋友! 张学勇 2 0 0 3 年2 月 第一章前言 二十一世纪，人类已迈入信息化社会。计算机技术、网络技术和信息技术的 迅速发展，对高等教育提出了更高的要求也为高等教育改革带来了千载难逢的机 遇，利用i n t e r n e t i n t r a n e t 开展网上教学，已成为现代教育技术应用的一种新 模式。基于w e b 的网络课程以其知识信息量大、教学方式生动活泼、声像辉映、 图文并茂、交互方式灵活多样和教学内容易于更新等优点赋予了网络教育强大的 发展动力，正成为各个教育机构研究开发的热点。 本论文源白导师邓铁如教授参与、余嵘华老师主持的、合肥工业大学 2 0 0 1 - - 2 0 0 3 年度校级教学研究项目“大学物理i n t e r n e t 网上教材编制”。 它是响应教育部启动的新世纪网络课程建设工程的号召，根据工科物理内容体系 教学改革的实际需要，以高等教育学和物理课程教学论为指导，积极探讨网络课 程编写的理论基础和应遵循的原则，进而制作大学物理网络课程。 大学物理是门重要基础课，引入多媒体技术开展计算机辅助教学一直是物 理教研、教改的重要课题之一。现已开发出的众多物理c a i 课件，虽然改变了传 统的教学模式，带来了新的气象，但是，正如众多的新生事物一样，在初始阶段 很难达到完善，都存在着不同程度的不足。 随着i n t e r n e t 的崛起，网络教学易于实现资源共享，具有时空不限、多向 互动、协同互助、实时反馈、可实现异地教学和远程教学等优点，为大学物理现 代教育教学改革提供了技术上的支持并开辟了新的途径。网络课程以其丰富的超 文本信息，强大的交互性，良好的跨平台特性，广泛的覆盖性，可移植性和易扩 充性受到了人们的极大关注。在国内高校大规模扩招的今天，潜心研究开发大学 物理网络课程，普及推广它的应用，对授课面广、作业训练量大、学生人数多、 师资明显不足且工作量繁重的大学物理教学来说，意义十分重大。但目前研究工 科物理通过i n t e r n e t 进行网络教育的教学方式及其网络课程的编写，尚不多见。 作者所接触到的少数网络课件多以文本为主，有的几乎就是将书本搬到屏幕，未 能发挥多媒体的长处，还有很大的改进余地。本课题的研究，希望能在充分发挥 多种媒体功能，以实现最佳教学效果方面作一些探索。 通过广泛阅读和调查分析，我们首先对开发网络课程的理论基础、设计原则、 网络课程的构成要素、多媒体制作技术以及网络课程运行环境等方面进行了深入 地探讨和研究。 在大学物理网络课程的开发方面，我们贯彻现代教育理念，树立以学生为主 体、为学生服务的思想，针对目前已有的多媒体课件，大部分以文本、图片为主， 未能充分发挥多种媒体技术的优势这一现状，在我们开发的课件中综合运用了文 字、图形、动画、音频、视频等多媒体手段，努力突破学习中的重点和难点，注 重营造一个图文并茂，视频与音频结合，效果良好的学习氛围，尤其注重帮助学 生建立正确的物理图象，形成良好的物理直觉，以利于能力的培养和素质的提高。 参照国家教委工科物理课程指导委员会颁发的大学物理教学的基本要求，我 们在网络课程内容的选定、结构的安排、教学对象的分析以及在编制的文字脚本 和制作脚本方面都做了广泛的比较、详细的分析和精心的准备。采用模块化的设 计方法，把大学物理网络课程的内容体系分为力学、热学、电磁学、光学和量子 物理学五个部分，同时每部分又具体包含课程内容、物理实验、习题选解、视频 讲解、在线测试、网上论坛、阅读材料和友情链接等几个小模块，从而使研制出 的大学物理网络课程具有高度的开放性和良好的交互性及网络资源的丰富性，满 足了学生个性化和协作化的学习要求，有利于学生的知识建构、创新意识和创新 能力的培养，也有利于提高教学效率，它对工科物理教学改革将起到积极的推动 作用。 在大学物理网络课程的具体开发过程中，我们也在以下几个方面开展了深入 地探索，包括图形的制作、动画的实现、声音的录制和合成、视频的采集和编辑 等各个方面。为了保证多种媒体的高度集成和网络课程的运行质量，我们全盘考 虑、综合运用了各种制作工具和开发软件如d r e a m w e a v e r 、f l a s h 、f i r e w o r k s 、 p r e m i e r e ，p h o t o s h o p ，a c c e s s ，h t m l ，j a v a 、a c t i o n s c r i p t ，j a v a s c r i p t ? a s p 等。特别针对网络课程中的导航问题展开了深入探讨，提出主体导航、当前位冠 导航和页面导航的策略，这对实施教学计划和实现教学目标具有十分重要的作 用。同时也对网络课程的页面设计包含排版、布局、颜色的搭配、字体的大小等 方面进行了权衡和选择，力求各页面之间字体、字型、色彩保持一致与和谐，避 免过多的变化。我们还围绕动态网页的制作与实现，就访问数据库的各种技术进 行了深入地比较与分析，提出了利用“a s p + a c c e s s ”的优化方案。 多媒体c a i 课件开发是项艰巨的系统工程，不可能一蹴而就。我们开展研 制也只有一年多时间。根据导师的建议，可以借鉴上届师兄研制多媒体c a i 课件 的成功经验与做法，每届都在一定基础上提升一个档次，这样坚持下去，滚动开 发，就能日渐提高不断完善。本网络课程在往届制作多媒体课件工作的基础上， 重点加入了动画、音频、视频，同时具体地实现了一段物理光学的教学课件。特 别在制作工具的选择，功能模块、页面设计与导航等方面作了以下改进： 考虑网络课程的开发、维护及应用范围，制作工具我们选择可视化网页制作 工具d r e a m w e a v e r ，它除了具有强大的动态效果制作能力外，方便简洁的操作界 面更是独具特色，而且还具有方便快速的文本编排、专业的h t m l 的编辑功能， 甚至还包括了许多站点管理功能和f t p 客户端。使用d r e a m w e a v e r 可以制作各种 效果的网页，它对d h t m l ( 动态网页) 的支持特别好，可以做出很多眩目的互动 页面特效，它插件式的程序设计也使得其网页编辑功能无限地扩展。从而突破受 原先制作工具环境的限制，研制的课件媒体单调、不易及时更新、维护困难的缺 点，使课件对多种媒体的支持以及它的维护、二次开发变得十分简单。 课件的结构设计采用模块化、非线性的超文本方式，突破原先的线性文本结 构方式。使学生在阅读时不必一页一页地顺序进行，这样他们将不再受软件自身 进程的限制而具有直接获得信息的自由。模块功能的增加如网上论坛、与我联系 和在线测试，则有利于师生及时交流，有利于学生合作学习，也可使考试和答疑 移出课堂，减少课堂占用的时间，提高教学效率。而增加友情连接、阅读材料模 块，提高了课件的开放性，扩展了学生的阅读面，有利于学生开拓视野和知识建 构。 对导航这一关键技术，我们改进原先导航方式的单调与不足，采用多种方案 并进，如主体导航、当前位置导航、页面导航和菜单导航等，避免了“迷航”现 象，方便了学生的学习，有利于教学目标的顺利实现。 加入了动画、音频、视频等多种媒体，在揭示物理规律及其内在联系，建立 正确的物理概念和物理图像方面弥补了原先课件的不足，对激发学生的学习兴 趣，提高学生的学习效率，具有重要意义。特别是利用网络，结合数据库的建设， 赋予了课件更强大的功能，采用数据库增加了课件的扩充性及维护性，采用网关 等技术则实现了交互性。它们有利于学生素质的提高和动手能力的培养。这些都 是原先课件所没有的。 开发出的大学物理网络课程力求做到界面美观、布局合理、导航清晰、操作 方便而且要求管理功能完善、维护简单、容易扩展，特别是要具有强大的交互性 和开放性。它既能用于辅助课堂教学( 单机版) ，也适合于i n t e r n e t 上传播( 网 络版) 。作为计算机辅助教学，大学物理网络课程的应用，对传统大学物理教学 来说，是一种有益的补充。随着网络技术和信息技术的发展，研制与开发的大学 物理网络课程对基于网络的远程教学来说，意义也十分深远：它可极大地满足人 们的求知欲望，实现高等教育大众化，构建终身学习体系。 当然，由于实际条件和时间的限制，开发出的大学物理网络课程还不完善， 在有些功能模块上，需要进一步填充，特别是在对数据库的访问技术，在物理实 验的三维动画即虚拟现实方面，也存在不足，仍需我们在以后的工作中加以进一 步的研究与完善。作者希望本课件能成为网络课程系统滚动开发中有意义的一个 版本。 第二章网络课程与工科物理教育 2 i 计算机网络和网络课程简介 2 1 1 计算机网络 可以说没有网络就没有计算机通讯高速发展的今天。计算机网络，广义上讲 就是将多台计算机通过某种形式及协议进行联接，实现资源共享和协同工作，更 大限度地发挥计算机的使用性能。 在计算机通讯中，从网络范围和计算机之间互联距离来看，计算机网络可分 为局域网、广域网，以及世界上最大的计算机互联网络i n t e r n e t 。”1 i 、局域网( l a n ：l o c a la r e an e t w o r k ) 局域网通常工作在较小的区域内，一般是指覆盖范围在几百米到2 0 k m 左右 的网络。它是将多台计算机联接在一起，采用分组交换技术使它们相互通信，共 享资源。其基本结构如图卜i 所示。 lh u b 图l i ：局域网示意图 在教学网络设计中，就广泛采用了这种对等网络的设计，多台电脑通过分组 交换机( h u b ) 联在一起构成一个局域网。随着新型的传输介质( 如光纤等) 的 投入使用，局域网的传输速率可达到l o o m b i t s 以上，在网络上传输声音、图形、 图象等多媒体数据信息已完全可行。目前，各高校都在积极利用高速的局域网大 力发展网络教学。 2 、广域网( w a n ：w i d ea r e an e t w o r k ) 广域网是一个松散定义的计算机网络概念，它是指组在地域相隔较远、但 逻辑上联成一体的计算机系统，它的覆盖半径大于5 0 k m 。广域网通信的传输装 置和介质一般由公用电信部门提供，可遍及本市或全国甚至全球。 3 、因特网( i n t e r n e t ) i n t e r n e t 是全世界最大的计算机网络，它实质上是由多个广域网和局域网 通过t c p i p 协议共同联接在一起的一个世界范围的网络集合。借助标准的协议 t c p i p ，能够使各个基于不同平台的广域网和局域网实现互连，这是计算机历史 上的一个重要成果。从此，计算机借助网络，发挥着更为巨大的作用，可以说， 没有因特网，计算机就没有今天的发展。 4 、万维网( w w w ) ”。 万维网或环球网w w w ( 3 w ) 是w o r l dw i d ew e b 的缩写，有时也称w e b 。 w w w 是基于超文本技术将许多信息资源连接成的一个信息网，并通过超文本 传输协议( h t t p ) 以网页的形式向用户提供多媒体信息。每一个网页中的信息可 以是文字、图片、动画、声音以及视频等各种类型，这些网页都存放在全世界成 千上万的w w w 服务器上，当你上网时就可以使用浏览器访问全世乔任何地方的 w _ l i n v 服务器上的信息。 w w w 是近年来在i n t e r n e t 上发展最迅速的一种信息服务。与i n t e r n e t 建立 连接之后，就可以上网冲浪，共享i n t e r n e t 上的浩如烟海的信息资源。但是要 查找或浏览w 唧服务器上的网页，获取其上面的信息，就需要有一种专门的浏览 工具，那就是人们常说的浏览器。 浏览器是一种计算机应用软件，通过它可以浏览计算机磁盘中的内容，也可 以是w w w 服务器上的网页( w e b 页) ，它是w w w 的窗口，通过这个窗口可以浏览 丰富多彩的w w w 世界。浏览器的种类很多，如微软公司的i n t e r n e t e x p l o r e r ( i e ) 、网景公司的n e t s o a p en a v i g a t o r 以及北欧的o p e r a 等，它们各 有所长。目前，最为常见的是前两种。 2 1 2 网络课程“1 网络课程顾名思义就是用于网络教育的课程，它是通过网络来表现的某门学 科的教学内容及实施的教学活动的总和。换句话说，网络课程就是以网络为媒介、 通过网络实施的，有计划的达成某种预期学习结果的经验传递活动。从静态的视 角来看，它是可供网络学习的内容凭借；从动态的视角来看，它还包括传递这一 内容的实施过程与互动活动。 网络课程一般包括两个组成部分：教学内容( 按一定的教学目标、教学策略 来组织) 和网络教学支撑环境( 由支持网络教学的软件工具、教学资源以及在网 络教学平台上实施的教学活动所构成) 。 网络课程一般具有以下几个特点5 3 ： l 、跨越时空 网络课程最大的一个优势在于它摆脱了时间、空间上的局限，使得教学更灵 活，更能体现学习的自主性，满足个别化的要求。网上教学可以是非实时、非在 线的，它不仅可以满足那些师生相距遥远的教学，还适合那些成年人的继续教育 和职业教育。 2 、学习内容以多种媒体呈现 众所周知，没有任何一种媒体可以完全代替所有其它媒体，通过网页形式开 展教学的网络课程根据具体知识的要求采用文本、声音、图像、动画等多种表现 形式，各种媒体可优势互补，使教学更生动、逼真，有助于提高学习者的学习兴 趣和学习自觉性。 3 、网上资源丰富 网上每一门课程都包含大量与课程内容相关的其它信息或其它网站的链接， 在良好的导航结构的前提下，学习者在学习时可根据需要进入不同的网站去浏览 相关的内容，使教学形式更灵活，教学内容更丰富。 4 、课程内容可动态更新 课程的开发者和教师可以根据不同的需要随时进行补充、修改或更新网页上 的内容，以此使教学内容更加有效，使教育的时效性得到增强。 5 、交互方式多样，反馈及时 在网络课程的学习中，学生与学生、学生与教师可以采用e - m a i l 、网上论 坛等多种形式发送和接收信息，适用于合作学习的学习模式。教师对学生的作业 批改、问题解答也更便捷，学生上交的作业可以在几分钟甚至在几秒钟之内就可 以得到教师的反馈信息。 网络课程充分体现了网络的特点，构建多媒体化的、接近真实知识实体的、 自主和协作式的学习情境。 2 2 国内外网络课程的发展现状 2 2 1 国外网络课程的发展现状 在世界范围内，网络时代信息化社会的到来，正一步步推动学校教育改革， 学生在网络上的虚拟学校中学习的新型教育模式已悄然兴起。到目前为止，美国 已有8 0 所大学通过网络修得学位，网上虚拟大学开出的网络课程也覆盖了各个主 要的学科领域“1 。另外，加拿大、英国等其它西方国家也都在大力开展网络教育 工作，开发的网络课程科目较多，范围很广，涉及理、文、农、工和生活等诸多 方面，并且质量也很高。 2 2 2 我国网络课程的发展现状 与西方发达国家相比，国内的网络技术应用工作开展地相对较晚。1 9 9 5 年 底我国才正式建成和投入使用首条覆盖全国的计算机互联网络c e r n e t ( 中国教 育科研网) 。受技术条件的限制，国内在c e r n e t 建成后才开始进行网络教学的 研究工作，但发展相当迅猛。目前，教育部己先后批准了清华大学、北京大学、 北京邮电大学、浙江大学、东北大学等6 7 所高校作为现代远程教育的试点单位， 成立了网络教育学院并设立了相应的教学站点。这些高校都陆续提供了自己的网 络课程( 如浙江大学远程教育学院4 个专业设置了5 7 门网络课程，清华大学网 络学堂仅2 0 0 0 年秋季6 个专业就提供了4 2 门课程) ，但主要集中在文科类和计 6 算机类方面，理工类很少见到，特别是大学物理网络课程，更是少之又少。 由于我国高等院校步入网络教育领域时间不长，在网络课程建设以及开发出 的网络课程种类、网络课程内容质量以及实时交互性等方面与西方发达国家相比 都还有很大的差距。 为了加强教育信息化建设，我国政府和教育部门高度重视网络课程的全面开 展。 在政策上给予支持：教育部于1 9 9 9 年启动新世纪网络课程建设工程，重点支 持若干所高等学校网络课程的建设和应用。规划目标的重点是建设2 0 0 f 7 左右基 础性的网络课程。2 0 0 2 年4 月2 9 日，又正式启动了一批包括初中、高中、大学本 科和研究生培养在内的系统网上课程的研究与开发。 在研发上加强规范：教育部制订了现代远程教育资源建设技术规范( 试行 稿) ，为网络课程的开发提供了方向和依据。从而在网络课程建设工作中避免出 现多种类型的网络课程观4 1 。在实践上，众多高校特别是各自的网络学院和各中 小学网校都在积极开发大量的网络课程。 在应用上大力推进：当前世界网络课程正向第三代发展，而我国的网络课程 大部分处于第二代，有一些还处于第一代，因此我国网络课程必须实现跨越式发 展才能紧跟时代的步伐。所谓网络课程第一、二、三代，按照金伯格( g i n s b u r g ， 1 9 9 8 ) 等人的分法：通过网页给学习者提供教学材料和有关资料，以及与其他的 有关教育网连接的称为第一代：第二代是指除了在网上提供学习材料外，还要求 学习者通过电子邮件、电子公告栏、网上练习和测试进行异步双向交流；除了第 一代、第二代外，还具有通过网上交谈室、电话会议、视频会议系统进行同步双 向交流的称为第三代。目前，只有北京邮电大学、浙江大学、湖南大学、清华大 学等极少数高校的网络学院采用视频会议系统“1 。 2 3 工科物理教学现状及面临的困难 2 3 1 大学物理的地位和作用 物理学是一门重要的基础科学，物理学的思想方法和研究方法几乎应用于自 然科学的每个领域，它不仅是整个自然科学发展的基础，而且是产生科学技术、 特别是近代高新技术的主要源泉。如计算机科学的建立，生物学、医学、材料技 术等学科取得的突破性的进展，都是与物理学相结合的结果。同时物理学也是充 满生机、富于创新精神的学科。中外大量教育实践都表明，物理教育在培养学生 科学素质、科学思维方法及科学研究能力，尤其是在培养创新人才方面具有其它 学科无法替代的特殊作用。1 。掌握物理学知识、物理思想和方法，是当代科技人 才的一个基本要求。 2 3 2 大学物理教学现代化势在必行 随着科技的发展和社会的进步，2 1 世纪是一个高新科技飞速发展，各种学 科相互交叉、相互渗透更为明显的世纪。对具有创新精神、高适应性科技人才的 需求也更为迫切。这样就对大学物理教学提出了更高的要求，培养具有创新能力 的高科技人才成为大学物理教学的主要任务。 客观地讲，当前大学物理教学改革面临的形势十分严峻“，一是教学学时不 够；二是教学内容部分与中学重复，加之起点不高，因而学生感到没有新意，学 习热情不高；三是学生处理实际物理问题的能力急待加强；四是教学内容体系陈 旧，未能处理好经典体系与近代理论的关系，特别是物理学原理在工程技术及高 科技中的应用、现代物理学的发展及重大科技成果没有纳入物理教学，物理学前 沿内容在教材中没有反映：五是教学方法、教育思想和教学模式部分还是应试教 育的延续，忽视了对学生独立获取知识能力的培养和对他们的探索精神和创新精 神的培养；六是考试方法上仍沿袭应试教育的方式，使学生的注意力仅局限在背 一些物理定义、定律和做习题上，忽视了对物理思想、方法、概念及物理图象的 学习和理解，限制了他们的想象力。面对这一现实，大学物理教学改革势在必行。 在改革大学物理课程体系和解决教学内容现代化和先进性问题的同时，要增强理 论知识的应用和实践性，并处理好传统基础知识与本学科新理论、新发现的关系， 特别是教师要能适应现代教育理论和物理学科发展的要求，转变教学思想和教学 模式1 。 计算机辅助教学c a i ( c o m p u t e ra s s i s t e di n s t r u c t i o n ) 作为一种先进的教 学模式与教学手段，为解决这些问题提供了一个很好的思路，对大学物理内容的 集约化和现代化，对人才素质与能力培养，尤其对学生创新能力的培养都起到一 定的积极作用“。 2 3 3 传统物理c a i 课件的不足 计算机辅助教学最早起源于5 0 年代末6 0 年代初的欧美，至今已有4 0 多年 的历史。在这4 0 多年中，随着计算机技术的迅速发展，c a i 工作取得了长足的 进展，特别是近几年，伴随着应用领域的不断扩大和深入，研制开发多媒体c a i 软件越来越受到重视，c a i 课件作为教学媒体，可为学生提供一个良好的教学环 境，学生可通过与计算机的交互对话进行学习。毋庸置疑，这些c a i 软件在知识 和技能的获取方面确实发挥了较大的作用。物理c a i 也不例外。 但传统类型的物理c a i 课件由于受开发环境和开发工具的限制，它们已不能 满足现代教育技术发展的要求。主要表现在以下几个方面： i 、软件的辅助层次较低，主要限于知识和技能的获取方面，不能应用知识 分析问题和解决问题，更无法创造性地解决问题； 2 、软件的人机界面较差，某种程度上人机界面所产生的心理障碍阻碍了学 生的学习热情，降低了学习效果； 3 、软件均采用线性文本结构，而这种结构的缺点是：学生在阅读时必须一 页一页地顺序进行，他们没有或很少有脱离开软件对进程的限制而直接获得信息 的自由； 4 、软件的表现手段过于单调，仅限于文字、图形和少量简单的动画； 5 、软件内容更新困难，不易维护与扩充，二次开发性差，知识信息量小。 随着i n t e r n e t 和网络技术的飞速发展，特别是宽带的快速普及，基于w e b 的网络课程( 课件) 以其丰富的超文本信息，强大的交互性，良好的跨平台特性， 广泛的覆盖性，可移植性和易扩充性弥补了传统意义上c a i 课件的不足。它更符 合现代教育教学的实际和现状，同时它也推动了网络教育的应用发展，为计算机 辅助教学开辟了更多的途径和更为广阔的应用前景。 2 4 引入网络教育，构建工科物理教育新模式 计算机、多媒体和网络通讯技术的飞速发展，已经打破了面对面获取知识的 传统教学方式，网络教育易于实现资源共享，具有时空不限、多向互动、协同互 助、实时反馈、可实现异地教学和远程教学等优点，为大学物理现代教育教学改 革提供了新的途径和模式。 2 4 1 网络教育的定义“3 1 网络教育是以计算机网络和多媒体技术为基础，将教学内容利用计算机网络 技术进行处理、制作并利用网络进行传输，开展教学的过程，是种以自主学习 与交互式的协同学习相结合的现代教育模式，是现代教育技术发展的趋势。 在信息科技飞速发展、互联网络日益普及的今天，网络教育越来越多地走进 人们的现实生活，成为人们获取新知识、新信息，进而提高自己能力、水平和素 养的新型教育方式。 随着互联网的快速发展和各教育机构，尤其是各个大学局域网的建设，基于 计算机网络的网络教育已成为教育的重要形式，并正在快速发展壮大。 2 4 2 网络教育的特征 基于计算机和网络通讯技术的网络教育，与其它教育模式相比，有其显著的 基本特征3 ： l 、学习的主动性和灵活性 网络教育便捷、灵活的“五个任何”( 任何人、在任何时间、任何地点、 从任何章节开始、学习任何课程) ，在学习模式上体现了学习和主动学习的特点， 充分体现了发展中的现代教育和终身教育的基本要求。只要具有与网络相连的终 端，任何人可以在任何时间、任何地点自由地进行学习，可以在家里、在办公室， 9 甚至通过无线连接，在旅行途中都可以学 - j 。可以自主地选择学习内容、安排学 习进度，不再受班级、课程的限制。有学习潜力的人，能够充分发展自己，达到 尽可能高的层次。 2 、内容丰富和多媒体生动表现性 计算机网络具有强大的文字、声音、图形、视频、动画等多媒体表现形式的 信息处理功能，包括制作、存储、自动管理和远程传输。将多媒体信息处理技术 应用于网络课程学习的各个环节，使网络教学具有信息容量大、资料更新快和多 向演示、模拟生动的显著特征。我们将形式和内容各异、丰富多彩、五彩纷呈的 教育资源呈现在网络服务器上，可及时更新、扩充教学内容。这一点是有限空间、 有限时间的其它传统教学方式所无法比拟的。学习者在使用网络进行远程学习 时，面对的是图文并茂、形声兼备的学习环境，这种学习氛围将非常有利于自我 教育的实现。 3 、教学的双向互动性和实时全交互功能 因特网中信息( 内容) 源与用户、用户与用户之间可以进行全方位、能动式 的实时互助，即主动、可控型交流。网络的这一重要特性，使网络教育成为唯一 的、真正的能在教师与学生、同学与同学之间，实现双向互助、实时全交互的远 程教育方式。交互功能是计算机网络进行远程教学的重点，这种模式很好地实现 了教师与学习者及时地进行信息交流。计算机网络是一个多向交流的系统，它可 以实现人机交互，人与人的交互。学习者从网上取得学习资源，将自己的疑难问 题反馈给教师，教师接受到学习者的反馈信息，了解到学生的学习水平、进度， 回答学生的问题，改进教学方式，修改教学内容。学习者在网上可进行专题探讨， 相互交换观点，交流经验，共同进步。 4 、资源的高效利用率和共享性 计算机网络中的资源有两个特点，一个是可重复利用，一个是资源共享。在 传统的教学模式中，教师经常要重复同样的课程，造成资源的极大浪费和效率的 低下。此外，网上的资源对所有的用户开放，使网络资源有很高的利用率。 5 、个性化教学 随着社会的进步，教育呈现个性化的发展。所谓个性化教学，是指教师分别 针对每个学生进行的教学，体现了以学生为主体，以教师为主导，以学习为中心 的教学。在网络教育中，可以运用计算机网络所特有的信息数据库管理技术和双 向交互功能。一方面，网络系统可以对每个学生的个人资料、学习过程和阶段情 况等实现完整的跟踪记录、储存：另一方面，教学和学习服务系统又可基于系统 记录的个人资料，针对不同学生进行个性化学习建议、指导教学和应试辅导等。 可以说，网络教育为个性化教学提供了现实有效的条件和途径。 6 、教学形式的灵活多样性 运用网络教学，可根据需要采用灵活多样的学习方式。通过电子邮件教师可 传送作业，发布重要信息；利用b b s 可就一问题展开讨论与协作；通过视频会议， 可进行实时网上在线教学；利用视频点播，可收看电视教学片或教师课堂录像； 另外，把教案做成w e b 教材，供学生在网上浏览，把教学难点制作成多媒体课件 在网上发布，让学习者自学等等。 网络教育是随着信息技术的发展而发展起来的。由于现代教育技术的应用， 使得网络教育具有极大优势。它最大限度地发挥了多媒体教学的优势，充分调动 了学生的学习积极性和提高了教学效率“。但网络教育的发展离不开网络课程的 支持，网络课程建设是网络教育发展的基础和核心。网络课程的开发，不仅有利 于实现教育的信息化和课程教学模式的改革，也有利于创新人才的培养“。它的 应用不仅给学生提供了大量便捷的学习机会、丰富的教学环境和教学资源，而且 使学生的学习活动更加自主化、个性化，使教育的适应性也得以大大加强。 在国内高校大规模扩招的今天，潜心研究开发大学物理网络课程，普及推广 网络教育，对授课面广、作业训练量大、学生人数多、师资明显不足且工作量繁 重的大学物理教学来说，意义十分重大。 第三章网络课程设计理论与技术运用 任何课程的设计，都离不开学习理论、教学理论的指导。网络课程作为一种 新兴的教学形式，其潜力十分巨大。由于网上教育特别适合于个别化、协作化学 习，因而网络课程的建设绝不能照搬传统课程的方法和理论，而应该结合网络的 特点，采取一套适用的方法和理论。 3 1 开发网络课程的理论依据 3 1 1 人本主义学习理论1 以罗杰斯为代表的人本主义认为：学生自身具有学习的能力：当学习符合学 生自身的目的时才会有意义；当学生负责任地参与学习过程时，就会促进学习： 涉及学习者整个人的自我发起的学习，是最持久、最深刻的学习：同伴学习和小 组学习，可促进学习。应用上述的观点，在制作多媒体课件中应体现如下特点： 学生自主学习的设计；学习动机的激发：学习主动性的调动；协作学习的设计。 3 i 2 建构主义学习理论“ 建构主义学习理论来源于瑞士皮亚杰( j p i a g e t ) 的结构主义，其基本含义 是知识的获取是个体与环境交互作用，逐渐形成认知结构的结果，这一过程是永 恒的。建构主义学习理论强调情境在学习中的作用，学习活动是学生通过一定的 情景，借助教师和同学的帮助，通过协作和会话的方式，达到对知识的意义建构。 建构主义还强调以学生为中心，学生对知识应是主动的探索、主动发现和对所学 知识意义的主动建构。学生既是教学的对象，又是学习活动的主体。在这个过程 中，学生是认知活动的主体，教师是学生学习的帮助者、促进者、引导者。 他们认为，知识不是通过教师传授得到的，而是学习者在一定的情境中，借 助他人的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得的。计算机网 络为学习者提供了良好的建构学习环境，主要包括丰富的学习资源、信息检索与 查询工具、各种通信工具等，支持学习者独立或合作获取知识。在教学网络的环 境中，教师根据教学目标，确定问题的种类，然后利用信息检索与查询工具，确 立达到目标的最佳学习环境，促进学生对学习内容的建构。 3 1 3 合作教学原理“” 合作教学原理是二十世纪七十年代由当代杰出的儿童心理学家、教育家沙尔 瓦阿列克山德罗维奇阿莫纳什维利创立的，它从尊重儿童的人格与个性出 发，建立新型的师生关系，创造条件，将儿童在游戏中固有的自由选择感和全身 心投入的心态迁移至教学过程中去，从而在师生真诚的合作中实现目的与手段、 教学与教育、教学与发展的深刻的一致性。学生在教学网络环境中，主要通过计 算机的信息网络系统获取知识，因此计算机的操作界面设置应该简洁、明了，使 学生能快速、准确地查阅有关的知识。现在较流行的是使用i n t e r n e t 和i n t r a n e t 环境进行，学生通过b b s 、聊天室、e - m a i l 等工具进行交流，学习者可以对某一 问题展开讨论、协商、会话，每个人根据自己对问题的看法与解决方案发表意见， 实现学习者之间的信息交流。 3 1 4 个别化学习理论”“ 个别化学习理论是以学习者自身特点为出发点，以发展个性为目标，以服务 社会为归宿，以适应个人需要为原则，以学生自我管理和自主学习为活动方式的 教学。从教学活动本身看，个别化教学包括两方面：a 在个别化教学中，教学活 动让位于学习活动，教学从学习者本人出发，把教学的对象变成自我教育的主体， 受教育的人成为自我教育的人；b 学习者成为教育与教学活动的中心，学习者可 以自己选择学习内容、学习方式以及学习时间与地点、教学内容与方法等。在教 学网络中，网络课程为学习者提供了种类繁多、数量庞大的知识信息，既有面向 教学需要的系统教学内容，又有扩大学习者知识面的各种学习资源。学习者可以 根据自己的能力、水平、爱好，选择所需要的知识内容，从这点上看，网上教学 非常适合于个别化自主学习。 3 1 5 发现学习理论 发现学习理论是美国教育学家布鲁纳( j e r o m es e y m o u rb r u n e r ) 提出的， 它是一种描述和解释学生学习过程的学说”“。布鲁纳认为，学习的实质是一个人 把同类事物联系起来，并把它们组织成赋有意义的结构。学习就是已有认知结构 的重新组织。知识的学习就是在学生头脑中形成各学科知识的知识结构。在网络 教学环境中，教学网络是知识的海洋，学习什么、怎样学习、学习时间的长短等 都由学习者自己决定。自学能力强的学习者可以从中获取个人所需的大量信息。 自学能力差的学习者可以根据自己的实际情况适当的选择学习内容，循序渐进地 学习知识。因此，在目标明确的条件下，学习者可以自己找到问题的答案，问题 解决的过程就是自学能力锻炼成长的过程。 3 1 6 教学设计原理 教学设计是对教学资源和教学过程进行优化的过程，它是运用系统分析方法 来分析教学问题和需求，确定教学目标，建立解决问题的策略方案和步骤，试行 教学应用，评价试行结果和对设计方案进行修正的系统规划过程和操作程序，由 于网络教学主要以学习者的个别化学习为主，因此它在网络教学中的意义主要体 现在网络教学资源的设计与开发之中。 网络教学设计是以系统方法为基础，以学与教的有关理论为依据，通过对教 学内容和教学目标的分析，来确定适应一定学习情景的教学资源开发模型、教学 信息的控制方式、交互作用以及反馈方式等，从而为学习者使用网络资源进行远 程学习提供一些有效的学习策略选择方式。 对网络课程进行教学设计主要是为了创设和保证网络学习的良好环境和学 习条件，从而有利于实现网络学习过程的优化。教学目标、教学资源、教学策略 和教学评价是教学设计的四个基本要素，任何层次的教学设计都必须要解决好三 个方面的主要问题，： 1 、明确“让学生学习什么? ”即解决教学目标的定位问题： 2 、达到一定的学习目标，需要提供哪些教学资源和采用何种教学策略? 即 解决资源和策略问题； 3 、如何评价学生的学习结果? 即解决课程资源的应用评价问题等。 3 1 7 课程开发原理 网络教学资源的设计与开发应当遵循课程与教材开发的基本原理。泰勒 ( r w t y l e r ) 在1 9 4 9 年的课程与教学的基本原理中系统总结了课程开发的 整个过程，提出了“确定教学目标一选择学习经验一组织学习经验评价学习结 果”的课程开发模型，但这一模型的描述是线性的。网络课程可参照泰勒原理， 并结合现代远程教育技术和多媒体教学方法，在选定的网络环境条件和多媒体资 源支持下进行设计。力争体现出网络教学的特征，突破泰勒原理的局限。网络课 程的开发设计需要解决：确定课程目标和学习者的需求；分析学习者的特征；课 程结构与策略的设计：课程的评估与修改。 3 2 网络课程设计原则 利用上述建构主义等学习理论的指导，网络课程在设计上应体现如下的教学 策略：突破简单的演示型模式，体现知识的意义建构过程；重视问题与回答方式 的设计；提高学生的主体参与程度：加强对学生的引导和帮助，促进学生对知识 的意义建构；提供丰富的多媒体资源，创设有意义的学习情景；实现软件的超链 接结构，启发学生的联想思维。为实现上述教学策略，考虑网上教学的特点，对 于网络课程的设计，提出如下几条原则：“6 “3 一、科学性 教学课程中所要表达的知识要具有科学性，措辞要准确，行文要流畅，符合 知识的内在逻辑体系和学生的认知结构。注意分析学生的特征、教学目标和教学 内容的结构，设计符合学生认知心理的知识表现形式和能够促进建构知识的学习 策略，教学设计应体现网上学习的特点，而不是文字教材的电子搬家。 二、个性化 足在互联网上运行时的安全性、稳定性、可靠性和下载快等特点，特别是那些教 材中没有的或教师上课时增加的内容，以便上载到网络教学平台的教案库中，使 学生可随时下载教案阅读，加