（课程与教学论专业论文）主导型《基础物理》网络教材的设计开发.pdf

主导型基础物理学网络教材的设计与开发摘要 摘要 知识经济已见端倪，信息技术迅猛发展，教育面临巨大的挑战。目前我国教育科 研网上的教材却很少，且大部分功能简单，主要是网页之间的跳转。受数据传输条件 的限制，内容大都局限于文本信息，信息表现形式比较单一，交互可控性也较有限。 学习过程中缺乏教师的有效指导，往往是学习个段落后通过e m a i l 等方式再获 得指导，是一种自学加辅导的方式，教师的主导作用并没有有效的渗入整个学习过 程中。 论文在建构主义理论的指导下，针对现有网络教材的不足以及教学实际的需要， 论文设计了一种具有师生交互和指导等功能的辅助性网络教材，以加强教师在学生 课外学习中的主导作用，作为基础物理学课堂教学的补充；论文具体分析了实 现该教材各项功能的各种技术支持和实施方案；选取基础物理学第十二章中两 小节内容作为实例，完成了“主导型基础物理学网络教材”雏形的开发和调试。 关键词：主导型网络教材建构主义动态网页数据库网络媒体交互 作者：张亚琴 指导老师：董慎行 土导型基础物理学网络教丰才的设计与开发 a b s t r a cr d e s i g na n de s t a b l i s h m e n to ft h eg e n e r a lp h y s i c s n e tt e x tw i t ht e a c h e r s l e a d i n gf u n c t i o n a b s t r a c t i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yi sr a p i d l yd e v e l o p i n gi nn e w e r ao fk n o w l e d g e e c o n o m y a n de d u c a t i o ni sf a c i n gg r e a tc h a l l e n g e a tp r e s e n t ，t h e r ea r e f e wn e tt e x t si nt h ec h i n ae d u c a t i o na n dr e s e a r c hn e t w o r k ，a n dm o s to ft h e m a r ev e r ys i m p l e ，w h i c hj u m pa m o n gt h ew e bp a g e s r e s t r i c t i o no nl i m i t a t i o n o fd a t at r a n s m i s s i o n ，t h ei n f o r m a t i o np r e s e n t a t i o n sa r em o n o t o n a u s ，m o s t a r ej u s tt e x ti n f o r m a t i o n i n t e r a c t i o ni sa l s ol i m i t e d l a c ko ft e a c h e r s g u i d a n c e ，s t u d e n t so f t e nh a v et og e th e l pb ye - m a i1 ，w h i c hi sap a t t e r no f s e l f s t u d yp l u st u t o r s h i p t e a c h e r sa r e n tp l a y i n gt h el e a d i n gp a r t i n t h ew h o l ec o u r s eo fs t u d y e m p l o y i n gc o n s t r u c t i v i s m ，t h i sp a p e rd e s i g n st h e n e tt e x t i t i s d e s i g n e dt oa v o i dt h ed e f i c i e n c yo fn e tt e x t si ne x i s t e n c ea n dt om e e tt h e n e e do ft e a c h i n g i ti sd e s i g n e dt oa s s i s tt h ec l a s s r o o mt e a c h i n g ，w h i c h i sa v a i l a b l ef o rt h ei n t e r f a c eb e t w e e nt e a c h e r sa n ds t u d e n t sa n ds t r e n g t h e n s t h et e a c h e r s l e a d i n gf u n c t i o n t h ep a p e re x p l a i n si nd e t a i lh o wt o r e a l i z et h en e tt e x tw i t ht e c h n o l o g i e s t w os e c t i o n so fc h a p t e r1 2a r e c h o s e na se x a m p l e so ft h en e tt e x td e s i g n i n g t h i sp a p e rh a sa c c o m p l i s h e d e s t a b l i s h i n ga n dd e b u g g i n gt h es a m p l eo ft h el e a d i n gg e n e r a lp h y s i c sn e t t e x t k e y w o r d s ：n e tt e x tw i t ht e a c h e r s l e a d i n gf u n c t i o n c o n s t r u c t i v i s ma s p d a t a b a s em u l t i m e d i ai n t e r a c t i o n i i w r i t t e nb y ：y a q i nz h a n g d i r e c t e db y ：s h e n xi n gd o n g 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权声明 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含 其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学 或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。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。本人承担本声明的法律 责任。 研究生签名：多兰鲞一日期：! ：! 竺 学位论文使用授权声明 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论文 合作部、中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本 人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文 外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分 内容。论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大学学位办办理。 研究生签名：壅墨茎 日 导师签名：勃戛孟日 j 期：如- r - w 期：2 1 1 ：! ：丝 主导型基础物理学网络教材的设计与开发 刖菁 随着计算机技术和通信技术的广泛应用，计算机网络技术近十几年来获得了巨 大的发展。目前，每天都有大量来自世界各地的信息资源，通过世界上最大的计算 机网络因特网( i n t e m e t ) 传向世界各地，信息己成为现代人学习、生活和工作的 重要部分。国内外的许多教育网站，为教学提供信息咨询、教育新闻、网上教育等 各类服务，网络教育正在显示着其巨大的生命力。目前我国教育科研网上的教材却 很少，且大部分功能简单，主要是网页之间的跳转。受数据传输条件的限制，内容 大都局限于文本信息，信息表现形式比较单一，交互可控性也较有限。 众所周知，因特网拥有最丰富的信息资源，是世界上最大的知识库、资源库。 而这些知识库和资源库都是按照符合人类联想和思维特点的超文本结构组织起来 的，因此特别适合学生进行“自主发现、自主探索”式学习，这样就为学生的发散 性思维和创造性思维的发展，创新能力的孕育提供了肥沃的土壤。 作为知识载体的教材也呈现了立体化趋势，从传统的纸质教材发展到音像教材、 多媒体电子教材以及现在的网络教材。网络教材的载体是多媒体计算机及网络，有 着诸多不可比拟的优势，但作为新兴事物也存在着一些不成熟的地方。 基于上述分析，本文以“主导型基础物理学网络教材的设计与开发”作为 论文选题，以建构主义的理论为指导，充分体现学生为主体，教师为主导的思想， 充分体现网络信息多元化与资源丰富的特点，尝试改进网络教材的功能和形式。论 文针对现行网络教材脱离教师，缺乏交互性等弱点，以大学理工科非物理专业学生 为对象，开发基础物理学的配套网络教材。 主导型基础物理学网络教材的设计与开发 第一章开发网络教材的时代背景 第一章开发网络教材的时代背景 1 1 i n t e r n e t 与网络教育发展概况 6 0 年代未至7 0 年代初，由美国国防部资助，建立了一个名为a r p a n e t ( 即为 阿帕网) 的网络，这个网络把位于洛杉矶的加利福尼亚大学、位于圣芭芭拉的加利 福尼亚大学、斯坦福大学，以及位于盐湖城的犹它州州立大学的计算机主机联接起 来，这个阿帕网就是今天的i n t e m e t 最早的雏形。人们通过它能够共享硬件和软件 的资源如计算机硬盘空间，数据库和计算机本身。e m a i l ，f t p 和t e l n e t 是i n t e r n e t 上比较早出现的重要工具，特别是e m a i l 仍然是目前i n t e r n e t 上最主要的应用。 t c p i p 协议( i p ：i n t e m e t 协议，t c p ：传输控制协议) 的产生和发展，解决 了各种不同网络之间的互联问题。现在我们说一个网络是否属于i n t e r n e t ，关键看它 在通信时是否采用t c p i p 协议。当今世界上9 0 以上的电脑网络在和其它电脑 网络通信时都是采用t c p i p 协议，所以说这些电脑都是属于i n t e r n e t 网络，这就 是为什么i n t e m e t 如此之大的原因。 7 0 年代未到8 0 年代初，可以说是网络的春秋战国时代，各种各样的网络应运 而生，这些网络在i n t e r n e t 形成气候后，都相继并入i n t e m e t 而成为它的一个组成部 分。从这点我们可以看出，i n t e m e t 只不过是全世界各种网络的大集合。 i n t e m e t 的第一次快速发展源于美国国家科学基金会对这个网络的介入。1 9 8 6 年建立的美国国家科学基金会网络( n a t i o n a ls c i e n c ef o u n d a t i o nn e t w o r k ，n s f n e t ) 是i n t e m e t 历史上的个里程碑。它先把全美的研究人员和5 个巨型计算机中心联 系在一起；随后很快又把连接大学学术团体的中等规模的地区性网络与全国学术网 络连接起来。从1 9 8 6 年至1 9 9 1 年，并入i n t e r r l e t 的计算机子网从1 0 0 个增加到3 0 0 0 多个，几乎每年都以百分之百的速度增长。 i n t e m e t 历史上的第二次飞跃归功于i n t e m e t 的商业化。在9 0 年代以前，i n t e m e t 的使用一直限制于研究与学术领域。商业性机构进入i n t e m e t 一直受到这样或那样 的法规或传统问题的困挠。到了9 0 年代初，i n t e r n e t 已不是全部由政府机构出钱， 主导型基础物理学网络教材的设计与开发 第一章开发网络教材的时代背景 而有了一些私人老板。正由于这种“老板”的多元化，使在i n t e m e t 进行商业活动 有了可能。商业机构一踏入i n t e m e t 这一陌生的世界，很快就发现了在通讯、资料 检索、客户服务等方面的巨大潜力。于是，其势一发不可收拾。世界各地无数的企 业及个人纷纷涌入i n t e m e t ，从而使i n t e r n e t 发展产生一个新的飞跃。截止到1 9 9 6 年1 月底为止，i n t e m e t 己通往全世界1 8 0 个国家和地区，联接着9 4 7 万台计算机主 机，其中包括我国的2 1 4 6 台主机，直接用户超过6 0 0 0 万，成为世界最大的计算机 网络。 i n t e m e t 的历史沿途造就了当前i n t e r a c t 由几万个子网通过自愿原则互联起来。 没有一家公司叫i n t e m e t 公司，也没有任何机构完全拥有i n t e m e t 。从某种意义上说 这几万个子网的所有者都是i n t e m e t 的老板。 目前，i n t e m e t 已发展成为世界上最大的学术和信息计算机网络，它的存在显著 地加快了信息传递速度，为广大科研和教育人员提供了一个全新的网络计算环境， 从根本上改变并促进了他们之间的信息交流、资源共享、科学计算与科研合作，从 而为世界范围内的科研和教育事业的发展超到了极大的推动作用。 1 2 我国互联网及网络教材的发展情况 进入8 0 年代以来，世界上几乎所有发达国家都已相继建成了国家级的教育和科 研计算机网络，并相互连接成为覆盖全球的i n t e m e t 。这种全球计算机信息网络的产 生加快了信息传递速度，为广大教师、学生和科研人员提供了一个全新的网络计算 环境，从根本上改变了他们之间的信息交流、资源共享、科学计算和科研合刊方式， 成为这些国家教育和科研工作最重要的基础设施，促进了这些国家教育和科研事业 的迅速发展。 但是直到1 9 9 4 年初，中国还没有与i n t e m e t 的全功能连接，这种状况极大地阻 碍了我国教育和科研事业的发展，阻碍了我国信息化的发展。为此，1 9 9 3 年底，原 国家计委和国家教委联合提出建设中国教育和科研计算机网( c e i e t ) 。1 9 9 6 年， 中国教育和科研网建成，成为中国最大的也是最早的教育网站。目前，中国科研计 算机网开通的长度大约2 万公里，总容量约4 0 0 g ，网络铺设到的城市有2 0 0 多个， 主导型基础物理学嘲络教材的设计与开发第一章开发网络教材的时代背景 包括3 2 个省会城市和计划单列市。目前接入的单位超过1 5 0 0 个，连接1 0 0 0 多所 高校，其中3 0 0 余所高校以1 0 0 m b - 一l g 速度高速接入。目前联网的主机数超过6 0 0 万，用户数量达1 5 0 0 万人，总的i p 地址数量超过9 0 0 万。中国科研计算机网与公 网之间已开多条国际通道，已与美国、加拿大、英国、德国、日本、韩国和香港特 区联网，总带宽超过3 g 。目前该网是世界上最大的教育网，也是世界三大学术网 之一。f j l 网络教育在我国日益普及，网络教学的优越性日益显现，逐渐成为我国各级教 育所关注的教学手段。随着教学方式的网络化和信息化，教材作为传递知识的媒介 也呈现了立体化趋势，从传统的纸质教材发展到音像教材、多媒体电子教材以及现 在的网络教材。网络教材是网络教育的一个重要组成部分。网络通信技术与多媒体 技术越来越多的在网络教材中得到应用网络教材的优势日益显现出来。 1 3 网络教材的优势与特点 教材是一种学习工具或媒体，用来呈现课程内容、帮助学生理解和学习知识。 而网络教材是要构建一种网络化的学习环境，最大限度地利用计算机网络的优势实 施教学活动。要设计出方便、适用的网络教材，需要在分析和比较传统教材和网络 教材之间的联系和区别的基础上，深入研究网络教材的结构、影响网络教材设计的 因素和开发网络教材的方法，进而解决好网络教材设计中的一些关键问题。 传统教材与网络教材的比较见表1 。 表1 传统教材与网络教材的比较 比较项目 传统教材网络教材 教材属性静态动态 再现方式文本、图片多媒体 组织结构线性线性和非线性 学习方式统一步调 自定步调 王铁军中国教育信息化取得阶段性成就中国远程教育2 0 0 53 嗍吕永林；关于网络敦材设计的几点思考中国电化教育2 0 0 26 主导型基础物理学网络教材的设计与开发第一章开发网络教材的时代背景 内容范围有限无限 稳定性相对稳定动态更新 单向、主要是人际交互、同步 强交互性、以计算机为媒介的 学习中的交流形式 交流 交互、同步和异步交流 系统中的地位 中心 一种学习资源 师生关系 教师一教材一学生( 直线式) 三者之间的关系是网状 网络教材是学生尤其是自主学习的学生获取知识提高能力的主要渠道之一，其 不只具有发挥知识载体的功能，更重要的是要起到指导和启迪学生学习的作用。网 络教材的载体是多媒体计算机及网络，因此网络教材的特点也由两者的特点所决 定，网络教材的特点主要体现在以下几个方面： 一信息量大 i n t e r n e t 实际上已经成为全球最大的电子信息资源库，利用它 所提供的各种信息服务功能，特别是通过w w w 游览器，学生可以在这个无边 无际的信息空间中自由探索。网络的联网是人类智慧的联网。网上的信息浩 如烟海，包罗万象。 _ 信息多样化网上内容的呈现方式多种多样，它以计算机为中心，把语音、 图像处理技术和视听技术等集成在一起，并通过对音频、视频信号的模数转 换和数据压缩、解压等过程，实现计算机对不同媒体信息的存贮、传递、加 工、变换和检索。以多重刺激吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣。 灵活性时间不限，空间不限，国界不限是i n t e r n e t 的最大特点。在i n t e r n e t 网络上，整个地球变成了一个小村庄，称为”地球村”，i n t e r n e t 为用户提供 了几乎无限的时空自由度，无论何时何地，只要有i n t e r n e t 终端，人们都 可以自由上网。这种时空自由度特别适合于远程教育、业余教育、开放教育 等。 - 开放性网络教材的对象不分年龄，不分层次。由于超媒体技术、计算机信 息技术的广泛应用，使教学程序由封闭式变为开放式，网络教材本身也是一 个开放的资源库。 主导型基础物理学网络教材的设汁与开发 掉一章开拉网络教材的时代背景 一内容更新快捷网络教材一般是以网页的形式呈现的，它的内容更新非常 方便快捷。与传统教材相比，不存在出版印刷等问题，网络教材更能及时反 映社会和学习者认知需求。 - 交互性强利用计算机信息技术与网络技术实现异地的同步与异步交互， 这是网络教材与传统教材相比的一大特点。这种交互可以强化教师的教学行 为，加深教师对教学活动的参与程度。通过交互教师可以及时掌握学生的学 习情况，引导学生积极思维，调动学生参与教学的主动性。实现网络教材的 交互大致有两种方法：一种是人工智能软件和知识库，这种方法主要实现人 机的交互，技术要求高，目前只是在简单知识学习和操作性学习方面有成功 例予。较复杂的学习过程还在研究之中。另一种是通过网络实现师生间的实 时和非实时交互，如b b s 、聊天室等。 1 4 网络教材存在的主要问题分析 目前大部分的网络教材都以网页形式呈现，这是符合网络教育特点的，也是我 们网络教育开发的一个趋势。然而目前大部分的网页都以静态方式展现，其组织方 式也是线性的，其更新频率也不够快。目前，教学内容的呈现有三种方式：”1 一：文本和静态图像：这种方式相当于书本的搬家。 二：p o w e r p o i n t 讲稿：其做法是直接将教师的p o w e r p o i n t 演示文件放到网上。 以上两种方式显然不符合学习者的认知规律，没有把传统面对面教学形式和学 生面对网络的学习情境区分开来。 三：流媒体教学资料和讲稿同时呈现：由于很多专家、学者已意识到前两种方 式的弊端，从而提出教学内容要多媒体化，用流媒体形式将多媒体教学材料呈现在 网络上。这种方式较上面两种具有明显的优势。 目前，国内各高校开发的基础物理网络教材有多种版本，其中较成功的有 东南大学和清华大学开发的两种。 d i 林君芬、余胜泉关于我国网络课程现状与问题的思考教育技术通讯2 0 0 1 年o l 期 主导型基础物理学网络教材的设计与开发 第一章开发网络教材的时代背景 东南大学的网络教材简介： 整个网络教材分为：教学内容、复习指南、原理应用、物理实验、物理习题、 物理进展这几个部分的版块，如图1 4 1 。 图1 4 1 2舡 7 图 主导型基础物理学网络教材的设计与开发 第一章开发网络教材的时代背景 其中教学内容部分大量运用了图示，并配合了音频解说和动画演示，利用超连 接扩充了教材内容，如图1 4 - 2 。教材的设计制作已运用网络多媒体技术，丰富活泼 了教材内容。 图1 4 3 在“复习指南”这块内容中，包含基本要求，基本内容，问题讨论，典型例题， 自我检测，自我评价几部分内容，如图1 4 3 。基本要求，基本内容帮助学生总结整 理已学知识：问题讨论与典型例题，使学生更深刻理解重点与难点知识。最后通过 自我检测与自我评价了解自己的学习效果，知识的掌握情况。 主导型基础物理学网络教材的设计与开发第一章开发网络教材的时代背景 图1 4 4 原理应用中列举了一些实用技术中所涉及的物理原理，如图1 4 - 4 。既能够作为 教材内容的补充丰富学生的知识，又能通过物理知识的实际应用提高学生的学习兴 趣。 图1 4 5 物理实验这部分给出了实验仪器及实验原理的介绍，实验演示等，如图1 4 5 。 9 主导型基础物理学阚络教材的设计与开发 第一章开发网络教材的时代背景 帮助学生理解实验原理，实验过程，可作为动手实验的预习。 图1 4 6 物理习题中给出了习题题目，如图1 4 - 6 ，点击解答可在新的页面中看到题目解 答过程。 图1 4 7 1 0 主学型基础物理学网络教材的设计与开发 第一章开发网络教材的时代背景 物理进展中展示了一些前沿的物理技术，如图1 4 - 7 ，学生从中可以了解最新物 理动态，拓宽知识面。 清华大学网络教材简介：首先可以看到，清华大学的网络教材在左边有一栏目 录，这样进入各部分内容更为方便，如图1 4 - 8 。 图1 4 8 在教程内容上也运用了图文并茂的教材内容呈现形式，如图1 4 - 9 。但一些不直 观、难以理解的内容缺少必要的动画演示，多媒体手段运用不充分。 主导型基础物理学网络教材的设计与开发第一章开发网络教材的时代背景 图1 4 9 与东南大学的网络教材类似，辅导与答疑中收集了一些常见问题与典型习题， 如图1 4 1 0 。思考与练习中给出了与章节相应的练习题，并可查看答案。 图1 4 1 0 专题讲解中介绍了一些实用物理技术，如图1 4 1 1 。 主导型基础物理学网络教材的设计与开发第一章开发网络教材的时代背景 图1 4 1 1 上面两种的网络教材在设计时运用了网络及多媒体技术，为学生提供了丰富的 学习资源，为学生的自主学习提供了广阔的空间。但可以看出，它们注重了学生的 自主性而对学习方法的引导和教师主导作用发挥还比较欠缺。 现有网络教材普遍存在如下问题： 网络教材缺乏教学方法的融入 教材内容的呈现形式虽然多样化了，但脱离了教师的课堂讲授，网络教材缺 乏对学生学习方法的指导。教材中虽然内容丰富多彩，信息量大，但在大量 的学习资源中学生如何根据自身特点有效的学习，教材没有涉及。 - 不能很好地体现教师对学生学习时所起的引导，监控作用；缺乏师生之间的 互相交流。 脱离了课堂和教师，网络教材偏向强调了学生的自主性学生，缺少教师对学 生学习的引导，学习进度的监控。学生的学习情况也不能及时反馈给教师， 师生之间的缺少交流。上面介绍的网络教材中虽然出现了问题讨论、辅导答 主导型基础物理学网络教材的设计与开发第一章开发网络教材的时代背景 疑，但也只收集了一些常见问题，并把解答思路与过程直接告诉了学生。这 只能通过教师的教学经验，把常见的和可能出现的问题列出来，也并不能很 好地反映每个学生会遇到的不同问题。 不能很好地利用学生集体的力量来促进个人的发展 在学生集体中学生之间能够通过互相观摩，共同进步，每个学生的进步或后 退都会被同伴所注意和评价，这些外部评价很能影响其今后努力的方向。而 现行网络教材中的学习者都是相互孤立的，学习者之间无法进行交流促进。 1 4 主导型基础物理学网络教材的设讨与开发第二章开发网络教材的理论基础 第二章开发网络教材的理论基础 2 1网络环境下的建构主义理论 近年来，随着心理学家对人类学习过程认知规律研究的不断深入，认知学习理 论的一个新分支建构主义学习理论逐渐成为主流。多媒体计算机和网络通信技 术的发展，改变了学校原有的教学环境，越来越多的教育理论研究者热心探索在教 育信息化环境下的教与学，以学生为中心的教育观逐步成为世界教育改革的潮流。 建构主义认为，学习者对知识的学习与掌握不是通过教师的传授和机械的记忆得到 的，而是学习者在一定的情境与社会文化背景下，借助教师和学习伙伴的帮助，利 用必要的学习资源，通过意义建构的方式而获得的。建构主义提倡在教师指导下的， 以学习者的学习活动为中心的学习。建构主义学习理论强调学习者的认知主体作 用，又不忽视教师的指导作用，教师是意义建构的帮助者、促进者，丽不是知识的 传授者与灌输者。学生是信息加工的主体，是意义的主动建构者，而不是外部刺激 的被动接受者和被灌输的对象。 2 1 1 网络教学过程中的学生 按照建构主义学习理论，新的教学模式中要求教师和学生在教学活动中都要改 变自己的角色。在以学生为中心的教学模式中，要求学生在学习过程中从以下3 个 方面发挥主体作用。 ( 1 ) 学习活动中要让学生用探究法去建构对客观世界的认识。 ( 2 ) 要求学生将目前学习的内容与已知事物建立联系，并对这种联系加以认真 的思考。基于建构主义的教学设计认为，“联系”与“思考”是意义建构的关键， 教学活动就是为学生创设一个有利于学习者将学习内容与已知事物联系的环境。 ( 3 ) 在学习活动中，学生应主动去搜集、分析、加工、处理有关的信息和资料， 并对所学习的问题给出各种假设并努力加以验证，进行学习过程中的意义建构。 2 1 2 网络教学过程中的教师 建构主义学习理论强调学生认知主体作用，认为学生是信息加工的主体，是意 主导型基础物理学删络教材的设计与开发 第二章开发网络教材的理论基础 义的主动建构者，同时又不忽视教师的主导作用，教师是意义建构的帮助者和促进 者，要求教师在教学过程中从以下3 个方面发挥主导作用。 ( 1 ) 教师给学生以一定的宏观引导和帮助，如确定学生为完成学业所需要掌握 的知识和技能，帮助学生选择一种适合其特点的、能有效完成学业的学习计划：激 发学生的学习兴趣，帮助学生形成学习动机。 ( 2 ) 通过创设符合教学内容要求的情境和提示新旧知识之间联系的线索，帮助 学生建构当前所学知识的意义。指导学生认识世界、提升能力。学生要发展自身素 质，构建自身素质结构，不可能完全自发地实现，必须要有教师的管理、指导和帮 助。这里，教师作为闻道在先、术业专攻的社会角色，应当也能够承担这样一种社 会责任，并发挥其应有的社会作用。 ( 3 ) 为了使意义建构更有效，教师应在可能的条件下，组织协作学习( 开展讨论 与交流) ，并对协作学习过程进行引导，使之朝着有利于意义建构的方向发展。引导 的方法包括：提出适当的问题以引起学生的思考和讨论；在讨论中设法把问题一步 步引向深入，以加深学生对所学内容的理解：要启发诱导学生自己去探索、去发现 规律，自己去纠正和补充错误的或片面的认识。 2 1 3 网络教学过程中的教材 传统的教材功能观认为，教材凝聚了人类文明和人类知识的精华，具有权威性、 学术性和知识性的特征，教学就是把这些文明和知识的精华教授给学生，学生的学 习过程就是对这些知识的获取和积累的过程，这种模式是以知识传授为主的、单向 传输的过程。教学以教材为中心，教师要吃透教材，教好教材，学生要学好教材， 掌握教材中的知识。但学生对信息的接受基本是单向的、被动的。 在信息急速增加的时代，无论是专业知识还是基础知识信息量都很大，而且更 新迅速，所以教学应该以传授最基本的知识和培养学生的学习能力为目标。学生的 自主学习能力是最基础的能力。 网络教学是以学生为中心，充分体现学生的主体性和教学方法的现代化，以培 养和帮助学习者提高自主学习及生存、发展能力和创新意识力为目标。网络教材作 主导型基础物理学网络教材的设计与开发第二章开发嘲络教材的理论基础 为网络教学的重要组成部分是学生尤其是自主学习的学生获取知识的重要源泉。网 络教材的载体是多媒体计算机及网络，有信息量大、不受时空限制、内容更新快、 交互性强等诸多优势。而现有的网络教材还远没有把以上这些优势充分的发挥出 来。 现有的网络教材为学生提供了丰富的学习资源，为学生的自主学习提供了广阔 的空间。但它们注重了学生的自主性而对学习方法的引导和教师主导作用发挥还比 较欠缺。网络教材不能只是发挥知识载体的功能，更重要的是要起到指导、启迪学 生掌握知识、深入钻研、独立思考、提出问题、探索创新的作用。 网络环境下，教师并不直接面对学生，对学生在学习时会遇到的各种可能的问 题就要提前做出预测，在设计教学内容时将自己的教学方法渗透到教材中去。教师 经验不同、能力不同可能对学生的反应的预测也有很大区别，效果自然也就不同了。 这需要网络教材具有较强的交互功能，能让学生把自己所遇到的问题及时反馈给教 师。网络教材要让学生的自主性得到充分发挥，同时不能忽略教师的主导作用。 2 2 基于教学理论下的网络教学模式 2 2 1 个性化教学模式 个性化教学模式的特点是以学生为中心，以自学为主配合教师的辅导。教师、 学生和学习资源是个性化学习的三要素，教师是个性化学习的促进者和帮助者，学 生是个性化学习的主体，学习资源是个性化学习的载体。个性化教学模式能够满足 学生自主化学习的需求，从而充分体现学生认知主体地位。学生可以选择适合自己 的学习方式，根据自己的时间合理的安排学习进度，选择所需要的学习信息，并适 时在教师的帮助下调整学习策略，从而获取知识、自我更新知识以至创造新知识。 教师的主导作用更多地是体现在对网络教材的开发和对学生的网上辅导、答疑方 面。教师作为网络教材设计、开发者要为学生提供符合其认知风格的教学策略，对 学生的学习给予诊断、预测、反馈、矫正和强化，以便促进学生更有效地学习：作 为教学指导者，教师对于学生在学习中遇到的问题给予具体的个别指导。在自主型 教学模式中，学生的主体作用较之教师的主导作用得到更多的发挥。 主导型基础物理学网络教材的设计与开发第二章开发蚪络教材的理论基础 2 2 2 协作型教学模式 协作型教学模式是一种群体参与的分布式教学模式。相对于传统教学模式的四 大要素即教师、学生、教学内容和教学手段相对应，协作学习模式通常有四个基本 要素：协作小组、网上教师、教学资源库、网络环境。通常在协作型教学模式中， 通过网络协作教学系统的支持，分布于异地的教师和学生如同坐在一个“虚拟教室” 中进行协作教学，教学过程在教师组织、监控、指导下开展，他们可以通过设立虚 拟社区、网上论坛和聊天室交换意见，进行交互，教师和学生共同协作在网上搜寻 和分析资料，以在线交流和专题讨论组的方式共同讨论和解答问题。在互教互学方 式下，教师与学生、学生与学生之间通过交流，共同探讨问题，彼此之间互教互学， 使得在传统教学中学习伙伴的作用在网络教学中得以延续。网络技术给协作型教学 提供了理想的条件。利用电予公告牌系统( b b s ) 或网上讨论室进行协作教学。讨 论区由教师根据教学具体情况设立多个讨论主题，学生自行选择主题参加讨论。在 讨论过程中，学生既可以参考到其他同学的见解，也可以自行发表个人的见解和心 得，还可针对某一问题进行专门讨论，通过对主题的相互争论、相互帮助、相互提 示或者是进行分工合作，达到对学习内容的深刻理解和领悟。由于参与同一个主题 的学生知识背景和思维范畴相近，所以讨论更容易找到共同点，更能够加深对主题 知识的理解和对疑难问题的解决。协作型教学模式的特点是：互教互学，合作教 育。在协作型教学模式中，由师生针对同学习内容彼此交互和合作，以达到对教 学内容更加深刻、全面的理解与掌握，非常有承j 于促进学生高级认知能力的发震。 教师主导作用的发挥体现在：教师负责整个协作教学的组织、协调；确定相关主题， 设计讨论的初始话题，随着讨论的一步一步深入，引起后续话题，使同学们在讨论 中循序渐进的提高学科知识：在整个讨论的过程中教师要适时地迸行监控，对学生 的讨论发言进行及时肯定和点评，当讨论开始偏离主题或纠缠于枝节问题时，及时 加以正确的引导：协作讨论结束时，对整个协作教学过程进行小结，从而到达理想 的教学效果。协作型教学模式使教师的主导作用和学生的主体作用均得到充分发 挥，对，知识的掌握、应用和人际关系技能的加强，对于培养学生的团体意识和合 作精神等都有着重要的意义，在现代远程教学模式中有着广阔的应用前景。 主导型基础物理学网络教材的设计与开发 第二章开发网络教材的理论基础 2 2 3 探索式教学模式 探索式教学模式是根据“从做中学”的理论，先由老师提出问题，利用网络资 源的丰富性和易获取性，采用多媒体网络技术，创设一种可用于探索与发现的教学 与情境；学生通过教师或其他机构提供的有关资料，用一段时间收集资料、分析与 总结，找出问题的焦点，发现问题的规律，得出一定的结论，培养学生的科学探究 能力。这种教学模式使学生处于积极主动的地位，因而能有效地激发学生的学习兴 趣和创造性。传统教学对学生而言要求的是对知识的获取和记忆，探索式教学模式 把问题的解决作为一种新的教学模式，现代学习理论把“问题解决”视为知识的应 用。探索式学习的基本出发点是认为知识不仅仅靠外界输入，学生在解决实际问题 中的学习要比单纯由教师传授知识更有效，对思维的训练更加深刻，不仅使学生掌 握了知识，而且还锻炼了他们独立思考的能力和解决问题的能力。学生综合地、创 造性地应用已有的知识去解决那些非单纯练习性的问题，意味着在“学中做”和“做 中学”，本身就是一种最好的研究性学习活动。简而言之，它的学习过程必须围绕 解决问题来组织，让学生在解决问题的氛围里学习。网络提供的学习资源信息量 大、内容丰富、生动，并具有交互功能，适合学生探索学习。 目前，以上三种网络教学模式在国内外尚在探索阶段，真正实现有相当难度， 基础物理学还是以课堂教学为主，基础物理学网络教材以提供学习资源为 主。多数具有丰富课堂教学经验的教师由于技术的限制很难把自己的教学经验、教 学风格融入到网络教学中去。当前的网络教学和课堂教学基本上是一种混合的形 式。网络教材( 包括清华大学、东南大学的网络教材) 是作为课堂教学的补充，供 课前预习、课后复习和课外阅读。因此，在原校园网的基础上，用较少的投资构建 一种把网络与课堂教学紧密结合、充分借鉴教师教学经验的教学模式十分必要。 2 3 网络教材中的师生关系 师说言：“师者，所以传道授业解惑者也”。教与学总是联系在一起的，自 孔子在二千多年前创立私塾授课以来，教师一宜在学习活动中发挥着重要的作用。 然而，在网络环境下，学习者的个性得到更充分的发挥，其主体地位得到增强，进 主导型基础物理学网络教材的设计与开发第二章开发酬络教材的理论基础 行的更多是自主性的学习，教师角色和行为方式必然发生转变。网络教材中，“网” 为环境和资源，“学”应为核心，“教”更多转化为“导”。网络学习者依然需要一 些“闻道在先”的教师的指导，通过对浩如烟海的学习资源的进行启航和引导，能 避免学习者少走弯路，使之能正确地定位自己的发展方向和层次，并为构筑自己的 知识框架而制定切实可行的学习计划。 可见，在网络学习中教师在不再是学习者的主要信息源，其主要工作也不再是 直接向学习者传授知识，而更多是扮演网络信息“领航员”角色，进行的是组织和 管理网络信息、开发网络学习资源、引导学习、开展网络教学研究等工作，这对教 师的素质也提出了更高的要求。 主导型基础物理学阐络教材的设计与开发第三章 基础物理学网络教材的设计 第三章基础物理学网络教材的设计 3 1 基础物理学网络教材的定位 “基础物理学”是理工科非物理专业的一门公共课，覆盖的专业面广。随着我 国高等教育由精英化教育转为大众化教育，学校规模日益扩大，学生数量大，分布 分散，象苏州大学修读“基础物理学”的学生达3 0 0 0 余人，分布在九个学院，五 个校区，教师往往要跨校区上课，任务繁重，课间休息时间紧张，课后师生之间的 联系少、交流少，教学活动几乎只依赖于课堂的4 0 分钟时间。 近年来，“基础物理学”也同其他高校课程一样，正在进行课程内容和教学方法 的改革，普遍采用“面向2 1 世纪课程教材”等反映现代教育思想、现代科技成就、 现代教育技术的新型教材。而作为一门公共课，安排的教学学时有限，而且还有被 不断缩减的趋势。随着教学改革的深入，传统的教学方式日益显现出它的不足，不 能满足素质化教育跟上时代发展的要求。 在这种背景下，本文设计和开发了基础物理学网络教材，作为基础物理 学课程的课堂教学的补充，弥补目前“基础物理学”教学上教学内容增加而学时 有限、师生交流少等实际存在的问题，满足新形势下“基础物理学”教学双方的需 求。基础物理学网络教材在设计时注意到了现有网络教材对发挥教师主导作用 方面的欠缺，以“主导型基础物理学网络教材的设计与开发”作为论文选题， 在内容设计和交互功能两方面来加强教师的主导作用：一方面教师是学习内容的设 计者，在设计与制作的同时将自己的教学方法渗透到教材中去；另一方面通过教学 公告、交流区、讨论室、站内邮件等交互手段来加强教师的引导与管理作用。 3 2 页面设计 3 2 1 页面布局设计 现在常用的页面布局方式主要有浮动导航条，上下框架结构与左右框架结构。 浮动导航条一般为隐藏式的，不占用屏幕面积，因此整个屏幕都可用来呈现内容。 但此类导航条不宜做的太复杂，一般用于实现较高级菜单之间的跳转； ：下框架结 主导型基础物理学蚓络教材的设计与开发第三章基础物理学网络教材的设计 构中上框架用于设计导航栏，下框架用于呈现内容。上框架中使用导航菜单配合下 拉菜单，实现各级菜单间的跳转。占用较小的屏幕面积，但各级菜单隐藏不直观： 左右框架结构中，左框架用于设计导航栏，右框架用于呈现内容。各级菜单采用树 形结构，清楚直观，占用1 6 左右的屏幕面积。 基础物理学网络教材用于辅助学生谋后学习，对导航有较高要求，因此采 用左右框架结构。左框架导航栏采用分级展开的树形结构，所有栏目，教学内容， 功能模块均呈现在导航栏中，并且根据用户身份的不同呈现不同的功能菜单，用户 根据导航栏就可了解基础物理学网络教材的结构、功能、内容安排，导航性强。 右框架呈现内容页面，配合导航栏在相关页面之间使用超连接实现快速跳转。 3 2 ，2 页面配色设计 网站配色，往往要注意以下几点： 站点的统一性。一个站点就如同拥有很多房间的大房子，每一扇门的后面 都有一个房间，而每一个房间中又有通向另一个房间的门。一个成功的站点就如同 一个设计合理的大房子，在不失整体统一性的同时每一个房间都有自己的特色。但 是，整体的统一是第一位的。所以在设计一个站点时，一定要适当地设计好主颜色， 辅助颜色和突出颜色。 突出教学主题，把有利于教材内容的传递放在第一位。 尽量使用“网页安全色”。我们平时浏览网页的时候都会发现，即使是一 模一样的颜色也会由于显示设备、操作系统、显示卡以及浏览器的不同而有不尽相 同的现实效果。网页安全色可以让你的页面在大部分的浏览器里看起来都是差不多 的样子。当然这并不是说我们只能拘泥于这2 1 6 种颜色之中。 主要配色不宜超过三种，不要让你的网页看起来像“百衲衣”。 配色方寨： 整体采用白色作为主包，配色采用相似色调的蓝色。 网页内容：作为最重要的部分，这一部分的可读性应该最强。这就意味着背景 主导型基础物理学网络教材的设计与开发 第三章基础物理学网络教材的设计 要非常亮，文字要非常暗，对比度要高。此处最显而易见的选择就是白底黑字。 网页标题：这一区域也应具有较高的对比度，以便用户能够非常方便看到他在 该站点的所在位置。标题通常与页面其它部分有不同的“风貌”，它可以使用与网 页内容非常不同的字体或颜色组合。此处选用蓝底白字。 导航菜单：菜单本身不应太显眼。尽管它对用户很重要，但也不应该与网页内 容竞争。相对于考虑用作网页内容背景的颜色而言，我为菜单背景设置的颜色总是 暗一些；我会依靠较高的颜色对比度、比较强烈的图形元素或独特的字体将网页内 容和菜单的不同目的准确地区分开。此处选择在深蓝背景上设置白色字，并配合使 用图标。 版权信息等不会被点击到的文字，不需要同一级别可见度，将其设置为暗灰色。 3 。3 教学内容部分的设计 3 3 1 融入老师的教学思想 在每个章节前设计本节导学。本节导学包括三个部分。首先从一个实验，或者 物理现象引导学生学习本节内容应如何入手；其次在学习本节内容之前就提出相关 的问题，让学生带着问题学习，在学习的过程中主动探究问题的答案。最后指导学 生本节内容的重点，使学生在自主学习的过程中不盲目，有重点地学习。 学习方法小贴示的设计。在关键热字上加上隐藏式的浮动层作为学习方法小贴 示。根据教师的教学经验在学习中可能遇到问题的地方设计小贴示，在学生学习时 随时为学生提供一些学习策略方面的建议，学习内容的解释对比等等。适时在教师 的謦助下调整学习策略，从而获取知识、自我更新知识以至创造新知识 设置附属栏目( 包括物理学习方法栏目、电磁学发展简史栏目、物理博览栏目、 现代专题栏目) 加强物理与生活与其他学科的联系，帮助学生构建自己的知识框架， 为学生创设一个有利于学习者将学习内容与已知事物联系的环境。 3 3 2 刨造个性化教学环境 在教材教学内容部分充分运用网络多