“互联网+”环境下大学物理教学改革历程与趋势

张睿?王祖源?顾牡?谢双媛

摘 要：基于2013年以来全国高等学校物理基础课程教育学术研讨会大会报告以及会议论文，本文對“互联网+”环境下大学物理教学改革发展情况进行了归纳与分析，并探讨了大学物理教学改革的趋势。

关键词：互联网+;大学物理;教学改革

2012年是MOOC元年，随着Coursera、Udacity、Edx等大型在线学习平台的出现，大规模开放在线课程建设成为教育技术界的热点。在这一形势下，国内各大高校与机构也不甘落后， 先后推出了“学堂在线”“智慧树”“中国大学MOOC”等大规模在线课程平台， 呈现出后来居上的趋势。在“互联网+”环境下，高校教学如何将在线课程与校内的面对面教学相结合，成为摆在高校教学界面前的新问题。

自2013年以来， 教育部高等学校大学物理课程教学指导委员会与中国物理学会物理教学委员会（以下简称“两委会”）联合，先后举办了五届全国高等学校物理基础课程教育学术研讨会[1-5]，2015年协助举办了物理教育国际会议。从这6次会议的大会报告及会议论文来看，高校大学物理教学正在不断适应“互联网+”环境的新形势，并结合国内高校教学改革的特点，产生出新的教学模式与教改思路。

一、2013—2018年全国高等学校物理基础课程教育学术研讨会情况简述

全国高等学校物理基础课程教育学术研讨会由两委会联合主办、地方高校协办，每年7月或8月举行，会议规模 400人左右。参会代表既包括物理教育专家，也包括来自全国各地高校的一线骨干教师。

研讨会注重学术交流，引导一线教师关注学科前沿，提升教学水平。根据会议主题以及高校教学改革形势，每年都组织大会特邀报告，介绍物理学前沿进展、教学名师教学经验以及物理教育研究成果。组委会还十分重视信息技术在“大学物理”和“大学物理实验”两门基础课程教学中的应用，着力提高教师的信息技术应用能力。

在全国高等学校物理基础课程教育学术研讨会召开之前，会议通过大学物理课程教指委网站、《物理与工程》杂志及其微信公众号，面向全国高校征集会议论文。经大学物理课程教指委审稿后，会议论文以大会报告、分会报告和张贴海报等形式被录用，并在《物理与工程》增刊上发表。

从大会特邀报告与会议论文内容看，有关教学内容的讨论占了较大比重，有关教学模式改革的内容主要涉及四个方面：在线学习（资源共享课程，开放课程，MOOC），翻转课堂（协作学习，同伴学习，混合式学习），探究学习（基于问题的学习，基于项目的学习，基于研究的学习），高考改革和新工科改革（与高中教学的衔接，与培养方案的对接）。有关情况如表1所示。

大会报告对大学物理教学改革进程起到了重要的推动作用。北京师范大学张萍教授和清华大学安宇教授长期关注教学模式改革，多次发表文章呼吁改进教学方法与手段。2016年他们在大会上作了关于翻转课堂模式的改革报告后，激发了广大教学工作者对这一模式的兴趣。2017年会议录用的翻转课堂方面的研究论文迅速增加到12篇，是2016年录用论文数量的2.4倍。

二、“互联网+”环境下高校物理基础课程教改特点

1.MOOC与翻转课堂成为“互联网+”环境下高校物理教改的热点

长期以来，教育部一直重视教师教学水平的提升，期望通过师资培训、精品课程建设等，促进各高校教学质量的提高。互联网普及后，教育部又出台政策，通过将精品课程上网实现资源共享，带动全国高校教学水平的提升。这些措施基本上是以提升教师的业务水平为目标，学生虽然也可以观看在线视频，但是由于师生之间的交流有限，也缺乏对学生学习情况的形成性评价机制，起到的效果十分有限。

MOOC的出现，使得大学教学和学习环境出现了巨大的变化。通过在线开放课程改造和拓宽学生的学习环境，使得以学生为中心的学习模式成为可能。随着大量MOOC学习平台的出现，在线教育成为高校教改的重点，一系列质量优秀的在线课程脱颖而出。在教育部2017年评选出的468门精品在线开放课程中，就有五门大学物理课程入选。但 MOOC学习的最大问题是缺乏对学习过程的有效监督，课程的完成度不高。

探究学习是建立在建构主义教学理念基础上的一种教学模式，主要提倡通过“做中学”强化学生对相关概念的理解，培养学生实际操作能力与分析问题的能力。探究学习的教学设计遵循“邻近发展区间”原则，要求教师通过教学设计，实现学习过程的个性化。这不仅增加了教学设计的难度，也使得教学的可操作性降低。由于学生的水平参差不齐，水平较低的学生往往投入大量时间从事探究活动，却收获有限，因而学习效率不高。

基于在线课程的翻转课堂，结合了在线学习和探究学习的优点，通过在线学习过程和同伴学习弥补学生基础上的差异，通过课堂教学实现对学习过程的有效监督，最终提高学生学习的成效。研究表明，对于数学、物理等思辨性强的课程，通过翻转课堂这样的教学模式能够收到更好的效果[6]。事实上，在翻转课堂学习模式中，师生关系更加平等，学习环境更加开放，学生思维更加活跃，这样的教学模式有利于培养学生创新能力与批判性思维能力。

在“互联网+”环境下，各高校物理基础课程教学纷纷开展了翻转课堂教学模式的尝试，涵盖理工医农各类专业。在层次上，既包括清华大学等“985工程”院校，也包括许多地方院校，并产生了大量研究成果。2017年，国内有关翻转课堂的研究论文就有6 417篇，其中涉及大学物理与大学物理实验教学的论文31篇。在广西师范大学举行的2017年度高等学校物理基础课程教育研讨会共录用翻转课堂研究论文12篇，占会议录用论文的15%。在2018年度全国高等学校物理基础课程教育研讨会上，清华大学王青教授和北京师范大学包景东教授分别就自己的翻转课堂教学实践做了大会报告，进一步推动了这一教学模式在基础物理教学中的应用。

从会议论文情况看，优秀教学成果的形成是和长期工作积累分不开的。北京理工大学物理教学团队自2013年以来，连续在会议上介绍物理教学改革经验，特别是基于问题的学习模式的改革。2018年该教学团队推出的“大学物理”在线课程获得国家精品在线开放课程。同济大学物理教学团队将3D物理模型、课堂应答系统、交互式电子书、远程教学平台等教学软件应用于教学之中，提高学生的学习兴趣，改善教学质量，取得了较好的效果。2013年以来每年在会议上发表多篇论文，介绍相关教学改革成果。在这些工作的基础上，2014年该教学团队获国家级教学成果二等奖， 2017年和2018年该教学团队推出的两门“大学物理”在线课程先后被评为国家精品在线开放课程。

2.实证研究方法正成为高校物理教育研究的主要手段

大学物理课程教學指导委员会十分重视吸收国外物理教学的先进教学理念与研究方法。2015年8月在国内举办的首次物理教学国际会议上，来自世界各地的专家对物理探究、翻转课堂等研究热点进行了交流与探讨，促进了国内物理教育研究的开展，也使得国内物理教育研究能够紧跟国际研究前沿。

从2012—2017年美国新媒公司颁布的地平线报告来看，混合式教学设计、学习分析与测量一直是高等教育研究的重点[7]。两委会将2016年、2017年全国基础物理教学研讨会主题定为物理基础课程（理论、实验）的教学与教学研究——内容、方法、手段、效果及基于科学研究的物理基础课程（理论、实验）教学改革与实践，并邀请美国俄亥俄州立大学包雷教授作大会报告，介绍教育研究方法，体现了两委会对国外教育研究方法，特别是实证方法在物理教育研究中应用的关注与重视。

从近年来全国高等学校物理基础课程教育学术研讨会交流的教学改革论文看，越来越多的研究者开始使用准实验研究的方法开展教学改革的有效性研究。一方面，研究者们在方法上通过对照组与实验组、前测与后测等手段，验证教学改革有效性;另一方面，通过信度系数、显著性因子等参量，说明教学改革成果的可靠性。物理教学研究成果正朝着系统化、规范化方向发展。

三、大学物理教学改革新趋势

1.高考改革与新工科建设越来越引起物理教育研究的关注

随着高考“3+3”模式在上海、浙江两地的试点，越来越多的地区将采取这一高考模式。从2017级入学新生情况来看，上海、浙江两地中学生对物理学习的投入出现较大程度的下降，和其他地区生源相比，对物理知识的掌握也相对弱化， 科学素养有所下降[8]。这一变化使得高校物理基础课程教学的难度增加，教学质量的保障面临新的压力。

对大学物理基础课程教学的另一个压力来自于新工科建设。自2017年以来，为了提高学生的创新能力，应对信息化背景下产业升级的新局面，教育部先后出台了一系列政策推动新工科建设，各高校在2017年后设置了许多新工科专业，这些专业大多属于科技前沿。新工科在近年来工程教育改革的基础上，强调不同学科专业的交叉融合，注重培养学生解决问题的能力、批判性思维、交流沟通与开拓创新的能力[9]，无形中提高了对物理基础课程授课内容与授课方法的要求。

大学物理课程教学指导委员会十分重视高考改革与新工科建设对大学基础物理教学的影响，邀请了多位专家在高等学校基础物理教学研讨会上做大会报告，向广大高校物理教师介绍高考改革与新工科建设情况，引起了高校物理教师的关注。

“互联网+”环境为高校基础物理教学改革提供了新的契机。一些高校开始通过在线先修课程或先导课程，解决学生水平参差不齐的问题，并取得了一定的效果。还有一些高校通过兴建创客空间、智慧教室等学习空间，培养学生的创新能力与综合工程素养。如何利用“互联网+”环境解决由高考改革与新工科建设带来的挑战，是今后一段时期高校基础物理工作者面临的重要任务。

2.大数据与人工智能将在高校物理教学研究中发挥重要作用

随着信息技术在教育领域的广泛应用，各类MOOC平台每天都在生成大量的教育数据。作为教育技术领域的权威前瞻性研究，2018年度地平线报告预测两到三年内自适应学习技术与人工智能在高等教育领域将发生重大进展。

借助于教育大数据，通过对学生的学习行为分类，教师可以了解学生学习行为与学习成效之间的关系，方便教师开展个性化教学，提高教学的效果与效率。同时，教育工作者通过教育数据的对比，也可以发现不同教学模式的特点，找到适合自己课程的教学模式。

基于人工智能的教学系统可以通过对学生学习数据的分析，把握学生的学习特征和学习风格，向学生推送学习内容，实现“以学生为中心”的教学模式。教师也可以通过人工智能完成过去繁琐重复的作业批改工作和答疑工作，减轻工作负担，提高工作效率。

总的来说，五年来高校基础物理的教学改革历程，一方面体现了教育技术与教学理念的深度融合，教学实践与教学理论与方法的结合;另一方面体现了中国国情与国际先进技术的结合，广大物理教育工作者立足中国实际问题与需要，参考国际先进理念，通过技术手段，寻找具有中国特色的问题解决方案。随着“人工智能+”时代的到来，中国基础物理的教学改革必将取得更加引人注目的成就。

参考文献：

[1] 2013年全国高等学校物理基础课程教育学术研讨会论文集 [C].  北京：清华大学出版社，2013.

[2] 2014年全国高等学校物理基础课程教育学术研讨会论文集 [C].  北京：清华大学出版社，2014.

[3] 2016年全国高等学校物理基础课程教育学术研讨会论文集 [C].  北京：清华大学出版社，2016.

[4] 2017年全国高等学校物理基础课程教育学术研讨会论文集 [C].  北京：清华大学出版社，2017.

[5] 2018年全国高等学校物理基础课程教育学术研讨会论文集 [C].  北京：清华大学出版社，2018.

[6] 王翠如， 胡永斌. 翻转课堂真的能提升学习成绩吗？——基于38项实验和准实验研究的元分析[J]. 开放教育研究，2018（4）.

[7] 金慧，胡盈滢，宋蕾.技术促进教育创新——新媒体联盟《地平线报告》（2017高等教育版）解读[J].远程教育杂志，2017，35（2）：3-8.

[8] 杨运， 周先进. 新高考改革的经验、问题与走向[J]. 教学与管理，2018（4）：73-76.

[9] 周开发，曾玉珍. 新工科的核心能力与教学模式探索[J]. 重庆高教研究，2017，5（3）：22-35.

[责任编辑：夏鲁惠]