郭芳俠　李小艷

(陜西師范大學(xué)物理學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院　陜西 西安　710119)

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基于Blackboard交互式物理教學(xué)設(shè)計

郭芳俠李小艷

(陜西師范大學(xué)物理學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院陜西 西安710119)

摘 要：本文依托Blackboard信息化教學(xué)平臺，通過課前網(wǎng)上自主學(xué)習(xí)、課堂協(xié)作探究、課后鞏固拓展3個環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)活動以及多元化的評價方式，旨在探究信息化背景下的物理交互式教學(xué)設(shè)計，倡導(dǎo)支架式教學(xué)，促進學(xué)生自主學(xué)習(xí),改變學(xué)習(xí)習(xí)慣，培養(yǎng)終身學(xué)習(xí)發(fā)展的能力．

關(guān)鍵詞：交互式教學(xué)支架教學(xué)自主學(xué)習(xí)

1研究背景

傳統(tǒng)的大學(xué)教學(xué)模式一般是教師在講臺上講，學(xué)生被動地聽,機械地記筆記，思想難免開小差，甚至有打瞌睡、玩手機上網(wǎng)等現(xiàn)象．課后相當數(shù)量的學(xué)生草草應(yīng)付完成作業(yè)，臨到考試的時候，突擊復(fù)習(xí)、死記硬背，但不久后這些知識就會被拋之腦后，對學(xué)生的評價方法也較為單一．這種模式下的教與學(xué)，嚴重阻礙了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性和創(chuàng)造性的培養(yǎng)[1]；另一方面，枯燥的課堂、被動的地位、以及學(xué)生害怕出錯的心理使得師生交流較少．現(xiàn)如今，隨著信息技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，學(xué)生獲取知識的手段和渠道也有了翻天覆地的變化，在信息化教學(xué)背景下，學(xué)生的學(xué)習(xí)環(huán)境日漸改善、學(xué)習(xí)終端日漸多樣、教學(xué)媒體日漸豐富，學(xué)習(xí)不再受到時間空間的限制，學(xué)生可以隨時隨地的學(xué)習(xí)，并且可以選擇國內(nèi)外不同學(xué)校的優(yōu)質(zhì)課程進行學(xué)習(xí)[2]，讓優(yōu)質(zhì)教育資源世界共享，這是教育發(fā)展的趨勢．那么教育也要跟上時代發(fā)展的步伐，充分利用現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)，學(xué)習(xí)者是學(xué)習(xí)的主體，根據(jù)自己的需求來選擇開課學(xué)校、教師和學(xué)習(xí)內(nèi)容，教師的角色也發(fā)生了轉(zhuǎn)變，不再僅僅是“傳道授業(yè)解惑”，而更多的是服務(wù)、支持、指導(dǎo)、幫助學(xué)生．基于e-learning的教學(xué)更能體現(xiàn)教師指導(dǎo)，學(xué)生主體的思想．因此許多的信息化網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺應(yīng)運而生．其中Blackboard以其豐富的數(shù)字化資源、成熟的技術(shù)、較為完善的功能、多樣的學(xué)習(xí)效果評價方式以及以人為本的理念得到了國內(nèi)外高校的青睞，那么怎樣進行教學(xué)設(shè)計才能更有效地促進學(xué)生的學(xué)習(xí)？本文在以學(xué)生為中心[3]的教育理念、以支架式教學(xué)[4]為理論基礎(chǔ)的指導(dǎo)下，借助Blackboard為教學(xué)平臺，構(gòu)建了交互式教學(xué)模式，打破了時空約束，學(xué)生可以利用手機等上網(wǎng)工具隨時隨地登陸網(wǎng)絡(luò)平臺進行個性化學(xué)習(xí)，實現(xiàn)了師生與生生的同步或異步交流，有利于調(diào)動學(xué)生的積極性．

2Blackboard環(huán)境下的物理教學(xué)設(shè)計

Blackboard平臺為信息化教學(xué)提供了重要的技術(shù)支持，有效地延續(xù)和補充了課堂教學(xué)，如何在這一平臺上進行高效的物理類教學(xué)設(shè)計、促進學(xué)生的發(fā)展是我們追求的目標．我們借鑒《課堂教學(xué)設(shè)計》所提出的觀點[5]“一個完整的課堂教學(xué)設(shè)計需要解決好4個基本問題：現(xiàn)在哪里;要去哪里;如何去那里;是否到了那里”，具體如圖1所示．

圖1　教學(xué)設(shè)計流程

從學(xué)生出發(fā)是進行教學(xué)設(shè)計的預(yù)備階段和基礎(chǔ)，本文研究的學(xué)習(xí)對象是物理學(xué)院大三學(xué)生，他們經(jīng)過高等數(shù)學(xué)、數(shù)學(xué)物理方法以及大學(xué)物理的學(xué)習(xí)，已經(jīng)具備了一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和物理邏輯，能夠自主閱讀和分析問題．身處信息時代的大學(xué)生，個性顯著、網(wǎng)絡(luò)依賴性較強、獲取知識多元、較容易接受新事物，但是缺乏對信息技術(shù)和技術(shù)的選擇以及自我管理意識．針對學(xué)生的特點，教師在進行信息化教學(xué)設(shè)計時要充分發(fā)揮學(xué)生優(yōu)勢，同時也要加強監(jiān)控管理和資源篩選．

2.2教學(xué)目標分析

教學(xué)目標是教學(xué)設(shè)計的關(guān)鍵，是對整節(jié)課所要達到結(jié)果的規(guī)劃．我們以《電動力學(xué)》[6]第一章第1節(jié)“電荷與電場”為例，從庫侖定律出發(fā)，利用疊加原理和數(shù)學(xué)推理得出電場的普遍表達式，通過電通量的計算證明高斯定理，再對高斯定理進行積分變換，得到靜電場的性質(zhì)——散度方程．同樣通過環(huán)流的計算和積分變換可以得到靜電場旋度方程，整個過程環(huán)環(huán)相扣．通過學(xué)習(xí)本節(jié)課讓學(xué)生能夠較好理解高斯定理和庫侖定律的關(guān)系；熟悉研究靜電場性質(zhì)的思路；掌握散度方程和旋度方程及其含義；理解微分方程和積分方程的區(qū)別；培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題能力，具備物理思維邏輯．本節(jié)課的難點是高斯定理的證明、散度方程和旋度方程本質(zhì)的理解．重點是靜電場散度方程和旋度方程及其含義．

2.3學(xué)習(xí)活動

學(xué)習(xí)活動是網(wǎng)絡(luò)教學(xué)設(shè)計[3]的核心部分，一切圍繞著學(xué)生展開，所以學(xué)習(xí)活動設(shè)計至關(guān)重要．我們借助網(wǎng)絡(luò)平臺的優(yōu)勢，結(jié)合課程特點，分析重、難點，將學(xué)習(xí)活動分為自主學(xué)習(xí)和“自主學(xué)習(xí)+課堂探究”，自主學(xué)習(xí)的內(nèi)容設(shè)置在學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，學(xué)生稍微努力就可以達到，這一部分的比例小于總體內(nèi)容的30%，而“自主學(xué)習(xí)+課堂探究”是本文的核心，我們在Robert Talbert教授的翻轉(zhuǎn)課堂[7]模型的基礎(chǔ)上設(shè)計了如圖2所示的學(xué)習(xí)活動．

圖2　基于Blackboard平臺的學(xué)習(xí)活動流程圖

在課前，教師將電荷與電場的重點難點、學(xué)習(xí)目標、學(xué)習(xí)計劃以及學(xué)習(xí)任務(wù)通過通知功能發(fā)布在Blackboard平臺上，并且利用學(xué)習(xí)預(yù)警，幫助學(xué)生更好地安排學(xué)習(xí)時間和學(xué)習(xí)內(nèi)容的優(yōu)先級．教師安排的學(xué)習(xí)內(nèi)容，既不能太難，也不能過易，要盡可能地為學(xué)生創(chuàng)設(shè)真實的學(xué)習(xí)情境．針對電荷與電場這節(jié)課，安排的學(xué)習(xí)任務(wù)是：復(fù)習(xí)矢量代數(shù)知識以及庫侖定律，收集電動力學(xué)偉人事跡．通過電磁學(xué)、高等數(shù)學(xué)、數(shù)學(xué)物理方法的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)有一定的基礎(chǔ)，但有些學(xué)生對這部分內(nèi)容有所遺忘或者遺漏，所以復(fù)習(xí)是非常必要的．矢量代數(shù)的學(xué)習(xí)較為枯燥，我們使用動畫式在線閱讀以及5～10 min短小精悍的微視頻幫助學(xué)生復(fù)習(xí)鞏固．學(xué)生通過文本及視頻學(xué)習(xí)后，參與矢量代數(shù)的在線測驗，對所學(xué)內(nèi)容進行查漏補缺．在復(fù)習(xí)庫侖定律這一塊，教師在討論區(qū)域設(shè)置話題：兩個點電荷之間的作用力大小為

(1)

那么當r趨近于無窮小的時候，這兩個點電荷之間的作用力無窮大，兩個實際帶電小球靠近時作用力會無窮大嗎？為什么？根據(jù)以前學(xué)習(xí)的知識，當電荷怎樣分布時利用什么樣的方法可以求解電場？已知電場分布可否得到電荷分布？學(xué)生在討論區(qū)展開討論，在討論期間教師啟發(fā)誘導(dǎo)：讓學(xué)生想一想庫侖定律的適用范圍．通過回顧和查閱網(wǎng)上學(xué)習(xí)資源，學(xué)生重構(gòu)知識框架．最后教師在作業(yè)區(qū)布置作業(yè)：小組以PPT形式展示科學(xué)偉人事跡．學(xué)生小組在聊天區(qū)確定各自的研究對象，明確分工，利用圖書館和網(wǎng)絡(luò)進行資源的搜集，協(xié)作完成任務(wù)．學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)，可以根據(jù)自己的實際情況靈活調(diào)整學(xué)習(xí)計劃，借助Blackboard豐富的網(wǎng)上資源進行拓展學(xué)習(xí)．

2.3.2課堂協(xié)作探究

學(xué)生在Blackboard平臺上進行自主學(xué)習(xí)時，會遇到各種困惑與不解，對重難點掌握也會因人而異，根據(jù)這一情況教師利用Blackboard通知功能，發(fā)布集中上課公告．課前，教師查看學(xué)生網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)情況，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)反饋以及教學(xué)的重難點制定教學(xué)策略．課堂教學(xué)以學(xué)生為主，但是教師作為引導(dǎo)者也起著舉足輕重的作用，針對本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容，率先提出本節(jié)課的主線索：如何研究靜電場的性質(zhì)？學(xué)生帶著疑問獨立探索和協(xié)作學(xué)習(xí)，然后展示學(xué)習(xí)成果，教師根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)成果是否對重難點內(nèi)容有遺漏再進行補充并講解，最后師生對本節(jié)課進行小節(jié)評價．理清教學(xué)思路，接下來筆者將知識點細分，引導(dǎo)學(xué)生依次攻破．主線索的提出讓學(xué)生很容易就會找到研究問題的切入點——從庫侖定律出發(fā)，得出高斯定理，那么如何突破高斯定理的證明這個難點呢？本研究采用由單個到復(fù)雜、由理想模型到一般模型的方法，利用最近發(fā)展區(qū)理論進行支架式教學(xué)．具體的步驟：

(1)研究只有一個點電荷時電場強度對閉合曲面的電通量．以問題引入：電通量的物理意義是什么？學(xué)生回顧電磁學(xué)知識以及庫侖定律．接著教師創(chuàng)設(shè)物理情境:假設(shè)閉合曲面內(nèi)只有一個點電荷Q，求通過面元dS的電通量．學(xué)生以小組為單位進行協(xié)作學(xué)習(xí),教師隨即挑選同學(xué)進行該題的演練,推導(dǎo)出

(2)

(2)教師對該公式進行深刻講解，并讓學(xué)生利用數(shù)學(xué)積分得到電場強度對閉合曲面的電通量．上述例題是點電荷在曲面內(nèi)，那么如果放在曲面外又會如何？該題考察學(xué)生對上面例子的應(yīng)用情況，限定時間讓學(xué)生練習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生舉一反三的思維；

(3)教師進行啟發(fā)誘導(dǎo)，一個點電荷所對應(yīng)的電通量情況學(xué)生已經(jīng)清楚，但實際上空間有多個點電荷，這時候的電通量該如何計算？讓學(xué)生分小組進行討論，大家集思廣益，以小組形式展示討論結(jié)果(利用場的疊加定理計算多個點電荷的電通量)；

(4)教師繼續(xù)啟發(fā)學(xué)生：一般情況下，電荷是連續(xù)分布的，且體密度已知，那么電場強度對閉合曲面的通量又該如何表示？學(xué)生通過前面的學(xué)習(xí)，探索此類問題的思維已經(jīng)形成，加之數(shù)學(xué)積分練習(xí)，便可得出高斯定理散度公式．這時候教師針對學(xué)生對高斯定理證明過程中的問題進行補充講解，師生共同總結(jié)高斯定理積分和微分形式的意義以及適用范圍．物理具有縝密的邏輯性，利用同樣的思路來確定靜電場環(huán)量的性質(zhì)，從而得到靜電場的旋度，最后師生共同小結(jié)靜電場的性質(zhì)．

學(xué)習(xí)完課本知識，學(xué)生小組以PPT形式展示Blackboard平臺上的探索任務(wù)——收集電動力學(xué)偉人的事跡，學(xué)生代表上臺展示作品，師生共同制定Rubric，對小組作品進行點評．通過該項活動，培養(yǎng)學(xué)生團結(jié)協(xié)作意識，樹立學(xué)生的科學(xué)人文理念，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)．

2.3.3課后鞏固拓展

通過課前的自主學(xué)習(xí)和課堂的面授講解，學(xué)生對靜電場的性質(zhì)有了進一步認知．為了鞏固學(xué)生已建構(gòu)的知識，拓寬學(xué)生視野，發(fā)展個性化學(xué)習(xí)．我們利用通知功能要求學(xué)生復(fù)習(xí)電荷與電場，在Blackboard平臺上布置作業(yè)，用Flashpaper的形式上傳到網(wǎng)站，便于學(xué)生直接瀏覽，另外限定作業(yè)上交期限，對于未按時交作業(yè)的同學(xué)，我們利用Blackboard平臺的電子郵件給該學(xué)生提醒和警告；在題庫中導(dǎo)入電荷與電場試題，題型分為單選、多選和判斷，利用在線測試功能，讓學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)完成測試，由平臺自動打分，并標出錯題和正確答案，此測驗可以允許學(xué)生多次作答，直到得到滿意的結(jié)果，這個過程一方面可以有針對性地幫助學(xué)生進行查漏補缺，一方面也可以培養(yǎng)學(xué)生積極探索，不斷超越的精神；在討論區(qū)設(shè)置拓展問題，比如直接從場的表達式能否得出靜電場的散度和旋度方程？思考電磁爐和微波爐的原理，讓學(xué)生理論聯(lián)系實際，從生活中發(fā)現(xiàn)物理美，學(xué)生可以獨立探索，也可以在討論區(qū)與同學(xué)進行交流，仁者見仁，智者見智，通過自學(xué)和互學(xué)，學(xué)生在Wiki中提交學(xué)習(xí)成果，由教師和同學(xué)對學(xué)習(xí)成果進行評價，從而不斷地完善．學(xué)習(xí)永無止境，為了使學(xué)生在浩瀚的知識海洋中搜尋到有效信息，我們在Blackboard平臺上還為學(xué)生提供了參考書目、名師視頻、科研文獻、趣味科學(xué)等，學(xué)生根據(jù)興趣愛好自由選擇．

2.4教學(xué)評價設(shè)計

教學(xué)評價一方面是評價教學(xué)過程，另一方面是評價學(xué)習(xí)效果,評價教學(xué)過程的一個重要手段是通過Blackboard網(wǎng)上調(diào)查，讓學(xué)生在線回答，通過學(xué)生的反饋，不斷完善教學(xué)設(shè)計．

圖3　學(xué)習(xí)效果評價圖

對學(xué)習(xí)效果進行評價時，筆者主要是采用形成性評價和終結(jié)性評價，利用Blackboard平臺的blog、日志、wiki、作業(yè)、小組、測驗、討論版等工具對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進行評價,具體如圖3所示．

對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果評價不再僅僅是期末卷面成績，而是按百分制進行多方面綜合評價，側(cè)重學(xué)生的自主學(xué)習(xí)以及協(xié)作學(xué)習(xí)，鼓勵學(xué)生積極參與到學(xué)習(xí)中，比如可根據(jù)學(xué)生的發(fā)帖數(shù)量以及質(zhì)量，跟帖人的意見質(zhì)量，進行有層次的評定．對于發(fā)帖多且有指導(dǎo)作用的意見，我們評為意見領(lǐng)袖，給予加權(quán)鼓勵，以此來鼓勵學(xué)生踴躍參與到討論中，實現(xiàn)交互式學(xué)習(xí)．我們對小組進行評價時，注重團隊協(xié)作，關(guān)注每個成員的成長，每個人的努力匯聚成了小組的成果，這個過程既有獨立探索又有小組商議，組內(nèi)成員既有合作又有競爭，同時小組成員之間還可以互評．

3結(jié)論

本文通過Blackboard平臺構(gòu)建支架式教學(xué)，旨在促進學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，加強師生，生生交流協(xié)作，達到師生雙方對教與學(xué)的實時、動態(tài)的監(jiān)控[5]，實現(xiàn)對學(xué)生多元化，全方位的評價，從而促使學(xué)生的學(xué)習(xí)真正發(fā)生，使學(xué)習(xí)效果最優(yōu)化．雄關(guān)漫道真如鐵，而今漫步從頭越，這僅僅是一個開始，信息化背景下的大學(xué)物理類的教育教學(xué)工作仍存在很多不足，還有待我們進一步探索．

參 考 文 獻

1周浩淼,宣立明,趙吉祥.“數(shù)學(xué)物理方法”啟發(fā)式教學(xué)探索.中國電力教育，2010(30):87～88

2吳玉娟.基于Moodle平臺的網(wǎng)路課程設(shè)分——以《多媒體素材采集與制作》為例.軟件導(dǎo)刊(教育技術(shù)),2012(5):65～67

3鐘曉流,宋述強,焦麗珍.信息化環(huán)境中基于翻轉(zhuǎn)課堂理念的教學(xué)設(shè)計研究.開放教育研究,2013,19(1):58～64

4閆寒冰.信息化教學(xué)的學(xué)習(xí)支架研究.中國電化教育,2003(11):18～21

5鄭麗.基于Blackboard網(wǎng)絡(luò)學(xué)堂的教學(xué)設(shè)計與教學(xué)評價研究.實驗技術(shù)與管理,2014,31(6):176～182

6郭碩鴻.電動力學(xué)(第三版).北京：高等教育出版社,2008.4～14

7Talbert R. Inverted classroom.Colleagues, 2012, 9(1): 7

收稿日期：(2015-08-29)