凌 智，張群英

利用網(wǎng)絡(luò)平臺進(jìn)行數(shù)學(xué)物理方程課程輔助教學(xué)的探討

凌 智，張群英

本文分析了數(shù)學(xué)物理方程課程傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式在教育信息化的新形勢下存在的一些不足，探討了如何利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺對數(shù)學(xué)物理方程課程實(shí)施有效的輔助教學(xué)，建立新的課程教學(xué)模式以提高學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)物理方程的興趣，有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，更好地培養(yǎng)學(xué)生的解決實(shí)際問題的能力。

數(shù)學(xué)物理方程；網(wǎng)絡(luò)平臺；輔助教學(xué)

凌智/揚(yáng)州大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院副教授，博士（江蘇揚(yáng)州 225002）；張群英/揚(yáng)州大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院講師，博士（江蘇揚(yáng)州 225002）。

隨著Internet技術(shù)的廣泛應(yīng)用以及網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的逐步完善，我國的信息化教育發(fā)展迅速，水平也在不斷提高[1]。越來越多的學(xué)科正在重新思考他們的傳統(tǒng)教學(xué)理念和技術(shù)，以適應(yīng)新技術(shù)和時代的發(fā)展。與此同時，隨著精品課程建設(shè)的大力發(fā)展，利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺豐富教學(xué)資源、輔助教學(xué)也越來越受到重視。如何合理地將傳統(tǒng)的教學(xué)模式與快速、高效的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺相結(jié)合來強(qiáng)化學(xué)生的綜合運(yùn)用知識解決實(shí)際問題的能力以及培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，已成為高校教學(xué)改革研究需要解決的重要問題之一。本文就如何利用網(wǎng)絡(luò)平臺進(jìn)行數(shù)學(xué)物理方程課程輔助教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)物理方程的興趣，有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，更好地培養(yǎng)學(xué)生的解決實(shí)際問題的能力做一些探討。

一、數(shù)學(xué)物理方程課程的應(yīng)用背景

目前，許多高等院校理工科都開設(shè)了數(shù)學(xué)物理方程課程。該課程主要研究物理學(xué)、生物學(xué)以及其它一些自然科學(xué)和工程中所產(chǎn)生的一些典型偏微分方程。從課程的結(jié)構(gòu)和特色來看，數(shù)學(xué)物理方程是最能體現(xiàn)數(shù)學(xué)素質(zhì)教育特色的課程。它所涉及的數(shù)學(xué)問題多樣而復(fù)雜，并且絕大多數(shù)都與自然現(xiàn)象和工程實(shí)際問題有關(guān)，因此，具有很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用背景。而現(xiàn)實(shí)世界和生產(chǎn)實(shí)踐活動中又會不斷地提出或產(chǎn)生需要解決的新課題。這些問題往往所涉及的數(shù)學(xué)物理方程多樣而復(fù)雜,因此它又不斷地促進(jìn)著許多相關(guān)數(shù)學(xué)分支（如泛函分析、復(fù)變函數(shù)、微分幾何、計算數(shù)學(xué)等)的發(fā)展,并從中引進(jìn)許多的解決問題的有力工具[2]。由此可見,數(shù)學(xué)物理方程是純粹數(shù)學(xué)的許多分支和自然科學(xué)及工程技術(shù)等領(lǐng)域之間的一個重要橋梁。

二、傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足

數(shù)學(xué)物理方程課程的傳統(tǒng)教學(xué)模式往往是一種灌輸式的教學(xué)模式。該模式以老師課堂講授為主，而學(xué)生處于被動接受的狀態(tài)，學(xué)生只能通過課后再看書進(jìn)行消化和吸收。再加上學(xué)生要面對大量的前期基礎(chǔ)課和專業(yè)課程，理論性內(nèi)容較多，因此學(xué)生學(xué)起該課程來自然會感覺很單調(diào)，枯燥無味，很難學(xué)好，更談不上應(yīng)用所學(xué)知識來解決問題。此外，很多高校數(shù)學(xué)物理課程的考試多采用開卷考試的考核形式，教學(xué)效果可見一斑。究其原因，傳統(tǒng)的教學(xué)模式忽視了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，在學(xué)習(xí)過程中學(xué)生只是被動地接受知識，缺乏自主探索的機(jī)會，不利于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，也無法有效地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動性和創(chuàng)造性。因此，這種教學(xué)模式很難培養(yǎng)出適應(yīng)新形勢的創(chuàng)新型理工科人才。

三、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺內(nèi)容體系的構(gòu)建

構(gòu)建數(shù)學(xué)物理方程課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺可以為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供豐富的教學(xué)資源、形成良好的反饋機(jī)制、實(shí)現(xiàn)高效的互動功能，充分發(fā)揮其在課堂教學(xué)和課外輔助教學(xué)中的作用[3]。在具體的實(shí)踐中，我們構(gòu)建了該課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺體系的四大功能模塊：系統(tǒng)管理功能模塊、資源管理功能模塊、教學(xué)支持功能模塊和教務(wù)管理功能模塊[4]，如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺模塊結(jié)構(gòu)示意圖

其中，系統(tǒng)管理模塊可以在線對模塊組織、用戶信息等進(jìn)行管理。一方面對用戶的使用情況進(jìn)行查看，包括教師在線的活動情況，如，刪增教學(xué)資源，解答學(xué)生問題等以及學(xué)生在線學(xué)習(xí)的情況，另一方面還可以對功能模塊進(jìn)行定義。資源管理模塊是對教師提供上傳、對學(xué)生提供下載教學(xué)資源的接口?？梢詾榻處熀蛯W(xué)生提供大量可供檢索的教學(xué)素材資源、視頻資源以及網(wǎng)絡(luò)課程。教學(xué)支持模塊主要是為學(xué)生提供網(wǎng)上學(xué)習(xí)環(huán)境。在該模塊下，教學(xué)文件搭載有教師上課的教學(xué)大綱、教學(xué)日歷、電子講稿、教案等。此外教學(xué)日志、師生互動平臺等也搭載在該模塊下。教務(wù)管理模塊主要功能是控制學(xué)生通過注冊和教師審核以后才能登錄數(shù)學(xué)物理方程課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺。在該模塊中，教務(wù)管理人員除了可以及時發(fā)布教學(xué)、教務(wù)信息，對網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的使用情況進(jìn)行觀摩和巡視，還可以進(jìn)行教務(wù)管理的查詢檢索，開展問卷調(diào)查等活動。

四、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺輔助教學(xué)的實(shí)施方式

1．修訂教學(xué)大綱以適應(yīng)教學(xué)的需要。目前，國內(nèi)大多數(shù)數(shù)學(xué)物理方程課程的教材都是首先介紹具有物理背景的若干經(jīng)典數(shù)學(xué)物理方程的推導(dǎo)；然后介紹數(shù)學(xué)物理方程的分類及定解問題；最后給出定解問題的一些求解方法。這樣，學(xué)生在開始學(xué)習(xí)該課程時就會遇到繁瑣的方程推導(dǎo)和冗長的求解過程，倍感解決一個數(shù)學(xué)物理方程定解問題十分困難，往往從一開始就會失去對該門課程的學(xué)習(xí)興趣。為此，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行輔助教學(xué)可以使學(xué)生從掌握一些簡單數(shù)學(xué)物理方程的求解入手，鼓勵學(xué)生利用一些軟件，如Matlab、Maple等對所學(xué)的方程進(jìn)行可視化的求解[5]，更加直觀、形象地了解問題的解的性態(tài)。為了從根本上有所改變，我們對原有的數(shù)學(xué)物理方程課程教學(xué)大綱中的各章節(jié)理論課時進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，特別補(bǔ)充了一些實(shí)驗(yàn)課時，并制定了實(shí)驗(yàn)大綱。同時也制作了數(shù)學(xué)物理方程多媒體課件。我們研究了使用多媒體實(shí)施教學(xué)的弊端，并提出一些克服辦法，尤其是補(bǔ)充了一些直觀算例，在此基礎(chǔ)上形成了高質(zhì)量的多媒體教案。

2．基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的教學(xué)互動。眾所周知，師生交互應(yīng)貫穿教與學(xué)的整個過程，而教學(xué)改革最重要的一個環(huán)節(jié)就是師生交互。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的最大優(yōu)勢就在于網(wǎng)絡(luò)在空間和時間兩個方面為實(shí)現(xiàn)師生的交互提供了可能。目前，學(xué)生借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，可以隨時查看教學(xué)大綱、電子教案，共享一些方程求解的源程序資源等。借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的討論區(qū)，學(xué)生可以上傳他們在學(xué)習(xí)中遇到的問題，在學(xué)生與學(xué)生之間、學(xué)生與教師之間，互相從問題的不同側(cè)面進(jìn)行探討與辯論。同時學(xué)生也可以對課程的學(xué)習(xí)提出自己的看法等。這些互動可以使學(xué)生對數(shù)學(xué)問題的來龍去脈進(jìn)行充分探索，更加全面地認(rèn)識問題，從而深刻地掌握知識。采用新型的“課堂教學(xué)+網(wǎng)絡(luò)教學(xué)互動”教學(xué)模式，以課堂講授為主,教學(xué)平臺討論交流為輔可以進(jìn)一步增強(qiáng)師生之間、同學(xué)之間的溝通，從而進(jìn)一步提高了學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)物理方程課程的興趣和積極性。在彌補(bǔ)傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式不足的同時,提高了教學(xué)效率和質(zhì)量。

3．以問題驅(qū)動培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。針對課程的應(yīng)用背景強(qiáng)這一特點(diǎn)，在教改中增設(shè)了實(shí)驗(yàn)性教學(xué)環(huán)節(jié)。一方面，通過教師在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的引導(dǎo)，學(xué)生可以在互聯(lián)網(wǎng)上查閱相關(guān)資料、了解相關(guān)的學(xué)科前沿動態(tài)。在此基礎(chǔ)上，通過解決一些預(yù)設(shè)的實(shí)際問題，讓學(xué)生更多地了解該課程知識的背景和實(shí)用性。在實(shí)際問題的驅(qū)動下，學(xué)生的求知欲望也更加強(qiáng)烈。另一方面，鼓勵學(xué)生在各種專業(yè)論壇上尋找到許多需要利用數(shù)學(xué)物理方程知識來解決的一些工程上的具體問題來做。如果他們充分掌握了所學(xué)的知識，就敢于介入這些問題的探討，并大膽提出自己的觀點(diǎn)，設(shè)計出合理的解決方案，更有甚者還會利用計算機(jī)進(jìn)行仿真，更加直觀地了解問題解答的實(shí)際狀況。學(xué)生在解決實(shí)際問題中獲得的滿足感和成就感是不言而喻的，這樣既培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力，又能激發(fā)學(xué)生更濃的學(xué)習(xí)興趣，形成良性循環(huán)。從這一點(diǎn)來看，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺對課堂教學(xué)的輔助效果是十分明顯的。

五、結(jié)語

基于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺開展的教學(xué)，不僅是對傳統(tǒng)教學(xué)的一種有益補(bǔ)充，而且是一種全新的學(xué)習(xí)方式，是信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)和多媒體發(fā)展到一定程度的必然產(chǎn)物[6]?；贗nternet構(gòu)建數(shù)學(xué)物理方程課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺開展教學(xué)可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生在學(xué)習(xí)活動中發(fā)揮更加積極的作用。而其中利用計算機(jī)仿真模擬數(shù)學(xué)的理論結(jié)果則是一個有效的學(xué)習(xí)方法，它可以簡化理論的理解，鼓勵學(xué)生探索和實(shí)踐，無疑也能讓學(xué)習(xí)過程更加愉快。因此，利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺對數(shù)學(xué)物理方程課程進(jìn)行輔助教學(xué)不僅可以提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率，還能充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。但是我們也應(yīng)該注意到教師和學(xué)生必須在整個教學(xué)過程中扮演好各自的角色,既要充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢,又不能過分地依賴網(wǎng)絡(luò)。只有這樣，利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺對數(shù)學(xué)物理方程課程進(jìn)行輔助教學(xué)才能真正有效地提升數(shù)學(xué)物理方程課程的信息化教學(xué)水平。

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[1]李永明．教育信息化的現(xiàn)狀與思考[J]．文教資料,2009（17）

[2]白江紅．?dāng)?shù)學(xué)物理方程課程教學(xué)的實(shí)踐與體會[J]．長春師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2011（3）

[3]劉淳，章強(qiáng)，武齊陽等．交互式網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的研究與實(shí)現(xiàn)[J]．南京大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2006（1）

[4]蔡文青，梁斌．網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺在C++程序設(shè)計課程教學(xué)改革中的運(yùn)用[J]．計算機(jī)教育，2011（1）

[5]彭芳麟.數(shù)學(xué)物理方程的MATLAB解法與可視化[M].清華大學(xué)出版社,2004

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1671-6531(2013)18-0103-02

責(zé)任編輯：姚 旺