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 成果总结:


一、立项背景、项目来源、研究目的及意义

1.立项背景
    信息时代使高等教育的理念、内容、方式、技术和管理等方面都发生了巨大变化。2000年,教育部高教司为了抓紧落实《面向21世纪教育振兴行动计划》,决定实施新世纪网络课程建设工程,其目标是用2年时间,建设200门左右的基础性网络课程、案例库和试题库。
在这一背景下,总参也实施了网络课程和重点课程建设工程。课题组抓住机会积极开展了物理教学资源和网络课程建设。
2.项目来源
    1)2000年新世纪网络课程建设工程第一期课题“大学物理网络课程”;
    2)2001年新世纪网络课程建设工程第二期课题“基础物理现代教程”;
    3)2001年全国教育科学“十五”规划课题 “大学物理网络教育软件的设计理论研究及实践”;
    4)2000年总装备部试验技术重点研究项目“大学物理网络教学系统设计”。
3.研究目的及意义
    在网络教育软件研制过程中,借鉴先进的教育思想,利用多媒体技术及网络技术,实现大范围信息资源的共享及重组,进行了教学方法和教育技术的改革,最终目的是全面推进素质教育,提高教学质量。
    开展“大学物理”网络课程建设,有利于多种教学模式和教学方法实施。研究并掌握教育软件开发各阶段对应的设计理论及策略,特别是教学设计理论及策略,不但体现了教育观念的现代化,更重要的是在软件设计中有系统的、科学的理论指导。这不仅有助于更好地发挥多媒体的优势,使计算机及网络技术成为大学物理课程设置的有机组成部分、充分发挥教师的作用;而且有助于提高大学物理教学质量,加快人材的培养。

二、研究内容

    2000年以来,课题组围绕着“大学物理”课程,从课堂教学手段改革、校园网的资源建设、网络课程开发、网络课程设计理论的系统化等方面,进行了较全面的实践。整个研究分为两个阶段:2000.7-2002.7,网络课程设计理论研究、多媒体素材制作、网络课程设计研制阶段;2002.7-2004.7,研究成果的总结、推广和应用阶段。
第一阶段研究内容:
    1)网络课程设计理论研究,“大学物理”立体化教学体系研究;
    2)“大学物理”多媒体教学素材库的规范和标准研究;
    3)大学物理网络课程制作中的教育思想和设计方法研究;
    4)大学物理备课系统设计制作的积件功能研究。
第二阶段研究内容:
    1)系统地整理和总结前一阶段实践中的经验和教训,并将其系统化和理论化,发表论文和出版编著;
    2)评审、出版和推广应用研制的教育软件,积极进行多媒体课堂教学实践,并推广到远程教学活动中。

三、完成的主要成果

1.出版《网络课程设计原理与方法》编著
    《网络课程设计原理与方法》作为远程教育专业的系列教材之一,系统介绍了网络教育软件从总体设计、脚本编写、素材制作,到最后的媒体集成和软件测试等各个过程的理论、策略及原则,并分析了网络课程研发实例。2004年由中国宇航出版社出版,全书共23万字。
    《网络课程设计原理与方法》提出了设计网络课程的理论,是在学习理论特别是建构主义学习理论的指导下,按着网络课程中所要求的以学生为主体、以教师为主导的学生中心教学模式,遵从媒体理论和教育传播学的基本规律,从教学系统设计理论出发,确定为达到教学目标所应采取的网络课程设计基本策略。其目的是提高异步学习的主体地位,建立多元化的学习资源环境,突出自主学习的教学模式。
2.研制3套助学教育软件
    2000-2002年,《大学物理网络教学系统》、《大学物理网络课程》和《基础物理现代教程》三套教育软件的研究过程,是一个不断实践、总结和完善的过程,它们的教材体系各不相同,总体设计和媒体表现各有侧重,为学生提供丰富的学习和练习内容,可以用于课前预习、课后复习巩固,具有很强的助学功能。《大学物理网络教学系统》2000年获得了全国网络课程及多媒体课件评比一等奖,2002年6月由北京航空航天大学出版社出版。
    《大学物理网络课程》2002年获得江苏省多媒体教育软件评比一等奖,2004年获国家新闻出版总署颁发的“第三届国家电子出版物奖”,2002年12月由高等教育出版社出版。这套软件是与东南大学合作研制的。《基础物理现代教程》2004年交由高等教育出版社出版。这套软件是与华中科技大学、北京大学等合作研制的。在这两套软件设计研制过程中,我们课题组的工作主要集中在总体设计、部分素材设计和制作,以及整个内容的网页设计、表现和集成。
3.研制3套助教教育软件
    2000-2002年研制并不断扩充的《大学物理多媒体教学素材库》和《大学物理电子教案》,可使教师从媒体制作和教案设计的繁重而重复性劳动中解脱出来,有更多的时间钻研业务,提高教学水平。《大学物理多媒体教学素材库》2004年1月由北京理工大学出版社出版;《大学物理电子教案》软件2002年获装备指挥技术学院评比一等奖。2001年研制的《教学备课系统》重点突出了课堂设计、教学策略运用和知识扩充,极大地提高了教师备课质量,软件2001年获得第五届全国多媒体教育软件大奖赛一等奖,2004年10月由国防工业出版社出版。这三套教育软件全部由我们课题组自行设计和独立研制,从备课效率、备课质量和授课信息量等方面具有很好的助教功能。
4.构建“大学物理”立体化教学体系
    在“大学物理”课程的教学设计与实施中,利用多媒体信息资源及网络共享技术优势,引进以建构主义学习理论为核心的先进教育思想、观念、方法及与之相应的教学模式,培养学生的认知能力和创新能力。教师用《大学物理多媒体素材库》、《教学备课系统》和《大学物理电子教案》备课,实现高效率、高质量备课。具体实践中利用系统科学理论作指导,构建信息技术环境下的创新人才培养系统模型,确保创新人才培养指标、信息技术环境下的教学设计、数字化学习、教学评估等子系统之间的相互联系和协调。学生利用《大学物理网络教学系统》、《大学物理网络课程》、《基础物理现代教程》预习、答疑,拓宽知识面,实现以学生为本的教学思想,达到学习效果的最优化,实现创新人才的培养。

四、成果先进性分析

1.编著《网络课程设计原理与方法》把网络课程建设理论与实践相结合,首次创建网络课程设计的理论体系和设计方法。
    在20世纪末,网络课程的开发、设计已经成为我国教育技术研究的热点问题,但是许多开发设计的网络课程没有先进的教育理念支撑,没有转变教育思想和教育观念,出现了重技术、轻理论的倾向。很多网络课程的开发技术路线选择不尽合理,多媒体素材制作和集成无统一的技术规范和标准,不利于相互交流,更没有充分发挥网络的优势。造成的结果是各个院校的重复建设,资源共享的形式和机制不能形成,投入的经费没有最大限度的发挥作用。为了解决上述问题,课题组紧紧跟踪国内外运用信息技术推进教育改革的优秀成果,结合我国高校教学改革的迫切需求,系统地收集、整理和概括了国内外在网络教育软件设计、开发和研制过程中涉及的教育理论、设计原则、开发策略、技术支持等相关内容。在国家教育科学“十五”规划课题《大学物理网络教育软件的设计理论研究及实践》的支持下,完成了《网络课程设计原理与方法》一书,在国内尚未见有关高校网络课程建设的理论和实践结合的系统性论述著作。
2.《大学物理网络教学系统》教育软件实现了以学生为本的教学思想,构成多维的、非线性的有机整体,使学习效果最优化,达到了创新人才的培养目的。
    在1999年左右,国内物理教学比较有影响的计算机辅助教学软件主要是《工科物理计算机辅助教学软件》(即PCAI)和一些院校开发的PPT格式电子教案,这些软件的开发全是单机版,没有利用网络的优势,主要目的是为教师的课堂教学起可视化的辅助作用,以便学生对一些抽象的物理概念、现象深入理解,对当时的物理教学手段现代化起到了很好的推进作用。当时,很多院校已经建设了一定规模的多媒体教室和功能强大的校园网,为物理教学的网络化奠定了物质基础,但是没有应用于教学实践的物理网络教学系统,为此,课题组在总装备部试验技术研究经费的支持下,研制了国内第一套《大学物理网络教学系统》。该系统以程守洙、江之永主编的《普通物理学》第五版教材为课程体系,以建构主义学习理论为核心,以拓宽学生知识面,培养学生的创新意识、创新思维及创新能力为目的,率先实现了以学生为主体、以教师为主导的物理网络教学软件。该软件2000年获得了全国网络课程及多媒体课件评比一等奖。
3.《大学物理多媒体教学素材库》解决了电子素材制作效率低、质量差、标准不统一的问题。
    物理教学电子素材要求制作者既精通物理教学又善于使用各种制作软件,对于大多数物理教师难度很大,为了把教师从繁重的重复性的工作中解放出来,把主要精力用在如何组织教学内容、如何编排讲授进程等备课工作方面,从而保证教学质量的提高,课题组研制了《大学物理多媒体教学素材库》。它主要由“典型教案”、“动画演示”、“典型例题”和“物理图片”等四个库组成,教学内容丰富,素材形式多样,教师可以根据教学需要,从素材库中剪裁需要的内容编辑到自己的电子教案当中,制作具有自身风格适合于自己教学对象的多媒体电子教案。《大学物理多媒体教学素材库》的先进性主要体现在其中的动画演示库部分的制作技术,当时国内也有几套较有影响的素材库,但其制作技术主要是应用3D等软件,形成的文件既不适合网络传输也不方便携带,限制了教学上的应用;我们当时使用了刚刚兴起的Flash制作软件,克服了上述缺点,使《大学物理多媒体教学素材库》很快得到了广大物理教师的认可。
4.《教学备课系统》实现了教学内容的积件和重组功能。
    随着教学手段现代化工作的不断深入,电子课件开发工作的进一步加强,在物理教学领域涌现出了大量的电子教学素材,物理教学现代化手段的矛盾由原来的资源缺少转化为资源浩大难于选择。而当时甚至现在国内并无此类教学软件,为此,课题组借鉴计算机专家系统的思想和数据库技术,在已有的素材基础上,实现了大学物理教案生成的自动化,大大减轻了教师的备课工作量,提高教学质量。《教学备课系统》以知识库为依托,围绕教学知识点及涉及的五个相关属性,即背景材料、应用举例、相关例题、教学策略及多媒体素材,实现教学内容的积件和重组功能,最终快速生成内容丰富的文本教案和板书教案。系统设有生成教案模块、信息维护模块、典型教案模块、综合查询模块和系统帮助模块。为提高软件的生命力,备课系统的设计思想着手于通用的备课平台,为多学科教学服务,这也是此系统的特色之一。该软件于2001年获得第五届全国多媒体教育软件大奖赛一等奖。

五、研究成果的创新性

    1.首次创建网络课程设计的理论体系和设计方法。编著《网络课程设计原理与方法》一书,指导网络课程设计开发的理论体系,转变教育思想,以创新培养体系促进教学现代化,教育理论及教学手段应用处于国内领先水平。
    2.首次用六套教育软件构建“大学物理”立体化课程体系。以建构主义学习理论指导实践,以信息技术深化教学改革和现代教育技术实践。教育软件设计思想和教学策略水平居于国内领先水平。
    3.首次创造性地提出并实现具有积件功能的备课系统。以知识库为依托,围绕知识点及设计的属性在建构主义学习理论指导下生成教案,实践水平居于国内领先水平。
    4.率先在学习模式上实现以学生为主体、以教师为主导的学习思想。在学习策略上实现了以问题为主线、以能力为目标的学习思路,系列学习软件充分实践了最邻近发展区理论。

六、成果应用推广情况

     撰写的教材和研制的6套教育软件全部应用于 “大学物理”课程的教学实践,证明有利于多种教学模式和教学方法的实施,促进素质教育的实践,以及培养物理学习能力,具有很强的助教、助学功能。截止到报奖,课题组出版了教材1部,教育软件4套。
    《大学物理网络教学系统》得到了广泛的推广,目前由北京理工大学、装甲兵工程学院、第四军医大学、昆明理工大学、北京化工大学、海军后勤工程学院、烟台海军工程学院、重庆后勤工程学院、大连舰艇学院、福州华侨大学、北京工业机械学院等多所军队及地方院校使用。
    《大学物理网络课程》现由高教电子音像出版社作为教育部新世纪网络课程建设工程的第一批优秀网络课程,向全国各个高校推广。
    《大学物理多媒体素材库》经清华大学、天津理工大学、宁夏大学、成都电子科技大学、华东石油学院、首都经贸大学、北京石油化工学院、华东冶金学院、大庆石油学院、西安陆军学院、廊坊武警学院等多家院校使用,获得广泛好评。
    《教学备课系统》在军内多个院校试运行,教师使用情况良好。




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