孫燕云 何 鈺 吳 平 徐利華 馬小娟 陳文瑜

(西南交通大學(xué) 1物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院；2機(jī)械工程學(xué)院，四川 成都 610031)

大學(xué)物理能有效地提升學(xué)生的科學(xué)思維及利用物理方法解決實(shí)際問題的初步能力，在人才培養(yǎng)中起著十分重要的作用[1]。近年來，“雙一流”建設(shè)、新工科建設(shè)給人才培養(yǎng)提出了更為具體、更高標(biāo)準(zhǔn)的要求，為大學(xué)物理教學(xué)帶來了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。另一方面，大學(xué)一年級是學(xué)生適應(yīng)大學(xué)生活的關(guān)鍵時(shí)期，意味著開設(shè)于這一時(shí)期的課程在人才培養(yǎng)之路上肩負(fù)有特殊的使命。我們需要幫助他們盡快適應(yīng)從中學(xué)到大學(xué)的轉(zhuǎn)變——培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的興趣和能力，也需要幫助他們盡快理解和接受大學(xué)的求真求學(xué)精神。

目前傳統(tǒng)的班級講授模式仍是大學(xué)物理的常態(tài)[2]，且為了解決教師、教室等教育資源短缺的情況，高校中多采用大班教學(xué)[3]。以西南交通大學(xué)的大學(xué)物理課程為例，本學(xué)期教學(xué)班的平均師生比達(dá)到了1∶135。在如此龐大的教學(xué)班中，若沿用傳統(tǒng)的講授方法，顯然無法照顧到學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)的需求，也無法構(gòu)建密切的師生關(guān)系，更無法達(dá)到人人得發(fā)展的教學(xué)效果。

面對新時(shí)代對人才培養(yǎng)的新要求、大一新生學(xué)習(xí)模式轉(zhuǎn)變的需求以及大班教學(xué)的困難等大學(xué)物理教學(xué)中普遍存在的問題，教育工作者必須在教學(xué)模式、方法和手段上有所作為。

1 踐行以學(xué)為中心的大學(xué)物理教學(xué)

隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的加速發(fā)展和應(yīng)用，教育與新技術(shù)的結(jié)合越來越緊密，在線學(xué)習(xí)成為了一種新型學(xué)習(xí)方式，它的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)為：方便學(xué)生利用碎片時(shí)間高效學(xué)習(xí)、允許反復(fù)觀看直到理解為止、可以利用在線測試題檢驗(yàn)理解程度、推動教師從講授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)的管理者、有利于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和自控力等。

盡管在線學(xué)習(xí)能夠給予學(xué)生 “私人訂制”般的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，但對于大學(xué)物理課程這一學(xué)生心目中的“難課”，無論是從教師的角度還是從學(xué)生的角度，完全拋開課堂教學(xué)的思路都令人躊躇。原因在于物理學(xué)的許多概念看似簡單，要真正理解通透卻需要花大功夫，單憑學(xué)生一己之力突破自身認(rèn)識局限非常困難[4]。更何況學(xué)習(xí)基本知識點(diǎn)只是大學(xué)物理課程的一方面，更能凸顯物理本質(zhì)的探索環(huán)節(jié)離不開實(shí)體課堂上的互動?，F(xiàn)代教育理論也認(rèn)為，以記憶為主的學(xué)習(xí)完全可以以自主學(xué)習(xí)為主，而啟發(fā)性學(xué)習(xí)則需要通過互動來完成[5]。

在這樣的背景下，本團(tuán)隊(duì)持有的教學(xué)理念是：貫徹以學(xué)為中心的教學(xué)思路，將線上線下混合式學(xué)習(xí)模式引入大學(xué)物理，重討論，重總結(jié)，致力于為學(xué)生創(chuàng)造有意義的學(xué)習(xí)經(jīng)歷。將混合式教學(xué)模式引入大學(xué)物理課堂不是本團(tuán)隊(duì)的首創(chuàng)，相較于其他團(tuán)隊(duì)[4,6]，我們的特色體現(xiàn)在借助現(xiàn)代教育手段精心打造適合于大班教學(xué)的線下探究式課堂、重視課后總結(jié)歸納。

在執(zhí)行過程中，具體采用的教學(xué)方案如圖1所示。

圖1 線上線下混合式大班教學(xué)方案

2 設(shè)計(jì)有現(xiàn)場感的線上教學(xué)

對于線上教學(xué)，我們的原則是：只唯實(shí)。在準(zhǔn)備線上教學(xué)資源中的教師講授部分時(shí)，嘗試過教室內(nèi)課堂真人實(shí)錄的模式、攝影棚內(nèi)真人實(shí)錄加動畫演示的模式，也嘗試過錄屏的模式。

真人實(shí)錄模式的優(yōu)點(diǎn)是除了文字和聲音信息外，學(xué)生還可以獲得教師身體語言傳遞出的信息，即獲取信息的渠道更加多元。其中教室內(nèi)課堂實(shí)錄模式能夠記錄課堂內(nèi)包括互動環(huán)節(jié)的真實(shí)場景，主講教師較自如，但鏡頭中出現(xiàn)的學(xué)生會讓在線學(xué)習(xí)者產(chǎn)生旁觀感，不利于學(xué)生以第一學(xué)習(xí)者的身份去體會、領(lǐng)悟教師的授課內(nèi)容。錄影棚內(nèi)錄影的方式能夠給學(xué)生營造出教學(xué)現(xiàn)場感，但一個(gè)不得不正視的事實(shí)是教師在錄影棚內(nèi)面對鏡頭往往表現(xiàn)得比較緊張，僵硬的表情容易分散學(xué)生的注意力。另外，真人實(shí)錄需要專業(yè)視頻制作團(tuán)隊(duì)的支持，制作成本較為昂貴。

錄屏模式不需要真人出鏡，教師較為放松，容易把控節(jié)奏。鼠標(biāo)在屏幕上的點(diǎn)指痕跡也有助于引導(dǎo)學(xué)生的注意力，使其緊跟教師講授思路。相較于真人實(shí)錄模式，錄屏模式也可以營造出教學(xué)現(xiàn)場感，甚至?xí)o學(xué)生帶來一對一教學(xué)的體驗(yàn)。其錄制環(huán)境更易搭建，制作成本低廉。在考慮了實(shí)際教學(xué)效果、制作成本等諸多因素后，本團(tuán)隊(duì)最終采用了錄屏模式，每個(gè)知識點(diǎn)的視頻時(shí)長約為10分鐘。

在教學(xué)視頻中，為了促進(jìn)學(xué)生內(nèi)化知識，在每個(gè)基本知識點(diǎn)單元都插入了與之密相關(guān)的交互式闖關(guān)問題。如果學(xué)生回答正確，則繼續(xù)往下學(xué)習(xí)視頻；如果回答錯誤，則視頻自動跳回前方請學(xué)生再次學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容，直到回答正確為止。

圖3 現(xiàn)代化教育手段在討論課堂中的應(yīng)用(a) 選人作答； (b) 主題討論； (c) 投票分析

圖2的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示即便在節(jié)假日，學(xué)生訪問學(xué)習(xí)頁面的人次也達(dá)到了工作日訪問學(xué)習(xí)頁面人次數(shù)目的1/4強(qiáng)，說明線上課程的設(shè)置為學(xué)生利用閑暇時(shí)間學(xué)習(xí)提供了有效渠道。

圖2 學(xué)習(xí)頁面的日訪問人次

線上教學(xué)利用現(xiàn)代教育技術(shù)手段，使得學(xué)生的學(xué)習(xí)行為不再拘泥于特定的時(shí)間地點(diǎn)。學(xué)生可以隨時(shí)利用互聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)線上視頻、進(jìn)行解惑尋因甚至開展線上研討。這一環(huán)節(jié)在驅(qū)動學(xué)生自主釋疑的同時(shí)，也有助于提升學(xué)生查閱資料的能力。

3 借助現(xiàn)代化教育手段精心打造探究式線下課堂

對于線下教學(xué)，我們的目標(biāo)是：打造探究式學(xué)習(xí)課堂。對于理工科學(xué)生的公共基礎(chǔ)課大學(xué)物理進(jìn)行教學(xué)改革的一個(gè)主要障礙就是教學(xué)班人數(shù)龐大，要使學(xué)生獲得一個(gè)積極學(xué)習(xí)的體驗(yàn)、使教學(xué)適應(yīng)不同學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格并不容易。研究數(shù)據(jù)表明，大部分學(xué)生渴望更多地參與到教學(xué)活動中，期盼有提問、交流和討論的機(jī)會[1]。在充分尊重和理解該訴求的基礎(chǔ)上，本團(tuán)隊(duì)將“探究”作為線下教學(xué)的核心。

線下學(xué)習(xí)課堂以精講重、難點(diǎn)開始。通過舉例子，擺現(xiàn)象，提問題等手段營造探究知識的學(xué)習(xí)氛圍。在這個(gè)環(huán)節(jié)，特別注意大學(xué)物理與學(xué)生專業(yè)的融合。例如本學(xué)期筆者教學(xué)班的學(xué)生主要來自機(jī)械學(xué)院，因此在引入剛體的定軸轉(zhuǎn)動時(shí)，特意以發(fā)動機(jī)的凸輪作為實(shí)例，強(qiáng)化知識的實(shí)際應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)造力。

為了便于實(shí)施討論，在開學(xué)之初就讓學(xué)生按照每組5～6人的規(guī)模進(jìn)行自由分組并自擬個(gè)性化的組名。每節(jié)課討論的題目都以實(shí)際生活中的應(yīng)用或物理學(xué)中的經(jīng)典案例作為載體，由易到難。討論的目標(biāo)是幫助學(xué)生深入理解大學(xué)物理中的基本概念、基本理論、基本方法，同時(shí)也致力于提升學(xué)生的綜合能力。

具體討論方式是先讓學(xué)生獨(dú)立分析，鍛煉他們的個(gè)人思維能力和知識構(gòu)建能力，同時(shí)也為小組研討奠定基礎(chǔ)。

對于較簡單的題目，在該環(huán)節(jié)后便可請學(xué)生發(fā)表觀點(diǎn)。筆者有時(shí)采用超星學(xué)習(xí)通如圖3(a)所示的選人功能隨機(jī)抽取作答學(xué)生以促進(jìn)人人學(xué)習(xí)，有時(shí)采用其如圖3(b)所示的話題討論的功能征集答案，有時(shí)采用其如圖3(c)所示的投票功能統(tǒng)計(jì)學(xué)情。多樣化的回答問題方式意在倡導(dǎo)嚴(yán)肅活潑的學(xué)習(xí)風(fēng)氣。借助現(xiàn)代化教育手段，突破了傳統(tǒng)大班教學(xué)中討論無法大面積展開的限制，沖破了大班教學(xué)難以及時(shí)獲知學(xué)生個(gè)體思路的困境，同時(shí)也滿足了討論課必須實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)、分析學(xué)生答題情況的需求。

對于較難的題目，待形成個(gè)人的基本觀點(diǎn)后，便步入分組研討階段。在這一階段，鼓勵學(xué)生充分討論、相互啟發(fā)，鍛煉團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和交流溝通能力。同時(shí)，朋輩間互通性強(qiáng)的先天優(yōu)勢也有助于小組快速尋找到解決問題的良徑。當(dāng)組內(nèi)討論基本達(dá)成共識后，由討論組自薦代表到講臺闡釋觀點(diǎn)、書寫分析過程。后上臺的小組既可以闡釋新觀點(diǎn)，也可以基于證據(jù)辯駁前面小組的觀點(diǎn)。由于課時(shí)有限，發(fā)言名額先到先得。這種手段旨在泛化課堂中心，為課堂創(chuàng)造不確定性，同時(shí)提高學(xué)生的邏輯推演能力、表達(dá)能力和競爭意識。

學(xué)生分析、作答等過程中可能會暴露出一些似是而非的概念，而這些問題很有可能具有普遍性。把握這一契機(jī)創(chuàng)造出能夠讓學(xué)生共同思考、相互挑戰(zhàn)的環(huán)境是課堂討論環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)。通過探究學(xué)生的觀念，磨練他們的推理能力，教師可以引導(dǎo)學(xué)生發(fā)展科學(xué)思維，完成從表象層學(xué)習(xí)到深層次學(xué)習(xí)的遞進(jìn)。

待學(xué)生答題、討論完畢后，教師從多方面綜合點(diǎn)評各方分析、推理過程中存在的優(yōu)缺點(diǎn)，提出改進(jìn)意見，激勵學(xué)生發(fā)展。恰當(dāng)?shù)狞c(diǎn)評是教師打造優(yōu)質(zhì)討論課堂的有效途徑，也是構(gòu)建良好的師生關(guān)系的必要手段。在該環(huán)節(jié)教師除了給出正確的引導(dǎo)外，還應(yīng)體現(xiàn)出對學(xué)生的尊重與賞識，盡量做到使不同層次的學(xué)生都有收獲。

到了課堂討論的尾聲，以全體學(xué)生投票的方式現(xiàn)場完成自我評估和朋輩評估，某次討論課的投票結(jié)果如圖4所示。采用這種評估方式意在鍛煉學(xué)生的批判思維，提升他們客觀評鑒自己和他人工作的能力，力求建立互助學(xué)習(xí)者共同體。

圖4 某次討論課的投票結(jié)果

有些時(shí)候，課堂討論不夠盡興，學(xué)生間課后會在線上平臺對目標(biāo)問題進(jìn)一步追擊討論，已經(jīng)形成了線上線下學(xué)習(xí)互融共生的良好局面。我們期待，借助這種學(xué)習(xí)模式，能夠引導(dǎo)學(xué)生從被動的接受知識轉(zhuǎn)向主動的探究知識。目標(biāo)是讓學(xué)生不僅學(xué)會知識，更重要的是學(xué)會學(xué)習(xí)，學(xué)會研究，進(jìn)一步培養(yǎng)他們終身學(xué)習(xí)的能力。為建設(shè)雙一流、新工科所要求的創(chuàng)新性、復(fù)合型人才的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

4 借助現(xiàn)代化教育手段完成課后總結(jié)

在課后復(fù)習(xí)鞏固階段，除了線上線下課后作業(yè)外，還要求學(xué)生將所學(xué)內(nèi)容以思維導(dǎo)圖的形式總結(jié)出來，以期引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建物理框架、整合物理知識點(diǎn)、形成物理知識網(wǎng)絡(luò)，激發(fā)他們的聯(lián)想與創(chuàng)新。

由于課前的線上學(xué)習(xí)基本立足于數(shù)個(gè)以知識點(diǎn)為核心的教學(xué)短視頻，容易出現(xiàn)知識碎片化的現(xiàn)象。思維導(dǎo)圖從中心出發(fā)，逐級發(fā)散，關(guān)于它的制作有利于學(xué)生從知識的整體性出發(fā)系統(tǒng)組織離散的知識點(diǎn)，抓住主要內(nèi)容實(shí)現(xiàn)綱舉目張，也有利于學(xué)生及時(shí)查漏補(bǔ)缺。

評閱思維導(dǎo)圖不僅是教師了解基本學(xué)情、促進(jìn)教學(xué)反思的有效手段，也是學(xué)生互學(xué)互長、優(yōu)化知識結(jié)構(gòu)的快速途徑。因此，教師評閱后及時(shí)向全班同學(xué)推送優(yōu)秀思維導(dǎo)圖非常必要。

圖5是本學(xué)期大一學(xué)生陳文瑜制作的關(guān)于“運(yùn)動的描述”這一章的思維導(dǎo)圖。其特點(diǎn)是重點(diǎn)突出、內(nèi)容完整、思路清晰。該圖反映了關(guān)于“運(yùn)動的描述”這一章，通過混合式教學(xué)模式，陳文瑜已經(jīng)形成了清晰的知識脈絡(luò)，不羈的布局也映射了該生思維的發(fā)散性。

圖5 學(xué)生制作的關(guān)于“運(yùn)動的描述”的思維導(dǎo)圖

5 結(jié)語

自從將線上線下混合式教學(xué)模式引入大學(xué)物理課程以來，主講教師明顯感受到討論課堂上學(xué)生參與度顯著增加，探究問題積極踴躍，與教師、同伴的互動頻次也較傳統(tǒng)課堂有大幅提高。學(xué)期課程過半后，討論課堂的色彩已經(jīng)非常濃厚，學(xué)生呈現(xiàn)出明顯的進(jìn)取心。與此同時(shí)，多維度多層次的線上、線下學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)特別是重討論、重總結(jié)的課程設(shè)計(jì)思路鍛煉了學(xué)生自主學(xué)習(xí)、科學(xué)探索、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、交流表達(dá)、客觀評鑒以及歸納提升等多方面的能力。