陳毅湛 曾慶光 趙麗特 李遠(yuǎn)興 楊為家

(五邑大學(xué)應(yīng)用物理與材料學(xué)院 廣東 江門 529020)

1 引言

在科技高度發(fā)展的今天，高等教育有著越來(lái)越重要的位置.特別是大學(xué)理科教學(xué)在當(dāng)今高等教育中占據(jù)愈加重要的地位.很多教育專家都從不同角度對(duì)大學(xué)理科教學(xué)進(jìn)行多方位的研究.在20世紀(jì)60年代，Benjamin S. Bloom 從教育分類的形式出發(fā)，提出理解、應(yīng)用、分析、推理、創(chuàng)造的教學(xué)方法比記憶式的教學(xué)方法，更能促進(jìn)高層次的教育，促進(jìn)學(xué)生掌握知識(shí)[1].在21世紀(jì)初，各高等教育學(xué)專家紛紛提出了各種有效的教學(xué)方法改革，比如 DeeL. Fink 的一體化課程設(shè)計(jì)，將教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)策略和教學(xué)評(píng)估進(jìn)行有效整合[2，3].B.J. Millis 和 M.J. Prince 提出一種基于活動(dòng)和反思的互動(dòng)式教學(xué)模式[4，5]，該教學(xué)模式也正好吻合了 Benjamin S. Bloom 的教學(xué)分類理論.W. E. Cashin 和 S.D. Brookfield提出高效率講義及高效率課堂討論等教學(xué)模式，從課堂角度出發(fā)進(jìn)行改革，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果[4，6，7，8].University of British Columbia (UBC) 在高等教育理科教學(xué)過(guò)程中也提出了多方面的教學(xué)改革方法，比如提升學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力，團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)等不同方法[9,10].

我們團(tuán)隊(duì)目前參加了在加拿大英屬哥倫比亞大學(xué)(UBC)進(jìn)行的為期半年的大學(xué)理科教學(xué)研討.在此過(guò)程中，本文從 Benjamin S. Bloom 的課程教學(xué)目標(biāo)式出發(fā)，結(jié)合教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)策略和教學(xué)評(píng)估一體化教學(xué)過(guò)程，通過(guò)互動(dòng)式、課堂討論、分組學(xué)習(xí)、可視化教學(xué)等模式，提升大學(xué)理科的教學(xué)水平.筆者探索了一種基于多維度、互動(dòng)式教學(xué)模式，旨在提升學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力的教學(xué)方法.

2 國(guó)外教學(xué)研討學(xué)習(xí)

自 2018 年 9 月 3 日抵達(dá)加拿大溫哥華后，在 UBC 研修學(xué)習(xí)了6個(gè)月.主要研修內(nèi)容分為課堂觀課、教學(xué)法講座、學(xué)術(shù)英語(yǔ)、自主學(xué)習(xí)活動(dòng)、課外考察、微格教學(xué)、課程重新設(shè)計(jì)以及集體教學(xué)反思.下面主要從課堂觀課和教學(xué)法講座兩方面進(jìn)行探討.

2.1 課堂觀課

項(xiàng)目組將筆者和其他5位均從事大學(xué)物理教學(xué)的國(guó)內(nèi)兄弟院校的教師(西安科技大學(xué)張欣、湖南理工學(xué)院羅良、廊坊師范學(xué)院張振奎、湖北工業(yè)大學(xué)鄧罡、重慶大學(xué)吳小志)安排在一個(gè)學(xué)習(xí)小組，集中安排物理課程的觀課學(xué)習(xí).

我們物理組安排的觀課課程是《Introduction to Physics》，這門課在國(guó)外也叫 PHY100，是一門基礎(chǔ)的大學(xué)物理課程，是非物理專業(yè)和非工科學(xué)生的基礎(chǔ)課，適合低年級(jí)本科學(xué)生.并且這門課程的主要內(nèi)容是：運(yùn)動(dòng)學(xué)、力學(xué)和熱學(xué)這幾部分.主講教師(Instructor)是一名年輕有活力的教師 Jared Strang.

(1)在教學(xué)過(guò)程中，充分體驗(yàn)了教學(xué)內(nèi)容的深度和應(yīng)用價(jià)值，特別針對(duì)物理教學(xué)，這是一門基礎(chǔ)的廣泛知識(shí)性的基礎(chǔ)理論課.其中包括熱學(xué)、力學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)及近代物理學(xué).每個(gè)內(nèi)容都和產(chǎn)業(yè)息息相關(guān).在 UBC 的教學(xué)內(nèi)容里，他們一個(gè)學(xué)期 48 個(gè)學(xué)時(shí)的學(xué)習(xí)，只針對(duì)力學(xué)和熱學(xué)，而我們?cè)趪?guó)內(nèi)是要上力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)這3個(gè)部分，由于電磁學(xué)部分占了一半的學(xué)時(shí).換言之，UBC的教學(xué)進(jìn)度是國(guó)內(nèi)的一半.但在授課深度上深了很多，這個(gè)比國(guó)內(nèi)教學(xué)內(nèi)容的廣而泛有提高，特別是在內(nèi)容上針對(duì)各種應(yīng)用開(kāi)展，把理論和應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，而不是脫節(jié)，這對(duì)學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)就更有吸引力了.課程內(nèi)容或習(xí)題很多涉及生活中的例子，如通過(guò)熱傳導(dǎo)分析多種材料(玻璃窗子、木頭墻壁等)對(duì)房子保暖效果的影響、通過(guò)熱輻射分析溫室(Green House)效應(yīng)等，給學(xué)生直觀印象是物理有用(Physics Works)，這點(diǎn)非常值得我們借鑒.可見(jiàn)這對(duì)工程專業(yè)學(xué)生就更有激勵(lì)了.

(2)充分利用互動(dòng)環(huán)節(jié).首先采用 iClicker 選擇答案，學(xué)生上課前事先在網(wǎng)上閱讀課程相關(guān)資料(文檔和視頻)，網(wǎng)絡(luò)上有各學(xué)生預(yù)習(xí)和答題的記錄，這是學(xué)生成績(jī)的一部分.預(yù)習(xí)要求所有相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，課堂上絕大部分是以“習(xí)題+講解”形式完成整個(gè)課堂，這種課堂模式有點(diǎn)像講解習(xí)題，跟“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)模式有點(diǎn)類似.習(xí)題冊(cè)(Worksheet)是課前教師發(fā)給學(xué)生的.課上的習(xí)題基本分為兩類：一類是選擇題，每個(gè)選課的學(xué)生有自己的答題器iClicker，可以通過(guò)答題器將答案發(fā)送到教師的電腦，然后教師可以通過(guò)投影儀呈現(xiàn)學(xué)生的答題情況，了解學(xué)生的掌握程度，學(xué)生先單獨(dú)選出自己的答案，然后,選擇不同答案的同學(xué)百人比會(huì)顯示出來(lái).另一類是大型計(jì)算題(Material-rich)，這些題目信息量大，有一定難度，教師會(huì)先將問(wèn)題分解，在給出完整解答之前，分解出一些和題目相關(guān)的基本知識(shí)點(diǎn)，如選擇題，讓學(xué)生們進(jìn)行理解.隨后，通過(guò)幻燈片將教師在紙上的解題過(guò)程呈現(xiàn)在屏幕上.每道題結(jié)束后會(huì)安排學(xué)生提問(wèn)并解答.iClicker 回答可以看出學(xué)生的出勤率，也可以看出學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度.這種采用 iClicker 的學(xué)習(xí)方式也可以有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并且快速檢查學(xué)生的學(xué)習(xí)效果.

其次，很注重課堂上學(xué)生之間的交流.前面采用 iClicker 是促使教師、知識(shí)、學(xué)生之間建立橋梁，而團(tuán)隊(duì)討論(Check with your neighbor) 也就注重學(xué)生之間的交流學(xué)習(xí)了.這種方式可以讓學(xué)生加深理解知識(shí)，提高學(xué)習(xí)氛圍，也在間接之中激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力.個(gè)人覺(jué)得國(guó)內(nèi)在教學(xué)改革上可以推廣激勵(lì)學(xué)生的兩種方法——采用 iClicker 選擇答案和學(xué)生之間在課堂上短時(shí)間互相交流.

(3)教師把大量的時(shí)間放在準(zhǔn)備材料和視頻教學(xué)上.首先這種以練習(xí)為主的課堂教學(xué)是需要有一個(gè)專門的教學(xué)改革團(tuán)隊(duì)完成一些教學(xué)環(huán)節(jié)的準(zhǔn)備工作.這是需要大量的準(zhǔn)備資料的環(huán)節(jié)，從收集、整理、分類、分析都需要大量的人員來(lái)完成該項(xiàng)工作.所以，在 UBC 有著一個(gè)專門由學(xué)校組建的教授團(tuán)隊(duì)，總負(fù)責(zé)該項(xiàng)教學(xué)改革的工作，還要有相應(yīng)的輔助機(jī)構(gòu)完成視頻、題目、動(dòng)畫等的收集.其次，這里充分利用助教的協(xié)作.助教可以幫教師發(fā)放資料，協(xié)助教師進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，在做題過(guò)程中有問(wèn)題幫忙答疑，協(xié)助講解題目等.一個(gè)容納約300名學(xué)生的教室，必須有兩個(gè)以上的助教進(jìn)行教學(xué)輔助，而助教也可以通過(guò)教學(xué)實(shí)際鍛煉得到很好的成長(zhǎng).

再次，由于基礎(chǔ)理論課是在一個(gè)大教室上課，這對(duì)投影、板書、音響等都有較高的要求.特別是教師的解題板書，基本采用在紙上講解，通過(guò)投影轉(zhuǎn)換到投影儀上，可以說(shuō)是非常完善的多媒體教學(xué)系統(tǒng).解決了很多由于板書不清晰造成視覺(jué)效果差的問(wèn)題.

最后，在準(zhǔn)備教學(xué)資料時(shí)，非常重視實(shí)驗(yàn)演示(Demo).比如聲波隨相位干涉實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)儀器，現(xiàn)場(chǎng)把聲波強(qiáng)度改變的效果播放給學(xué)生觀察，這種現(xiàn)場(chǎng)演示實(shí)驗(yàn)給學(xué)生的印象是很深刻的.當(dāng)然這也需要專門的團(tuán)隊(duì)來(lái)輔助完成.這些細(xì)致完善的教學(xué)資源的準(zhǔn)備，也很好地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

(4) 在觀課過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn) UBC 大學(xué)對(duì)教學(xué)改革的投入，對(duì)資金、團(tuán)隊(duì)、設(shè)備、理論的投入是巨大的.這里有一流的教授參與組建教學(xué)改革團(tuán)隊(duì)，包括各學(xué)科的教授們，也有一些勇于改革創(chuàng)新的一線上課教師.這里還有諾貝爾物理獎(jiǎng)、化學(xué)獎(jiǎng)獲得者，組建統(tǒng)籌一系列教學(xué)改革.其中，Brett Gilley 老師是 Carl Wieman 理科教育提升計(jì)劃中(The Carl Wieman Science Education Initiative，Cwsei)的核心成員，雖然他的專業(yè)不是物理學(xué)科，但他提出互動(dòng)式教學(xué)的教學(xué)模式，給我們的印象很深刻.他靈活地采用演示實(shí)驗(yàn)、交流互動(dòng)、實(shí)際案例分析等手段，充滿激情的授課時(shí)刻影響學(xué)生，能夠深深吸引學(xué)生的注意力.這種活動(dòng)性教學(xué)模式，充分地激發(fā)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的興趣.這里要特別提一下， UBC 大學(xué)多年來(lái)一直開(kāi)展提升本科生理科教育水平的教研項(xiàng)目.該項(xiàng)目包含4個(gè)方面：確定學(xué)生需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容、科學(xué)評(píng)價(jià)學(xué)生的真實(shí)學(xué)習(xí)情況、采用指導(dǎo)方法和課程與有效技術(shù)及教育研究去達(dá)到需要的學(xué)習(xí)成效，推廣和采用有效的教學(xué)模式和方法.

2.2 教學(xué)法講座

教學(xué)法的講座基本是UBC教學(xué)有關(guān)的研究和實(shí)踐.為了幫助我們更好地沉浸在相關(guān)的教學(xué)學(xué)術(shù)活動(dòng)中，項(xiàng)目組安排了 Sunita Chowrira作為我們的學(xué)術(shù)導(dǎo)師，幫助我們更快地適應(yīng)后面的教學(xué)學(xué)術(shù)活動(dòng).

(1)學(xué)術(shù)導(dǎo)師Sunita Chowrira教授的 “UBC Science one-An Innovative to Teaching Science”，這個(gè) Science One 是一個(gè)非常有挑戰(zhàn)的教學(xué)改革課題.具體實(shí)施方式是，針對(duì)大一的學(xué)生，通過(guò)申請(qǐng)和選拔 100 名優(yōu)秀的學(xué)生，在未來(lái)兩年課程學(xué)習(xí)中，不分專業(yè)的開(kāi)展數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物、計(jì)算機(jī)課程的科學(xué)理論學(xué)習(xí).這是一種全方位的理科背景學(xué)習(xí)模式，并且由 UBC 最有經(jīng)驗(yàn)的教師授課.通過(guò)數(shù)據(jù)分析，對(duì)照其他沒(méi)參加該項(xiàng)目的學(xué)生，該Science One 學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)非常優(yōu)秀.

(2)Javel Iqbal教授的“Co-operative Educa-tion Program” 這是一個(gè)針對(duì)大學(xué)實(shí)踐教學(xué)的很好例子，和我們國(guó)內(nèi)大學(xué)開(kāi)展“3+1”實(shí)踐教學(xué)改革很類似.在UBC 的本科教學(xué)過(guò)程中，有著 5 年制的學(xué)制模式.在這期間，學(xué)生可以申請(qǐng) 1 年半實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)，并且時(shí)間安排非常合理.形式是多樣的，特別是針對(duì)實(shí)習(xí)單位的國(guó)際化，這方面做得很出色.這也不得不提，這個(gè)項(xiàng)目是有著一系列教師和職員組建成的全校的管理團(tuán)隊(duì).該團(tuán)隊(duì)每年為在校的工程及科學(xué)背景的大三大四學(xué)生提供 1 500 個(gè)實(shí)習(xí)單位，其中還不乏國(guó)際著名企業(yè).該團(tuán)隊(duì)的管理細(xì)致化、合理化、國(guó)際化是非常值得我們借鑒的.

(3)Pawel M. Kinder教授提出的 “What and how students learn through Porblem Based Learning(PBL) and Case Based Learning” 這個(gè)課題主要針對(duì)新型教學(xué)方法的探索.相比普通課堂教學(xué)模式，該模式是針對(duì)某個(gè)實(shí)驗(yàn)或課題，學(xué)生自主搜索資料，自主學(xué)習(xí).

(4) Brett Gilley 的 “Active Learning and Research Based Instructional Strategies”.這個(gè)是非常有趣的教學(xué)改革模式，也深深體現(xiàn)在我們的觀課課堂教學(xué)上.Brett Gilley老師是Carl Wieman理科教育提升計(jì)劃中( The Carl Wieman Science Education Initiative，CWSEI)的核心成員，他提出活動(dòng)性教學(xué)的教學(xué)模式.他靈活地采用演示實(shí)驗(yàn)、交流互動(dòng)、實(shí)際案例分析等手段，充滿激情的授課時(shí)刻影響學(xué)生，能夠深深吸引學(xué)生們的注意力.其中體會(huì)最深的是 UBC 以學(xué)生為中心，全方位促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的教學(xué)模式在全體教師的教學(xué)過(guò)程中得到了廣泛應(yīng)用.

3 激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力的教學(xué)模式探索

通過(guò)對(duì) UBC 大學(xué)理科教學(xué)的課堂觀課及教學(xué)法講座等方面的學(xué)習(xí)，我們針對(duì)目前在國(guó)內(nèi)所從事的大學(xué)理科教學(xué)進(jìn)行了一些改革探索.下面對(duì)旨在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力的教學(xué)方法，如多維度教學(xué)、互動(dòng)式教學(xué)等進(jìn)行探究.

3.1 在教學(xué)目標(biāo)上進(jìn)行改革

根據(jù) Benjamin S. Bloom 教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程可以分為3大部分：課程目標(biāo)、教學(xué)策略及教學(xué)反饋.本文提出以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行分類，在教學(xué)上的各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)教學(xué)策略和教學(xué)反饋展開(kāi)分析，提出旨在提高學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力的大學(xué)理科教學(xué)模式.

我們建立一個(gè)合理課程教學(xué)目標(biāo)，該教學(xué)目標(biāo)是圍繞著學(xué)生掌握課堂相關(guān)的知識(shí)，為學(xué)生后續(xù)專業(yè)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ).而在國(guó)內(nèi)大學(xué)理科教學(xué)過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)普遍存在一個(gè)教學(xué)時(shí)間短、教學(xué)任務(wù)重的現(xiàn)象，即廣而泛.該教學(xué)模式對(duì)專業(yè)性越來(lái)越強(qiáng)的今日，顯得有點(diǎn)不太適應(yīng).在目前國(guó)際較為完善的高等學(xué)校理科教學(xué)理念中，是一種教學(xué)目標(biāo)較為集中，結(jié)合應(yīng)用，具有一定深度的教學(xué)目標(biāo).這個(gè)恰恰是一種體現(xiàn)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力的教學(xué)模式，讓學(xué)生集中精力，把基本理科理論掌握，促進(jìn)專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí).所以，建立一種簡(jiǎn)而深的大學(xué)理科教學(xué)模式可以促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

3.2 在教學(xué)策略上進(jìn)行改革

在教學(xué)策略上，我們把教學(xué)過(guò)程分成了多個(gè)模塊進(jìn)行改革.目前在國(guó)內(nèi)大學(xué)理科教學(xué)過(guò)程中，主要存在課前學(xué)生沒(méi)有對(duì)知識(shí)進(jìn)行初步了解，學(xué)習(xí)資料只限于書本上，這在目前互聯(lián)網(wǎng)發(fā)達(dá)的今天，是嚴(yán)重滯后了.在上課前，我們可以把學(xué)習(xí)資料，包括講義和相關(guān)的演示資料發(fā)給學(xué)生，并要求學(xué)生下載相關(guān)的學(xué)習(xí)資料和相關(guān)應(yīng)用背景資料.促進(jìn)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的了解，增強(qiáng)其學(xué)習(xí)的興趣，激發(fā)其對(duì)基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)探索的動(dòng)力.

同樣在課堂教學(xué)過(guò)程中，我們大學(xué)理科教學(xué)策略經(jīng)常存在較為單一的教學(xué)模式，常常以教授書本知識(shí)為主.往往忽略了多種教學(xué)策略的使用，促使學(xué)生多維度、互動(dòng)式、討論式學(xué)習(xí).圖1為激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)的多維度教學(xué)模式.

圖1 激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)的多維度教學(xué)模式

基于目前教學(xué)活動(dòng)的多樣化，在教學(xué)過(guò)程中，邀請(qǐng)優(yōu)秀學(xué)生作為助理教師(TA)，協(xié)助教師完成教學(xué)活動(dòng).在課堂教學(xué)過(guò)程中，增加課堂互動(dòng)式教學(xué)環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)教師提出的問(wèn)題積極思考，尋求解決難點(diǎn)問(wèn)題的思路，在師生交流互動(dòng)中突破教學(xué)難點(diǎn)問(wèn)題.把理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為可視化內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)活力.通過(guò)學(xué)生分組討論模式，教師作為課堂的組織者，讓學(xué)生通過(guò)討論學(xué)習(xí)，互相交流，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)活力.通過(guò)適時(shí)的小題練習(xí)和課堂演示，如翻轉(zhuǎn)課堂模式，對(duì)學(xué)生所學(xué)知識(shí)進(jìn)行測(cè)試，比如增加一個(gè)選擇控制器(Clicker)，促使學(xué)生即時(shí)反饋對(duì)知識(shí)的理解掌握情況，檢查學(xué)習(xí)效果.這種靈活的互動(dòng)式教學(xué)形式，可以大大激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力.

3.3 在教學(xué)評(píng)估上進(jìn)行改革

教學(xué)評(píng)估也是一個(gè)非常重要的教學(xué)環(huán)節(jié).在國(guó)內(nèi)的大學(xué)理科教學(xué)過(guò)程中，往往忽略了教學(xué)評(píng)估的教學(xué)環(huán)節(jié).學(xué)生學(xué)習(xí)的反饋正是在該過(guò)程中展示出來(lái).我們?cè)谡n后應(yīng)增加合理的答疑環(huán)節(jié)、適當(dāng)?shù)淖鳂I(yè)練習(xí)以及相關(guān)的測(cè)試模式.本文提出一種二步法的考試方法.該方法針對(duì)常規(guī)個(gè)人考試，增加了團(tuán)隊(duì)考試，該團(tuán)隊(duì)考試是一種創(chuàng)新模式,可以有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)的活力.同時(shí)，建立一種高效的反饋機(jī)制，對(duì)教學(xué)進(jìn)行了合理的反饋.

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，在加拿大 UBC 大學(xué)這6個(gè)月的研修學(xué)習(xí)中，讓我們學(xué)習(xí)到一些實(shí)用的教學(xué)方法，特別是針對(duì)科學(xué)理論教學(xué)的內(nèi)容、上課模式、教學(xué)準(zhǔn)備等方面進(jìn)行提升，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性(Motivate).同時(shí)讓筆者領(lǐng)略了加拿大的文化氣息，提高自己的國(guó)際化視野.還收獲了很多先進(jìn)的教學(xué)模式，結(jié)合我們國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行對(duì)比，我們可以借鑒和提升高等教育理科教學(xué)的教學(xué)水平.同時(shí)，非常感謝國(guó)家留學(xué)基金委給予我們?cè)?UBC 學(xué)習(xí)提升的機(jī)會(huì)，感謝 UBC 項(xiàng)目組的各位老師及教學(xué)改革教授們的辛勤付出.