許 飛 羅鍛斌 謝海芬 朱江轉(zhuǎn)

(華東理工大學(xué)理學(xué)院,上海 200237)

大學(xué)物理實驗作為理工科高校教學(xué)中的基礎(chǔ)學(xué)科,其創(chuàng)新教育功能和載體作用早已為人們所共識,在培養(yǎng)學(xué)生各方面能力中的作用和地位是顯而易見的。大學(xué)物理實驗室是理工內(nèi)院校的一門大面積必修課。目前,我院物理實驗中心承擔(dān)了全校理工科32個專業(yè)近2600人的大類平臺課“大學(xué)物理實驗”的教學(xué)任務(wù),年教學(xué)工作量近20萬人學(xué)時。大學(xué)物理實驗在我校是一門獨立的基礎(chǔ)課程,培養(yǎng)學(xué)生運用實驗手段觀察、發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的能力,培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維和創(chuàng)新能力,在適應(yīng)科技發(fā)展與社會進步對人才需求方面有著不可替代的作用。

目前,我校大學(xué)物理實驗采用兩段式循環(huán)教學(xué)模式,三周完成兩個實驗,第一周兩個班級預(yù)習(xí),后兩周兩個班級交替完成實驗。在長期教學(xué)中我們發(fā)現(xiàn),雖然實驗操作課課前老師會再次講解主要部分,但由于時隔一周,學(xué)生對實驗內(nèi)容遺忘很多,預(yù)習(xí)課的效果不佳;其次,在課程設(shè)置中,綜合性與創(chuàng)新性實驗內(nèi)容較少,教學(xué)模式單一,缺乏學(xué)生獨立思考、自行解決問題的環(huán)節(jié)。為了提高課堂教學(xué)效率,讓學(xué)生能夠充分自由地利用課堂有限時間,更好地培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力,我們對原有的教學(xué)模式進行了深層次改革,將翻轉(zhuǎn)課堂理念引入到教學(xué)模式中[1-2]。本文將具體分析目前大學(xué)物理實驗教學(xué)模式存在的問題,探討翻轉(zhuǎn)課堂模式在教學(xué)中的應(yīng)用,并具體介紹該模式的實施過程。

1 傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的問題

近些年來,不少學(xué)者針對大學(xué)物理實驗課程教學(xué)模式進行了探索和實踐,實驗效果有一定的成效,但仍然存在一些問題和不足,主要表現(xiàn)在:

1) 由于實驗課時有限,學(xué)生在實驗時“照方抓藥”,使得學(xué)生素質(zhì)提高與創(chuàng)新能力培養(yǎng)受到束縛。教師在課堂上利用有限課時詳細(xì)講解實驗的調(diào)整方法和技巧等,教師留給學(xué)生課堂操作的時間嚴(yán)重不足,最終導(dǎo)致學(xué)生分析問題、獨立思考的能力很難得到提高,偏離了教學(xué)的最終目標(biāo)。

2) 在教學(xué)過程中,學(xué)生之間、師生之間缺乏交流討論,難以兼顧學(xué)生的個性化與差異化。教師為了完成教學(xué)任務(wù),在有限的課堂教學(xué)時間內(nèi),很難兼顧到每位學(xué)生的個性與差異,很難及時處理每位學(xué)生的問題。

3) 教學(xué)內(nèi)容固定、考核方式片面。大學(xué)物理實驗在我校是學(xué)科基礎(chǔ)教育課程,是一門理工科的必修課,面對全校30多個專業(yè)開放,涉及化工、藥學(xué)、測儀、機設(shè)等專業(yè),實驗課程無法體現(xiàn)各自專業(yè)教學(xué)側(cè)重點。實驗成績形式上采用“實驗操作+實驗報告”的評價方式,無法充分組織自評和組內(nèi)互評等多元化評價主體參與評價過程。

2 以慕課為背景的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式

慕課(MOOC)即大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)公開課程(Massive Open OnlineCourse),是集課程、平臺、教學(xué)過程和教學(xué)理念為一體的綜合體[3-6]。MOOC 通過網(wǎng)絡(luò)建立增進教師與學(xué)生互動的自由交流平臺,課程內(nèi)容豐富,以開放共享為理念,提供一個完整的學(xué)習(xí)經(jīng)驗與學(xué)習(xí)方法。翻轉(zhuǎn)課堂起源于美國,由兩位化學(xué)老師Bergmann和Sams將其應(yīng)用在教學(xué)實踐中。其利用現(xiàn)代化教學(xué)手段和網(wǎng)絡(luò)資源,將傳統(tǒng)的課堂講授轉(zhuǎn)變?yōu)檎n前觀看視頻、課上交流討論的形式[7]。而MOOC 為翻轉(zhuǎn)課堂提供了資源保障,以MOOC為背景的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)模式截然不同。在翻轉(zhuǎn)課堂中,學(xué)生發(fā)揮自身的主觀能動性,更改了以往單調(diào)的師生角色,教師由課堂主導(dǎo)變?yōu)閷W(xué)生的知識引導(dǎo)者,學(xué)生成為真正的學(xué)習(xí)主體[8]。在以往教學(xué)過程中,教師側(cè)重講解,忽略了學(xué)生能否接受消化,忽視了學(xué)生的個性差異化,而在以MOOC為背景的翻轉(zhuǎn)課堂中,師生通過網(wǎng)絡(luò)平臺自由交流,學(xué)生的疑難問題能及時被發(fā)現(xiàn)并予以解答[9]。

針對傳統(tǒng)教學(xué)模式中存在的問題,我們將以MOOC為背景的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)新模式引入到大學(xué)物理實驗教學(xué)當(dāng)中,充分考慮不同學(xué)生的個性化與差異化,通過微課、手機APP等資源,將教師面授教學(xué)改為以學(xué)生為主導(dǎo)的主動學(xué)習(xí)模式,這樣能夠更好的培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、獨立思考、合作探索的能力[10-11]。目前,我們已經(jīng)開設(shè)了部分班級作為MOOC試點班級。

2.1 課外預(yù)習(xí)資源配置

優(yōu)秀的教學(xué)視頻是翻轉(zhuǎn)課堂教育模式的重要工具,也是教學(xué)過程順利進行的保證[12]。我們建立了以手機APP“學(xué)習(xí)通”為平臺的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。超星學(xué)習(xí)通作為一款移動教學(xué)工具,相比于同類產(chǎn)品有著以下幾點突出優(yōu)勢:(1)資源豐富。通過首頁“找資料”以及“移動圖書館”可以查找大量資料,包括期刊、圖書、專題、報紙、講座等;(2)數(shù)據(jù)同步。學(xué)習(xí)通手機APP與電腦端網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)同步,包括建設(shè)課程數(shù)據(jù)、課題互動、學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)等;(3)交流功能。通過單位賬號實名登錄,可以進行同校間、校際間線上交流。另外,完備的教學(xué)模塊也是眾多教學(xué)者選擇學(xué)習(xí)通的原因之一,包括資料發(fā)放、班級群聊、課中互動、簽到投票等,連主流的直播功能也是支持的。

根據(jù)教學(xué)內(nèi)容安排錄制微課視頻制作教學(xué)課件并上傳至“學(xué)習(xí)通”平臺,如圖1所示。在傳統(tǒng)教學(xué)模式中,學(xué)生主要通過完成預(yù)習(xí)報告的形式進行實驗預(yù)習(xí),遇到問題只能自己查閱教材,對實驗步驟的熟悉、儀器結(jié)構(gòu)的認(rèn)識比較抽象,導(dǎo)致預(yù)習(xí)的效果不佳。新模式下,預(yù)習(xí)不再是學(xué)生枯燥地完成預(yù)習(xí)報告,取而代之的是生動形象的微課視頻等資源,并在線上完成預(yù)習(xí)思考題,如圖2所示,學(xué)生須在視頻觀看中進行穿插答題,不答題則視頻中斷。每學(xué)期安排八個必做實驗和兩個選做實驗,每個實驗設(shè)置了七八個預(yù)習(xí)問題;在學(xué)習(xí)通APP 還準(zhǔn)備了課題研究實驗和虛擬仿真實驗,學(xué)有余力的同學(xué)可以根據(jù)需要選擇學(xué)習(xí)。教師端“學(xué)習(xí)通”APP記錄學(xué)生視頻學(xué)習(xí)時長以及答題的準(zhǔn)確情況,從而給定預(yù)習(xí)成績。傳統(tǒng)教學(xué)模式下教師課堂對實驗?zāi)康?、原理、步驟、操作技巧等長時間講解,被分解在學(xué)生的課余時間。

圖1 學(xué)習(xí)通平臺手機頁面

圖2 學(xué)習(xí)通視頻頁面

新模式下,學(xué)生通過APP視頻等相關(guān)教學(xué)資源完成實驗項目的學(xué)習(xí),使得大學(xué)物理實驗的學(xué)習(xí)過程更具有趣味性、主動性和針對性[13]。學(xué)生結(jié)合自身學(xué)習(xí)計劃,選擇合適時間登陸APP觀看視頻,學(xué)生可以更好的利用學(xué)習(xí)時間[14-16];其次,不同基礎(chǔ)的學(xué)生可以結(jié)合自身對實驗的理解情況,有針對性的選擇播放教學(xué)視頻的次數(shù)。

2.2 課中夯實理論,自主實驗

傳統(tǒng)教學(xué)模式中,教師需要在課堂上花費大量的時間講解實驗原理、步驟、儀器、注意事項等等,耗時費力;同時,留給學(xué)生自己動手操作的時間不足,學(xué)生操作的機會減少。在以MOOC為背景的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式下,學(xué)生可以深入地預(yù)習(xí),教師則可以不再介紹實驗步驟等。

新模式下,課堂中更多注重通過師生交流討論的方式引導(dǎo)學(xué)生內(nèi)化知識[17-18]。前期我們做了充足的準(zhǔn)備,對每個實驗的重難點設(shè)置問題構(gòu)成題庫,課堂面授中教師從題庫中隨機抽取相關(guān)問題進行課堂討論,并充分利用教學(xué)設(shè)備資源,將APP相關(guān)模塊投屏至課堂大屏幕;每個實驗教師在學(xué)習(xí)通APP里通過“搶答”“主題討論”“隨堂練習(xí)”等活動方式設(shè)置七八個問題。由師生互動代替了原來的教師講解,學(xué)生都會積極參與進來。討論中,學(xué)生可以進行互動并再現(xiàn)于大屏幕上;在學(xué)生之間、師生之間的交流互動中,教師可以了解全班同學(xué)的前期預(yù)習(xí)情況,學(xué)生在了解彼此答題情況的過程中,對實驗的重難點已潛移默化地吸收,知識的傳遞更加有效。這里以2019年秋C43與D43班級直流電橋?qū)嶒灋槔榻B課堂討論的相關(guān)情況。圖3是課堂討論相關(guān)問題,題目設(shè)置緊扣電橋?qū)嶒灥闹仉y點,如“惠斯通單臂電橋的誤差來源? 如何消除”“如何理解并實現(xiàn)電橋快速平衡?”等;在某一次電橋?qū)嶒灻媸谡n“主題討論”的具體投屏中,教師提出問題:“自搭電橋有哪些系統(tǒng)誤差? 用什么方法修正系統(tǒng)誤差?”并通過APP將問題投影至課堂大屏幕,學(xué)生結(jié)合自身的預(yù)習(xí)情況陸續(xù)給出答案,教師通過學(xué)生的回答了解學(xué)生對實驗相關(guān)內(nèi)容的掌握情況;投屏互動中還有“簽到、搶答、選人”等環(huán)節(jié),如圖4所示;在這些環(huán)節(jié)中教師根據(jù)學(xué)生參與情況對學(xué)生進行加分,課程結(jié)束系統(tǒng)會自動統(tǒng)計學(xué)生成績。

圖3 學(xué)習(xí)通主題討論頁面

在這樣的課堂討論交流之后,學(xué)生已熟練掌握實驗的重難點以及儀器調(diào)節(jié)的注意事項與技巧,不僅提高了課堂效率,更重要的是學(xué)生調(diào)動了主觀能動性,改變了單調(diào)的師生角色關(guān)系,教師由課堂的主導(dǎo)者變更為學(xué)生知識的指引者,學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主體。

2.3 課后評價反思,拓展提高

課后階段,學(xué)生在實驗基礎(chǔ)之上,進行實驗報告的撰寫,進行詳細(xì)的數(shù)據(jù)處理,對實驗結(jié)果進行了分析和評定,將自己在課堂遇到的問題、注意事項以分析思考題的形式進行展開。

圖4 課堂投屏功能選擇

課后的反饋評價對于翻轉(zhuǎn)課堂至關(guān)重要,教師通過這一環(huán)節(jié)可以了解學(xué)生對課程的掌握程度以及課堂的教學(xué)效果。新模式下,我們通過以下三個方面來實現(xiàn)反饋評價:(1)評閱實驗報告,重點批改數(shù)據(jù)處理與分析思考題;(2)教師通過APP中問卷、學(xué)生反饋模塊進行線上平臺數(shù)據(jù)統(tǒng)計;(3)將翻轉(zhuǎn)課堂與信息化相結(jié)合,建立了MOOC班微信群輔助教學(xué)。通過以上方式,教師對新模式下教學(xué)效果進行調(diào)查,了解學(xué)生對知識的掌握程度、參與討論的情況、實驗的興趣等,從而優(yōu)化教學(xué)方案。

3 新模式實驗教學(xué)效果分析

基于MOOC平臺下實驗翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué),課堂環(huán)節(jié)發(fā)生轉(zhuǎn)變,新知識的學(xué)習(xí)過程與學(xué)習(xí)深度內(nèi)化過程發(fā)生顛倒,教學(xué)空間由單一的課堂延伸到任何場所和時間;傳統(tǒng)教學(xué)模式教師向?qū)W生灌輸知識,教師起主導(dǎo)作用,新的教學(xué)模式,教師不再是知識傳播的唯一來源,知識傳授放在課堂外,學(xué)生在教師引領(lǐng)下自主學(xué)習(xí),由教師單一講授轉(zhuǎn)變成交互學(xué)習(xí)[19]。

相對于傳統(tǒng)教學(xué),翻轉(zhuǎn)課堂形式下,由于教師提前準(zhǔn)備了豐富的、更加具體形象的資源,包括PPT、視頻等,實驗預(yù)習(xí)課和操作課的時間有一定的減少,如拉伸法測量金屬絲的楊氏模量實驗,預(yù)習(xí)課時間由90分鐘減少到70分鐘,實驗課大部分同學(xué)均能提前完成,規(guī)定課時內(nèi)完成不了實驗的現(xiàn)象大大減少;更重要的是,翻轉(zhuǎn)課堂模式下,教師講授的形式部分由“搶答”、問卷等形式替代,課堂氣氛更活躍,學(xué)生課堂提問增加,學(xué)習(xí)效果也更好。在MOOC試點班級中,隨機抽取了八個班級192名學(xué)生進行問卷調(diào)查,如表1所示。對新模式實驗效果,整體滿意度超過95%,不滿意的情況為0;其中,超過98%的同學(xué)認(rèn)為新的教學(xué)模式大大地激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣,近94%的同學(xué)認(rèn)為新的模式提高了學(xué)習(xí)的自主性與主動性;超過91%的同學(xué),對學(xué)習(xí)資源滿意。可見,基于MOOC平臺下實驗翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式,讓學(xué)生有了更多的自主選擇權(quán),大大地調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與熱情,有利于更大程度地挖掘?qū)W生潛能,提高了教學(xué)效率。

表1 MOOC翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)滿意度調(diào)查統(tǒng)計表

4 結(jié)語

在新形勢下,對原有的教學(xué)模式進行了深層次改革,將兩種新型教學(xué)模式MOOC與翻轉(zhuǎn)課堂有效結(jié)合起來,引入到大學(xué)物理實驗教學(xué)當(dāng)中,力求達(dá)到教學(xué)效果的最優(yōu)化。目前,我國已擁有較多類似MOOC的優(yōu)質(zhì)資源平臺,翻轉(zhuǎn)課堂可以很好地利用這些優(yōu)質(zhì)資源發(fā)揮作用,促進學(xué)生個性化發(fā)展,有利于加快我國教育信息化建設(shè),基于MOOC平臺的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式勢必成為教育改革的新趨勢。