馮 浩，李長偉，程勇聰，云博進(jìn)

（海南熱帶海洋學(xué)院 理學(xué)院，海南 三亞 572022）

大學(xué)物理是全國高等學(xué)校理工科各專業(yè)開設(shè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，大學(xué)物理課程教學(xué)質(zhì)量的好壞直接影響科技人才培養(yǎng)的質(zhì)量。學(xué)習(xí)大學(xué)物理課程，不但能夠使學(xué)生掌握物理知識，更能夠培養(yǎng)和提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、科學(xué)思維方法和科學(xué)研究能力。當(dāng)前，很多高校大學(xué)物理課堂教學(xué)仍存在沿用傳統(tǒng)被動填鴨式教學(xué)模式，以教師為中心，接受學(xué)習(xí)為主，學(xué)生以學(xué)習(xí)書本知識為主，課堂演示實驗少的現(xiàn)象，大學(xué)物理被貼上了沉悶、繁重、無聊、機(jī)械和被動等標(biāo)簽，高校大學(xué)物理公共課教學(xué)模式改革勢在必行。

信息技術(shù)的發(fā)展加速了教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變和創(chuàng)新，為提升教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)高質(zhì)量人才提供了新的途徑?；旌鲜浇虒W(xué)是將在線教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)的優(yōu)勢結(jié)合起來的一種“線上”+“線下”的教學(xué)模式?；旌鲜浇虒W(xué)是未來高校實現(xiàn)內(nèi)涵式發(fā)展的必然趨勢，也是提升高校教學(xué)質(zhì)量與效果的重要教學(xué)模式。在師生高質(zhì)量的教學(xué)模式中，問題導(dǎo)向式學(xué)習(xí)（Problem-Based Learning，簡稱PBL）成為當(dāng)前國際上流行的人才培養(yǎng)模式。PBL 是指一種讓學(xué)生通過解決不一定具有正確答案的真實性問題而獲取知識的教學(xué)模式。與傳統(tǒng)模式相比，PBL 課程教學(xué)以學(xué)生為中心，學(xué)生起主導(dǎo)作用，能促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。PBL作為一種問題取向的教學(xué)模式，旨在培養(yǎng)學(xué)生的一系列技能，包括知識整合能力、認(rèn)知能力、小組學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊合作能力及批判性思維能力。

針對目前大學(xué)物理傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的諸多不足，本文將探討基于問題學(xué)習(xí)為導(dǎo)向的大學(xué)物理課程混合式教學(xué)模式，開展“互聯(lián)網(wǎng)+”下信息技術(shù)與教育教學(xué)相融合的教學(xué)模式研究，以期讓大學(xué)物理課堂能有效地以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心；以教為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)為中心；以課堂教學(xué)為主轉(zhuǎn)變?yōu)檎n內(nèi)外相結(jié)合，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、主動性和主體性，切實提高教學(xué)實效。

一、線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)模式

（一）線上教學(xué)的優(yōu)勢與不足

線上教學(xué)有著豐富的學(xué)習(xí)資源，如中國大學(xué)MOOC、智慧樹、超星學(xué)習(xí)通和雨課堂等，供學(xué)生們在線學(xué)習(xí)，且不受時間空間的影響，可以隨時隨地重復(fù)學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)。線上教學(xué)在簽到、了解學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度、隨堂測試和作業(yè)練習(xí)等方面可以做到利用網(wǎng)絡(luò)平臺建立每個學(xué)生的學(xué)習(xí)信息檔案，及時有效地統(tǒng)計出學(xué)生線上學(xué)習(xí)情況。同時，線上教學(xué)還為學(xué)生提供了豐富的視頻等學(xué)習(xí)資源，中國大學(xué)MOOC 大學(xué)物理為學(xué)生提供了71個視頻庫資源，還有相關(guān)的參考資料和延伸閱讀，讓學(xué)生了解更多物理知識及前沿的新研究成果。除了豐富的學(xué)習(xí)資源讓學(xué)生能自主學(xué)習(xí)外，線上教學(xué)還提供了每一章節(jié)的測驗與作業(yè)、題庫、課堂互動活動、討論和分組任務(wù)等。線上教學(xué)能利用網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能，及時了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況，讓教師直觀準(zhǔn)確地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，為形成性和總結(jié)性評價提供參考和依據(jù)。

雖然線上教學(xué)存在諸多優(yōu)勢，但MOOC 等在線學(xué)習(xí)也存在師生互動、生生互動交流的不足，學(xué)生的問題不能及時有效地解決。學(xué)生的內(nèi)容掌握、問題解決只利用線上教學(xué)難以做到有效反饋和指導(dǎo)，特別是針對大班額公共課的線上教學(xué)，難以顧及每名同學(xué)，對于自主性不強的同學(xué)容易濫竽充數(shù)，蒙混過關(guān)，教師難以全面客觀地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。同時，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)還存在卡頓等不流暢現(xiàn)象。在2020 年疫情期間，曾對前期參與公共課大學(xué)物理課程線上教學(xué)的計算機(jī)專業(yè)56 名同學(xué)做了線上調(diào)查，對于“你是否同意繼續(xù)線上教學(xué)？”，有50%的同學(xué)表示不同意。

（二）線上線下混合式教學(xué)模式

針對線上教學(xué)的優(yōu)勢與不足，利用線上和線下混合式教學(xué)模式既可以發(fā)揮線上教學(xué)的優(yōu)勢，又能彌補線上教學(xué)的不足。目前，已有諸多研究者對于線上和線下混合式教學(xué)模式進(jìn)行了實質(zhì)性的探索，李俊生等實證研究的結(jié)果表明混合式教學(xué)比傳統(tǒng)教學(xué)班級取得較好的期末綜合成績，張春財、王步等老師的研究也一致表明實施混合式教學(xué)模式，在課堂教學(xué)中以學(xué)生為中心進(jìn)行教學(xué)，有較好的教學(xué)效果。

混合式教學(xué)模式主要包括課前自學(xué)線上資源，課中線下課堂討論和課后應(yīng)用評價三個階段。課前根據(jù)大學(xué)物理課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和要求讓學(xué)生自主線上自學(xué)，通過在線測試檢驗學(xué)生自學(xué)效果，同時，在線上布置線下課堂研討問題。課中進(jìn)行課堂討論，以問題為導(dǎo)向，在學(xué)生參與、探究和討論過程中以學(xué)生為中心，實施問題導(dǎo)向的教學(xué)模式。課后利用學(xué)生互評、師生互評、學(xué)生觀看課程視頻、章節(jié)學(xué)習(xí)進(jìn)度、討論和互動、分組任務(wù)、作業(yè)和考試等進(jìn)行過程性評價和總結(jié)性評價。

二、問題導(dǎo)向教學(xué)模式的基本原則

（一）問題情境的“真實”性原則

讓學(xué)生認(rèn)識到自己是問題情境的真實角色，把學(xué)生置入問題不良的問題情境中，問題的難度要適中，同時，問題應(yīng)該以現(xiàn)實生活中遇到的一些錯綜復(fù)雜的問題為核心。要精心設(shè)計問題，不能虛構(gòu)，應(yīng)該來源于生活。

（二）師生角色的轉(zhuǎn)變原則

PBL 在于塑造學(xué)生的獨立自主性，使他們具備終身學(xué)習(xí)的能力。傳統(tǒng)課程教學(xué)中學(xué)生的角色是被動地接受知識，被動地跟著老師學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)重點是記住知識，學(xué)生只是在競爭中學(xué)習(xí)，為考試而學(xué)習(xí)；而PBL 課程中學(xué)生的角色從被動變?yōu)橹鲃?，會主動學(xué)習(xí)如何把知識應(yīng)用到實際情況中去，學(xué)生會自己提出問題并尋求答案，學(xué)生會自己檢索資料，主動分析信息，在小組中學(xué)習(xí)、會向其他同學(xué)學(xué)習(xí)，學(xué)生是在合作中學(xué)習(xí)，會依賴大量的學(xué)習(xí)資源自主學(xué)習(xí)。教師的角色是資源提供者和學(xué)生發(fā)展的促進(jìn)者、指導(dǎo)者和幫助者，教師的基本任務(wù)就是在學(xué)習(xí)者解決問題的過程中引導(dǎo)學(xué)習(xí)者進(jìn)步，體現(xiàn)了以學(xué)生為中心，以教師為主導(dǎo)的作用。問題導(dǎo)向的教學(xué)模式中，教師不是知識的主要來源，而是引導(dǎo)學(xué)生討論的促進(jìn)者。教師負(fù)責(zé)設(shè)計每章節(jié)的問題，引導(dǎo)學(xué)生以知識能力整合的方式來討論，并讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己知識體系上的不足。

（三）小組成員的相互協(xié)作原則

為了完成解決問題的任務(wù)，小組成員之間必須相互合作相互支持，共享知識和資源，PBL 強調(diào)小組成員之間的相互合作、相互尊重及積極參與，努力完成整個小組的目標(biāo)。小組成員的合作及每個成員的貢獻(xiàn)，如何鼓勵和活躍成員參與等是小組獲得成功的關(guān)鍵。

那么如何才能讓每名成員在小組討論中提高其參與和貢獻(xiàn)呢，既不過度表現(xiàn)也不會令小組其他成員不愉快？小組可以討論角色分配，并想辦法鼓勵成員積極參與，如果成員不愿意承擔(dān)所分配的角色，教師應(yīng)和他們溝通和交流。

三、問題導(dǎo)向教學(xué)模式的基本方法

（一）問題設(shè)計

問題設(shè)計是基于學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)者三者進(jìn)行綜合分析出的結(jié)果，明確問題是PBL 的首要步驟，問題分為基本問題與單元問題。基本問題是根本性的問題，是大問題，在根本性的大問題基礎(chǔ)上分為若干個單元問題。

（二）學(xué)習(xí)環(huán)境創(chuàng)建

通過相關(guān)途徑搜索和篩選出合適的學(xué)習(xí)資源，特別是網(wǎng)絡(luò)資源，如中國大學(xué)MOOC、超星學(xué)習(xí)通、雨課堂和智慧樹等學(xué)習(xí)平臺，為學(xué)習(xí)者創(chuàng)設(shè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。

（三）學(xué)習(xí)活動設(shè)計

PBL 課程是以學(xué)生學(xué)習(xí)活動為主線的，由學(xué)生一步步地完成活動構(gòu)成。學(xué)習(xí)活動設(shè)計要結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)能力來進(jìn)行活動目標(biāo)設(shè)計、活動組織形式設(shè)計及活動內(nèi)容設(shè)計。

（四）評價與反思階段

引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)在整個解決問題過程中的體會或者收獲，反思存在的問題與不足。這一環(huán)節(jié)對于學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)步至關(guān)重要。良好的反饋是清晰、及時、描述性而非評判性的，是具體而非籠統(tǒng)的，是針對個人的行為的，既有正面也存在負(fù)面的，在信任和合作環(huán)境下交流，討論課的最后是反饋小組成員表現(xiàn)的最佳時機(jī)，既要肯定團(tuán)隊合作的價值，也要利用這個時間確立小組的下一個目標(biāo)，增進(jìn)小組活力。反思學(xué)習(xí)及反思日志可使學(xué)習(xí)者回顧自己的經(jīng)驗、個人及專業(yè)的學(xué)習(xí)情況，是學(xué)習(xí)者增強批判性思維、評價自己行為和表現(xiàn)的非常有用的工具。

結(jié)合線上線下混合式教學(xué)模式的過程和方法，以問題學(xué)習(xí)為導(dǎo)向的混合式教學(xué)模式流程如圖1 所示。

圖1 問題導(dǎo)向的混合式教學(xué)模式

四、問題導(dǎo)向教學(xué)模式在大學(xué)物理課程混合式教學(xué)中的應(yīng)用

線上教學(xué)能為問題導(dǎo)向提供豐富的資源，為學(xué)生實現(xiàn)探索式和發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)創(chuàng)造有利條件，提高學(xué)習(xí)者的積極性和主動性。所以“線上”+“線下”混合式教學(xué)模式相比傳統(tǒng)教學(xué)模式有顯著的優(yōu)勢。可以通過線上各種軟件或技術(shù)提供逼真的問題情景，有利于學(xué)生理解問題和融入情境，也可以發(fā)揮線下小組面對面交流互動等學(xué)習(xí)優(yōu)勢。下面以北京郵電大學(xué)出版社出版，趙近芳、王登龍主編的《大學(xué)物理簡明教程》的內(nèi)容為例，談?wù)剢栴}導(dǎo)向教學(xué)模式在混合式教學(xué)中的應(yīng)用。

（一）教師指導(dǎo)進(jìn)行問題設(shè)計

在學(xué)習(xí)第三章剛體力學(xué)這部分內(nèi)容時，首先發(fā)揮學(xué)生的自主性，讓學(xué)生課前利用中國大學(xué)MOOC 或者超星學(xué)習(xí)通的課程資源進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，主要掌握質(zhì)點的角動量和角動量守恒定律的相關(guān)理論知識，然后讓學(xué)生線上觀看中國選手陳露在1998 年長野冬奧會花樣滑冰運動奪冠比賽視頻，教師結(jié)合第三章課本內(nèi)容，通過網(wǎng)絡(luò)給學(xué)生設(shè)置問題：在花樣滑冰運動中可以抽象出什么物理模型？花樣滑冰運動員是通過怎樣的方式來提高或降低轉(zhuǎn)動速度的？

學(xué)生在利用線上課程資源進(jìn)行課前知識獲取的基礎(chǔ)上，提出現(xiàn)實生活中不同層次的問題。由于同學(xué)們在上章結(jié)束之后本章開始之前已經(jīng)看過冬奧會花樣滑冰運動奪冠比賽視頻，已經(jīng)掌握質(zhì)點系角動量定理及角動量守恒定律，在認(rèn)識剛體這一由特殊質(zhì)點系組成的物理模型和轉(zhuǎn)動慣量的相關(guān)知識后，會激發(fā)起同學(xué)們嘗試應(yīng)用自己所學(xué)知識解決實際問題的興趣。而在剛體對軸的角動量守恒定律的學(xué)習(xí)中，圍繞討論的目標(biāo)，基礎(chǔ)不相同的同學(xué)可能會提出的不一樣問題，例如：花樣滑冰運動員在比賽過程中，伸展與收縮肢體會不會改變轉(zhuǎn)動慣量？為什么花樣滑冰運動員在旋轉(zhuǎn)過程中身體收縮時轉(zhuǎn)動得更快而身體伸展時轉(zhuǎn)動變慢？這些現(xiàn)象是否具有普遍性？在生產(chǎn)生活中有沒有其他相似的物理現(xiàn)象？古人云：學(xué)源于思，思源于疑。問題是激活個體思維的關(guān)鍵。教學(xué)中教師有意識地創(chuàng)設(shè)一定的問題情境，讓學(xué)生身臨其境地意識到物理問題的存在，才能激發(fā)學(xué)生積極的思維活動，從而培養(yǎng)學(xué)生獨立思考問題并解決問題的能力。

（二）突出學(xué)生自主和協(xié)作的課堂學(xué)習(xí)活動

從課前知識的獲取到課堂知識的內(nèi)化。在具體課堂學(xué)習(xí)活動實施過程中，問題導(dǎo)向?qū)W習(xí)模式體現(xiàn)的是以學(xué)生為中心的教學(xué)思想，突出學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和小組協(xié)作性。學(xué)生的基礎(chǔ)、經(jīng)歷等因素決定了不同小組成員在討論的時候可能會采用不同的討論方法和順序。在預(yù)習(xí)階段，提倡學(xué)生通過小組同伴協(xié)作學(xué)習(xí)及相互學(xué)習(xí)，通過你一言我一語討論交流的方式提問并解決問題，最終初步得到角動量守恒定律可以解釋其肢體變化與轉(zhuǎn)速關(guān)系的方案。在探索現(xiàn)實生活中有沒有其他類似的物理現(xiàn)象可以用角動量守恒定律解釋這一問題時，不同的小組可能會給出不同的答案，有的小組提出，在研究天體運動和微觀粒子運動時，常遇到角動量守恒的問題。例如，地球和其他行星繞太陽的轉(zhuǎn)動，太陽可看作不動，而地球和行星所受太陽的引力是有心力（力心在太陽），因此地球、行星對太陽的角動量守恒。又如帶電微觀粒子射到質(zhì)量較大的原子核附近時，粒子所受到的原子核的電場力就是有心力（力心在原子核中心），所以微觀粒子在與原子核的碰撞過程中對力心的角動量守恒。有的小組提出對軸的角動量守恒定律在生產(chǎn)、生活和科技活動中應(yīng)用，例如，在飛機(jī)、火箭和輪船上用作定向裝置的回轉(zhuǎn)儀，就是利用這一原理制成的。有的小組提出芭蕾舞演員在表演時，也是運用角動量守恒定律來增大或減小身體繞對稱豎直軸轉(zhuǎn)動的角速度，從而做出許多優(yōu)美而漂亮的舞姿。還有的小組提出，跳水運動員在跳水時也是利用身體繞自身軸的蜷縮和伸展來改變其在空中和入水速度的。如果小組活動不能順利展開，如小組成員在討論中爭論不休、討論沒有進(jìn)展。這時則需要老師根據(jù)實際情況給出問題提綱，幫助學(xué)生進(jìn)行討論?；踊荣愐曨l所用到的物理知識即本章將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，通過自主學(xué)習(xí)或小組討論，對于轉(zhuǎn)動慣量、剛體、轉(zhuǎn)動動能和角動量等概念的建立可以起到推動作用，不僅提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，而且讓學(xué)生在自主和協(xié)作學(xué)習(xí)的過程中掌握了本章的重難點。問題導(dǎo)向教學(xué)模式突出了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，不是由教師直接告訴學(xué)生應(yīng)當(dāng)如何去解決面臨的問題，而是由教師向?qū)W生提供解決該問題的有關(guān)線索，如需要搜集哪一類資料、從何處可以獲取有關(guān)的信息資料，以及現(xiàn)實中專家們遇到此問題如何去解決的探索過程等，同時，也特別注意發(fā)展學(xué)生的小組協(xié)作學(xué)習(xí)能力。

問題導(dǎo)向教學(xué)模式的最大好處就在于可通過小組活動和討論，使學(xué)生之間進(jìn)行相互學(xué)習(xí)，先進(jìn)帶動落后，使學(xué)生整體水平得以提高。以剛體的角動量守恒定律為例，在小組討論之前，每個小組成員需要首先通過自主學(xué)習(xí)對質(zhì)點系角動量概念、角動量定理及質(zhì)點系角動量守恒定律有所了解，找出自己難以理解的知識點，在通過與同伴協(xié)作學(xué)習(xí)及小組討論中，對自己難以理解的知識點進(jìn)行互相學(xué)習(xí)，同時完成問題導(dǎo)向模式教學(xué)過程中最重要的工作，即通過小組活動去尋求理論與設(shè)定問題之間的關(guān)系。

（三）學(xué)習(xí)評價與反思

問題導(dǎo)向教學(xué)模式的教學(xué)要求學(xué)生解決的是面臨的現(xiàn)實問題，學(xué)習(xí)過程就是解決問題的過程，即由解決問題的過程就可以直接反映出學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。因此學(xué)習(xí)評價可在學(xué)習(xí)過程中隨時觀察并記錄學(xué)生的表現(xiàn)即可?！熬€上”+“線下”混合式教學(xué)評價，可利用中國大學(xué)MOOC、超星學(xué)習(xí)通、雨課堂和智慧樹等學(xué)習(xí)平臺小程序進(jìn)行，也可利用廣泛使用的微信群、QQ 群等方式進(jìn)行作業(yè)提交和點評，網(wǎng)絡(luò)線上平臺均可方便地對學(xué)生日常作業(yè)、簽到和學(xué)習(xí)進(jìn)度等進(jìn)行統(tǒng)計并按照教師設(shè)定權(quán)值給出平時分?jǐn)?shù)，同時老師在教學(xué)過程中也可以實時做到電子化反饋，幫助學(xué)生進(jìn)步。

問題導(dǎo)向混合式教學(xué)模式的評價重點應(yīng)該在學(xué)生的能力評價上，將所學(xué)知識用于解決實際問題上?？蛇\用多元化的評價方式，如筆試、自我評估、學(xué)生互評、老師評估及建立學(xué)習(xí)檔案等。線下的筆試、線上的學(xué)習(xí)檔案和老師評估報告等形式可作為總結(jié)性評價手段，評估學(xué)生學(xué)期獲得的知識技能及態(tài)度等。小測驗、期中考試、學(xué)生自評互評、作業(yè)和線上測驗等形式可作為形成性評價手段，評估學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的學(xué)習(xí)情況、存在的問題等。通過總結(jié)性和形成性評價，教學(xué)相長，找出教學(xué)中存在的問題，不斷反思，不斷進(jìn)步。

總之，問題導(dǎo)向的混合式教學(xué)模式具有較好的操作性，符合開放性教育和終身學(xué)習(xí)的理念，突出了學(xué)生個性化學(xué)習(xí)的特點，對轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)觀念，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力及創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力都有很好的實踐價值。