王 鑫，陳曙光，肖艷萍

(湖南大學(xué) 物理與微電子科學(xué)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410082)

隨著我國(guó)高校MOOC資源建設(shè)日趨完善和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，基于MOOC的線上線下混合式教學(xué)已經(jīng)成為高校教學(xué)改革的大趨勢(shì). 但在實(shí)際教學(xué)中如何充分利用線上優(yōu)秀資源和智能工具平臺(tái)引導(dǎo)學(xué)生“主動(dòng)學(xué)習(xí)”,又高效利用線下課堂教師的指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)從以“教師為主體”的傳統(tǒng)授課模式到“以學(xué)生為中心”的混合教學(xué)模式的轉(zhuǎn)換，正驅(qū)動(dòng)著一線教師積極地探索和實(shí)踐. 大學(xué)物理學(xué)作為理工科大學(xué)的通識(shí)必修課程，其教學(xué)改革更加具有示范性和獨(dú)特性. 本文作者基于2020年春季線上教學(xué)的體會(huì)，在2020年秋季電磁學(xué)教學(xué)中摸索了一套基于MOOC的問(wèn)題難度遞進(jìn)式的線上線下混合教學(xué)模式，取得了良好的效果．

1 混合教學(xué)模式設(shè)計(jì)思路

“大學(xué)物理”是理工科大學(xué)量大、面廣的公共基礎(chǔ)課，面向非物理專業(yè)低年級(jí)學(xué)生，通常采用大班教學(xué)模式.“大學(xué)物理”的教學(xué)，對(duì)于幫助學(xué)生從中學(xué)的應(yīng)試學(xué)習(xí)過(guò)渡到大學(xué)“主動(dòng)的”“研究性”學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)以培養(yǎng)學(xué)生能力為目標(biāo)的教育改革起著重要作用.

世界著名心理學(xué)家卡爾·羅杰斯首次提出了“以學(xué)生為中心”的教育觀點(diǎn)，認(rèn)為教育的目標(biāo)應(yīng)該是培養(yǎng)能夠適應(yīng)變化和知道如何學(xué)習(xí)的有獨(dú)特人格而又充分發(fā)展的人，教學(xué)過(guò)程中的各項(xiàng)活動(dòng)都應(yīng)該以學(xué)生的學(xué)習(xí)為中心，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)負(fù)責(zé)的意識(shí)[1,2]. 根據(jù)學(xué)習(xí)成效的金字塔理論[3,4]：主動(dòng)學(xué)習(xí)對(duì)知識(shí)的留存率是單純聽(tīng)講的5～9倍；清華大學(xué)王青教授指出，混合教學(xué)的抓手是問(wèn)題驅(qū)動(dòng)式的互動(dòng)教學(xué)[4]. 基于以上理論和觀點(diǎn)，本文在教學(xué)設(shè)計(jì)中，以學(xué)生參與教學(xué)活動(dòng)中的每一個(gè)環(huán)節(jié)為原則，逐步實(shí)現(xiàn)學(xué)生從“回答問(wèn)題，解決問(wèn)題”到“發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提出問(wèn)題”的高層次學(xué)習(xí). 按照科學(xué)人才觀的基本規(guī)律，把課堂設(shè)計(jì)分為知識(shí)掌握、能力培養(yǎng)和思政育人三大目標(biāo). 考慮到我?！按髮W(xué)物理”課程長(zhǎng)期采用大班教學(xué)與小班討論相結(jié)合的教學(xué)形式，筆者提出了以MOOC為資源，問(wèn)題難度三級(jí)遞進(jìn)，將教學(xué)過(guò)程拓展為以線下大班課堂為中心的課前(線上學(xué)習(xí))、課中(線下大班課堂)、課后(線下小班討論課)三個(gè)階段的問(wèn)題驅(qū)動(dòng)式互動(dòng)教學(xué). (圖1為課堂設(shè)計(jì)流程，圖2為三級(jí)問(wèn)題設(shè)計(jì)思路).

圖1 課堂設(shè)計(jì)流程圖

圖2 三級(jí)遞進(jìn)式問(wèn)題

1.1 “概念自測(cè)”引領(lǐng)線上學(xué)習(xí)

課前閱讀和MOOC學(xué)習(xí)是學(xué)生的自主學(xué)習(xí)．概念自測(cè)題目的設(shè)計(jì)旨在幫助學(xué)生快速厘清課程內(nèi)容的重點(diǎn)和思路. 學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容產(chǎn)生疑問(wèn)，提出問(wèn)題，這些問(wèn)題會(huì)被教師在線收集而進(jìn)入課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，這是學(xué)生參與教學(xué)活動(dòng)的第一步．

1.2 “隨堂討論”實(shí)現(xiàn)“答疑解惑”

學(xué)生帶著問(wèn)題走進(jìn)線下課堂，而教師則講解疑難點(diǎn)及學(xué)生疑問(wèn)并組織課堂討論．隨堂討論題目的設(shè)計(jì)是依據(jù)課程內(nèi)容及學(xué)生課前疑問(wèn)，難度高于概念自測(cè)題目. 線下課堂的同伴討論和師生互動(dòng)促進(jìn)了學(xué)生對(duì)問(wèn)題的理解和思考．為鞏固對(duì)知識(shí)的掌握，線下課堂還配套設(shè)置了隨堂練習(xí)和隨堂測(cè)試．

1.3 “進(jìn)階思考”驅(qū)動(dòng)同伴學(xué)習(xí)與探究

以上兩個(gè)環(huán)節(jié)中學(xué)生完成了對(duì)知識(shí)的記憶、理解以及應(yīng)用分析，為促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，本文設(shè)計(jì)了高階難度的“進(jìn)階思考”題目，作為小班討論課上的深度討論和引導(dǎo)學(xué)生研究性學(xué)習(xí)的切入點(diǎn)．

2 混合教學(xué)實(shí)施過(guò)程

教學(xué)過(guò)程分為三個(gè)階段：課前(線上學(xué)習(xí))、課中(線下大班課堂)、課后(線下小班討論課)．

2.1 階段Ⅰ——課前(線上學(xué)習(xí))

(1) 課前發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)

課前學(xué)習(xí)任務(wù)包括MOOC視頻學(xué)習(xí)內(nèi)容(基本順序依據(jù)本校MOOC資源，但同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生使用國(guó)內(nèi)外其他高校的優(yōu)秀資源)，教材閱讀內(nèi)容，同時(shí)發(fā)布概念自測(cè)題并要求在課前完成和在線提交．

概念自測(cè)題目通常按教學(xué)內(nèi)容的展開(kāi)順序以問(wèn)答題的形式出現(xiàn)．每個(gè)問(wèn)題的答案都可以在教材或者視頻學(xué)習(xí)中明確找到．例如：“感生電動(dòng)勢(shì)和感生電場(chǎng)”這次課的概念自測(cè)題：

① 感生電動(dòng)勢(shì)是怎么定義的？

② 麥克斯韋感生電場(chǎng)的假說(shuō)是如何敘述的？

③ 比較法拉第電磁感應(yīng)定律和感生電動(dòng)勢(shì)定義的數(shù)學(xué)表達(dá)式，試著說(shuō)明產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)的非靜電場(chǎng)．

④ 梳理教材例題關(guān)于“長(zhǎng)直螺線管內(nèi)外渦旋電場(chǎng)分布”的計(jì)算基本步驟．

⑤ 羅列視頻和教材所提到的關(guān)于渦電流在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用和危害．

(2) 搜集學(xué)生問(wèn)題

課前的視頻學(xué)習(xí)和教材閱讀，促成了學(xué)生的有效提問(wèn)．通過(guò)手機(jī)APP和在線教學(xué)平臺(tái)，搜集學(xué)生在線學(xué)習(xí)過(guò)程中的問(wèn)題(見(jiàn)圖3)，并在教學(xué)過(guò)程中一一做出回應(yīng)．

圖3 課前學(xué)生提問(wèn)展示

2.2 階段Ⅱ——課中(線下大班課堂教學(xué))

教師在課前依據(jù)學(xué)生提出的問(wèn)題，了解學(xué)生理解的難點(diǎn)，制定課堂教學(xué)策略，并按照教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)課堂模塊及隨堂討論題目. 課堂教學(xué)由知識(shí)點(diǎn)串講，疑難點(diǎn)的課堂討論，隨堂練習(xí)及隨堂測(cè)試幾部分構(gòu)成．以“感生電動(dòng)勢(shì)/感生電場(chǎng)”一次課的內(nèi)容為例，介紹教學(xué)過(guò)程．

本示例課劃分為：感生電動(dòng)勢(shì)的定義、感生(渦旋)電場(chǎng)、感生電場(chǎng)的計(jì)算及應(yīng)用4個(gè)知識(shí)點(diǎn)模塊．(圖4—圖6為各知識(shí)點(diǎn)模塊設(shè)計(jì)的隨堂討論問(wèn)題)

圖4 隨堂討論——設(shè)計(jì)1

知識(shí)點(diǎn)二：“渦旋電場(chǎng)”．為讓學(xué)生能夠建立渦旋電場(chǎng)的物理直觀圖像，筆者設(shè)計(jì)了隨堂討論“請(qǐng)比較渦旋電場(chǎng)與靜電場(chǎng)的異同”(見(jiàn)圖5)，引導(dǎo)學(xué)生分別寫出靜電場(chǎng)和渦旋電場(chǎng)的環(huán)流和閉合曲面上的電場(chǎng)強(qiáng)度通量，畫出靜電場(chǎng)的電場(chǎng)線，直至畫出渦旋電場(chǎng)的封閉電場(chǎng)線，至于其方向的問(wèn)題也在討論過(guò)程中得到進(jìn)一步的澄清．

圖5 隨堂討論——設(shè)計(jì)2

知識(shí)點(diǎn)三：感生電場(chǎng)/感生電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算．基于前期的線上學(xué)習(xí)，例題細(xì)節(jié)不再詳細(xì)講解，而是在原有例題基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展(見(jiàn)圖6)，設(shè)計(jì)隨堂練習(xí)鞏固知識(shí)掌握(見(jiàn)圖7).

圖6 隨堂討論——設(shè)計(jì)3

圖7 隨堂練習(xí)-示例

知識(shí)點(diǎn)四：渦旋電場(chǎng)的應(yīng)用. 關(guān)于渦旋電場(chǎng)的應(yīng)用——電子感應(yīng)加速器的原理，是學(xué)生課前提問(wèn)的焦點(diǎn)，所以在這里引導(dǎo)學(xué)生做定性分析，定量計(jì)算部分則鼓勵(lì)學(xué)生在小班討論課，以小組形式進(jìn)行演算展示(圖8為針對(duì)學(xué)生提問(wèn)設(shè)計(jì)的進(jìn)階討論題目).

圖8 進(jìn)階討論示例

隨堂測(cè)試是大班課堂的最后一個(gè)環(huán)節(jié)．一般時(shí)長(zhǎng)為5～8分鐘，學(xué)生在線提交并由平臺(tái)記錄成績(jī)(見(jiàn)圖9).

圖9 隨堂測(cè)試示例

2.3 階段Ⅲ——課后(小班討論課)

混合課堂的設(shè)計(jì)以線下大班課堂為中心，希望把學(xué)生對(duì)問(wèn)題的討論延續(xù)至大班教學(xué)的課后，激發(fā)學(xué)生對(duì)問(wèn)題探究的欲望和學(xué)習(xí)的主動(dòng)性. 小班討論課為學(xué)生提供了討論交流的平臺(tái).

小班討論課是大班課堂教學(xué)的配套補(bǔ)充，每?jī)芍芤淮?，每次兩個(gè)學(xué)時(shí)．小班討論課不包含在大班課堂教學(xué)的學(xué)時(shí)內(nèi)，但對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)卻包含在“大學(xué)物理”課程總成績(jī)內(nèi)(占總成績(jī)的30%). 在線上線下混合教學(xué)模式下，小班討論課一般有兩個(gè)主要任務(wù)：① 疑難問(wèn)題、例題講解；② 課堂討論題目和進(jìn)階討論問(wèn)題的深度討論．進(jìn)階討論題目在大班課堂的教案中給出．小課教師會(huì)對(duì)學(xué)生參與討論的表現(xiàn)做出評(píng)判(占小班成績(jī)的1/3). 為方便討論，各個(gè)教學(xué)小班以3～4人自愿分組，小組之間協(xié)商領(lǐng)取本組的重點(diǎn)任務(wù)，小班課上小組之間相互分享，達(dá)到既有深度討論,又可以借助同伴學(xué)習(xí)擴(kuò)大知識(shí)面的目的(圖10為學(xué)生在小班討論課堂分享討論結(jié)果).

圖10 小班討論課展示

這里特別說(shuō)明，“進(jìn)階討論題目”是三級(jí)問(wèn)題的最高階，也是課堂的高階性目標(biāo)．進(jìn)階討論的設(shè)計(jì)是為了啟發(fā)學(xué)生的研究性學(xué)習(xí)，所以題目中既有關(guān)于相關(guān)科技發(fā)展前沿問(wèn)題、實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題，更有對(duì)教學(xué)疑難問(wèn)題的思考(圖11為進(jìn)階討論題目展示).

圖11 進(jìn)階討論題展示

2.4 關(guān)于思政育人

“思政育人”作為教學(xué)設(shè)計(jì)的三大目標(biāo)之一，筆者在教學(xué)中從物理方法、物理思想、科學(xué)家故事和科技前沿中挖掘物理學(xué)中無(wú)處不在的思政育人元素. 秉持“用意不用力”“潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲”的原則，思政元素的融入實(shí)際貫穿于整個(gè)教學(xué)活動(dòng)中．在線上線下混合教學(xué)模式下，“進(jìn)階討論”題目的設(shè)計(jì)，也提供了一個(gè)切入點(diǎn). 譬如，進(jìn)階討論題目的設(shè)計(jì)中，要求學(xué)生比較總結(jié)物理研究方法以實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練科學(xué)思維；要求查閱資料了解科技發(fā)展的前沿，以及我國(guó)科技發(fā)展所處的地位，提高學(xué)生對(duì)民族文化、國(guó)家發(fā)展的自信心，也從中了解國(guó)家發(fā)展的短板，激發(fā)學(xué)生科技報(bào)國(guó)的家國(guó)情懷和使命擔(dān)當(dāng)(圖12為思政元素展示)．

圖12 思政元素展示

2.5 關(guān)于學(xué)生提問(wèn)

線上學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)的目的，就是激發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)并提出問(wèn)題，讓學(xué)生帶著問(wèn)題走進(jìn)課堂．學(xué)生課前提出的問(wèn)題，也反向促使教師隨機(jī)調(diào)整授課策略．例如有學(xué)生問(wèn)“為什么講高斯定律時(shí)不講對(duì)稱性，而應(yīng)用時(shí)要講對(duì)稱性？”這一問(wèn)題使教師很快了解學(xué)生對(duì)高斯定律含義和高斯定律應(yīng)用之間的混淆,課堂上會(huì)專門設(shè)計(jì)例題針對(duì)性說(shuō)明．

在介紹帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)，學(xué)生問(wèn)“若磁聚焦(相當(dāng)于光學(xué)中的透鏡)所用的磁場(chǎng)由匝數(shù)有限的線圈產(chǎn)生，如何求其焦距？”學(xué)生在課前主動(dòng)學(xué)習(xí)中能提出這樣的問(wèn)題，反映了學(xué)生的思考,由此可以引導(dǎo)學(xué)生討論甚至定量的計(jì)算、分析有限長(zhǎng)螺線管在什么地方產(chǎn)生的磁場(chǎng)是最強(qiáng)的．

在“鐵磁質(zhì)”一節(jié)中，學(xué)生問(wèn)：“溫度達(dá)到居里點(diǎn)磁疇瓦解后，再降溫是否還會(huì)恢復(fù)原來(lái)的鐵磁質(zhì)的性質(zhì)？”對(duì)這一問(wèn)題的討論，甚至涉及到對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解，同時(shí)向?qū)W生介紹居里擺的實(shí)驗(yàn)[5]，并鼓勵(lì)學(xué)生課下利用最常見(jiàn)的器材，把這個(gè)實(shí)驗(yàn)演示出來(lái)．

3 教學(xué)效果

3.1 學(xué)生反饋

學(xué)期末，請(qǐng)學(xué)生以小結(jié)形式對(duì)本期教學(xué)方式和效果做出評(píng)判并回收116份學(xué)生小結(jié)．95%的同學(xué)認(rèn)為這種教學(xué)方式激發(fā)了學(xué)習(xí)積極性，能夠帶著問(wèn)題走進(jìn)教室，使得課堂學(xué)習(xí)更加有效．圖13是由電自1904班劉同學(xué)自發(fā)在同學(xué)中所做調(diào)查的結(jié)論,這一結(jié)論應(yīng)該更加貼近學(xué)生的真實(shí)感受．(圖14為學(xué)生反饋截圖)

圖13 學(xué)生對(duì)混合教學(xué)的自我評(píng)估

圖14 學(xué)生對(duì)混合教學(xué)的評(píng)價(jià)

這位同學(xué)還特別指出：“包括我詢問(wèn)了其它同學(xué)，認(rèn)為這種模式下會(huì)花很多的時(shí)間在學(xué)物理上，這樣的好處就是期末復(fù)習(xí)的時(shí)候很輕松，很多知識(shí)點(diǎn)在平時(shí)就已經(jīng)掌握牢固了．

該樣本中認(rèn)為傳統(tǒng)課堂模式好的同學(xué)，原因大都是不想在平時(shí)花太多時(shí)間在這門課上，可能是對(duì)物理不感興趣或者是不喜歡主動(dòng)學(xué)習(xí)．這些同學(xué)的共同特點(diǎn)是最后并沒(méi)有取得很好的成績(jī)．”

在小結(jié)反饋中，同學(xué)們不是簡(jiǎn)單地對(duì)混合教學(xué)模式的肯定，還對(duì)教學(xué)過(guò)程提出了很多有益的建議，在此不再贅述．

3.2 考試成績(jī)分布

圖15是對(duì)實(shí)行線上線下混合教學(xué)班和傳統(tǒng)教學(xué)班級(jí)學(xué)生期末成績(jī)的橫向比較．兩個(gè)教學(xué)大班為我校電氣院同一個(gè)專業(yè)，實(shí)施混合教學(xué)班級(jí)為該專業(yè)的1901-04班，傳統(tǒng)教學(xué)班級(jí)為1905-08班(任課教師為省教學(xué)比賽一等獎(jiǎng)獲得者)．混合教學(xué)大班的期末卷面及格率和平均分?jǐn)?shù)分別為77%和70分，傳統(tǒng)授課大班對(duì)應(yīng)的及格率和平均分為64.4%和67分．可以看出，實(shí)行混合教學(xué)班級(jí)的及格率和優(yōu)良率(80分以上)有較為明顯的優(yōu)勢(shì)．

圖15 期末成績(jī)橫向比較

圖16是對(duì)實(shí)施混合教學(xué)的1901-04班期中、期末成績(jī)的縱向比較．期中成績(jī)的卷面及格率和平均分?jǐn)?shù)分別為65%和61.2分．期末成績(jī)反映了同學(xué)們?cè)诨旌辖虒W(xué)模式下的持續(xù)進(jìn)步．需要說(shuō)明的是，該班大學(xué)物理期中成績(jī)的及格率和平均分在各個(gè)專業(yè)的橫向比較中也是遙遙領(lǐng)先的．

圖16 混合教學(xué)班成績(jī)縱向比較

3.3 學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)能力的提升

學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)能力的提升，還反映在學(xué)期末學(xué)生提交的課程論文方面．課程論文為非強(qiáng)制性作業(yè)，同學(xué)們可以有感而發(fā)，可以但不限于隨堂討論和進(jìn)階討論題目的問(wèn)題限制．在所教班級(jí)116名同學(xué)中，共有8名同學(xué)提交了“大學(xué)物理”課程論文．選題涉及霍爾效應(yīng)的研究進(jìn)展、磁性材料研究進(jìn)展以及磁滯剎車的原理等．更有一位同學(xué)就“大學(xué)物理”的教學(xué)內(nèi)容和所學(xué)專業(yè)的聯(lián)系做了比較概述，為“大學(xué)物理”教學(xué)內(nèi)容對(duì)接不同學(xué)科專業(yè)提供了很好的參考．

4 結(jié)語(yǔ)

學(xué)期初，筆者也曾顧慮課前學(xué)習(xí)是否增加學(xué)生負(fù)擔(dān)．但期末學(xué)生的反饋?zhàn)尮P者看到，正是由于課前的主動(dòng)學(xué)習(xí)，提高了學(xué)習(xí)的效率和層次．問(wèn)題引領(lǐng)式的線上線下混合教學(xué)模式的可行性和學(xué)生接受度是毋庸置疑的，也會(huì)成為今后教學(xué)改革的一個(gè)方向．

但是這一模式還有很多問(wèn)題有待一線教師進(jìn)一步的探索．比如線上線下的混合度如何把握？如何更有效地組織學(xué)生的討論？如何定量評(píng)價(jià)學(xué)生的討論？進(jìn)階討論題目如何引領(lǐng)學(xué)生關(guān)注物理與前沿，甚至于形成立體化思政育人的抓手？幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題、解決問(wèn)題，培養(yǎng)高階學(xué)習(xí)能力，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，是教育者孜孜以求的目標(biāo)．