應用現(xiàn)代教育技術(shù)手段實現(xiàn)大學物理課程過程性評價*

朱巧萍 張軼炳 霍 杰 郝 睿(寧夏大學物理與電子電氣工程學院 寧夏 銀川 750021)

應用現(xiàn)代教育技術(shù)手段實現(xiàn)大學物理課程過程性評價*

朱巧萍 張軼炳 霍 杰 郝 睿
(寧夏大學物理與電子電氣工程學院 寧夏 銀川 750021)

過程性評價即在教學過程中實時評判學生的學習質(zhì)量、動態(tài)調(diào)整教與學的策略的一種評價方法，大學物理課程班額大、課時少，很難用傳統(tǒng)測試手段實現(xiàn)這一功能，應用現(xiàn)代教育技術(shù)媒體“課堂應答系統(tǒng)”及“網(wǎng)絡作業(yè)系統(tǒng)”使得在大班額環(huán)境下實現(xiàn)過程性評價成為可能，實時反饋評價可以幫助教師和學生診斷教與學的效果，及時調(diào)整教與學的策略.

大學物理 過程性評價 Clicker 助教網(wǎng)

1 引言

當前大學物理課程學時少，容量大，難度也較大，學生對大學物理的學習積極性普遍不高.傳統(tǒng)以紙筆為主要工具的評價方法是對學生一個階段學習結(jié)束后的診斷測量，屬于形成性評價，診斷的學習結(jié)果屬于“滯后診斷”，只能起到將學生按照測試成績甄別分類的目的，按照大學課程教學計劃很難有時間再返回頭進行補救.而且紙筆考試占用時間長，閱卷工作量大，像大學物理這種大班額課程不可能經(jīng)常開展.傳統(tǒng)課堂提問的形式也只能調(diào)動很少的一部分學生參與，無法全面準確反饋課堂教學效果.

過程性評價是一種在課程實施的過程中對學生的學習進行評價的方式.過程性評價與教學同時進行，提倡評價與教學相互交融，隨時對學生的學習質(zhì)量水平做出判斷，知道成績，找出問題，促進教師對教學過程及學生對學習過程進行積極的反思，從而動態(tài)調(diào)控教與學的策略.科學合理的過程性評價設計可以將學生的學習情況隨時反饋給教師和學生，幫助教師診斷教學目標是否達到，幫助學生診斷自己學習的薄弱點，從而達到以評價促教學、以評價激勵學習的目的.

現(xiàn)代教育技術(shù)媒體“課堂應答系統(tǒng)”和“網(wǎng)絡在線作業(yè)系統(tǒng)”可以為過程性評價提供技術(shù)支持.課堂應答系統(tǒng)(Clicker)可以用于課堂實時反饋，將評價嵌入到課堂的各個環(huán)節(jié)，清華助教網(wǎng)網(wǎng)絡作業(yè)系統(tǒng)可以用于課后實時反饋，這兩種方式實現(xiàn)了大學物理課程過程性評價的診斷功能、調(diào)整功能和激勵功能.

2 應用Clicker實時評價反饋功能促進大學物理教學實踐

2.1課堂應答系統(tǒng)簡介

課堂應答系統(tǒng)(Classroom Response Systems)，也叫Clicker，是由發(fā)送系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、計算機及數(shù)據(jù)處理軟件組成.發(fā)送系統(tǒng)就是每個學生手里的Clicker，可以發(fā)送字母或者數(shù)字，接收系統(tǒng)由一個天線接收器用USB口與電腦連接，計算機事先裝好課堂應答數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)[1].

使用時將經(jīng)歷以下步驟：(1)教師在軟件系統(tǒng)中建立學生登錄數(shù)據(jù)庫和題目信息庫，可以先用Excel建立好后導入系統(tǒng)，學生登錄信息是學生的學號和姓名，題目信息庫包含題號、題目性質(zhì)、題目選項個數(shù)、分數(shù)、正確選項及規(guī)定答題時間；(2)教師要把設計好的題目做成PPT，一個題目占一頁PPT，每個題目有與題目信息庫對應的題目編號，題目編號均以“#”開頭，后面跟數(shù)字編號，以區(qū)別于一般講課PPT；(3)上課時需要一臺連接投影儀的電腦，電腦通過USB口連接紅外接收器，然后啟動Clicker系統(tǒng)軟件，選擇上課班級，學生開始登錄；(4)需要學生作答哪個題時就切換到相應的答題頁啟動投票系統(tǒng)，系統(tǒng)將按照設定的時間進行倒計時；(5)學生在規(guī)定時間內(nèi)利用手中的Clicker表決器發(fā)送題目答案選項字母或數(shù)字；(6)答題時間到，屏幕上將跳出顯示答題人數(shù)及各選項情況統(tǒng)計圖；(7)教師通過統(tǒng)計圖得到答題反饋，如果需要進一步了解每個學生的信息，教師可以調(diào)出答題統(tǒng)計窗口，可以知道每個學生答題選項；(8)教師根據(jù)答題信息講解、討論、提問或進行教學研究[1].

2.2 Clicker在大學物理課堂中實時反饋的具體應用

現(xiàn)代教育技術(shù)媒體應用于課程的關(guān)鍵問題不是技術(shù)，而是針對技術(shù)的教學設計，好的教學設計才能充分發(fā)揮技術(shù)的優(yōu)勢優(yōu)化教學，若設計不好技術(shù)也可能降低課堂教學的效率.各任課教師可以充分發(fā)掘現(xiàn)代教育技術(shù)媒體的優(yōu)勢用于教學.Clicker應用于大學物理課程教學有3種方式，一是應用于課堂教學實時反饋，二是應用于支架式學習，三是同伴學習[2].

2.2.1 應用Clicker實時反饋課堂教學效果

實時反饋是將評價滲透到課堂教學環(huán)節(jié)中，當一個概念或原理講解完畢，為了診斷學生是否理解，可以設計幾個題目讓學生作答.傳統(tǒng)紙筆完成或提問均不能得到及時、全面的反饋，應用Clicker可以將設計好的題目呈現(xiàn)到投影儀屏幕上，學生在規(guī)定的時間內(nèi)作出判斷，選擇答案，通過計算機軟件系統(tǒng)統(tǒng)計教師可以立即得到反饋.

考察課堂實時教學效果的題目一定要緊扣教學內(nèi)容，設計的題目作答時間不要超過5 min，為了能全面診斷學生的學習情況，注意出題應該多角度、全方位，至少是兩個以上的序列題目.

例如，為了考察學生對磁場的環(huán)路定理的理解，教師講完該部分內(nèi)容后要求學生回答出以下兩個題目.

圖1 題1附圖

A.回路L所包圍的電流代數(shù)和為零，所以∮B·dl為零，回路L上各點的B也為零

B.回路L所包圍的電流代數(shù)和為零，所以∮B·dl為零，但回路L上各點的B不一定為零

C.回路L所包圍的電流代數(shù)和不為零，所以∮B·dl不為零，回路L上各點的B也不為零

D.回路L所包圍的電流代數(shù)和為零，回路L上的各點的B應該為零，但∮B·dl不為零

A.磁感應強度B的環(huán)路積分值∮B·dl不變，但環(huán)路L上各點B的值發(fā)生變化

B.磁感應強度B的環(huán)路積分值∮B·dl發(fā)生變化，但環(huán)路L上各點B的值不發(fā)生變化

C.磁感應強度B的環(huán)路積分值∮B·dl不變，環(huán)路L上各點的B也不變

D.磁感應強度B的環(huán)路積分值∮B·dl及環(huán)路上各點的B均發(fā)生變化

通過教學實踐發(fā)現(xiàn)，學生回答第一個問題時選項分歧較大，選A和選B的學生幾乎對半，說明學生混淆了“磁感應強度的環(huán)路積分與空間電流的關(guān)系”及“空間磁感應強度與空間電流的關(guān)系”，教師可以調(diào)出“投票窗口”得到學生答題選項情況反饋信息，從兩個選項類學生中各選擇一個學生回答他選項的理由，引導學生討論，通過各組理由陳述，辯論競爭，最后達到意見統(tǒng)一.第一個問題解決后，為了進一步驗證學生對知識點的理解，再展現(xiàn)出第二個題目，實踐發(fā)現(xiàn)，這次學生選錯率就極低了.這說明學生在討論、辯論過程中，通過自我建構(gòu)，真正理解了安培環(huán)路定理.這種方法就是將評價嵌套在教學過程中，根據(jù)需要隨時調(diào)用診斷性題目，發(fā)現(xiàn)學生對知識的理解程度，再誘導學生自我發(fā)現(xiàn)問題，自己建構(gòu)知識，按照建構(gòu)主義學習理論，自我建構(gòu)起來的知識是對知識的有意義的理解，不是機械式被動的接受.

這種學習方法的最大優(yōu)勢是：(1)全員即時反饋，調(diào)整教與學的策略.全班學生通過表決器選擇自己認為正確的選項，答題倒計時結(jié)束時反饋信息以圖表的形式顯示到投影屏幕上，教師和學生都得到實時反饋，教師可以通過反饋信息調(diào)整教學策略，學生可以知道自己這部分內(nèi)容是否掌握，調(diào)整學習策略.(2)大膽回答，不傷自尊心.學生的選項只有自己和老師知道，其他人不知道，避免了因提問回答不上來時的尷尬受挫現(xiàn)象.(3)督促學生上課、聽課.每個學生手中一個表決器，學生登錄可以反饋學生出勤情況，由于對每個學生回答問題都有統(tǒng)計，也迫使學生必須認真聽課，減少了學生上課打瞌睡、玩手機的現(xiàn)象.(4)實現(xiàn)了階段性形成性評價.平時學生答題成績被數(shù)據(jù)庫記錄下來，可以作為期評的平時成績依據(jù).(5)實現(xiàn)認知過程即時評價與診斷.將剛講過的內(nèi)容進行即時評價能發(fā)現(xiàn)學生知識結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié).

2.2.2 利用Clicker反饋功能實現(xiàn)問題支架式教學

建構(gòu)主義者強調(diào)支架式教學.本意是建筑行業(yè)中搭腳手架，開始建房子需要從底層開始搭建腳手架，房子蓋好就可以撤去.這里用來形象地說明一種教學模式，通過支架(各種教學策略)把管理學習的任務逐漸由教師轉(zhuǎn)向?qū)W生自己，使學生掌握、建構(gòu)和內(nèi)化所學的知識技能，最后拆去支架，學生認知中也已形成穩(wěn)定的知識結(jié)構(gòu).

在解決復雜物理學問題時，把問題分解為一系列小步驟，教師引導學生一步一步解決問題，就是搭支架的一種方法.通過這個支架，學生學會解決問題的步驟與方法，方法掌握后就可以獨立解決類似的問題.

在一系列問題支架中滲透Clicker技術(shù)，可以及時為教師反饋出學生在每一層支架中出現(xiàn)的問題，針對問題教師給予及時指導，最終撤去支架，掌握解題方法.

例如，高等教高出版社《物理學》(馬文蔚，第5版)第七章第8節(jié)例3，是一個典型的如何求帶電導線在磁場中受力的題目.

【題3】半徑為R載有電流I2的導體圓環(huán)與電流為I1的長直導線放在同一平面內(nèi)，如圖2所示，直導線與圓心相距為d，且R

圖2 題3附圖

可以將此題分解為以下一些小步驟，每一步都是為學生搭建一個支架.

第一步：寫出直導線I1在空間任意點產(chǎn)生的磁感應強度公式及方向判斷原則，寫出安培力公式.搭建第一層支架，知道若想求磁場中導線受力首先要確定導線所處的磁場分布，并知道要用安培力公式.

第二步：在圓環(huán)上任意取一小電流元，寫出直導線在此處的磁感應強度表達式，并判斷磁感應強度方向.搭建第二層支架，對于這種非直線導線在非均勻磁場中受力，要應用微元法，在第一層支架的基礎(chǔ)上進一步寫出此微元所在處磁感應強度的大小和方向.

第三步：建立坐標系并寫出此小電流元受到的安培力表達式，并標出方向.第三層支架，在前兩個支架的基礎(chǔ)上寫出小電流元受磁場力矢量式.

第四步：將電流元上受到的力進行分解.第四層支架，對于矢量積分要進行力的分解.

第五步：對稱性分析并對整個帶電圓環(huán)進行積分，算出整個帶電圓環(huán)所受的安培力，并判斷其方向.第五層支架，在前4個支架的基礎(chǔ)上進行積分運算，并判斷方向.

篇幅所限，以上僅寫出解題指導參考步驟，具體實施時需要將每一步變?yōu)閱雾椷x擇題，方便Clicker作答.這種學習方法的優(yōu)勢：(1)解題方法得到訓練.通過搭建這樣的小步驟解決問題的支架，幫助學生掌握求載流導線在磁場中受力的步驟和方法.(2)可以診斷學生的學習難點.根據(jù)每一步學生利用Clicker答題反饋統(tǒng)計，可以發(fā)現(xiàn)學生解決問題的困難在哪個環(huán)節(jié).實踐發(fā)現(xiàn)，學生出現(xiàn)問題較多的在第五步，這一步需要學生應用幾何知識及積分知識解決物理問題，學生容易出現(xiàn)角度標識模糊和積分運算困難.(3)克服學生遇到大題難題的畏難情緒.很多學生對復雜問題先入為主的排斥，這種小步子支架每一步一個小內(nèi)容，學生在不經(jīng)意間輕松解決了難題.

2.2.3 利用Clicker的搶答功能實現(xiàn)同伴學習法

同伴學習法(Peer Instruction)是美國哈佛大學Eric提出的[3]，學生通過小組討論組間辯論競爭的方法學習大學物理.因此對于一些學生知識儲備充分的內(nèi)容我們采用這種方法，如帶電粒子在磁場中的運動應用舉例(電子比荷測定、質(zhì)譜儀、回旋加速器、霍爾效應)，都是應用了學過的知識解決問題，每個小組分配一個專題進行討論學習，然后利用Clicker作為搶答器進行搶答，先搶到的小組推薦一個學生進行講解，其他小組可以質(zhì)疑提問.

這種學習的優(yōu)勢：(1)小組討論可以鍛煉學生自主學習及協(xié)作學習的能力；(2)組間搶答競爭可以激勵學生學習的主動性；(3)學生講解可以鍛煉學生的物理思維和物理語言.

3 應用“助教網(wǎng)”作業(yè)系統(tǒng)督促評價學生學習

Clicker主要用于課堂教學評價反饋，但其弊端是受到大學物理學時限制，無法每節(jié)課都使用，清華助教網(wǎng)中共有300多道基礎(chǔ)性題目，內(nèi)容涵蓋了大學物理所有內(nèi)容，應用助教網(wǎng)布置作業(yè)，可以達到課后實時批閱評價反饋功能.

3.1清華助教網(wǎng)使用簡介

使用清華助教網(wǎng)步驟如下：

(1)申請教師用戶，并創(chuàng)建自己的班級.清華助教網(wǎng)目前管理員是清華大學大學物理教師李列明教授，使用此助教網(wǎng)需要與李老師達成使用協(xié)議，目前是免費使用.申請教師用戶征得李老師同意后就可以自主創(chuàng)建自己的班級.

(2)學生注冊.每個學生需要申請成為教師創(chuàng)建相應班級的學生用戶.

(3)布置作業(yè).以清華助教網(wǎng)專用的大學物理習題集為準進行作業(yè)設計，教師可以根據(jù)需要設計作業(yè)的題量、完成作業(yè)的截止時間、是否給參考答案等.

(4)學生完成作業(yè).學生登錄，進入完成作業(yè)頁面，在指定的時間內(nèi)完成作業(yè).

(5)教師統(tǒng)計數(shù)據(jù)得到反饋.教師可以統(tǒng)計多少學生完成作業(yè)、每個題目學生對錯的比例及學生要求講解的人數(shù).

3.2助教網(wǎng)的評價功能

(1)課前預習評價

預習可以用于自學能力較強的學生，上課之前自學教材，自學完畢后完成布置的作業(yè)，助教網(wǎng)統(tǒng)計頁的評價反饋信息可以幫助教師了解學生課前準備的程度，上課時根據(jù)助教網(wǎng)反饋的信息進行有的放矢的教學.

(2)課后練習評價

助教網(wǎng)的題目都是大學物理的基礎(chǔ)題目，通過這些作業(yè)能夠考察學生對物理概念原理的理解程度.對于學生程度好的學?？梢栽谥叹W(wǎng)基礎(chǔ)題目的基礎(chǔ)上再補充一些難道系數(shù)高的書面作業(yè).但對于學生程度一般的學?？梢宰鳛檎n后作業(yè)布置給學生.作業(yè)練習還有一個主要目的是讓學生自覺檢測自己學習的程度，作業(yè)練習可以提供答案，但學生必須在完成提交作業(yè)后才出現(xiàn)正確答案，這樣學生可以對比正確答案估測自己本部分內(nèi)容理解掌握的情況，由此改進自己的學習策略.

(3)助教網(wǎng)的評價統(tǒng)計功能

傳統(tǒng)紙筆作業(yè)完成周期長，基本上是一章作業(yè)批閱一次，很難及時評價反饋出學生學習情況.應用助教網(wǎng)作業(yè)可以一次課一提交，督促學生課后作業(yè)要跟上教師講課進度.學生完成作業(yè)的過程中，答題信息也會相應地反映在“查看測驗統(tǒng)計”頁面，這個頁面可以幫助教師了解學生答題情況，知道多少學生未完成作業(yè)，有多少學生要求講解題目，各選項的比例等信息.這些信息都給教師一個及時反饋.教師根據(jù)反饋信息調(diào)整教學策略.也可以利用統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行學生學習行為習慣及學習困難的相關(guān)教學研究.

4 應用現(xiàn)代教育技術(shù)進行大學物理過程性評價

實施效果分析：這兩種方式均在寧夏大學幾個班級進行了實驗，Clicker系統(tǒng)是一套多媒體互動教學系統(tǒng)，通過其在課堂中的有效應用，讓學生積極參與課堂討論，采用學生分組、同伴討論、師生互動等有效探究的教學模式，一方面對提高學生出勤率和鼓勵學生課堂主動參與具有良好的效果，另一方面教師能夠及時得到學生知識掌握情況的信息反饋，可以適時調(diào)整教學進度.我們發(fā)現(xiàn)通過Clicker方式，學生上課聽課效果明顯變好了，上課開小差、打瞌睡、玩手機的現(xiàn)象基本沒有了，抄作業(yè)的現(xiàn)象明顯減少，學習的積極性也提高了，學生的學業(yè)成績也得到提升.助教網(wǎng)對大學物理教學也起到明顯的輔助作用，一是可以提高學生的學習興趣和主觀能動性，二是幫助學生精確掌握知識點.

但這兩種現(xiàn)代教育技術(shù)方法也有其弊端：(1)對教師提出挑戰(zhàn).這兩種技術(shù)首先要求教師具有嫻熟的計算機及網(wǎng)絡操作技術(shù).其次增加了教師備課工作量.如Clicker需要教師每使用一次要編寫適合即時反饋的題目，認真分析、提煉、改編基于Clicker課堂應答系統(tǒng)的互動式、探究性大學物理教學問題庫是關(guān)鍵的重點問題[4].清華助教網(wǎng)需要教師每天關(guān)注網(wǎng)站學生答題信息，并給予及時反饋.(2)儀器設備及網(wǎng)絡故障也會影響教學的流暢性.

1 Neville W. Reay,Lei Bao, Peng fei Li．Toward the effective use of voting machines in physics lectures．Am.J.Phys.，2005,73(6)：554～558

2 張萍，涂清云，周靜，等.大學物理課堂互動教學模式的研究——基于“教室應答系統(tǒng)”的構(gòu)建.中國大學教學，2011(7)：21～23

3 Nathaniel Lasry,Eric Mazur,Jessica Watkins.Peer instr- uction:From Harvard to the two-year college.Am.J.Phys.,2008, 76(11):1066

4 黃致新.基于clicker的交互式探究型課堂教學及其研究進展.物理教學探討，2010，28(391)：2

2017-02-24)

*國家自然科學基金地區(qū)科學基金項目“西北民族地區(qū)科學探究教育績效評價及影響因素研究”，項目編號：71663042；教育部高等學校大學物理課程教指委教學研究立項項目“大學物理課程教學狀況調(diào)查與趨勢研究”，項目編號：DWJZW201605xb

朱巧萍(1979- )，女，碩士，副教授，研究方向為課程與教學論.