基于在線平臺(tái)的大學(xué)物理反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)研究

白士剛 馮放 牟艷秋 李茫雪 李楠

[摘 要]針對(duì)高等農(nóng)業(yè)院校大學(xué)物理課程現(xiàn)狀與瓶頸問(wèn)題，基于大學(xué)物理在線課程平臺(tái)、線上與線下相結(jié)合的混合式教學(xué)理念，指出大學(xué)物理課程反轉(zhuǎn)課堂實(shí)施的必要性，以及課程內(nèi)容優(yōu)化方案，并進(jìn)行了三類程度的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)嘗試。結(jié)果表明：在物理理論框架和數(shù)學(xué)技巧課堂講授的基礎(chǔ)上，將理論推導(dǎo)細(xì)節(jié)通過(guò)在線平臺(tái)，由學(xué)生自主學(xué)習(xí)，更加適合目前的學(xué)習(xí)者;同時(shí)，該程度的反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，也為課堂開(kāi)展研究與討論式教學(xué)提供了時(shí)間條件，有望大幅度改善課程現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)基于課程的學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]翻轉(zhuǎn)課堂;混合式教學(xué);大學(xué)物理;在線課程

[中圖分類號(hào)] G642.421 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2019）09-0080-03

“MOOC+SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂”的混合教學(xué)模式是保證在線課程教學(xué)效果的有效手段[1-3]。隨著移動(dòng)互聯(lián)時(shí)代的到來(lái)，各類網(wǎng)絡(luò)終端用于課程學(xué)習(xí)，這將改變和顛覆傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)模式，學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體將獲得更多的學(xué)習(xí)自主權(quán)，“MOOC+SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂”必然是大學(xué)教育教學(xué)改革的方向[4-6]。隨著知識(shí)更新速度的加快，學(xué)習(xí)課程逐年增多，而各類課程課堂教學(xué)學(xué)時(shí)卻在逐年減少。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在線學(xué)習(xí)平臺(tái)大量涌現(xiàn)，如國(guó)外的 Coursera、edX 和 Udacity，以及我國(guó)的智慧樹(shù)、超星爾雅平臺(tái)、中國(guó)大學(xué)MOOC等，提供MOOC課程的大學(xué)超過(guò)400所，課程數(shù)量2400余門(mén)，學(xué)習(xí)者數(shù)量1600萬(wàn)～1800萬(wàn)人。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外多所著名高校的名牌課程嘗試采用“MOOC+SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂”的混合教學(xué)模式。2013年，哈佛大學(xué)對(duì)版權(quán)法、美國(guó)國(guó)家安全、戰(zhàn)略和媒體面臨的主要挑戰(zhàn)、建筑學(xué)假想三門(mén)課程進(jìn)行了SPOC試驗(yàn)。哈佛大學(xué)?？怂菇淌谥赋?，基于SPOC模式可以避免MOOC課程與課程多樣性的矛盾。加州大學(xué)伯克利分校?？怂菇淌陂_(kāi)設(shè)在線課程軟件工程，并基于SPOC模式在伯克利開(kāi)設(shè)課程，該SPOC課程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)評(píng)分功能，后續(xù)該課程在四所大學(xué)陸續(xù)開(kāi)設(shè)了SPOC課程。另外，麻省理工學(xué)院、杜克大學(xué)、范德堡大學(xué)均采用了混合學(xué)習(xí)方式。

一、高等農(nóng)業(yè)院校大學(xué)物理課程現(xiàn)狀與瓶頸問(wèn)題

（一）教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)學(xué)時(shí)之間存在矛盾

受歷史與時(shí)代發(fā)展等多重因素影響，目前在高等農(nóng)業(yè)院校，大學(xué)物理課程教學(xué)學(xué)時(shí)逐漸減少，很多院校呈現(xiàn)出明顯的教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)學(xué)時(shí)之間的矛盾[7]。物理學(xué)是自然科學(xué)中的基礎(chǔ)學(xué)科之一，其涵蓋內(nèi)容豐富，涉及自然界各種物質(zhì)層次與現(xiàn)象，是理論科學(xué)與實(shí)驗(yàn)科學(xué)完美的統(tǒng)一。目前，大學(xué)物理課程內(nèi)容通常包括：力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、量子力學(xué)、相對(duì)論等。而學(xué)時(shí)減少后，大部分院校通過(guò)減少課程內(nèi)容來(lái)適應(yīng)新的學(xué)時(shí)限制，其主要有以下幾種方式：1.整章、整節(jié)刪除，簡(jiǎn)單應(yīng)對(duì);2.降低講授深度，以保持內(nèi)容相對(duì)完整性;3.模塊化，由選課學(xué)院自由組合，以滿足專業(yè)后續(xù)課程的需求。以上應(yīng)對(duì)學(xué)時(shí)減少的做法，存在以下弊端：簡(jiǎn)單刪除章節(jié)，會(huì)導(dǎo)致大學(xué)物理課程缺乏系統(tǒng)性與完整性;而減低講課深度，大而全，又會(huì)導(dǎo)致重要知識(shí)點(diǎn)不夠深入，不利于學(xué)生的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展;把課程模塊化，由選課學(xué)院自由組合，會(huì)導(dǎo)致知識(shí)點(diǎn)的分散、缺乏系統(tǒng)聯(lián)系，無(wú)法體現(xiàn)物理學(xué)的統(tǒng)一性。

（二）課程內(nèi)容以經(jīng)典物理為主，不能反映時(shí)代的發(fā)展

現(xiàn)在的物理課程教學(xué)已經(jīng)落后于時(shí)代的發(fā)展，特別是農(nóng)業(yè)院校的物理課程，由于受學(xué)時(shí)和學(xué)科特點(diǎn)的影響，農(nóng)業(yè)院校的物理課程一直以來(lái)都以經(jīng)典物理內(nèi)容為主，遠(yuǎn)不能反映時(shí)代的發(fā)展特征，必須建立具有農(nóng)業(yè)院校專業(yè)特色、反映時(shí)代進(jìn)步的物理課程內(nèi)容。

（三）教學(xué)模式單一

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)院校的基礎(chǔ)物理教學(xué)模式較單一，一般僅分為農(nóng)科物理和工科物理。隨著時(shí)代的發(fā)展，農(nóng)業(yè)院校學(xué)科不斷增加，有向綜合型農(nóng)業(yè)院校發(fā)展的趨勢(shì)，而目前的單一教學(xué)模式無(wú)法滿足學(xué)校發(fā)展對(duì)課程多樣性的需要。

（四）教學(xué)方法單調(diào)

物理課程教學(xué)方法單調(diào)，仍然以灌輸式、填鴨式的傳統(tǒng)教學(xué)方法為主。教學(xué)手段陳舊，基于現(xiàn)代信息技術(shù)的多維互動(dòng)教學(xué)、MOOC共享教學(xué)還沒(méi)有真正得到實(shí)踐和應(yīng)用。

綜上所述，針對(duì)高等農(nóng)業(yè)院校大學(xué)物理課程現(xiàn)狀與存在的問(wèn)題，基于SPOC理念[8-11]，整合與篩選MOOC課程資源，研究建立具有農(nóng)業(yè)院校特色的、面向不同專業(yè)學(xué)生的大學(xué)物理SPOC在線課程，并探索應(yīng)用“MOOC+SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂”的線上線下混合教學(xué)模式，是改善課程現(xiàn)狀、解決瓶頸問(wèn)題的重要嘗試。中外大量的教育實(shí)踐表明，物理教育在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)、科學(xué)思維方法及科學(xué)研究能力，尤其是在培養(yǎng)創(chuàng)新人才方面具有其他學(xué)科無(wú)法替代的特殊作用[12]。

二、網(wǎng)絡(luò)在線課程平臺(tái)建設(shè)

（一）在線課程

大學(xué)物理網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)（https：//mooc1-1.chaoxing.com/course/98849315.html）適合高等農(nóng)業(yè)類院校工科、農(nóng)科類大學(xué)物理課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)（MOOC、SPOC），也適合作為采用線上、線下混合式教學(xué)模式（反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)）的核心教學(xué)資源，或采用自主學(xué)習(xí)方式的學(xué)生的輔助學(xué)習(xí)資源。

大學(xué)物理在線課程具有視頻課程、在線互動(dòng)等功能，結(jié)合了網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)平臺(tái)（及手機(jī)APP）的教學(xué)模式，線上線下活動(dòng)（如課堂的簽到、選人、搶答、問(wèn)卷及線上測(cè)驗(yàn)、直播、小組討論等）、學(xué)習(xí)情況統(tǒng)計(jì)、學(xué)習(xí)資料庫(kù)、在線互動(dòng)聊天答疑室、通知、在線作業(yè)、在線考試、 在線討論等功能模塊。表1為采用平臺(tái)教學(xué)，學(xué)生的平時(shí)分?jǐn)?shù)生成方法，這為在傳統(tǒng)教學(xué)中過(guò)程考核難的問(wèn)題提供了解決途徑。

（二）課程教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

大量的中外教育實(shí)踐表明，物理教育在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)、科學(xué)思維方法及科學(xué)研究能力，尤其是在培養(yǎng)創(chuàng)新人才方面具有其他學(xué)科無(wú)法替代的優(yōu)勢(shì)。在傳統(tǒng)課堂中，由于需要花費(fèi)大量的時(shí)間在基礎(chǔ)理論的推導(dǎo)與證明上，物理學(xué)與各專業(yè)結(jié)合的案例講解過(guò)少，學(xué)生沒(méi)有能發(fā)揮主觀能動(dòng)性，教學(xué)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)貢獻(xiàn)小。而基于“SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂”的學(xué)習(xí)模式，為開(kāi)展研究、討論等教學(xué)模式，以及創(chuàng)新能力培養(yǎng)方法的實(shí)施提供了可能。

在傳統(tǒng)課堂中，由于要花費(fèi)大量的時(shí)間在基礎(chǔ)理論的推導(dǎo)、計(jì)算題目的練習(xí)中，理論發(fā)展的背景、專業(yè)結(jié)合的案例無(wú)法在傳統(tǒng)課堂上傳授，學(xué)生學(xué)習(xí)盲目、缺乏目標(biāo)，沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用的機(jī)會(huì)?？梢詢?yōu)化教學(xué)內(nèi)容，即將大學(xué)物理教學(xué)課程的內(nèi)容分為通識(shí)知識(shí)+科學(xué)素質(zhì)知識(shí)（傳統(tǒng)的理論教學(xué)內(nèi)容）+融合應(yīng)用案例三部分。

（三）學(xué)生自主在線測(cè)試的實(shí)現(xiàn)

傳統(tǒng)大學(xué)物理課程考核主要采取紙質(zhì)考試的方式。這種考核方式存在極大的弊端，如易造成學(xué)生主動(dòng)性差、學(xué)習(xí)拖延、期末復(fù)習(xí)壓力大等問(wèn)題?；赟POC課程的個(gè)性化、小規(guī)模優(yōu)勢(shì)，以及網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)自動(dòng)化計(jì)分功能，我們建立了線上課程隨堂測(cè)驗(yàn)+線下分階段考核+課堂活動(dòng)參與+期末綜合考試的考核方法，變一考為多考，全程跟蹤，著重對(duì)學(xué)生進(jìn)行過(guò)程考核。

圖1為某班級(jí)參與在線測(cè)試的完成情況，第一次測(cè)驗(yàn)截止到11月7日，絕大多數(shù)學(xué)生拖到截止前一天才完成。而第二次測(cè)驗(yàn)截止前（11月18日）多數(shù)學(xué)生在第一次測(cè)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，比較分散地完成了測(cè)驗(yàn)任務(wù)，這表明學(xué)生可以較快適應(yīng)在線測(cè)驗(yàn)。同時(shí)，圖1中也統(tǒng)計(jì)出學(xué)生采用的終端，近80%的學(xué)生采用手機(jī)等移動(dòng)終端進(jìn)行學(xué)習(xí)，這表明適合移動(dòng)終端的測(cè)驗(yàn)題目的開(kāi)發(fā)至關(guān)重要。在線測(cè)試的難點(diǎn)，在于主觀題目（計(jì)算題）的練習(xí)與計(jì)算機(jī)自動(dòng)評(píng)判。目前我們采取的做法是將傳統(tǒng)的綜合性計(jì)算題目進(jìn)行拆分，將需要多個(gè)步驟完成的計(jì)算題，拆分為若干個(gè)選擇題。學(xué)生以選擇的方式作答，實(shí)現(xiàn)計(jì)算題所能達(dá)到的對(duì)于整體解題思路、核心步驟及計(jì)算細(xì)節(jié)的訓(xùn)練功能。

三、不同程度的反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)嘗試

反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的難點(diǎn)，是學(xué)生的認(rèn)可度不高，在不同層次的學(xué)校，學(xué)生對(duì)這一教學(xué)模式的反映也存在不同程度的差別。針對(duì)這一問(wèn)題，我們對(duì)三類不同程度的反轉(zhuǎn)教學(xué)模式進(jìn)行了嘗試。

A類（完全反轉(zhuǎn)）：學(xué)生通過(guò)在線課程平臺(tái)視頻學(xué)習(xí)，在課堂完成教師布置的習(xí)題、作業(yè)、討論，師生互動(dòng)主要為習(xí)題講解、答疑、討論等方式。

效果及問(wèn)題：1.多數(shù)學(xué)生可以完成視頻要求的學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)，大部分學(xué)生是在下午、晚間完成;2.整體完成質(zhì)量不高，表現(xiàn)在課堂練習(xí)、作業(yè)完成錯(cuò)誤率高，學(xué)生疑問(wèn)多，甚至部分學(xué)生僅將視頻觀看作為獲得學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的手段，并未認(rèn)真觀看和學(xué)習(xí);3.在30人的小班課堂開(kāi)展這種反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)嘗試效果較好，90人以上的班級(jí)開(kāi)展起來(lái)比較困難，主要表現(xiàn)在課堂討論環(huán)節(jié)秩序難以保證，組織難度大;4.課堂討論受到歡迎，如在講授流體力學(xué)一章的泊肅葉定律一節(jié)時(shí)，針對(duì)生命科學(xué)和動(dòng)物醫(yī)學(xué)的學(xué)生，布置了血壓、血脂、心臟病、血管硬化的討論內(nèi)容，作為知識(shí)融合應(yīng)用的教學(xué)內(nèi)容，多數(shù)學(xué)生積極準(zhǔn)備，在課堂進(jìn)行了相關(guān)的介紹和原理分析。

B類（部分反轉(zhuǎn)，理論推導(dǎo)部分學(xué)生通過(guò)在線視頻學(xué)習(xí)）：在完全反轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上，改進(jìn)教學(xué)模式，將核心概念、定理的應(yīng)用方法在課堂講授，而理論推導(dǎo)部分學(xué)生通過(guò)在線視頻學(xué)習(xí)，并將部分計(jì)算練習(xí)同步在在線課程平臺(tái)上完成，這為概念定理講授提供了課堂時(shí)間。

效果及問(wèn)題：1.相比于A類完全反轉(zhuǎn)，在習(xí)題環(huán)節(jié)，學(xué)生的做題正確率有了大幅度提升;2.對(duì)于基本原理證明，學(xué)生的完成質(zhì)量不高，主要表現(xiàn)在部分學(xué)生無(wú)法完整完成全部理論推導(dǎo)，原理證明基本思想及數(shù)學(xué)技巧沒(méi)有掌握;3.課堂討論環(huán)節(jié)收到較好效果，布置討論內(nèi)容學(xué)生反映較為積極。

C類（部分反轉(zhuǎn)，僅將部分理論推導(dǎo)讓學(xué)生通過(guò)在線視頻學(xué)習(xí)）：在A類完全反轉(zhuǎn)和B類部分反轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步改進(jìn)教學(xué)模式，將核心概念、定理推導(dǎo)整體思想框架、核心數(shù)學(xué)技巧、定理的應(yīng)用方法在課堂講授，而定理完整推導(dǎo)部分讓學(xué)生通過(guò)在線視頻學(xué)習(xí)，并將多數(shù)計(jì)算練習(xí)、測(cè)試及部分討論同步在在線課程平臺(tái)上完成，為課堂講授、課堂討論提供時(shí)間。

效果及問(wèn)題：1.相比于A類反轉(zhuǎn)和B類反轉(zhuǎn)，在定理證明上，學(xué)生完成率獲得較大提升，基于在線的習(xí)題環(huán)節(jié)，可以為學(xué)生提供較為充足的練習(xí);2.在課堂介紹定理推導(dǎo)理論框架和數(shù)學(xué)技巧的基礎(chǔ)上，將理論推導(dǎo)細(xì)節(jié)在線上平臺(tái)讓學(xué)生自主完成，這為課堂進(jìn)行知識(shí)拓展和討論提供了時(shí)間條件。

四、基于“MOOC+SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂”的創(chuàng)新能力培養(yǎng)方法

1.案例教學(xué)法：在SPOC課程中，針對(duì)不同專業(yè)（類）特色，以專題形式介紹物理學(xué)在農(nóng)業(yè)科學(xué)各專業(yè)上的應(yīng)用案例，使學(xué)生能夠?qū)⑽锢韺W(xué)與農(nóng)業(yè)緊密聯(lián)系起來(lái)，在交叉融合中培養(yǎng)其創(chuàng)新思維和學(xué)習(xí)興趣。

2.目標(biāo)導(dǎo)引教學(xué)法：在整合和篩選公共MOOC資源的基礎(chǔ)上，明確本校小規(guī)模學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容和目標(biāo)，指導(dǎo)學(xué)生完成MOOC講座視頻中基本理論知識(shí)的學(xué)習(xí)。根據(jù)分類教學(xué)模式，針對(duì)不同專業(yè)（類）學(xué)生，提出每一階段的學(xué)習(xí)目標(biāo)，并通過(guò)“課堂即時(shí)考核”，考查目標(biāo)教學(xué)法的實(shí)施效果。

3.問(wèn)題導(dǎo)引教學(xué)法：建立大學(xué)物理討論題庫(kù)、應(yīng)用題庫(kù)，根據(jù)學(xué)生專業(yè)（類）特色，通過(guò)教師線下課前布置，學(xué)生線上學(xué)習(xí)，并通過(guò)翻轉(zhuǎn)課堂開(kāi)展討論式學(xué)習(xí)，師生進(jìn)一步討論和檢驗(yàn)問(wèn)題解決效果。

4.研究項(xiàng)目導(dǎo)引教學(xué)法：建立針對(duì)不同專業(yè)（類）學(xué)生的科學(xué)研究項(xiàng)目庫(kù)，將物理學(xué)基礎(chǔ)理論，融進(jìn)若干完整的研究項(xiàng)目中，通過(guò)線下選題，線上學(xué)習(xí)，翻轉(zhuǎn)課堂討論，最終引導(dǎo)學(xué)生完成一個(gè)或幾個(gè)項(xiàng)目的研究，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論知識(shí)。

五、結(jié)語(yǔ)

總體上，對(duì)于完全反轉(zhuǎn)的教學(xué)模式，學(xué)生普遍表現(xiàn)出困惑、畏難、自制力差甚至抵觸等問(wèn)題。這些問(wèn)題，在大學(xué)物理這類理科課程中尤其明顯。通過(guò)控制反轉(zhuǎn)程度，即將基本概念、定理推導(dǎo)理論框架和數(shù)學(xué)技巧、定理應(yīng)用條件等在課堂上由教師講授，將部分習(xí)題、討論在課堂上完成，而將多數(shù)計(jì)算練習(xí)、討論、定理整體推導(dǎo)在在線課程平臺(tái)上完成，逐步引導(dǎo)學(xué)生習(xí)慣和掌握自主學(xué)習(xí)的方法，進(jìn)而依托“MOOC+SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂”模式，采用多種形式的教學(xué)方法培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，更加適合目前的學(xué)習(xí)者。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] Barmes. C.. MOOCs： The Challenges for academic librarians[J]. Australian Academic & Research Libraries， 2013（ahead-of-print）：1-13.

[2] Cooper， S.. Reflections on Stanfords MOOCs [J]. Communication of the ACM， 2013， 56（2）：28-30

[3] Sams. A.， Bennet B.. The truth about flipped learning[EB/OL].http：// gsehd. Gwu.edu/documents/users/juliestessla/the-truth-about-fllipped-1.pdf.

[4] 戰(zhàn)德臣.大學(xué)計(jì)算機(jī)MOOC+SPOCs+翻轉(zhuǎn)課堂混合教學(xué)改革實(shí)施計(jì)[J].計(jì)算機(jī)教育，2016（1）：12-15.

[5] 陳小平.MOOC的發(fā)展及對(duì)高校物理課程的影響[J].大學(xué)物理，2015（8）：38-40.

[6] 徐小鳳.基于SPOC的大學(xué)物理課程實(shí)踐效果研究——以同濟(jì)大學(xué)的物理課程為例[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2016（3）：86-91.

[7] 韓秋菊，白士剛.網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)輔助物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探究[J].大學(xué)教育，2014（10）：139-140.

[8] 門(mén)路，王祖源，何博，MOOC本土化的可行性和關(guān)注點(diǎn)[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2015（1）：53-59.

[9] 陳肖慧.大學(xué)物理雙語(yǔ)課中的SPOC教學(xué)嘗試[J].物理與工程，2016（7）：127-129.

[10] 陳小平，劉建強(qiáng).大學(xué)物理慕課的設(shè)計(jì)[J].建設(shè)與應(yīng)用實(shí)踐，2016（9）：3-6.

[11] 謝愛(ài)娟，姜艷，羅士平.后MOOC時(shí)代SPOC物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)混合教學(xué)模式[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2016（8）：173-176.

[12] 王柳，曾亞萍，王志勇，等.淺談大學(xué)物理在理工科專業(yè)中的教學(xué)[J].大學(xué)教育，2014（18）：143-144.

[責(zé)任編輯：陳 明]