基于雨課堂的大學物理混合式教學模式的研究與實踐

張 靜 江海燕 楊艷芳 徐元英 劉彩霞

(合肥工業(yè)大學電子科學與應用物理學院 安徽 合肥 230009)

1 混合式教學模式的研究背景與現(xiàn)狀

理工科專業(yè)作為我國高等教育的重中之重，擔負著新時期自然科學及工程技術領域理論創(chuàng)新、技術創(chuàng)新、創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重任.大學物理是理工科專業(yè)的基礎課程，旨在逐步引導學生掌握物理概念和基本規(guī)律，運用物理理論拓展思維、解決問題、提升科學素養(yǎng)，其教學質量直接影響理工科人才的培養(yǎng)質量.習總書記在首屆世界互聯(lián)網(wǎng)大會賀詞中指出：“當今時代以信息技術為核心的新一輪科技革命正在孕育興起，互聯(lián)網(wǎng)日益成為創(chuàng)新驅動發(fā)展的先導力量，深刻改變著人們的生產(chǎn)生活，有力推動著社會發(fā)展[1].”

在新時代的發(fā)展浪潮下，只有充分應用互聯(lián)網(wǎng)技術和智慧平臺對傳統(tǒng)教學方法和思路進行拓展、改革和創(chuàng)新，才能滿足“雙一流”建設背景下對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需求[2].

傳統(tǒng)教學方式強調教師的主導作用，能夠實現(xiàn)系統(tǒng)有序的知識傳授，但不利于充分調動和發(fā)揮學生的主體作用.日新月異的互聯(lián)網(wǎng)技術成為新型教學方式的有效助力，借助各種智慧教學平臺，教師的教學過程和學生的學習活動不再拘泥于固定的時間、地點、方式，有了更為廣闊的發(fā)揮空間和更加靈活的選擇.這種借助信息技術手段，將教師的主導作用和學生的主體作用充分發(fā)揮并有機結合的教學模式，稱為混合式教學模式，它既具有傳統(tǒng)教學的系統(tǒng)性和嚴謹性，又能夠靈活機動地利用網(wǎng)絡資源，對所有教學要素進行優(yōu)化組合，使得教學方法和內容做到全方位、立體化、個性化，促進教學質量提高，為教學改革提供了一個新方向[3].

混合式教學模式涵蓋多方面內容，例如板書講授與多媒體相結合; 教室課堂與網(wǎng)絡教學相結合; 多種教學評價體系，如過程評價、結果評價的混合[4].

目前已有多種網(wǎng)絡教學工具相繼投入使用，如“雨課堂”“騰訊課堂”“釘釘”等，其中“雨課堂”由于功能全面、反饋及時、評價客觀，成為高校在線教學的首選智慧平臺[5].

“雨課堂”由學堂在線與清華大學共同研發(fā)，借助手機微信平臺，有效利用多媒體和網(wǎng)絡資源，彌補傳統(tǒng)課堂教學的不足，使課堂隨時隨地在線.其主要功能包括：

(1)課堂教學，以PPT課件為基本框架，充分運用慕課、視頻、動畫等網(wǎng)絡資源，極大地豐富了教學內容，隨時隨地通過微信平臺實現(xiàn)課前預習、課上學習、課后復習3個階段的全方位信息傳遞、溝通與反饋.

(2)即時評價,授課過程當中根據(jù)需要，隨時針對某個知識點進行測試，并能及時收到統(tǒng)計反饋，使教師即時掌握學情，根據(jù)學生的臨場反應靈活機動地調整教學策略.

(3)師生互動,學生可以通過彈幕、投稿等方式向教師反映學習情況，教師則可以利用隨機點名、發(fā)送紅包等方式，活躍課堂氣氛，激發(fā)學生積極性.

(4)學業(yè)考查，教師發(fā)布作業(yè)、試卷、測驗題，通過學生對主觀題、客觀題的作答以及拍照提交等方式，及時掌握學生的學習情況.

(5)數(shù)據(jù)報表，提供“預習-授課-復習”全周期教學數(shù)據(jù)分析，量化了解教學過程[6].

2 合肥工業(yè)大學大學物理系列課程混合式教學模式的探索與實踐

近年來，合肥工業(yè)大學以積極構建能力導向的“培養(yǎng)目標—教學過程—質量提升”三位一體教學體系為指導思想，在深化教學改革方面不斷推陳出新，取得了令人矚目的成果[7].大學物理曾榮獲2005年安徽省精品課程，在教學改革中一直受到重視和扶持，這對大學物理教學方法、教學模式等改革與創(chuàng)新提出了更高的要求.

多年來大學物理系列課程以豐富的教學實踐和省級精品課程平臺為依托，以“雙一流”建設背景下對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需求為出發(fā)點，將混合式教學理論應用于大學物理課程改革，在基于“雨課堂”的混合式教學模式方面進行了積極的探索和實踐，以期進一步提高教學質量，為全能型人才的培養(yǎng)奠定基礎.

2.1 基于“雨課堂”的大學物理混合式教學模式的需求與可行性

大學物理系列課程內容多、課時長、難度大，學生容易產(chǎn)生很大的心理壓力，因此有必要對混合式教學模式的目的、要求、內容、方法以及學生的學情進行充分分析.傳統(tǒng)模式主要依靠課堂講授進行知識傳遞，并且通常采用大班授課，主要存在以下幾方面的矛盾：

(1)規(guī)定課時與教學內容的矛盾，由于課時限制，教師和學生都必須按照教學大綱的安排按部就班地進行教學活動，雖然有利于系統(tǒng)有序地傳授知識體系，但是學生完全是被動參與，其主體作用無法充分體現(xiàn)；大學階段的學習主要靠學生的自覺、自制、自我監(jiān)督，但是低年級學生在這方面普遍有所欠缺，學習效率總體不高.

(2)傳統(tǒng)教學模式與能力拓展需求的矛盾，受教學進程所限，教師有時不得不趕進度、搶課時，課堂上基本沒有足夠的時間進行師生互動，更無法實時獲取必要的學情反饋.很多知識點一帶而過，學生只能囫圇吞棗，重難點難以及時消化，課后的師生溝通渠道也極為有限，導致很多難題無法及時解決，日積月累，導致學生壓力逐漸增大甚至喪失信心，學習效果大打折扣，能力提升更是無從談起.

(3)個體差異與統(tǒng)一要求的矛盾，高等教育大眾化進程中，招生人數(shù)持續(xù)增長，學生群體的差異性日趨多元化.隨著高考改革的推行，來自不同地區(qū)的學生物理學科的基礎差異性非常明顯，甚至與大學物理的內容體系之間存在大面積斷層；另外，同一教學班可能由不同專業(yè)組成，不同學科的特點、發(fā)展規(guī)律以及對數(shù)理基礎的要求也各不相同，這就對“一把尺子量到底”的傳統(tǒng)教學模式提出了新的挑戰(zhàn).

借助“雨課堂”等智慧教學平臺，使互聯(lián)網(wǎng)資源、智能通信技術與傳統(tǒng)教學方法相輔相成，打破時間和空間的限制，為學生的學習提供了更為豐富靈活的選擇，真正實現(xiàn)師生之間全方位、全時段的實時互動[8]，便于因“人”制宜，因材施教.相對于傳統(tǒng)教學模式，大部分學生對于基于“雨課堂”的混合式教學很有興趣并抱有相當高的期望值，這為后續(xù)工作的順利開展奠定了良好基礎.

2.2 大學物理混合式教學模式的構建

基于“雨課堂”的混合式教學模式顛覆了傳統(tǒng)的“填鴨式”教學模式，涵蓋了教師活動、學生活動、學習資源的支持等元素，科學地串聯(lián)起課前、課上、課后各個教學階段.以“雨課堂”為教學輔助平臺的混合式教學過程如圖1所示[3]，以角動量守恒定律為例，具體分析混合式教學模式的構建與實施過程.

圖1 基于雨課堂平臺的混合式教學模式框圖

2.2.1 課前導學

教師通過“雨課堂”，按照不同層次的分組，推送相應難度的學習任務(預習角動量守恒定律)，要求學生預習定律內容，舉出角動量守恒的實例，提出問題，例如為什么跳水運動員在空中旋轉時總是身體蜷曲，入水時又打開？花樣滑冰運動員以及芭蕾舞演員在旋轉時為什么總是收攏四肢而不是舒展身體？直升飛機為什么要安裝尾翼？……預習資料可以以課件、視頻、題目、語音等形式構成，學生在預習過程中可以在問題欄提問，或借助菜單中的“不懂”按鈕標記出疑難之處.教師可以通過“雨課堂”系統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和反饋功能進行摸底，了解學生的學習基礎，提煉重難點，制定有效的教學策略.

2.2.2 課堂教學

學生采用“雨課堂”掃碼或邀請碼進行隨堂簽到，便捷高效，既節(jié)約時間，又能有效提高出勤率.授課過程以角動量守恒的實例引入課題，回顧角動量定義，從定軸轉動剛體的角動量定理出發(fā)，得出角動量守恒定律的條件，引導學生理解定律的內容以及物理意義.由于角動量概念及其相關規(guī)律較為抽象，僅依靠課堂講述，難以讓更多的學生在短時間內理解消化.借助“雨課堂”的視頻接入功能，例如以我國花樣滑冰名將參加國際大賽的精彩片段為例，吸引學生的注意力，使物理圖像更加生動形象，物理規(guī)律更加明確清晰.授課過程中學生可以發(fā)送彈幕，對所學知識進行及時反饋，例如，角動量守恒的條件究竟是外力矩為零還是外力矩的沖量為零？教師則可以實時收集學生的疑問，根據(jù)反饋的信息及時調整講解側重點，展開討論或隨堂小測驗，結合獎勵功能，調動學生的積極性和參與性，增強師生互動.

2.2.3 課后反饋

學好大學物理，不僅需要抽象的模型構建能力，也需要數(shù)學計算能力，因此,學生通常會有各種疑難和困惑.教師可以按照學生群體的層次差異，提供有區(qū)分度的課后復習資料，學生完成之后通過附件、拍照、錄音等功能提交反饋.例如，引導學生借助多種實例進一步加深理解角動量守恒定律的物理意義和普適性，指出角動量守恒定律適用于大至天體、小至粒子的一切轉動問題.可以以工程技術上飛輪嚙合以及天體運動中星體旋轉等為例，設置練習題，旨在了解學生對定律的理解和掌握程度.課后測試不僅是對學生學習情況的總結、反思和檢測，也對教師及時調整和完善教學策略有重要的參考和借鑒意義.此外，學生可以充分利用碎片時間，隨時通過微信平臺回顧課件內容，根據(jù)課前或課上標記的“不懂”提示，以點串線，以線鋪面，循序漸進地深化對知識點的理解，構建完整的知識框架.師生可以隨時在線溝通，因“人”施教，解決學生學習基礎差異性帶來的教學困難，實現(xiàn)個性化教學.

2.3 大學物理“雨課堂”教學系統(tǒng)的設計

大學物理系列課程的內容由多個板塊組成，包括力學、狹義相對論、熱學、電磁學、波動光學以及量子物理基礎.對每一板塊的內容均需進行詳細分析，列出專題，有針對性地制作教學所需的課件和資料.可在 PPT 上插入文字、圖片、視頻、音頻等內容，并與各大慕課平臺等網(wǎng)絡資源無縫對接.教師將編輯好的課件適時發(fā)布，根據(jù)知識內容設置測試題等，與傳統(tǒng)授課方式相得益彰、互為補充，為教育教學的改革發(fā)展提供助力.

“雨課堂”能夠為大學物理教學注入新元素，并將手機有效利用起來，促使“低頭族”改變不良習慣，積極投入學習，不僅能夠有效提升教學效能，實現(xiàn)課堂翻轉，其大數(shù)據(jù)功能還可以更好地掌握學生的學習動態(tài)，量化分析教學數(shù)據(jù)，為“雙一流”背景下的大學物理教學改革提供數(shù)據(jù)支持.