基于MOOC平臺(tái)下大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的應(yīng)用與探討

許 飛 羅鍛斌 謝海芬 朱江轉(zhuǎn)

(華東理工大學(xué)理學(xué)院,上海 200237)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)作為理工科高校教學(xué)中的基礎(chǔ)學(xué)科,其創(chuàng)新教育功能和載體作用早已為人們所共識(shí),在培養(yǎng)學(xué)生各方面能力中的作用和地位是顯而易見(jiàn)的。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室是理工內(nèi)院校的一門大面積必修課。目前,我院物理實(shí)驗(yàn)中心承擔(dān)了全校理工科32個(gè)專業(yè)近2600人的大類平臺(tái)課“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)任務(wù),年教學(xué)工作量近20萬(wàn)人學(xué)時(shí)。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)在我校是一門獨(dú)立的基礎(chǔ)課程,培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用實(shí)驗(yàn)手段觀察、發(fā)現(xiàn)、分析和解決問(wèn)題的能力,培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維和創(chuàng)新能力,在適應(yīng)科技發(fā)展與社會(huì)進(jìn)步對(duì)人才需求方面有著不可替代的作用。

目前,我校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)采用兩段式循環(huán)教學(xué)模式,三周完成兩個(gè)實(shí)驗(yàn),第一周兩個(gè)班級(jí)預(yù)習(xí),后兩周兩個(gè)班級(jí)交替完成實(shí)驗(yàn)。在長(zhǎng)期教學(xué)中我們發(fā)現(xiàn),雖然實(shí)驗(yàn)操作課課前老師會(huì)再次講解主要部分,但由于時(shí)隔一周,學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容遺忘很多,預(yù)習(xí)課的效果不佳;其次,在課程設(shè)置中,綜合性與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較少,教學(xué)模式單一,缺乏學(xué)生獨(dú)立思考、自行解決問(wèn)題的環(huán)節(jié)。為了提高課堂教學(xué)效率,讓學(xué)生能夠充分自由地利用課堂有限時(shí)間,更好地培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力,我們對(duì)原有的教學(xué)模式進(jìn)行了深層次改革,將翻轉(zhuǎn)課堂理念引入到教學(xué)模式中[1-2]。本文將具體分析目前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式存在的問(wèn)題,探討翻轉(zhuǎn)課堂模式在教學(xué)中的應(yīng)用,并具體介紹該模式的實(shí)施過(guò)程。

1 傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的問(wèn)題

近些年來(lái),不少學(xué)者針對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)模式進(jìn)行了探索和實(shí)踐,實(shí)驗(yàn)效果有一定的成效,但仍然存在一些問(wèn)題和不足,主要表現(xiàn)在:

1) 由于實(shí)驗(yàn)課時(shí)有限,學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)“照方抓藥”,使得學(xué)生素質(zhì)提高與創(chuàng)新能力培養(yǎng)受到束縛。教師在課堂上利用有限課時(shí)詳細(xì)講解實(shí)驗(yàn)的調(diào)整方法和技巧等,教師留給學(xué)生課堂操作的時(shí)間嚴(yán)重不足,最終導(dǎo)致學(xué)生分析問(wèn)題、獨(dú)立思考的能力很難得到提高,偏離了教學(xué)的最終目標(biāo)。

2) 在教學(xué)過(guò)程中,學(xué)生之間、師生之間缺乏交流討論,難以兼顧學(xué)生的個(gè)性化與差異化。教師為了完成教學(xué)任務(wù),在有限的課堂教學(xué)時(shí)間內(nèi),很難兼顧到每位學(xué)生的個(gè)性與差異,很難及時(shí)處理每位學(xué)生的問(wèn)題。

3) 教學(xué)內(nèi)容固定、考核方式片面。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)在我校是學(xué)科基礎(chǔ)教育課程,是一門理工科的必修課,面對(duì)全校30多個(gè)專業(yè)開(kāi)放,涉及化工、藥學(xué)、測(cè)儀、機(jī)設(shè)等專業(yè),實(shí)驗(yàn)課程無(wú)法體現(xiàn)各自專業(yè)教學(xué)側(cè)重點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)成績(jī)形式上采用“實(shí)驗(yàn)操作+實(shí)驗(yàn)報(bào)告”的評(píng)價(jià)方式,無(wú)法充分組織自評(píng)和組內(nèi)互評(píng)等多元化評(píng)價(jià)主體參與評(píng)價(jià)過(guò)程。

2 以慕課為背景的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式

慕課(MOOC)即大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)公開(kāi)課程(Massive Open OnlineCourse),是集課程、平臺(tái)、教學(xué)過(guò)程和教學(xué)理念為一體的綜合體[3-6]。MOOC 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)建立增進(jìn)教師與學(xué)生互動(dòng)的自由交流平臺(tái),課程內(nèi)容豐富,以開(kāi)放共享為理念,提供一個(gè)完整的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)與學(xué)習(xí)方法。翻轉(zhuǎn)課堂起源于美國(guó),由兩位化學(xué)老師Bergmann和Sams將其應(yīng)用在教學(xué)實(shí)踐中。其利用現(xiàn)代化教學(xué)手段和網(wǎng)絡(luò)資源,將傳統(tǒng)的課堂講授轉(zhuǎn)變?yōu)檎n前觀看視頻、課上交流討論的形式[7]。而MOOC 為翻轉(zhuǎn)課堂提供了資源保障,以MOOC為背景的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)模式截然不同。在翻轉(zhuǎn)課堂中,學(xué)生發(fā)揮自身的主觀能動(dòng)性,更改了以往單調(diào)的師生角色,教師由課堂主導(dǎo)變?yōu)閷W(xué)生的知識(shí)引導(dǎo)者,學(xué)生成為真正的學(xué)習(xí)主體[8]。在以往教學(xué)過(guò)程中,教師側(cè)重講解,忽略了學(xué)生能否接受消化,忽視了學(xué)生的個(gè)性差異化,而在以MOOC為背景的翻轉(zhuǎn)課堂中,師生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)自由交流,學(xué)生的疑難問(wèn)題能及時(shí)被發(fā)現(xiàn)并予以解答[9]。

針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式中存在的問(wèn)題,我們將以MOOC為背景的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)新模式引入到大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中,充分考慮不同學(xué)生的個(gè)性化與差異化,通過(guò)微課、手機(jī)APP等資源,將教師面授教學(xué)改為以學(xué)生為主導(dǎo)的主動(dòng)學(xué)習(xí)模式,這樣能夠更好的培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考、合作探索的能力[10-11]。目前,我們已經(jīng)開(kāi)設(shè)了部分班級(jí)作為MOOC試點(diǎn)班級(jí)。

2.1 課外預(yù)習(xí)資源配置

優(yōu)秀的教學(xué)視頻是翻轉(zhuǎn)課堂教育模式的重要工具,也是教學(xué)過(guò)程順利進(jìn)行的保證[12]。我們建立了以手機(jī)APP“學(xué)習(xí)通”為平臺(tái)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。超星學(xué)習(xí)通作為一款移動(dòng)教學(xué)工具,相比于同類產(chǎn)品有著以下幾點(diǎn)突出優(yōu)勢(shì):(1)資源豐富。通過(guò)首頁(yè)“找資料”以及“移動(dòng)圖書館”可以查找大量資料,包括期刊、圖書、專題、報(bào)紙、講座等;(2)數(shù)據(jù)同步。學(xué)習(xí)通手機(jī)APP與電腦端網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)同步,包括建設(shè)課程數(shù)據(jù)、課題互動(dòng)、學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)等;(3)交流功能。通過(guò)單位賬號(hào)實(shí)名登錄,可以進(jìn)行同校間、校際間線上交流。另外,完備的教學(xué)模塊也是眾多教學(xué)者選擇學(xué)習(xí)通的原因之一,包括資料發(fā)放、班級(jí)群聊、課中互動(dòng)、簽到投票等,連主流的直播功能也是支持的。

根據(jù)教學(xué)內(nèi)容安排錄制微課視頻制作教學(xué)課件并上傳至“學(xué)習(xí)通”平臺(tái),如圖1所示。在傳統(tǒng)教學(xué)模式中,學(xué)生主要通過(guò)完成預(yù)習(xí)報(bào)告的形式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí),遇到問(wèn)題只能自己查閱教材,對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟的熟悉、儀器結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)比較抽象,導(dǎo)致預(yù)習(xí)的效果不佳。新模式下,預(yù)習(xí)不再是學(xué)生枯燥地完成預(yù)習(xí)報(bào)告,取而代之的是生動(dòng)形象的微課視頻等資源,并在線上完成預(yù)習(xí)思考題,如圖2所示,學(xué)生須在視頻觀看中進(jìn)行穿插答題,不答題則視頻中斷。每學(xué)期安排八個(gè)必做實(shí)驗(yàn)和兩個(gè)選做實(shí)驗(yàn),每個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)置了七八個(gè)預(yù)習(xí)問(wèn)題;在學(xué)習(xí)通APP 還準(zhǔn)備了課題研究實(shí)驗(yàn)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn),學(xué)有余力的同學(xué)可以根據(jù)需要選擇學(xué)習(xí)。教師端“學(xué)習(xí)通”APP記錄學(xué)生視頻學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)以及答題的準(zhǔn)確情況,從而給定預(yù)習(xí)成績(jī)。傳統(tǒng)教學(xué)模式下教師課堂對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、步驟、操作技巧等長(zhǎng)時(shí)間講解,被分解在學(xué)生的課余時(shí)間。

圖1 學(xué)習(xí)通平臺(tái)手機(jī)頁(yè)面

圖2 學(xué)習(xí)通視頻頁(yè)面

新模式下,學(xué)生通過(guò)APP視頻等相關(guān)教學(xué)資源完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的學(xué)習(xí),使得大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)過(guò)程更具有趣味性、主動(dòng)性和針對(duì)性[13]。學(xué)生結(jié)合自身學(xué)習(xí)計(jì)劃,選擇合適時(shí)間登陸APP觀看視頻,學(xué)生可以更好的利用學(xué)習(xí)時(shí)間[14-16];其次,不同基礎(chǔ)的學(xué)生可以結(jié)合自身對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解情況,有針對(duì)性的選擇播放教學(xué)視頻的次數(shù)。

2.2 課中夯實(shí)理論,自主實(shí)驗(yàn)

傳統(tǒng)教學(xué)模式中,教師需要在課堂上花費(fèi)大量的時(shí)間講解實(shí)驗(yàn)原理、步驟、儀器、注意事項(xiàng)等等,耗時(shí)費(fèi)力;同時(shí),留給學(xué)生自己動(dòng)手操作的時(shí)間不足,學(xué)生操作的機(jī)會(huì)減少。在以MOOC為背景的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式下,學(xué)生可以深入地預(yù)習(xí),教師則可以不再介紹實(shí)驗(yàn)步驟等。

新模式下,課堂中更多注重通過(guò)師生交流討論的方式引導(dǎo)學(xué)生內(nèi)化知識(shí)[17-18]。前期我們做了充足的準(zhǔn)備,對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)的重難點(diǎn)設(shè)置問(wèn)題構(gòu)成題庫(kù),課堂面授中教師從題庫(kù)中隨機(jī)抽取相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行課堂討論,并充分利用教學(xué)設(shè)備資源,將APP相關(guān)模塊投屏至課堂大屏幕;每個(gè)實(shí)驗(yàn)教師在學(xué)習(xí)通APP里通過(guò)“搶答”“主題討論”“隨堂練習(xí)”等活動(dòng)方式設(shè)置七八個(gè)問(wèn)題。由師生互動(dòng)代替了原來(lái)的教師講解,學(xué)生都會(huì)積極參與進(jìn)來(lái)。討論中,學(xué)生可以進(jìn)行互動(dòng)并再現(xiàn)于大屏幕上;在學(xué)生之間、師生之間的交流互動(dòng)中,教師可以了解全班同學(xué)的前期預(yù)習(xí)情況,學(xué)生在了解彼此答題情況的過(guò)程中,對(duì)實(shí)驗(yàn)的重難點(diǎn)已潛移默化地吸收,知識(shí)的傳遞更加有效。這里以2019年秋C43與D43班級(jí)直流電橋?qū)嶒?yàn)為例介紹課堂討論的相關(guān)情況。圖3是課堂討論相關(guān)問(wèn)題,題目設(shè)置緊扣電橋?qū)嶒?yàn)的重難點(diǎn),如“惠斯通單臂電橋的誤差來(lái)源? 如何消除”“如何理解并實(shí)現(xiàn)電橋快速平衡?”等;在某一次電橋?qū)嶒?yàn)面授課“主題討論”的具體投屏中,教師提出問(wèn)題:“自搭電橋有哪些系統(tǒng)誤差? 用什么方法修正系統(tǒng)誤差?”并通過(guò)APP將問(wèn)題投影至課堂大屏幕,學(xué)生結(jié)合自身的預(yù)習(xí)情況陸續(xù)給出答案,教師通過(guò)學(xué)生的回答了解學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)相關(guān)內(nèi)容的掌握情況;投屏互動(dòng)中還有“簽到、搶答、選人”等環(huán)節(jié),如圖4所示;在這些環(huán)節(jié)中教師根據(jù)學(xué)生參與情況對(duì)學(xué)生進(jìn)行加分,課程結(jié)束系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)學(xué)生成績(jī)。

圖3 學(xué)習(xí)通主題討論頁(yè)面

在這樣的課堂討論交流之后,學(xué)生已熟練掌握實(shí)驗(yàn)的重難點(diǎn)以及儀器調(diào)節(jié)的注意事項(xiàng)與技巧,不僅提高了課堂效率,更重要的是學(xué)生調(diào)動(dòng)了主觀能動(dòng)性,改變了單調(diào)的師生角色關(guān)系,教師由課堂的主導(dǎo)者變更為學(xué)生知識(shí)的指引者,學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主體。

2.3 課后評(píng)價(jià)反思,拓展提高

課后階段,學(xué)生在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫,進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)處理,對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析和評(píng)定,將自己在課堂遇到的問(wèn)題、注意事項(xiàng)以分析思考題的形式進(jìn)行展開(kāi)。

圖4 課堂投屏功能選擇

課后的反饋評(píng)價(jià)對(duì)于翻轉(zhuǎn)課堂至關(guān)重要,教師通過(guò)這一環(huán)節(jié)可以了解學(xué)生對(duì)課程的掌握程度以及課堂的教學(xué)效果。新模式下,我們通過(guò)以下三個(gè)方面來(lái)實(shí)現(xiàn)反饋評(píng)價(jià):(1)評(píng)閱實(shí)驗(yàn)報(bào)告,重點(diǎn)批改數(shù)據(jù)處理與分析思考題;(2)教師通過(guò)APP中問(wèn)卷、學(xué)生反饋模塊進(jìn)行線上平臺(tái)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì);(3)將翻轉(zhuǎn)課堂與信息化相結(jié)合,建立了MOOC班微信群輔助教學(xué)。通過(guò)以上方式,教師對(duì)新模式下教學(xué)效果進(jìn)行調(diào)查,了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度、參與討論的情況、實(shí)驗(yàn)的興趣等,從而優(yōu)化教學(xué)方案。

3 新模式實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果分析

基于MOOC平臺(tái)下實(shí)驗(yàn)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué),課堂環(huán)節(jié)發(fā)生轉(zhuǎn)變,新知識(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程與學(xué)習(xí)深度內(nèi)化過(guò)程發(fā)生顛倒,教學(xué)空間由單一的課堂延伸到任何場(chǎng)所和時(shí)間;傳統(tǒng)教學(xué)模式教師向?qū)W生灌輸知識(shí),教師起主導(dǎo)作用,新的教學(xué)模式,教師不再是知識(shí)傳播的唯一來(lái)源,知識(shí)傳授放在課堂外,學(xué)生在教師引領(lǐng)下自主學(xué)習(xí),由教師單一講授轉(zhuǎn)變成交互學(xué)習(xí)[19]。

相對(duì)于傳統(tǒng)教學(xué),翻轉(zhuǎn)課堂形式下,由于教師提前準(zhǔn)備了豐富的、更加具體形象的資源,包括PPT、視頻等,實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)課和操作課的時(shí)間有一定的減少,如拉伸法測(cè)量金屬絲的楊氏模量實(shí)驗(yàn),預(yù)習(xí)課時(shí)間由90分鐘減少到70分鐘,實(shí)驗(yàn)課大部分同學(xué)均能提前完成,規(guī)定課時(shí)內(nèi)完成不了實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象大大減少;更重要的是,翻轉(zhuǎn)課堂模式下,教師講授的形式部分由“搶答”、問(wèn)卷等形式替代,課堂氣氛更活躍,學(xué)生課堂提問(wèn)增加,學(xué)習(xí)效果也更好。在MOOC試點(diǎn)班級(jí)中,隨機(jī)抽取了八個(gè)班級(jí)192名學(xué)生進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查,如表1所示。對(duì)新模式實(shí)驗(yàn)效果,整體滿意度超過(guò)95%,不滿意的情況為0;其中,超過(guò)98%的同學(xué)認(rèn)為新的教學(xué)模式大大地激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣,近94%的同學(xué)認(rèn)為新的模式提高了學(xué)習(xí)的自主性與主動(dòng)性;超過(guò)91%的同學(xué),對(duì)學(xué)習(xí)資源滿意?？梢?jiàn),基于MOOC平臺(tái)下實(shí)驗(yàn)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式,讓學(xué)生有了更多的自主選擇權(quán),大大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與熱情,有利于更大程度地挖掘?qū)W生潛能,提高了教學(xué)效率。

表1 MOOC翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)滿意度調(diào)查統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)語(yǔ)

在新形勢(shì)下,對(duì)原有的教學(xué)模式進(jìn)行了深層次改革,將兩種新型教學(xué)模式MOOC與翻轉(zhuǎn)課堂有效結(jié)合起來(lái),引入到大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中,力求達(dá)到教學(xué)效果的最優(yōu)化。目前,我國(guó)已擁有較多類似MOOC的優(yōu)質(zhì)資源平臺(tái),翻轉(zhuǎn)課堂可以很好地利用這些優(yōu)質(zhì)資源發(fā)揮作用,促進(jìn)學(xué)生個(gè)性化發(fā)展,有利于加快我國(guó)教育信息化建設(shè),基于MOOC平臺(tái)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式勢(shì)必成為教育改革的新趨勢(shì)。