三大系統(tǒng)下的大學物理“混合式”教學構建
——以緒論課為例

張麗萍，石 巖，孔令宜

(1. 河北師范大學 教師教育學院，河北 石家莊 050024；2. 河北師范大學 物理學院，河北 石家莊 050024)

2019年“雙萬計劃”、2020年“強基計劃”以及當前新冠疫情都向課堂教學提出了挑戰(zhàn)，此境域下的混合式教學尤為重要. 基于此，聯(lián)系教育部“學生中心、產出導向、持續(xù)改進”及“課程思政”的理念，構建了動力系統(tǒng)、教學系統(tǒng)、愿景系統(tǒng)指向的大學物理“混合式”教學模式，其中緒論課教學構架如圖1(大學物理緒論課教學構建).

圖1 大學物理緒論課教學構建

1 動力系統(tǒng)：課前啟發(fā)力+課中調動力+課后追加力

混合式教學下的動力系統(tǒng)是以強化學習動力為目的，基于國家、社會和個體需求,通過多項刺激來喚醒學習動機，傳遞學習激情，厚植探索熱忱. 它涵蓋課前啟發(fā)力→課中調動力→課后追加力.

1.1 課前啟發(fā)力：喚醒學習動機

學習動機意指瞄準發(fā)展目標并引發(fā)與維系學習行為的動力傾向[1]. 教師可通過資料推送(物理學史、科學家事跡等)、預習提綱及問卷調查開展啟發(fā)式教育，領悟學生實情，開拓學習視野，喚醒學習動機. 如表1(課前調查問卷).

表1 課前調查問卷

1.2 課中調動力：傳遞教育激情

“激情”是一種濃烈、短促的心理情緒表象. “激情”與“課程思政”融合可有效調動活力課堂，從對話、進站、攜手三方面?zhèn)鬟f激情教學.

對話(線下)：學習小組對話，深化學習情感. 如詮釋“為什么學習大學物理”，讓學生自主結組通過“頭腦風暴”探討“物理價值”要義，通過交流碰撞篤定學科價值，提高進取意識，實現(xiàn)學習激情真調動.

進站(線上)：邀約專業(yè)素質高、價值把控準的名師及專家入住工作站，利用網(wǎng)絡平臺進行教學研討和經驗分享. 如講解“大學物理學什么”，邀請名師遠程介紹本學科歷史發(fā)展進程，寓情予教，傳遞思想解放、視野通達、學習純真的教育激情.

攜手(混合式)：攜手品德高尚、學法得當?shù)妮份穼W子，利用MOOC和實際課堂搭建朋輩溝通橋梁. 如闡釋“如何學好大學物理”，分享時間管理經驗，“因趣促學”優(yōu)化學習者思維，實現(xiàn)激情再發(fā)生.

1.3 課后追加力：厚植探索熱忱

教學探究是以加強求索意識為前提，按照一定教學標準創(chuàng)設以學生的“學”為中心的創(chuàng)新性活動. 通過講座和調研追加學生學習深度，厚植探索熱忱.

講座(混合式)：將研究對象、研究現(xiàn)狀、研究體驗(特別是探究樂趣)作專題報告，強化探究的過程性認知. 如指明未來光纖技術發(fā)展前景，分享探究價值以提高學生探索熱情.

調研(線下)：布置多維課題，提升親身探究情愫. 如學生走進導師工作室體驗科研工作流程，訪問研究生學習與生活. 以“奇”為引，培植甘于寂寞、熱愛科學、勇挑重擔的意識，追加勇于探索的精神和熱忱.

2 教學系統(tǒng)：課前定目標+課中啟智慧+課后求產出

教學系統(tǒng)意指以學生發(fā)展為軸心，運用系統(tǒng)論方法實現(xiàn)教學目標，它包含課前確立教學目標→課中創(chuàng)建智慧課堂→課后強化質量產出.

2.1 課前確定教學目標：學生中心、產出導向、持續(xù)改進

布魯姆(1956)提出：“記憶、理解、應用、分析、綜合和評價六大認知能力.”[2]基于此，借助MOOC網(wǎng)絡平臺，依據(jù)“學生中心、產出導向、持續(xù)改進”理念，從“課前了解與標記→課中分析與綜合→課后應用與創(chuàng)新”，分別就大學物理“為何學？學什么？怎么學？”展開教學目標設計，見圖2(大學物理教學目標設計).

圖2 大學物理教學目標設計

2.2 課中創(chuàng)建智慧課堂：高效、生態(tài)、智能的混合式教學

“智慧課堂”意指為生本服務和學習產出而構建高效、生態(tài)、智能化學習環(huán)境的課堂[3]，承接動力系統(tǒng)，闡釋“為什么學習物理→大學物理學什么→怎樣學好大學物理”.

2.2.1 為什么學習物理？

物理學以獨特的思維方式揭示自然客觀規(guī)律. 開展“智慧型”物理意義學習，銜接動力系統(tǒng)“對話”探討之思，從物理學“促進思維觀念轉變”與“推動社會科技進步”展開.

1) 物理學促進人類思維的轉變

科學技術的進步決定著思維形態(tài)變革，反之亦然. 人類思維經歷了“前科學時代”、“科學時代”、“后科學時代”演進[4]，如圖3(人類思維進步階梯).

圖3 人類思維進步階梯

如以“力”的概念形成為例：4000多年前，墨子應用思辨提出“力，刑之所以奮也”；公元前兩百多年，亞里士多德依據(jù)直覺得出“力是改變物體運動的原因”；16—17世紀，伽利略依據(jù)實驗得出“力是物體產生加速度的原因”；17世紀，牛頓應用抽象與幾何得出“力是改變物體運動的原因”；20世紀20年代，薩特延德拉?納特?玻色辯證地提出“交換自旋為整數(shù)的玻色子所產生的力為粒子之間的作用力”的新型概念描述. 時至今日，以辯證思維推動的智能化高科技發(fā)展的生物力學、環(huán)境力學、納米力學及非線性力學正改變著人類的生產生活方式.

2) 物理學推動社會科技的進步

物理學正以穩(wěn)健又高速的步伐指引智能化高端應用技術的增進. 可概述四次工業(yè)革命演進史以提升學生科學素養(yǎng)，加深對“科學推動社會科技進步”理解(PPT和視頻聯(lián)動實施).

第一次工業(yè)革命(17—18世紀)——機器時代：1698年托馬斯·薩弗里研制蒸氣泵→1785年瓦特改良蒸汽機→1807年富爾頓設計“克萊蒙號”蒸汽機船問世→19世紀40年代人類進入蒸汽機時代.

第二次工業(yè)革命(19—20世紀)——電氣時代：1831年法拉第研發(fā)圓盤發(fā)電機→19世紀60年代Robert Street研制出活塞式內燃機→1866年西門子研發(fā)自激直流發(fā)電機→20世紀初進入電氣化時代.

第三次工業(yè)革命(20世紀)——互聯(lián)網(wǎng)時代：1945年美國成功研制原子彈→1946年莫奇萊和埃克特發(fā)明電子管計算機→1950年肖克萊等人研制晶體管計算機→20世紀80年代人類進入信息化時代.

第四次工業(yè)革命(21世紀以來)——智能時代：2013年漢諾威工業(yè)博覽會正式推出工業(yè)4.0概念→2018年開展“東盟4.0：企業(yè)家精神和第四次工業(yè)革命”會議→2020年《未來學校：為第四次工業(yè)革命定義新的教育模式》[5].

2.2.2 大學物理學什么？

大學物理涵蓋力、熱、光、電、原子物理等內容. “智慧型”教學應以培養(yǎng)學生正確的價值取向、思維品質、創(chuàng)造潛能為目標，鏈接動力系統(tǒng)“進站”學科之情，從“物理觀念和知識運用、物理思維和創(chuàng)新能力、科學探究和交流協(xié)作、科學態(tài)度和責任擔當”詮釋其價值.

1) 物理觀念和知識運用

物理觀念是指通過對物理現(xiàn)象觀察、分析、研究、概括以及對物理規(guī)律、事實本質科學歸納后生成的觀點，最終目的是學以致用[6]. 見圖4(物理觀念的一般形成過程).

圖4 物理觀念的一般形成過程

如比照高中《選修3-4》和《光學》相關常識，抓住事物主要矛盾以加強學生思想體驗；引用積分加深對已有事實理解，以建構光在非均勻介質中傳輸時光程；引進激光最新應用——光纖通信技術，講解光放大器的帶寬、光在光纖中的低損耗傳輸研究、時分復用和空分復用技術[7]；融入“探究式”“菜單式”教學，樹立正確主次觀并融合“對立與統(tǒng)一、絕對與相對”哲學理念，深入挖掘光學與思政內在聯(lián)系，并把思想政治理論恰當?shù)剡\用到專業(yè)課中去[8]. 以“立德樹人”筑牢物理觀念的形成與發(fā)展，以時間和空間的多維體驗建立辯證唯物主義世界觀，持續(xù)激發(fā)學生的“幸福感”、“緊迫感”、“使命感”，實現(xiàn)學以致用的物理價值目標指向.

2) 科學探究和交流協(xié)作

科學探究意指以探求客觀對象內涵要素和運動規(guī)律為目標并應用科研手段找尋結果的過程. 基于此，師生可進入虛擬仿真實驗室(線上)，體驗新技術下的科學探究與交流協(xié)作.

如研究“三線擺測剛體轉動慣量”：介紹實驗儀器(游標卡尺、三線擺、電子停表)操作方法. 學生猜想“測圓盤轉動慣量”原理并設計實驗；就實驗誤差(隨機誤差、儀器系統(tǒng)誤差、轉角大小等)原因展開研討、分析論證. 強化實事求是、縝密細心、慎思躬行，提升科學精神和探究水平.

3) 物理思維和創(chuàng)新能力

物理思維是一種能動、迂回、抽象的意識體現(xiàn)[9]. 可探討原始問題，錘煉學生的科學思維和創(chuàng)新能力.

如利用網(wǎng)絡平臺播放新聞資料，回顧力學中“嫦娥四號”奔月在月球背面馮?卡門撞擊坑內預定區(qū)并實施軟著陸的原始問題[10]，建立對客觀事物表象和屬性的感性認識，指導學生利用思維方法(逆向思維、等價轉換、類比思維等)對“探測器所受地球作用力與其相對地面距離的變化關系圖像、探測器與地面通信問題、實現(xiàn)軟著陸的條件、探測器能量轉換”等提出見解、表明態(tài)度、闡明理由；建構物理模型，完成“解題”向“解決問題”的創(chuàng)造性思維轉變.

4) 科學態(tài)度和責任擔當

科學態(tài)度意指本著對自己負責、對學科負責及對國家負責的正確立場，以實事求是、堅持真理的物理姿態(tài)踐行科學精神，使之肩負學科價值、時代使命。介紹葉企孫、錢學森、黃旭華等人的事跡，培育學生家國情懷的擔當意識(混合式教學)，如圖5(錢學森人物事跡).

圖5 錢學森人物事跡

2.2.3 怎樣學好大學物理？

“智慧型”學習是以生為本，落地志向學習，它關注學習方法、學習行為、學習心理、學習評價及學習產出，續(xù)接動力系統(tǒng)“攜手”分享之趣，從課前科學規(guī)劃定發(fā)展→課中高效學習促進步→課后努力升華獲成長，見圖6(大學物理高效學習構建).

圖6 大學物理高效學習構建

2.3 課后強化產出質量：狀態(tài)、境界、發(fā)展的有機耦合

教學質量是指以適切教學理念、教學方法、教學技能助推高效課堂，助力學生全面發(fā)展. 可在態(tài)度、廣度、深度各自內部耦合的基礎上實現(xiàn)狀態(tài)、境界、發(fā)展的有機耦合.

態(tài)度:遵循“守正、創(chuàng)新、行動”三維度，使學生堅守正道、銳意創(chuàng)新、知行合一. 如課程結束后，進行教學反思，尋找知識與應用的交匯點來謀求知識產出；加強內省，疏導消極情緒以提升“一絲不茍的學習態(tài)度、剛正不阿的處事態(tài)度、甘于奉獻的勞動態(tài)度及相得益彰的交往態(tài)度”，達成物理學習內部狀態(tài)有機耦合.

廣度:實現(xiàn)“人員廣、平臺廣、資源廣”三搭建. 如開通MOOC討論區(qū)，研發(fā)集思想性、學習性和趣味性于一體的“研習鏈”. 打開思維通道，就“調研成果、學習意義、責任擔當”展開多角色、多模式的案例討論；讓課程活起來、學生動起來以實現(xiàn)廣泛學習、廣袤交流、廣博探索等產出有機耦合.

深度:加強“問題深、思維深、研討深”三引領. 如將物理建模理論、光電工程、星空計劃、宇宙與人類、智慧教育、腦開發(fā)理論、職業(yè)生涯、成功需求理論等作為研究視角，促進深度研討與品質發(fā)展的有機耦合.

3 愿景系統(tǒng)：課前“我是誰”+課中“我要怎樣”+課后“我該如何”

教學愿景是教學主導和學習主體共同追求的一種長期、穩(wěn)定的目標，堅持“立德樹人”價值取向并將理想信念教育和規(guī)范學科教學有效融合敦促教師的“教”與學生的“學”的愿景合拍共振. 承接教學系統(tǒng)，闡釋課前熟知定位→課中努力鞭策→課后反思升華的愿景系統(tǒng).

3.1 課前熟知定位：“我是誰”

朱熹言“大學乃‘大人’之道”. 大學生對于自身身份認知經歷了多樣、動態(tài)的過程性轉變，目前已形成多視角且內涵豐富的科學認知，即他們是或將要是“創(chuàng)造知識的接力者”，“改變自然的發(fā)明者”以及“改良社會的踐行者”. 為此，學生應將自身定位為“努力研習物理觀念和知識運用的耕耘者”，“勤奮踐行科學探究和交流協(xié)作的學習者”，“勇于挑戰(zhàn)科學思維和不斷創(chuàng)新的研習者”以及“富有家國情懷和國際視野的使命者”等身份.

3.2 課中努力鞭策：“我要怎樣”

孟子曰：“天將降大任于斯人，必先苦其心志……”，努力鞭策是發(fā)展進步的有效手段. 依托“我是誰”，明晰行動任務，洞悉責任義務：“我要綿延物理觀念與知識內涵的文化底蘊”，“我要延展物理探究與合作精神的實踐創(chuàng)新”，“我要繼承物理創(chuàng)新與發(fā)明創(chuàng)造的科學精神”，“我要接力物理促進健康生活的科學態(tài)度”等學習訴求.

3.3 課后反思升華：“我該如何”

《小戴禮記、小宋禮記》言“博學之，審問之，慎思之，明辨之，篤行之”. 反思方能升華，以“我是誰”、“我要怎樣”為標尺，構建“我該如何”. “我該認真填寫學習評價”：叩問知識與技能，審視學習態(tài)度與情感等；“我該用心升華學習反思”：追憶學習過程與方法、反思學習效果與效率；“我該嚴謹制定未來職業(yè)規(guī)劃”：關注世界科技發(fā)展前沿、關心國家物理發(fā)展動態(tài)，踐行“格物、致知、誠意、正心、修身、齊家、治國、平天下”的宏大愿景.

基于《緒論課》布置課后作業(yè)，助力學生自主學習、科學規(guī)劃、踏實進取. 見表2(課后作業(yè))所示.

表2 課后作業(yè)

4 教學實踐：教學實施+學生成長+實驗對比

2015年9月——2020年1月我們開展了“啟發(fā)·診治·競技·反思性”崇德瀹智教學體系構建，通過了實踐檢驗并于2020年1月獲得河北省優(yōu)秀教學改革成果三等獎. 踐行了學生中心、產出導向教學理念，以19屆物理學院全部應屆220名畢業(yè)生追蹤數(shù)據(jù)為例：在讀研學生群體中，保研、考研去向多為國內名牌高校，985占比41.3%、211占比高達60.1%；在就業(yè)群體中，不乏省市級名校，在縣級市及以上就業(yè)人群達到了80.8%. 2020年的新冠疫情使線上教學成為必然事件，課程思政亦越發(fā)重要. 此背景下，構建了三大系統(tǒng)教學模式，它是前者的升級和優(yōu)化，涵蓋教學實施、學生成長、實驗對比.

4.1 教學實施

課前任務驅動下的學習動力調動. 設置有梯度、有價值的預習提綱. 如“力”的教學：我國古代對“力”是怎樣描述和研究的，從中得到哪些啟示？“力”的定義演進及其價值？從屬種關系視角能否厘清“力學”家族概念群及邏輯意義？近現(xiàn)代力的概念和研究的新視角、新應用？

課中核心素養(yǎng)下的智慧課堂呈現(xiàn). 素養(yǎng)本位的教學設計：以學科核心素養(yǎng)為目標，以“物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任”建構結構化待學的問題、情境、知識、技能、活動等，使之成為一個體現(xiàn)素養(yǎng)生成的趣味、邏輯、啟思、增智的教學案例故事.

混合式智能系統(tǒng)：首先憑借信息技術的無時限、可重復、富媒體優(yōu)勢實現(xiàn)從“要我學”到“我要學”；其次增強課堂學習的交互性、探究性與競技性，實現(xiàn)從“學過”“學會”到“會學”“會用”；最大化滿足“異”學習(個別化)，通過“異”引領，剔除“懶”“浮”或“厭”學習. 從根本上優(yōu)化學風、倡導研習、助力成才。

課后深度學習下的學習愿景落實. 除常規(guī)課后作業(yè)外，構建以學習動力和愿景訴求為目標，助力課程深度學習的課程群(物理觀念探究、物理疑難解析、物理價值挖掘)、工作站(學科交融、物理服務、思政引領)、競賽隊(奧林匹克物理競賽、大學物理實驗競賽、“互聯(lián)網(wǎng)+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽)、互助組(物理資源搭建、學業(yè)困難幫扶、物理技能指導、物理價值提升).

4.2 學生成長

以師范認證目標為統(tǒng)領，以高水平人才培養(yǎng)“4+1起來”為抓手，全方位、全過程跟蹤記錄三大系統(tǒng)下的學生成長. 評價構成：70%平時成績+30%期末成績；平時成績涵蓋：課后作業(yè)、課堂表現(xiàn)(出勤、討論、各類活動中的業(yè)績)；期末成績(期末試卷測評).

4.3 實驗對比

實驗對象為2020級物理學A班及B班學生. 保證兩班除教學模式外其它內容，如教師資歷、教材、課時、進度、前后測試、賦分統(tǒng)計等可控因素均在實驗誤差范圍內. 實驗結束后，用SPSS軟件對兩班成績量化統(tǒng)計，并通過量表、訪談、家訪等多種形式全面比較本屆學生與往年學生的綜合素質，以總結成效、反思不足、深化教改.

5 結語

承接已經過實踐檢驗的“啟發(fā)·診治·競技·反思性”崇德瀹智教學體系研究成果，以新時代教育部頒布的全國高校教學改革系列文件指導思想為依據(jù)[11-12]，構建了課前啟發(fā)調動、課中智慧學習、課后愿景生成三大系統(tǒng)教學模式，并應用過程性評價筑牢物理的根、體會創(chuàng)新的趣、實現(xiàn)成長的優(yōu).

目前此模式已投入試驗并深受學生喜愛，如圖7所示：85.24%的學生認為課上教學內容生動有趣、課下任務清晰明了，能主動科學安排時間并謀劃未來，立志不負韶華、潛心學習、博聞強基. 筆者將繼續(xù)潛心教改，對學生成長的關鍵能力(理解能力、邏輯思維能力、創(chuàng)新能力、模型建構能力、推理論證能力、實驗探究能力等)、道德品質(服務意識、奮斗精神、品德修養(yǎng)等)、家國情懷(國際視野、責任擔當、理想信念等)實時檢測，不斷更新并完善此教學模式，努力實現(xiàn)新時代四大教育支柱：“學會求知、學會做事、學會做人、學會共處”.

圖7 學生滿意程度調查