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    主動學(xué)習(xí)導(dǎo)向的大學(xué)物理課堂教學(xué)改革與實踐

    2021-12-04 07:23:36杜允袁曉平
    教育教學(xué)論壇 2021年43期
    關(guān)鍵詞:主動學(xué)習(xí)獨立學(xué)院教學(xué)方法

    杜允 袁曉平

    [摘 要] 立足教學(xué)對象的實際情況,在超星平臺上自建了大學(xué)物理網(wǎng)絡(luò)課程(MOOC),通過線上和線下的融合,形成了混合式課堂教學(xué)模式。該模式摒棄了傳統(tǒng)大學(xué)物理教學(xué)“滿堂灌”的弊病,緩和了大學(xué)物理課時縮水和教學(xué)內(nèi)容擴充之間的矛盾,推動了基于“六讓原則”的教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)評價等方面的改革。通過精心的教學(xué)內(nèi)容安排和精巧的教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計,創(chuàng)新了教學(xué)模式,實現(xiàn)了討論式、引導(dǎo)式、講授式等多種教學(xué)方式的結(jié)合,并提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和主動性,提升了課堂教學(xué)效果。

    [關(guān)鍵詞] 主動學(xué)習(xí);獨立學(xué)院;教學(xué)模式;教學(xué)方法

    [基金項目] 2018年度浙江省高等教育“十三五”第一批教學(xué)改革研究項目“主動學(xué)習(xí)導(dǎo)向的《大學(xué)物理》課堂教學(xué)模式改革”(jg20180472)

    [作者簡介] 杜 允(1981—),女,安徽宿州人,博士,杭州電子科技大學(xué)信息工程學(xué)院講師,主要從事大學(xué)物理和大學(xué)物理實驗教學(xué)研究;袁曉平(1979—),女,江蘇無錫人,博士,杭州電子科技大學(xué)信息工程學(xué)院副教授,主要從事大學(xué)物理和大學(xué)物理實驗教學(xué)研究。

    [中圖分類號] G642? ?[文獻標識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324(2021)43-0029-05? ? [收稿日期] 2021-07-08

    大學(xué)物理是高等學(xué)校理工專業(yè)的一門重要的基礎(chǔ)課程,該課程不僅要求學(xué)生掌握物理學(xué)的理論和方法,而且還要培養(yǎng)創(chuàng)新精神、思維能力及動手能力,因而在獨立院校應(yīng)用型人才培養(yǎng)中具有無可替代的作用[1]。

    本文從教學(xué)內(nèi)容改革、教學(xué)方式改革、教學(xué)評價改革等方面,摸索出一套在新時期行之有效的方案,它摒棄了傳統(tǒng)大學(xué)物理教學(xué)模式單一的弊病,能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和課堂教學(xué)效果,從而提升大學(xué)物理課堂的教學(xué)質(zhì)量,進而使這門傳統(tǒng)課程煥發(fā)新的生機[2]。本文擬利用超星平臺完成大學(xué)物理MOOC建設(shè),利用MOOC豐富傳統(tǒng)課堂教學(xué)資源、教學(xué)內(nèi)容,為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供適合的資源儲備。通過MOOC的引入支持大學(xué)物理翻轉(zhuǎn)課堂的建設(shè),學(xué)生通過課前觀看MOOC視頻、完成MOOC中的小測試,以及在課堂中基于小組學(xué)習(xí)討論與真實生活相關(guān)的問題,實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂,引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)[3]。另外,通過弱化共推導(dǎo),引入實驗、生活現(xiàn)象、物理學(xué)史、近代物理等教學(xué)內(nèi)容,以減少物理基礎(chǔ)薄弱帶來的負面影響,激發(fā)學(xué)生的興趣,培養(yǎng)學(xué)生觀察現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力,引導(dǎo)學(xué)生領(lǐng)略力、熱、光、電磁在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用,潛移默化地使學(xué)生認識到大學(xué)物理課程的重要性和實用性,提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性[4,5]。最后,隨著大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的與時俱進,建立更加合理的評價體系和管理體系,使考核能真正地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和掌握物理知識的水平[6]。

    一、大學(xué)物理教學(xué)存在的問題及原因分析

    大學(xué)物理作為高等學(xué)校理工專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)課程,目前的教學(xué)狀況是學(xué)生在預(yù)習(xí)時看不懂教材,在上課時聽不懂課程,在課下不會做習(xí)題,學(xué)了后面忘了前面,上課不抬頭,下課不寫作業(yè),還時常缺課[7]。究其原因,主要有以下幾個方面。

    1.“大學(xué)物理”課程的“高門檻”與學(xué)生數(shù)理基礎(chǔ)薄弱之間的矛盾。大學(xué)物理的課程特點是理論性強、概念抽象、公式繁雜,對學(xué)生的高中物理基礎(chǔ)及微積分的應(yīng)用能力要求很高。而獨立學(xué)院學(xué)生的入學(xué)成績比一本、二本低,物理基礎(chǔ)不夠扎實,特別是隨著“3+X”高考改革的推進,越來越多的學(xué)生在高考時不選擇物理,導(dǎo)致物理“零基礎(chǔ)”的學(xué)生越來越多。另外,學(xué)生在大一時剛學(xué)習(xí)微積分,還未理解微積分的本質(zhì)就用來解決大學(xué)物理問題,這對學(xué)生來說更是難上加難。

    2.“大學(xué)物理”課時縮水和教學(xué)內(nèi)容擴充之間的矛盾。在獨立學(xué)院的轉(zhuǎn)型和發(fā)展期,大學(xué)物理課時大量減少。以我院為例,大學(xué)物理兩學(xué)期理論課共計80課時,內(nèi)容卻涵蓋了力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、量子力學(xué)和相對論,教師在較短的教學(xué)課時內(nèi),無法完全將經(jīng)典物理的內(nèi)容講完,更談不上引入演示實驗、物理學(xué)史、近代物理等能引起學(xué)生興趣的擴展內(nèi)容。

    3.“主動學(xué)習(xí)”的要求與“被動學(xué)習(xí)”的態(tài)度之間的矛盾。對于剛剛經(jīng)歷高考的大學(xué)生來說,沒有了升學(xué)壓力,再加上社會上急功近利的風(fēng)氣,使他們對大學(xué)物理有畏難、厭學(xué)情緒,在學(xué)習(xí)上很被動[8]。正如西安交通大學(xué)王樹國校長所言,被動的學(xué)習(xí)毫無意義,在你的心里不會留下任何痕跡,因為你是被動的,根本沒有感覺,主動的學(xué)習(xí)才會融入其中,因為你知道為什么學(xué),你想學(xué),你要學(xué)。

    4.傳統(tǒng)的教學(xué)模式難以激發(fā)學(xué)生的興趣。除了在2020年上學(xué)期疫情期間采用線上教學(xué),目前我院大學(xué)物理主要采用線下教學(xué),但無論線上還是線下的教學(xué)模式都以傳統(tǒng)授課為主,即教師講、學(xué)生聽,教師是主角。這種模式雖然在保證教學(xué)進度方面具有優(yōu)勢,但缺少師生互動,難以使學(xué)生領(lǐng)會相關(guān)概念,忽視了學(xué)生作為學(xué)習(xí)主體的能動作用。

    5.教學(xué)評價體系和學(xué)生管理不科學(xué)。我院大學(xué)物理課程為大班化上課,最終成績主要由平時作業(yè)成績+考試成績組成,缺乏過程評價。另外,學(xué)生自覺性差,重應(yīng)試、抄作業(yè)、曠課、上課玩手機等現(xiàn)象比較普遍,不能達到使學(xué)生“學(xué)了—學(xué)會了—會學(xué)了”的教學(xué)效果。

    二、教學(xué)理念與改革思路

    在本次教學(xué)改革過程中,在教學(xué)理念上,我們堅持以學(xué)生為主體的“六讓原則”,即能讓學(xué)生自學(xué)的讓學(xué)生自學(xué)、能讓學(xué)生觸摸的讓學(xué)生觸摸、能讓學(xué)生觀察的讓學(xué)生觀察、能讓學(xué)生提問的讓學(xué)生提問、能讓學(xué)生表達的讓學(xué)生表達、能讓學(xué)生思考的讓學(xué)生思考。

    在教學(xué)思路上,我們堅持線下和線上相融合的混合式課堂教學(xué)模式,將討論式、引導(dǎo)式、講授式等多種教學(xué)方式相結(jié)合,并通過教學(xué)環(huán)節(jié)的精巧設(shè)計,實施上述教學(xué)理念、教學(xué)模式和教學(xué)方式。另外,教學(xué)環(huán)節(jié)具體包括課前平臺預(yù)習(xí)、課堂實驗、演示實驗、課堂討論、課堂提問、課堂在線測試等。改革思路具體如圖1所示。

    三、教學(xué)模式的改革

    鑒于“滿堂灌”教學(xué)模式的單一性,以及翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式對學(xué)生基礎(chǔ)知識和自覺性的要求過高,本課程對線下和線上相融合的混合式課堂教學(xué)模式進行了探索和實踐。根據(jù)學(xué)生的水平和特點,我們通過超星平臺建設(shè)本課程,建設(shè)內(nèi)容主要包括自制視頻、習(xí)題庫建設(shè)、課件,以及配套習(xí)題與答案。在視頻內(nèi)容的錄制過程中,我們將知識點進行更細的劃分,把每個知識點的視頻講解控制在10分鐘左右。鑒于視頻為我們自己錄制,而且比較短,所以,后期的修改和維護比較方便,如果某個知識點需要修改,重新錄制或剪接也很方便。

    線上和線下相結(jié)合的混合式課堂教學(xué)如圖2所示。以單縫衍射這一課為例,在課前要求學(xué)生完成上節(jié)課等厚干涉的配套習(xí)題,并在平臺上自主訂正答案,要求學(xué)生通過線上的視頻和課件進行自主學(xué)習(xí),同時對上一次的薄膜等厚干涉內(nèi)容和本次課程的衍射內(nèi)容分別進行復(fù)習(xí)和預(yù)習(xí)。在課堂上,我們首先通過在線測試的方式檢測上次課堂的授課內(nèi)容,并針對課后練習(xí)或課堂測試中學(xué)生還未掌握的知識,采用學(xué)生提問、教師答疑解惑的方式,共同對上次課堂的內(nèi)容進行總結(jié),使學(xué)生進一步、深入地把握知識點和重難點。其次,通過線上學(xué)習(xí)學(xué)生基本了解了這次課程的新內(nèi)容,特別是對單縫衍射和圓孔衍射的實驗現(xiàn)象和結(jié)果等產(chǎn)生了很直觀的認識,并對這些現(xiàn)象提出一些自身感興趣的問題,比如“單縫衍射形成明暗條紋的條件是什么”“怎么劃分半波帶”“為什么級數(shù)越大明紋越暗”等。因此,在線下教學(xué)過程中,教師可結(jié)合學(xué)生的線上學(xué)習(xí)情況,先對學(xué)生提出的問題進行歸納并分類,將提出相近問題的學(xué)生分為一組,使每組學(xué)生分析、討論問題的共性,并逐步引導(dǎo)學(xué)生得出問題的正確答案。從學(xué)生得出的答案中,教師加以提煉,最后歸納出該節(jié)內(nèi)容的知識點、重難點[9]。

    四、教學(xué)內(nèi)容的改革

    線上和線下教學(xué)的融合緩和了大學(xué)物理課時縮水和教學(xué)內(nèi)容擴充之間的矛盾,推動了教師對課堂教學(xué)內(nèi)容的改革。教學(xué)內(nèi)容的改革主要包括以下幾個方面。

    (一)注重內(nèi)容鞏固與前后銜接

    一周一次的大學(xué)物理課,使學(xué)生很容易遺忘上周學(xué)過的知識,知識點掌握得過于片面化、孤立化,因此,我們需要在教學(xué)內(nèi)容上注重鞏固復(fù)習(xí)和銜接過渡。比如在學(xué)習(xí)劈尖和牛頓環(huán)等厚干涉之前,我們會對上次課講授的薄膜等傾干涉通過線上課堂測試、提問、討論等方式進行復(fù)習(xí)和鞏固,然后提問學(xué)生“為什么稱上面的薄膜干涉為等傾干涉”,如此類推“等厚干涉怎么定義”,然后過渡到當下等厚干涉的內(nèi)容上。在此課結(jié)束的時候,教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)劈尖和牛頓環(huán)的相同和不同之處,進而對楊氏雙縫、等傾干涉和等厚干涉整個干涉內(nèi)容進行總結(jié),使學(xué)生思考這幾種干涉形成明暗紋條件的共同之處和區(qū)別之處。整個過程盡量使學(xué)生感受到知識的系統(tǒng)化,能讓學(xué)生總結(jié)的讓學(xué)生總結(jié),能讓學(xué)生思考的讓學(xué)生思考,不越俎代庖。

    (二)簡化公式推導(dǎo)

    在教學(xué)內(nèi)容上,我們依然堅持按照教學(xué)大綱的要求進行教學(xué),根據(jù)學(xué)生的具體情況,因材施教,重點培養(yǎng)學(xué)生的物理思維能力,并對經(jīng)典物理知識公式的推導(dǎo)進行簡化。以薄膜等傾干涉為例,我們重點講解“為什么形成這種薄膜干涉”“形成明暗紋的條件是什么”“兩束反射光的光程差包括哪兩項”“半波損失造成的光程差什么時候加半個波長”“真實的路程造成的光程差具體是圖形中哪兩段光程之差”等,而對光程差的具體公式推導(dǎo)進行簡述。

    (三)融合各種實驗到理論教學(xué)課堂

    一是要求每位學(xué)生在課堂上直接動手做實驗,自己去觸摸,自己觀察實驗現(xiàn)象、提出問題、解決問題,在整個過程中,學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體,參與的積極性很高。比如講解單縫衍射內(nèi)容時,給每個學(xué)生兩支鉛筆,學(xué)生用兩支鉛筆做狹縫,對著日光燈,可以直接觀測到實驗現(xiàn)象,此時,教師會提出“看到了什么”“怎么看”“形成明暗條紋的條件是什么”“為什么中間的條紋又寬又亮”等問題,學(xué)生對自己觀察到的現(xiàn)象和尋找答案的過程很感興趣。因此,教師引導(dǎo)學(xué)生分析問題和解決問題,培養(yǎng)了學(xué)生歸納總結(jié)物理規(guī)律的能力,從而達到良好的教學(xué)效果。二是用簡單的實物進行演示實驗,比如用繩子演示橫波、用教室門演示定軸轉(zhuǎn)動。三是采用數(shù)字媒體進行實驗演示。如果上述實驗不方便或者沒有條件進行,對于重點內(nèi)容或者難以理解的內(nèi)容,我們盡量采用數(shù)字媒體進行實驗演示,比如劈尖干涉、牛頓環(huán)干涉,可以用Flash動畫演示整個干涉過程。演示實驗具有很強的畫面感,方便學(xué)生理解物理概念和規(guī)律內(nèi)涵。

    (四)將課程實驗與理論教學(xué)有機結(jié)合

    獨立學(xué)院的教師資源比較緊張,大學(xué)物理授課教師同時也是實驗教師,教師熟悉實驗室里的每一個實驗。根據(jù)授課內(nèi)容,盡量安排兩門課程能夠同步進行或者將實驗先一步進行,比如將實驗課聲速的測量與理論課簡諧振動的合成同步進行,學(xué)生在示波器上很容易看到同頻率相互垂直的簡諧振動合成后的軌跡,能直觀發(fā)現(xiàn)相位差不同的軌跡會在正橢圓、斜橢圓、直線的變化。而在理論課上,教師會告訴學(xué)生為什么會形成正橢圓、斜橢圓、直線,理論和實驗相互補充,讓學(xué)生既看到現(xiàn)象又了解本質(zhì),既培養(yǎng)學(xué)生的形象思維又培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維。

    (五)加入物理學(xué)史、生活現(xiàn)象與近代物理

    以聊天的方式加入一些物理學(xué)史[ 10 ],比如1817年菲涅爾參加了法國科學(xué)院舉辦的衍射問題征文大賽,半波帶理論備受爭議。在課堂上講述泊松亮斑的故事,可以活躍課堂氣氛,也可以使學(xué)生深刻地體會從實驗現(xiàn)象到理論解釋是一個曲折的過程,從而提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,喚起學(xué)生的求知欲,用物理學(xué)家的思維方式、堅忍執(zhí)著的精神影響學(xué)生,潛移默化地進行思想政治教學(xué)。

    另外,我們可以引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用課堂所學(xué)知識去解釋生活中的物理現(xiàn)象,比如怎么解釋地球兩極美麗的極光現(xiàn)象、肥皂泡上的彩色條紋、3D電影等,讓學(xué)生領(lǐng)略力、熱、光、電磁在現(xiàn)代生活中鮮明的應(yīng)用實例,潛移默化地使學(xué)生認識到大學(xué)物理課程的重要性和實用性,提高學(xué)生學(xué)習(xí)大學(xué)物理的積極性、主動性。

    大學(xué)物理經(jīng)常給學(xué)生一種很系統(tǒng)但很老舊的感覺,所以除了在緒論課上我們會告訴學(xué)生物理有很多新科技之外,在講到具體章節(jié)時,我們也會盡量加入相關(guān)的近代物理知識,比如在講帶電粒子在電磁場中的運動的時候,引入掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)磁聚焦實現(xiàn)放大的原理,在講普通光源發(fā)光原理的時候引入激光發(fā)光的原理,在講光柵衍射的時候引入X射線衍射(XRD)和低能電子衍射(LEED)的工作原理等,使學(xué)生了解最新、最前沿的物理,讓大學(xué)物理課程煥發(fā)新機。

    五、教學(xué)方式的改革

    通過以上教學(xué)模式和教學(xué)內(nèi)容的改革,我們實現(xiàn)了討論式、引導(dǎo)式、講授式等多種教學(xué)方式的結(jié)合。以單縫衍射、圓孔衍射這一課為例,多種教學(xué)方式具體結(jié)合的過程如圖3所示。

    在這堂課中,我們設(shè)計了課前線上預(yù)習(xí)、課堂線上測試、課堂實驗、課堂講授等14個教學(xué)環(huán)節(jié),在不同環(huán)節(jié)采用了不同的教學(xué)方式(圖3),充分調(diào)動了學(xué)生的積極性和主動性,創(chuàng)新了教學(xué)模式。

    六、教學(xué)評價和學(xué)生管理方式的改革

    教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法的改革必須有合適的教學(xué)評價和學(xué)生管理方式與之相匹配才會有所成效,這就需要改變傳統(tǒng)的學(xué)生考核評價和學(xué)生管理方式。

    在教學(xué)評價方面,我們強調(diào)過程性,所以平時成績占比較大,占總成績的40%。為了使評價機制的功能更好地應(yīng)用于MOOC平臺,在平時成績方面,我們強調(diào)線上和線下的融合,所以平時成績包括線上自主視頻學(xué)習(xí)、線上測試、出勤、習(xí)題冊+平時表現(xiàn)四項,分別占平時成績的15%、15%、30%和40%。通過超星平臺,我們可以實時追蹤學(xué)生的線上視頻觀看、測試和出勤情況,并對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進行分析。

    在學(xué)生管理方面,我們還有以下幾方面要求:(1)重罰缺勤。缺課一次平時分扣10分,不設(shè)下限,“緩坡式”加分,“懸崖式”扣分,并且缺課超過1/3取消本學(xué)期考試資格。(2)習(xí)題冊作業(yè)不允許漏交和遲交,少交一次扣5分,遲交一次扣2分。(3)不允許遲到早退,遲到早退一次扣2分。(4)在課堂上,除教師允許的時間以外,不允許玩手機,否則沒收一個星期。

    關(guān)于教學(xué)評價和學(xué)生管理的具體細節(jié),我們會在開學(xué)第一周向?qū)W生公布,如果學(xué)生有異議,可以在二周內(nèi)向?qū)W校進行反饋,若意見合理,我們將考慮并采納。

    七、教學(xué)效果

    通過上述教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)評價等方面的改革,課程的教學(xué)效果得到了明顯提高,主要體現(xiàn)在以下幾個方面:(1)從學(xué)生的課堂反應(yīng)和問卷調(diào)查看,學(xué)生認可了我們的課堂模式,上課抬頭率逐漸提高,師生互動積極,由此判斷,線上資源有助于學(xué)生的預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)、鞏固等。(2)從學(xué)生的考試結(jié)果看,無論與平行班橫向比較,還是與改革前班級縱向比較,改革班學(xué)生的及格率、卷面平均成績均大大提高。(3)從學(xué)生對教師的評價看,改革后學(xué)生對教師更加認可。(4)從同行評價看,作為學(xué)院公開課之一,我們在2019年進行了線上和線下相結(jié)合的示范教學(xué)演示,專家和教師一致認為,我們在授課過程中教學(xué)目標明確,重點突出,課堂組織形式靈活,教學(xué)方法手段新穎,課堂互動積極,有效地調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,激發(fā)了學(xué)生課堂教學(xué)的參與性,課堂整體氛圍活躍。

    八、結(jié)語

    根據(jù)學(xué)生的水平和特點,因地制宜,因材施教。我們通過在超星平臺上自建MOOC,有效地融合了線上和線下教學(xué),實現(xiàn)了混合式課堂教學(xué)模式。該模式摒棄了大學(xué)物理教學(xué)“滿堂灌”的弊病,緩和了“大學(xué)物理”課時縮水和教學(xué)內(nèi)容擴充之間的矛盾,推動了教師對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法的改革。

    參考文獻

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    [9]曾顯葵.線上與線下的融合——MOOC環(huán)境下大學(xué)物理課程的教學(xué)實踐[J].教育觀察(上半月),2018,7(11):133-

    135.

    [10]杜允.如何讓大學(xué)物理課堂充滿生機[J].物理與工程,2016(增刊):98-100.

    Reform and Practice of College Physics Classroom Teaching Oriented by Active Learning

    DU Yun, YUAN Xiao-ping

    (Information Engineering School, Hangzhou Dianzi University, Hangzhou, Zhejiang 311305, China)

    Abstract: Based on the actual situation of the teaching objects, the College Physics Online Course (MOOC) was built on Chaoxing platform, realizing the blended classroom teaching model through the integration of “online” and “offline”. This model abandons the disadvantages of traditional college physics teaching, alleviates the contradiction between the shrinking of college physics class hours and the expansion of teaching content, and promotes the reform of teaching model, teaching content, teaching method and teaching evaluation based on the “six let principle”. Through careful arrangement of teaching content and exquisite design of teaching links, the teaching model is innovated, and the combination of discussion, guidance, teaching and other teaching methods is realized, which improves students interest and initiative in learning and improves the effect of classroom teaching.

    Key words: active learning; independent college; teaching model; teaching method

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