大學(xué)物理在線教學(xué)設(shè)計與實(shí)踐

于 游，周 丹，梅 妍，牛雪蓮

（大連海洋大學(xué)海洋科技與環(huán)境學(xué)院 遼寧 大連 116023）

大學(xué)物理是工、農(nóng)、醫(yī)等專業(yè)必修的基礎(chǔ)課，學(xué)習(xí)大學(xué)物理不僅有助于培養(yǎng)學(xué)生的理科思維、科學(xué)素養(yǎng)，對接下來學(xué)習(xí)其他專業(yè)課也奠定了重要的物理基礎(chǔ)。本文針對大學(xué)物理課程特點(diǎn)，以學(xué)生為中心，以提高教學(xué)質(zhì)量為目標(biāo)，依托超星泛雅平臺、智能型在線作業(yè)系統(tǒng)、騰訊會議、高教社數(shù)字課程等多平臺對線上教學(xué)的整個過程進(jìn)行重塑，提出課前預(yù)習(xí)、課中學(xué)習(xí)、課后復(fù)習(xí)的三段式教學(xué)模式。在培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)知識目標(biāo)、能力目標(biāo)和情感目標(biāo)。

1 課程介紹

大連海洋大學(xué)（以下簡稱“我?！保┑拇髮W(xué)物理課程建設(shè)正式開始于1978 年，并于1997 年被確定為基礎(chǔ)部重點(diǎn)建設(shè)課程，1998 年被評為校級優(yōu)秀課程；2001 年被評為遼寧省高等學(xué)校首批優(yōu)秀課程；2003 年被評為遼寧省高等學(xué)校首批精品課程；2008 年基礎(chǔ)物理學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)被評為省級教學(xué)團(tuán)隊(duì)；2020 年大學(xué)物理（農(nóng)科）被認(rèn)定為國家級首批線上線下混合類一流本科課程；大學(xué)物理（A 工科）、大學(xué)物理（B 農(nóng)科）、物理實(shí)驗(yàn)（包含大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)A、B 和基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)3 門課）均被認(rèn)定為省級一流本科課程。多年來，我們始終圍繞著提高教育教學(xué)質(zhì)量開展課程教學(xué)研究和改革創(chuàng)新，共有5 項(xiàng)成果獲評遼寧省高等學(xué)校本科教學(xué)成果獎，其中2013 年、2018 年和2020 年獲得一等獎，2005 年和2009 年獲得二等獎，有力地推動了課程建設(shè)上水平。

2018 年6 月，教育部陳寶生部長在新時代全國高等學(xué)校本科教育工作會議上，首次提出了“金課”的概念。同年11 月，教育部高教司吳巖司長作了《建設(shè)中國金課》的主題報告，提出了“金課”的“兩性一度”的標(biāo)準(zhǔn)，即高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。近年來，我校大學(xué)物理教研組對課程內(nèi)容進(jìn)行分組教研，形成高效的課程建設(shè)團(tuán)隊(duì)，全面推進(jìn)了線上課程教學(xué)資源建設(shè)，通過錄制微課、建設(shè)數(shù)字課程、開發(fā)并應(yīng)用智能型在線作業(yè)系統(tǒng)，建成了豐富的線上數(shù)字資源，并進(jìn)行了新教材編寫與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)題目設(shè)計，探究將雙創(chuàng)教育融入物理課程教學(xué)之中。2017 年本課程組自行研發(fā)的國內(nèi)首個可自動批閱選擇題、判斷題、填空題、計算題等全題型的“大學(xué)物理課程智能化在線作業(yè)系統(tǒng)”通過專家鑒定，該成果達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。2020 年獲批教育部新農(nóng)科項(xiàng)目和新工科項(xiàng)目各1 項(xiàng)；2021 年?duì)款^制訂并出版了全國性課程標(biāo)準(zhǔn)2 個。

2 大學(xué)物理線上教學(xué)模式的探索和實(shí)施

大學(xué)物理通常是大班授課，在保證教學(xué)質(zhì)量的前提下，要讓更多學(xué)生參與到課堂中來，抓住學(xué)生的注意力是線上教學(xué)的關(guān)鍵。通過設(shè)計教學(xué)模式，豐富教學(xué)內(nèi)容，來重塑高效的教學(xué)過程。教師和學(xué)生是整個教學(xué)過程中的兩大主體，課程組從教師和學(xué)生出發(fā)，設(shè)計了三段教學(xué)模式，即課前預(yù)習(xí)、課中學(xué)習(xí)、課后鞏固，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和獨(dú)立思考能力（圖1）。

圖1 在線教學(xué)模式的設(shè)計

2.1 課前預(yù)習(xí)

教師在課前一周發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)單，以機(jī)械波部分內(nèi)容為例（圖2），要求學(xué)生對照學(xué)習(xí)任務(wù)書完成預(yù)習(xí)任務(wù)。學(xué)習(xí)任務(wù)書是為學(xué)生設(shè)計的，即從學(xué)生的角度出發(fā)，通過學(xué)習(xí)任務(wù)書學(xué)生要知道學(xué)什么、怎么學(xué)、必須完成哪些內(nèi)容、有哪些知識點(diǎn)必須掌握，使整個學(xué)習(xí)過程能夠一目了然。因此，任務(wù)書中包括四大部分，分別為學(xué)習(xí)內(nèi)容（明確學(xué)習(xí)的章節(jié)內(nèi)容）、學(xué)習(xí)資料（包含教材頁碼、學(xué)習(xí)通中微課視頻的位置名稱和時長信息、PPT 資料）、作業(yè)（即在智能化作業(yè)系統(tǒng)中對應(yīng)的作業(yè)信息）和問答題。其中作為自學(xué)最重要的資源之一的視頻資源即是我校教師自錄自建的視頻，視頻時長已作標(biāo)注，大多數(shù)為幾分鐘，少數(shù)十幾分鐘，避免學(xué)生出現(xiàn)因?yàn)橐曨l冗長而失去學(xué)習(xí)興趣的情況。教師可以在課上直播時，對微課視頻中的內(nèi)容進(jìn)行強(qiáng)調(diào)和補(bǔ)充，因此需要學(xué)生對視頻進(jìn)行提前觀看預(yù)習(xí)。作業(yè)系統(tǒng)中的作業(yè)可以反復(fù)修改，通過作業(yè)題目對課程內(nèi)容進(jìn)行應(yīng)用和強(qiáng)化。問答題的內(nèi)容即是學(xué)生完成本節(jié)學(xué)習(xí)必須掌握的內(nèi)容，學(xué)生可以帶著問題學(xué)習(xí)，例如在波的干涉一節(jié)中，在機(jī)械振動合成的基礎(chǔ)上，弄清機(jī)械波的疊加和機(jī)械振動合成的關(guān)系，就能夠掌握機(jī)械波疊加的根本原因和規(guī)律。在完成學(xué)習(xí)任務(wù)的過程中培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和獨(dú)立思考能力。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的問題，會希望在課上直播中找到答案，提高了課上的學(xué)習(xí)效率。

圖2 在線學(xué)習(xí)任務(wù)單

2.2 課中學(xué)習(xí)

對于直播平臺的選取，經(jīng)過研討，課程組選用了“騰訊會議+學(xué)習(xí)通+QQ”的教學(xué)模式，并且在課前已經(jīng)參加了相關(guān)的軟件使用培訓(xùn)，教師能熟練使用各項(xiàng)功能，使得線上教學(xué)過程得以順利開展。在正式上課之前，教師在QQ 群中提醒學(xué)生上課，并把騰訊會議號發(fā)到QQ 群中。由于存在個別學(xué)生只在學(xué)習(xí)通簽到，而不及時進(jìn)入會議室的情況，所以兩個平臺里的遲到和曠課分別計入考勤，可以督促學(xué)生盡快進(jìn)入課堂學(xué)習(xí)。在講解教學(xué)內(nèi)容之前，教師在學(xué)習(xí)通發(fā)布測驗(yàn)題，檢驗(yàn)學(xué)生的預(yù)習(xí)成果，通過測驗(yàn)題的答題情況總結(jié)學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，找出知識薄弱點(diǎn)，并及時針對學(xué)生的預(yù)習(xí)情況進(jìn)行課上重點(diǎn)內(nèi)容的調(diào)整。直播授課可以突破教師和學(xué)生的時空限制，但是學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中容易受周圍環(huán)境影響出現(xiàn)注意力不集中的情況，因此如何提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性成為線上教學(xué)的關(guān)鍵點(diǎn)，筆者將從以下幾點(diǎn)實(shí)施：

2.2.1 課堂活動設(shè)置

在講授內(nèi)容的同時，通過學(xué)習(xí)通設(shè)置課堂活動，例如設(shè)置選擇題、簡答題、討論題等，根據(jù)學(xué)生注意力變化曲線，活動間隔一般設(shè)置為15-20 分鐘。選擇題的設(shè)置內(nèi)容一般針對某些概念性、基礎(chǔ)性、判斷性的試題，學(xué)生操作性強(qiáng)，參與度高。對于學(xué)習(xí)過課程內(nèi)容可以直接選出的問題，把答題情況納入平時成績考核，例如：當(dāng)光源向著觀察者運(yùn)動速度越快時，觀察者測得的光速越快。這種說法是否正確？對于需要思考、計算的題，不納入平時考核。例如：一個物體受到兩個力，合力為零，能不能發(fā)生轉(zhuǎn)動？簡答題一般設(shè)置為對重要公式的問答，學(xué)生通過回答問題，加強(qiáng)對公式的理解和記憶。

2.2.2 雙賬號直播

由于大學(xué)物理課程中包含很多重要公式，為了能讓學(xué)生更理解公式，教師授課過程中推導(dǎo)公式時采用雙賬號雙攝像頭的直播模式，一個賬號教師露臉直播，使學(xué)生能夠看到教師的表情，縮小線上課堂與線下課堂的差異，同時能夠增強(qiáng)學(xué)生和教師間的互動。另一個賬號用于演示具體推導(dǎo)過程，通過手寫板模擬線下上課黑板手動推導(dǎo)，注重公式的過程演化，培養(yǎng)學(xué)生的理科思維，加強(qiáng)學(xué)生的理解。

2.2.3 教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新

物理是一門歷史悠久的自然學(xué)科，隨著科技的發(fā)展，社會的進(jìn)步，物理已滲入人類生活的各個領(lǐng)域。在講授理論知識的同時，加強(qiáng)知識的應(yīng)用尤為重要，教師在授課內(nèi)容中可增加與具體實(shí)際相結(jié)合的案例，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，相對論部分的內(nèi)容枯燥和抽象且難以理解。在解釋光的運(yùn)動不服從伽利略速度變幻時，教師引入了北宋時期史料記載的超新星爆發(fā)實(shí)例，如果按照伽利略速度變換計算，超新星爆發(fā)強(qiáng)光持續(xù)的時間為25 年，實(shí)際則持續(xù)22 個月，為光速不變提供了有力的證據(jù)，也能引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增加說服力。

大學(xué)物理課程中進(jìn)行課程思政以促進(jìn)學(xué)生書立正確的世界觀、人生觀、價值觀，弘揚(yáng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神，增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感和榮譽(yù)感為目標(biāo)。大學(xué)物理課程進(jìn)行思政教育需要教師在課前挖掘思政元素、編寫思政教案。由于萬事萬物離不開物理，且物理是一門成熟的科學(xué)，具有豐富的發(fā)展史，另外我們國家在科學(xué)研究方面做了許許多多突出的工作，有些已經(jīng)達(dá)到了世界領(lǐng)先水平，因此有許多可以穿插在教學(xué)中的思政內(nèi)容，起到潤物細(xì)無聲的作用。在課程講授過程中，教師可從三個大維度進(jìn)行思政教育：家國情懷、科學(xué)精神以及中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，例如：在講解角動量以及角動量守恒內(nèi)容中，介紹中國空間站天宮課堂的角動量守恒的演示實(shí)驗(yàn)，介紹脈沖星形成過程及形成過程中的角動量守恒，以及我國在脈沖星導(dǎo)航方面取得的突出成果。在講授霍爾效應(yīng)的時候，介紹霍爾效應(yīng)的發(fā)展史，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中利用霍爾效應(yīng)測量磁場的內(nèi)容介紹，同時科普我國薛其坤院士團(tuán)隊(duì)在量子反常霍爾效應(yīng)方面做出的工作，中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)副校長薛其坤教授領(lǐng)導(dǎo)的清華大學(xué)、中科院物理研究所實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)完成的“量子反?；魻栃?yīng)的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)”項(xiàng)目，獲得本年度國家自然科學(xué)獎項(xiàng)中唯一的一等獎。培養(yǎng)學(xué)生的愛國精神、增強(qiáng)其民族自信心，促進(jìn)學(xué)生堅持不懈精神的培養(yǎng)。在教學(xué)中結(jié)合思政案例，使得知識內(nèi)容更有說服力，實(shí)現(xiàn)了教書育人相互促進(jìn)，落實(shí)了立德樹人的根本任務(wù)。

2.2.4 優(yōu)化教學(xué)思路

大學(xué)物理課程具有涵蓋質(zhì)點(diǎn)范圍廣泛，且概念抽象的特點(diǎn)，學(xué)好大學(xué)物理需要學(xué)生具備一定的理科思維，雖然學(xué)生在高中階段已經(jīng)有了一定的知識基礎(chǔ)，但是在大學(xué)階段更深入的學(xué)習(xí)中，面對復(fù)雜的公式，難免會感到枯燥。這就要求教師在教學(xué)時可以盡量采用問題驅(qū)動，應(yīng)用過渡性或引導(dǎo)性的話語將問題拋給學(xué)生，并留出學(xué)生的思考時間。問題的設(shè)計不要太復(fù)雜、太寬泛，以增加學(xué)生互動為前提。另外教師還要優(yōu)化教學(xué)思路，制訂每節(jié)課的知識主線，讓學(xué)生學(xué)完后能在腦海形成知識框架，并具備在課后自己繪制思維導(dǎo)圖的能力。

2.3 課后鞏固

課后的鞏固學(xué)習(xí)也是非常重要的，為了使學(xué)生能夠及時掌握和理解教學(xué)內(nèi)容，教師可從以下幾方面入手：

2.3.1 授課視頻的錄制回放

大學(xué)課程一般為1 個半小時左右，授課時間長，涉及內(nèi)容多。為了使學(xué)生能夠?qū)W(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行更好的梳理，除了鼓勵學(xué)生養(yǎng)成記課堂筆記的良好習(xí)慣外，教師還可以利用騰訊會議進(jìn)行授課視頻的錄制，學(xué)生可以根據(jù)需求無限次回看授課內(nèi)容，如果仍有不懂的問題，還可以聯(lián)系教師進(jìn)行答疑。

2.3.2 課下答疑

答疑是大學(xué)物理教學(xué)過程中必不可少的環(huán)節(jié)。線下答疑可以面對面交流，但容易受到時間地點(diǎn)的限制。教師可采用QQ 群加強(qiáng)和學(xué)生的交流和輔導(dǎo)，并根據(jù)學(xué)生的反饋、提問和補(bǔ)充，完善教學(xué)內(nèi)容，形成良性循環(huán)。QQ 群答疑要實(shí)時，解決學(xué)生問題要及時，否則容易影響學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

2.3.3 課下總結(jié)

課后要求學(xué)生對智能型在線作業(yè)系統(tǒng)中的作業(yè)進(jìn)行修改，同時，教師要及時查看學(xué)生在作業(yè)系統(tǒng)中的答題情況，整理易錯題，找出易錯知識點(diǎn)，有針對性地在習(xí)題課上進(jìn)行講解和指導(dǎo)。學(xué)生的出勤情況教師可以在騰訊會議中導(dǎo)出出勤名單，及時整理遲到和曠課的同學(xué)，并且對課上學(xué)生的參與情況進(jìn)行評價。

3 教學(xué)評價和心得

教學(xué)評價是提高教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵一環(huán)，教師根據(jù)教學(xué)評價及時和學(xué)生交流，調(diào)整教學(xué)計劃是提高教學(xué)質(zhì)量最直接的途徑。在課后，筆者針對線上學(xué)習(xí)的情況對學(xué)生進(jìn)行了無記名方式的調(diào)查問卷，情況如圖3：在線上學(xué)習(xí)是否能促進(jìn)學(xué)習(xí)主動性的調(diào)查中，共有80 名學(xué)生參與問卷，有56%的學(xué)生選擇了線上教學(xué)能夠促進(jìn)學(xué)習(xí)的主動性。在線上教學(xué)和線下教學(xué)比較中，共94 名學(xué)生參與問卷，39%的學(xué)生更喜歡線上教學(xué)，45%的學(xué)生認(rèn)為兩種教學(xué)形式都可以接受，根據(jù)交流發(fā)現(xiàn)，這些學(xué)生認(rèn)為線上學(xué)習(xí)不受時空限制，而且可以較好地和老師交流溝通，回答問題也比較踴躍。另有16%的學(xué)生更喜歡線下教學(xué)，他們認(rèn)為線下學(xué)習(xí)體驗(yàn)感強(qiáng)，注意力更容易集中，而線上學(xué)習(xí)感覺比較放松。針對這一點(diǎn)，教師需要在以后的線上教學(xué)中加強(qiáng)對學(xué)生的督促。

圖3 調(diào)查問卷

線上教學(xué)中教師和學(xué)生都要面對許多困難，教師從線下走到線上，成為引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)的策劃者、主導(dǎo)者，需要在課前做好充分的準(zhǔn)備工作，編寫學(xué)習(xí)任務(wù)書、編寫思政教案、編寫課前測試題、調(diào)試硬件、組織準(zhǔn)備課堂教學(xué)內(nèi)容以及課后整理學(xué)生出勤及課堂參與情況等。不過，教師所做的這些也為線下教學(xué)提供了指導(dǎo)，并且在備課的過程中提高了自身的專業(yè)素養(yǎng)。希望日后可以在具體的教學(xué)過程中不斷摸索，不斷改進(jìn)。