大学物理模块化在线教学设计与实践

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［关键词］在线教学；模块化；大学物理；以学为中心

利用“互联网+教育”的理念，通过在线教学实现“停课不停学”是疫情防控特殊时期的重大举措。但在线教学相比于课堂教学，教学环境、师生关系以及教学组织结构和管理方式都发生了变化，教师如果还是照搬课堂教学的经验、模式与方法进行网上教学，无异于用线上课堂的短板去对应课堂教学的长板，实际效果必然不佳，如何让学生在线主动学习是在线教学需要解决的问题[1]。相比于课堂教学，在线教学网络资源丰富，可以不受时空的限制，这些优势更加适合于以学为中心，而不是以教为中心的教学模式。在线教学中可以将知识内容进行模块化的划分，学生根据自己的基础水平以及能力特点，有选择地进行自主学习，教师也可以通过进阶式的模块引导学生提高知识水平和能力素养。本文以大学物理课程为例，进行以学为中心的模块化在线教学的探索。

一、以学为中心的在线教学特点

以学为中心就是视学生为学习和发展的主体，学生是知识的主动建构者，教师要利用各种教学因素来支持学生的自主学习和协作学习，为学生提供优质的学习资源，培养学生学习的自主性、能动性、创造性[2]。网络环境是以学为中心教学模式非常重要的环境手段，在线教学本身就是基于建构主义，自我驱动性的自主式学习[3]。学生可以按照自己的时间来进行合理的规划，根据学习需要，重听或重学部分内容，从而更好地掌握所学内容，并充分巩固学习效果，有效地增强学习的针对性，提高个人的学习效率。同时，通过网络可以方便地实现学生之间互相交流和协作，宽松的学习氛围更可以使学生发挥他们的聪明才智和主观能动性[4]。但是与线下教学相比，在线教学要求教学双方必须都能上网，教学效果受网络因素的影响较大，同时在缺少教师现场指导的情况下，在线教学对学生的学习能力和自我约束能力要求较高。因此，在教学设计方面就要充分考虑在线教学的优缺点，要特别重视教师的主导作用，教师并不是单纯的“主播”，要在教学目标分析的基础上，对线上教学过程进行组织，为学生对学习主题的知识建构提供指导和帮助，合理调节教学节奏，从而让在线教学更加有效地开展。

二、以学为中心的大学物理在线教学探索

（一）在线教学环境调查

在线教学所有的教学过程都是在线完成，教师端的设备和网络环境容易满足，而学生端的设备和网络配置将成为制约在线教学效果的重要因素。为此，在进行在线教学前，笔者对本班学生的网络基本情况及在线教学需求进行了问卷调查。调查显示，95.18%的学生家中有电脑，所有学生都有智能手机，满足在线教学所需的基本硬件环境；85.72%的学生家中有Wifi环境，且网络带宽主要在20M以上，所有的学生手机都设有流量包月，55.71.%的学生手机流量在30G以上或是不限量，94.15%的学生家中移动信号一般或良好，满足在线教学的网络环境，但要注意在线教学中偶尔出现的网络故障和平台问题。在线教学不是一个人的教学，而是要依靠教学平台来完成，教学平台性能的好坏直接影响教学效果。结合大学物理特点，要达到良好的在线教学效果，教学平台除了要满足可以直播授课外，还要能够实现屏幕共享、课堂问答和师生互动，同时学生可以回放授课视频，教师可以通过平台收集学生学习情况的数据反馈。目前常用的教学平台主要有超星学习通、雨课堂、钉钉、腾讯课堂、ZOOM等，从功能的角度来说，这些平台基本上能够满足教师的要求，教师可根据自己的使用习惯来选择所需的教学平台[5]。本文以钉钉直播平台为主要教学形式，雨课堂为辅助形式，实现课堂反馈与互动，同时建立班级微信群，应对突然出现的网络故障和平台问题。

（二）以学为中心的大学物理在线教学设计

建立以学为中心的教学理念，教学方法上采用问题驱动式教学，以学生为主体，以问题为中心，以网络教学平台作为主要教学手段，根据学生学习基础和水平，进行个性化的教学，将线上教学的基本流程划分为基础知识模块、疑难问题模块和提升拓展模块三部分，通过师生互动交流，驱动各模块的学习，引导学生发挥知识构建的主动性与积极性。下面以大学物理中的“刚体的角动量定理和角动量守恒定律”内容为例，说明教学实施的具体过程。1.基础知识模块。“刚体的角动量和角动量守恒定律”是教育部《理工科类大学物理课程教学基本要求》中的A类核心内容，要求学生理解刚体角动量的概念，能够运用角动量守恒定律解决问题。为此，我们在基础知识模块的教学中把刚体角动量及其定理的建构过程作为重点，通过自学引导和直播授课两部分完成知识建构。自学引导时，教师通过雨课堂制作“预习学习单”，并向学生手机端推送，学习单内容是3个层层递进的问题，即“已经学过的质点的角动量形式是如何得出的？”“刚体的角动量和质点角动量的异同点有哪些？”“内力矩是否改变系统的角动量？”，以此来引导学生通过学过知识点来自主建构新知识，并学习类比的研究方法，对新知识进行分析，同时完成1道概念测试题。教师通过雨课堂设置的教学日志列表，查看学生概念测试题目作答数据以及学生留言反馈等信息。通过移动的线上反馈手段，教师可以及时了解学生预习完成情况，引导学生自主学习。在预习学习的基础上，教师利用钉钉直播进行授课。授课过程通过问题“刚体角动量和质点角动量的关系是什么？”“力矩如何改变刚体的角动量”“角动量守恒的含义是什么？”“刚体角动量什么情况下守恒？”等引导学生思考。学生通过雨课堂发弹幕，与教师互动。少了传统课堂教学的束缚感，学生在网上的讨论氛围更轻松，弹幕的形式能够让教师更快地了解学生的想法，对学生的疑问直接进行解答。问题讨论通过雨课堂随机点名和钉钉举手的方式进行，以增加学生学习的参与感，提高教学效果。每个知识点建构完成后，利用雨课堂以选择题的形式进行教学练习。因为答题结果是匿名的，只有学生自己和教师知道成绩，所以学生更愿意参与，这提高了学生学习的积极性。雨课堂将学生答题正确率反馈给教师，如果80%的学生都已掌握，教师则直接进入下一知识点；如果正确率不到80%，教师会对涉及的知识点进一步讲解分析，接着再进行一次题目测试，查看学生的掌握情况。在基础知识模块中，对不容易理解的知识点，学生可根据自己的掌握情况，利用钉钉网络平台进行回看，提升自主学习的能力。2.疑难问题模块。在学生完成基本知识的建构之后，教师根据雨课堂反馈的答题情况，进行个性化的教学。此时，教师可以将学生分为知识加强组和疑难探究组。其中答题正确率比较低的学生为知识加强组，这部分学生继续参与课堂，教师针对其错误问题进行进一步的知识讲解，并加以练习，帮助他们掌握重点知识。同时，将选做题目推送给答题正确率较高的疑难探究组，学生可根据自身情况，选择继续听教师的知识讲解，也可以对选做题目进行自主探究，通过钉钉班级圈进行交流，发挥互联网共享与互动的优势。在充分讨论的基础上，教师在辅导答疑时间对问题焦点进行分析，引导学生发现认知上的不足，加深他们对知识的理解。3.提升拓展模块。“刚体的角动量定理和角动量守恒定律”是刚体部分的最后一节内容，经过基础知识模块和疑难问题模块的学习，学生已经具有刚体定轴转动的相关知识储备，为了更好地将所学知识与实际问题相联系，提升学生解决问题的能力，教师在钉钉班级圈中供探究的小课题，对所学知识进行拓展。课题内容以开放性的研究问题为主，如2016年的CUPT的竞赛题目“如何用非损伤的方法来检测鸡蛋煮熟的程度”，针对这个题目，教师引导学生思考：是否可以从分析鸡蛋的转动惯量入手，探究鸡蛋煮熟的程度？除此之外还有什么方法能够无损检测？学生以小组为单位，通过分组协同收集资料，运用所学知识进行理论分析，利用居家生活的材料进行实验探究，通过手机上的Phyphox软件进行实验的测量，通过InteractivePhysics、Tracker等软件进行模型仿真和数据分析，各个小组可以利用视频会议的方式进行互动研讨。经过两个星期的探究之后，在线上安排讨论课进行小组报告，学生利用钉钉视频会议展示小组的研究报告，分享自己的研究成果。在提升拓展模块中，学生通过实际物理现象发掘物理本质，提高运用所学知识解决问题的能力，以此培养学生的团队合作精神和创新开放思维。

三、在线教学的效果反馈

（一）单元测试比较

为了进一步了解以学为中心的在线教学效果和学生对知识的掌握程度，在经典力学知识讲授结束后，我们进行了测试：将2019年课堂教学的同专业教学班作为对比班，测试题目与2019年同期测试题相同，并利用钉钉视频会议保证测试效果的公平性。成绩统计显示，在线教学班的平均分为76.96分，对比班的平均分为74.4分，在线教学班略高于对比班，在线教学的总体教学效果良好。其中优秀率和不及格率对比如图1所示。可以看出，在线教学班优秀率为15.7%，对比班优秀率10.5%，在线的模块化教学，能够提升学生的自学能力，对那些自律性强的学生来说成绩提高明显；但从不及格率的对比中也能看出，在线教学班的不及格率较高，达到8.7%，这反映出对于自律性不强的学生来说，由于少了教师的管理和监督，在线教学的学习效果有所下降。

（二）问卷调查

在单元测试之后，我们对学生进行了问卷调查，见图2。调查显示，通过这一个多月的教学，学生对教师采用的教学方式很感兴趣，在对线上教学和线下教学形式的比较上，有16.87%的学生更喜欢新的线上教学方式，另有24.1%的学生还是更喜欢传统的线下教学，不过有57.83%的学生认为线上和线下教学方法都不错。相信在疫情结束之后，采用线上和线下相结合的混合式教学模式进行教学，会得到绝大多数学生的认可，取得更好的教学效果。关于线上教学与学习主动性的调查见图3，有69.88%的学生认为线上教学能够促进学习的主动性，另有14.46%的学生因为居家学习自律性不高，所以觉得线上教学降低了学习的主动性。关于线上教学的教学形式调查见图，的学生希望在线上教学中增加一些互动性的交流，这说明学生对线上交流的互动要求还是比较高的，希望在学习中增加师生和生生之间的研讨和交流。但有16.87%的学生觉得互动交流增加了学习任务和时间，所以希望减少互动的次数。

四、在线教学的注意事项

通过一个月的教学实施，“以学为中心”的模块化在线教学，能够既注重学生的主体地位，又加强教师的主导，同时增强生生之间、师生之间的互动交流，共同完成知识的传授和能力的提升，达到较好的教学效果。但是在教学实施过程中要注意以下两个方面的问题。

（一）在线教学的时间及节奏把握

由于在线教学没有教学的空间限制，教师容易忽视教学的时间限制，造成讲授时间过长，引起学生疲劳。在教学过程中，模块化的教学方式方便教师进行时间把控。在知识传授的节奏把控上，20分钟左右完成一个知识点的传授，能够避免学习的疲惫性，也可以引导学生自主讨论，避免长时间的知识灌输。

（二）形成性的评价方式

课程考核是决定学生实际发生变化、实际达到何种程度的过程，是教学过程的中心。由于在线教学的特殊性，教师要想实现学生自学、互动、探究的教学，就要改变传统的考核方式，注意过程考核和形成性的评价。多样化的教学组织模式和全过程的考核方式，可以促使学生自主学习、参与课堂、协作探究。五、结束语在疫情期间，充分利用在线教学的优势，以学为中心，借助网络教学平台，根据学生学习基础和水平，通过不同的模块进行有针对性的教学，既增加了学生自主学习的机会，又达到因材施教的目的，取得了良好的教学效果。

［参考文献］

［1］王青.识变、应变：面向未来的在线大学物理教育：教育部高等学校大学物理课程教学指导委员会关于推进在线物理教育教学研究的工作［J］.物理与工程，2020（2）：3-6.

［2］吴砥.在线教学更适合以“学”为主［J］.中国电化教育，2020（4）：6-7.

［3］牟蕾，张军，万小朋.发挥在线开放课程效能推动“以学生为中心”的教学模式改革［J］.中国大学教学，2017（6）：54-55.

［4］于四海.基于信息技术的以学为主教学设计研究［J］.黑龙江高教究，2010（9）：142-144.

［5］杨海军，张惠萍，程鹏.肺炎疫情期间高校在线教学探析［J］.中国多媒体与网络教学学报（上旬刊），2020（4）：194-196.

作者：何静 郭东琴 郜伟 单位：战略支援部队信息工程大学