線上線下混合教學模式的探索與實踐
——遞進式問題驅動下的大學物理大班課堂

王 鑫，陳曙光，肖艷萍

(湖南大學 物理與微電子科學學院，湖南 長沙 410082)

隨著我國高校MOOC資源建設日趨完善和信息技術的迅猛發展，基于MOOC的線上線下混合式教學已經成為高校教學改革的大趨勢. 但在實際教學中如何充分利用線上優秀資源和智能工具平臺引導學生“主動學習”,又高效利用線下課堂教師的指導，實現從以“教師為主體”的傳統授課模式到“以學生為中心”的混合教學模式的轉換，正驅動著一線教師積極地探索和實踐. 大學物理學作為理工科大學的通識必修課程，其教學改革更加具有示范性和獨特性. 本文作者基于2020年春季線上教學的體會，在2020年秋季電磁學教學中摸索了一套基于MOOC的問題難度遞進式的線上線下混合教學模式，取得了良好的效果．

1 混合教學模式設計思路

“大學物理”是理工科大學量大、面廣的公共基礎課，面向非物理專業低年級學生，通常采用大班教學模式.“大學物理”的教學，對于幫助學生從中學的應試學習過渡到大學“主動的”“研究性”學習，實現以培養學生能力為目標的教育改革起著重要作用.

世界著名心理學家卡爾·羅杰斯首次提出了“以學生為中心”的教育觀點，認為教育的目標應該是培養能夠適應變化和知道如何學習的有獨特人格而又充分發展的人，教學過程中的各項活動都應該以學生的學習為中心，培養學生對學習負責的意識[1,2]. 根據學習成效的金字塔理論[3,4]：主動學習對知識的留存率是單純聽講的5～9倍；清華大學王青教授指出，混合教學的抓手是問題驅動式的互動教學[4]. 基于以上理論和觀點，本文在教學設計中，以學生參與教學活動中的每一個環節為原則，逐步實現學生從“回答問題，解決問題”到“發現問題，提出問題”的高層次學習. 按照科學人才觀的基本規律，把課堂設計分為知識掌握、能力培養和思政育人三大目標. 考慮到我?！按髮W物理”課程長期采用大班教學與小班討論相結合的教學形式，筆者提出了以MOOC為資源，問題難度三級遞進，將教學過程拓展為以線下大班課堂為中心的課前(線上學習)、課中(線下大班課堂)、課后(線下小班討論課)三個階段的問題驅動式互動教學. (圖1為課堂設計流程，圖2為三級問題設計思路).

圖1 課堂設計流程圖

圖2 三級遞進式問題

1.1 “概念自測”引領線上學習

課前閱讀和MOOC學習是學生的自主學習．概念自測題目的設計旨在幫助學生快速厘清課程內容的重點和思路. 學生對課程內容產生疑問，提出問題，這些問題會被教師在線收集而進入課堂教學環節，這是學生參與教學活動的第一步．

1.2 “隨堂討論”實現“答疑解惑”

學生帶著問題走進線下課堂，而教師則講解疑難點及學生疑問并組織課堂討論．隨堂討論題目的設計是依據課程內容及學生課前疑問，難度高于概念自測題目. 線下課堂的同伴討論和師生互動促進了學生對問題的理解和思考．為鞏固對知識的掌握，線下課堂還配套設置了隨堂練習和隨堂測試．

1.3 “進階思考”驅動同伴學習與探究

以上兩個環節中學生完成了對知識的記憶、理解以及應用分析，為促進學生的深度學習，本文設計了高階難度的“進階思考”題目，作為小班討論課上的深度討論和引導學生研究性學習的切入點．

2 混合教學實施過程

教學過程分為三個階段：課前(線上學習)、課中(線下大班課堂)、課后(線下小班討論課)．

2.1 階段Ⅰ——課前(線上學習)

(1) 課前發布學習任務

課前學習任務包括MOOC視頻學習內容(基本順序依據本校MOOC資源，但同時鼓勵學生使用國內外其他高校的優秀資源)，教材閱讀內容，同時發布概念自測題并要求在課前完成和在線提交．

概念自測題目通常按教學內容的展開順序以問答題的形式出現．每個問題的答案都可以在教材或者視頻學習中明確找到．例如：“感生電動勢和感生電場”這次課的概念自測題：

① 感生電動勢是怎么定義的？

② 麥克斯韋感生電場的假說是如何敘述的？

③ 比較法拉第電磁感應定律和感生電動勢定義的數學表達式，試著說明產生感生電動勢的非靜電場．

④ 梳理教材例題關于“長直螺線管內外渦旋電場分布”的計算基本步驟．

⑤ 羅列視頻和教材所提到的關于渦電流在現實生活中的應用和危害．

(2) 搜集學生問題

課前的視頻學習和教材閱讀，促成了學生的有效提問．通過手機APP和在線教學平臺，搜集學生在線學習過程中的問題(見圖3)，并在教學過程中一一做出回應．

圖3 課前學生提問展示

2.2 階段Ⅱ——課中(線下大班課堂教學)

教師在課前依據學生提出的問題，了解學生理解的難點，制定課堂教學策略，并按照教學內容設計課堂模塊及隨堂討論題目. 課堂教學由知識點串講，疑難點的課堂討論，隨堂練習及隨堂測試幾部分構成．以“感生電動勢/感生電場”一次課的內容為例，介紹教學過程．

本示例課劃分為：感生電動勢的定義、感生(渦旋)電場、感生電場的計算及應用4個知識點模塊．(圖4—圖6為各知識點模塊設計的隨堂討論問題)

圖4 隨堂討論——設計1

知識點二：“渦旋電場”．為讓學生能夠建立渦旋電場的物理直觀圖像，筆者設計了隨堂討論“請比較渦旋電場與靜電場的異同”(見圖5)，引導學生分別寫出靜電場和渦旋電場的環流和閉合曲面上的電場強度通量，畫出靜電場的電場線，直至畫出渦旋電場的封閉電場線，至于其方向的問題也在討論過程中得到進一步的澄清．

圖5 隨堂討論——設計2

知識點三：感生電場/感生電動勢的計算．基于前期的線上學習，例題細節不再詳細講解，而是在原有例題基礎上進行拓展(見圖6)，設計隨堂練習鞏固知識掌握(見圖7).

圖6 隨堂討論——設計3

圖7 隨堂練習-示例

知識點四：渦旋電場的應用. 關于渦旋電場的應用——電子感應加速器的原理，是學生課前提問的焦點，所以在這里引導學生做定性分析，定量計算部分則鼓勵學生在小班討論課，以小組形式進行演算展示(圖8為針對學生提問設計的進階討論題目).

圖8 進階討論示例

隨堂測試是大班課堂的最后一個環節．一般時長為5～8分鐘，學生在線提交并由平臺記錄成績(見圖9).

圖9 隨堂測試示例

2.3 階段Ⅲ——課后(小班討論課)

混合課堂的設計以線下大班課堂為中心，希望把學生對問題的討論延續至大班教學的課后，激發學生對問題探究的欲望和學習的主動性. 小班討論課為學生提供了討論交流的平臺.

小班討論課是大班課堂教學的配套補充，每兩周一次，每次兩個學時．小班討論課不包含在大班課堂教學的學時內，但對學生的評價卻包含在“大學物理”課程總成績內(占總成績的30%). 在線上線下混合教學模式下，小班討論課一般有兩個主要任務：① 疑難問題、例題講解；② 課堂討論題目和進階討論問題的深度討論．進階討論題目在大班課堂的教案中給出．小課教師會對學生參與討論的表現做出評判(占小班成績的1/3). 為方便討論，各個教學小班以3～4人自愿分組，小組之間協商領取本組的重點任務，小班課上小組之間相互分享，達到既有深度討論,又可以借助同伴學習擴大知識面的目的(圖10為學生在小班討論課堂分享討論結果).

圖10 小班討論課展示

這里特別說明，“進階討論題目”是三級問題的最高階，也是課堂的高階性目標．進階討論的設計是為了啟發學生的研究性學習，所以題目中既有關于相關科技發展前沿問題、實際應用問題，更有對教學疑難問題的思考(圖11為進階討論題目展示).

圖11 進階討論題展示

2.4 關于思政育人

“思政育人”作為教學設計的三大目標之一，筆者在教學中從物理方法、物理思想、科學家故事和科技前沿中挖掘物理學中無處不在的思政育人元素. 秉持“用意不用力”“潤物細無聲”的原則，思政元素的融入實際貫穿于整個教學活動中．在線上線下混合教學模式下，“進階討論”題目的設計，也提供了一個切入點. 譬如，進階討論題目的設計中，要求學生比較總結物理研究方法以實現訓練科學思維；要求查閱資料了解科技發展的前沿，以及我國科技發展所處的地位，提高學生對民族文化、國家發展的自信心，也從中了解國家發展的短板，激發學生科技報國的家國情懷和使命擔當(圖12為思政元素展示)．

圖12 思政元素展示

2.5 關于學生提問

線上學習環節設計的目的，就是激發學生發現并提出問題，讓學生帶著問題走進課堂．學生課前提出的問題，也反向促使教師隨機調整授課策略．例如有學生問“為什么講高斯定律時不講對稱性，而應用時要講對稱性？”這一問題使教師很快了解學生對高斯定律含義和高斯定律應用之間的混淆,課堂上會專門設計例題針對性說明．

在介紹帶電粒子在磁場中的運動時，學生問“若磁聚焦(相當于光學中的透鏡)所用的磁場由匝數有限的線圈產生，如何求其焦距？”學生在課前主動學習中能提出這樣的問題，反映了學生的思考,由此可以引導學生討論甚至定量的計算、分析有限長螺線管在什么地方產生的磁場是最強的．

在“鐵磁質”一節中，學生問：“溫度達到居里點磁疇瓦解后，再降溫是否還會恢復原來的鐵磁質的性質？”對這一問題的討論，甚至涉及到對熱力學第二定律的理解，同時向學生介紹居里擺的實驗[5]，并鼓勵學生課下利用最常見的器材，把這個實驗演示出來．

3 教學效果

3.1 學生反饋

學期末，請學生以小結形式對本期教學方式和效果做出評判并回收116份學生小結．95%的同學認為這種教學方式激發了學習積極性，能夠帶著問題走進教室，使得課堂學習更加有效．圖13是由電自1904班劉同學自發在同學中所做調查的結論,這一結論應該更加貼近學生的真實感受．(圖14為學生反饋截圖)

圖13 學生對混合教學的自我評估

圖14 學生對混合教學的評價

這位同學還特別指出：“包括我詢問了其它同學，認為這種模式下會花很多的時間在學物理上，這樣的好處就是期末復習的時候很輕松，很多知識點在平時就已經掌握牢固了．

該樣本中認為傳統課堂模式好的同學，原因大都是不想在平時花太多時間在這門課上，可能是對物理不感興趣或者是不喜歡主動學習．這些同學的共同特點是最后并沒有取得很好的成績．”

在小結反饋中，同學們不是簡單地對混合教學模式的肯定，還對教學過程提出了很多有益的建議，在此不再贅述．

3.2 考試成績分布

圖15是對實行線上線下混合教學班和傳統教學班級學生期末成績的橫向比較．兩個教學大班為我校電氣院同一個專業，實施混合教學班級為該專業的1901-04班，傳統教學班級為1905-08班(任課教師為省教學比賽一等獎獲得者)．混合教學大班的期末卷面及格率和平均分數分別為77%和70分，傳統授課大班對應的及格率和平均分為64.4%和67分．可以看出，實行混合教學班級的及格率和優良率(80分以上)有較為明顯的優勢．

圖15 期末成績橫向比較

圖16是對實施混合教學的1901-04班期中、期末成績的縱向比較．期中成績的卷面及格率和平均分數分別為65%和61.2分．期末成績反映了同學們在混合教學模式下的持續進步．需要說明的是，該班大學物理期中成績的及格率和平均分在各個專業的橫向比較中也是遙遙領先的．

圖16 混合教學班成績縱向比較

3.3 學習積極性和學習能力的提升

學生學習積極性和學習能力的提升，還反映在學期末學生提交的課程論文方面．課程論文為非強制性作業，同學們可以有感而發，可以但不限于隨堂討論和進階討論題目的問題限制．在所教班級116名同學中，共有8名同學提交了“大學物理”課程論文．選題涉及霍爾效應的研究進展、磁性材料研究進展以及磁滯剎車的原理等．更有一位同學就“大學物理”的教學內容和所學專業的聯系做了比較概述，為“大學物理”教學內容對接不同學科專業提供了很好的參考．

4 結語

學期初，筆者也曾顧慮課前學習是否增加學生負擔．但期末學生的反饋讓筆者看到，正是由于課前的主動學習，提高了學習的效率和層次．問題引領式的線上線下混合教學模式的可行性和學生接受度是毋庸置疑的，也會成為今后教學改革的一個方向．

但是這一模式還有很多問題有待一線教師進一步的探索．比如線上線下的混合度如何把握？如何更有效地組織學生的討論？如何定量評價學生的討論？進階討論題目如何引領學生關注物理與前沿，甚至于形成立體化思政育人的抓手？幫助學生發現問題、提出問題、解決問題，培養高階學習能力，提高人才培養質量，是教育者孜孜以求的目標．