高校物理類課程翻轉(zhuǎn)型作業(yè)改革與探索

亓 鵬 王殿生 王玉斗 周 偉 劉學(xué)鋒 周麗霞 劉 健

(中國石油大學(xué)(華東)理學(xué)院，山東 青島 266580)

高校物理類課程翻轉(zhuǎn)型作業(yè)改革與探索

亓 鵬 王殿生 王玉斗 周 偉 劉學(xué)鋒 周麗霞 劉 健

(中國石油大學(xué)(華東)理學(xué)院，山東 青島 266580)

作業(yè)是課程教學(xué)的一個重要環(huán)節(jié)，針對物理類課程作業(yè)枯燥乏味、難度大的特點，通過對其重新設(shè)計，使其煥發(fā)出新的活力，使這一教學(xué)環(huán)節(jié)發(fā)揮出應(yīng)有的重要作用。設(shè)置翻轉(zhuǎn)型作業(yè)，讓學(xué)生結(jié)合課堂所學(xué)知識，思考生活中遇到的現(xiàn)象或者問題，抽象出物理模型，自己設(shè)計題目自己做，可以有效解放學(xué)生的思想，增強物理問題的趣味性，進而提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理類課程的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和協(xié)作能力。在此基礎(chǔ)上還增加了學(xué)生提問式課堂問答，培養(yǎng)學(xué)生提出問題的能力。實踐結(jié)果表明，這一方法極大地激發(fā)了學(xué)生做作業(yè)的積極性，學(xué)習(xí)效果有了大幅度提高。

作業(yè)改革；翻轉(zhuǎn)型作業(yè)；物理；課堂問答

在高校的許多課程教學(xué)過程中缺少作業(yè)環(huán)節(jié)，許多人認為只有中小學(xué)教師才應(yīng)該布置和批改作業(yè)，許多教師在一門課中布置的作業(yè)不超過5次，有些教師甚至認為大學(xué)中的作業(yè)是可有可無的，教師只管教，做習(xí)題是學(xué)生自己的事。由于對作業(yè)不重視，也導(dǎo)致了傳統(tǒng)高校作業(yè)存在諸多問題：單一的課后習(xí)題、缺少綜合性作業(yè)、缺少合作交流性作業(yè)、教師單一批閱評價、作業(yè)反饋周期過長等。也有許多教師認為，布置和批改作業(yè)是一個重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，任何一個學(xué)科、任何一門課程都應(yīng)該布置適量作業(yè)，并且要認真批改[1]。他們在作業(yè)方面提出了一些行之有效的改革。然而，在高等教育中，隨著科技的進步，各種教學(xué)改革新方法也逐漸提出，總體而言，作業(yè)方面的改革力度仍然落后于教學(xué)方法改革。

物理類課程作業(yè)作為高等教育作業(yè)中的一種，既有共同的特點，也有自身獨特的地方。一是物理類課程作業(yè)難度較大，學(xué)生不愿意做；二是現(xiàn)有的物理類習(xí)題都是過于理想化的問題，與現(xiàn)實脫節(jié)，學(xué)生覺得枯燥乏味，因而不愿意做。針對物理類課程作業(yè)的特點，筆者首先總結(jié)了傳統(tǒng)作業(yè)存在的問題，借鑒了教育工作者提出的有益作業(yè)改革方法，探索了基于翻轉(zhuǎn)型作業(yè)的高校物理類課程作業(yè)改革的新方法，并取得了較好的成績。

1 現(xiàn)有的作業(yè)改革與探索

1.1 提高作業(yè)重視程度

要提高對高校作業(yè)的重視程度，思想上的重視是一切行動的前提。應(yīng)該從高等教育的指導(dǎo)上重視作業(yè)環(huán)節(jié)，高等教育的相關(guān)方針、政策、規(guī)范、標準等應(yīng)該突出作業(yè)環(huán)節(jié)。完善高校作業(yè)環(huán)節(jié)相關(guān)管理制度和規(guī)范、要求，形成強有力的制度保障。在學(xué)生教學(xué)管理方面，應(yīng)該積極地將高校作業(yè)成績與學(xué)生的分數(shù)、學(xué)分等掛鉤，完成相應(yīng)的制度建設(shè)，增加作業(yè)成績的比重[2]。也有教師提出，教師在作業(yè)方面應(yīng)該起到表率作用，一方面自己認真批改作業(yè)，及時糾正作業(yè)中的錯誤，另一方面還要嚴格要求學(xué)生[1]。

1.2 統(tǒng)一作業(yè)向分層次作業(yè)轉(zhuǎn)變

充分認識到學(xué)生的智力、興趣、技能是有差異的。在教學(xué)過程中，教師根據(jù)不同學(xué)習(xí)層次的學(xué)生，布置不同要求的習(xí)題作業(yè)[3]。對于基礎(chǔ)較好的同學(xué)，可以探索一題多解，積極探索解答途徑和方法，有利于學(xué)生養(yǎng)成發(fā)散思維、深入思考的習(xí)慣，使作業(yè)真正成為課堂教學(xué)的一種補充和深化[4]。對于基礎(chǔ)較差的同學(xué)，可以多做一些基礎(chǔ)知識作業(yè)，難度較低，以鞏固課堂所學(xué)知識為主。

1.3 由單一作業(yè)向多樣化作業(yè)轉(zhuǎn)變

在作業(yè)形式上注重多樣化，將教材預(yù)習(xí)、書面作業(yè)、實驗作業(yè)、大作業(yè)、課程設(shè)計等相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的態(tài)度和基于問題的學(xué)習(xí)能力[2,3]。為豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，開拓學(xué)生的學(xué)習(xí)視野是其中的一個必要環(huán)節(jié)。所以在作業(yè)內(nèi)容上確保新穎、先進，突出培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、知識應(yīng)用和設(shè)計能力，以及嚴謹?shù)目茖W(xué)素養(yǎng)，充分挖掘物理課程對人才培養(yǎng)的潛在價值[5]。

1.4 由知識性作業(yè)向綜合性作業(yè)轉(zhuǎn)變

改變單一的知識性作業(yè)，作業(yè)內(nèi)容不再只限于教材，而是聯(lián)系實際應(yīng)用。形式上也不再只限于做題，而是使用網(wǎng)絡(luò)及多媒體技術(shù)，精心制作大作業(yè)和課程設(shè)計。內(nèi)容可以是課程主題發(fā)展的綜述、課程某些章節(jié)的綜合應(yīng)用等[3]。綜合性作業(yè)不僅強化了基礎(chǔ)知識，而且強調(diào)了對學(xué)生方法、技能、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

1.5 由獨立性作業(yè)向小組合作性作業(yè)轉(zhuǎn)變

已有不少教師認識到合作性作業(yè)獨有的特色，并開始在教學(xué)中使用。主要有4個步驟：團隊組建、作業(yè)探究、成果展示、總結(jié)評價[3]。合作性作業(yè)既增強了學(xué)生的探索精神和參與意識，又培養(yǎng)了學(xué)生團隊協(xié)作精神，并有利于學(xué)生自我認識的提高和學(xué)習(xí)興趣的提高[6-8]。

1.6 由教師評價向多人多方式共同參與評價轉(zhuǎn)變

有些教師提出師生共同評價相結(jié)合的評價方式，樹立學(xué)生的主體意識，并在評改過程中學(xué)會自我發(fā)現(xiàn)、學(xué)會自我反思和欣賞他人[6]。有教師把作業(yè)貼到教師博客上，教師和學(xué)生在作業(yè)后自由點評，不僅可以有效避免學(xué)生抄襲作業(yè)，還方便學(xué)生相互對比，激勵其取長補短，使得師生的交流溝通從一對一變?yōu)槎鄬Χ啵@比傳統(tǒng)的作業(yè)方式有效得多[2]。也有教師提出綜合評價體系：教師評價、學(xué)生自我評價、學(xué)生互評、課程網(wǎng)站公開評價等方法，實現(xiàn)作業(yè)的及時、異步和高效的反饋與矯正[3]。還有教師把師生共評要求進行了細化：評思路、評過程、評表述、評結(jié)果[9]。

1.7 采用項目式作業(yè)以培養(yǎng)創(chuàng)新能力

項目式作業(yè)是指在某一教學(xué)階段，教師根據(jù)課程教學(xué)大綱的內(nèi)容、教學(xué)進度和學(xué)生掌握的知識水平，設(shè)計能涵蓋相關(guān)知識點，并結(jié)合現(xiàn)實生活實際的綜合性作業(yè)[5]。在教師的指導(dǎo)下，鼓勵學(xué)生自己動手進行項目作業(yè)，并要求學(xué)生項目作業(yè)結(jié)束后，寫出項目作業(yè)過程，分析項目作業(yè)中存在的問題與不足，以利于提高項目作業(yè)技術(shù)水平和動手能力的培養(yǎng)[10]。

1.8 充分利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提高作業(yè)管理效率

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展至今，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺大量出現(xiàn)，與校園網(wǎng)相結(jié)合，十分好用，比幾年前的電子郵件、博客、論壇等[2,4]管理作業(yè)的方法要方便得多。有些學(xué)校甚至研發(fā)出能自動識別出公式的智能批閱計算題的系統(tǒng)，極大地減少了教師的工作量[11]。

1.9 其他作業(yè)改革方法

(1) 取材于生活，創(chuàng)設(shè)生活小問題，讓學(xué)生根據(jù)自己的專業(yè)所長，選擇不同的題目，主動查找資料進行解答，可以加強對物理概念的理解，有效地提高對物理知識的靈活運用[5]。

(2) 學(xué)習(xí)物理學(xué)家在科學(xué)研究過程中體現(xiàn)出的百折不撓的科學(xué)精神、一絲不茍的科學(xué)態(tài)度和求真務(wù)實的工作作風(fēng)，可以使學(xué)生在學(xué)習(xí)物理規(guī)律的同時，弘揚物理學(xué)家的人格品質(zhì)，在潛移默化中培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)目茖W(xué)素養(yǎng)[5]。

2 翻轉(zhuǎn)型作業(yè)改革與探索

廣大教育工作者分別從以上9個方面進行了作業(yè)改革，取得了較好的效果。在充分借鑒前人方法的基礎(chǔ)上，本文對高校物理類課程作業(yè)進行了更深入的研究和實踐，提出了翻轉(zhuǎn)型作業(yè)改革嘗試，力圖讓學(xué)生從接受性學(xué)習(xí)方式向主動性學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力。所謂翻轉(zhuǎn)型作業(yè)，是指學(xué)生結(jié)合課堂所學(xué)知識，思考生活中遇到的現(xiàn)象或者問題，抽象出物理模型，自己設(shè)計題目自己做。為了確保翻轉(zhuǎn)型作業(yè)的順利實施，我們首先公開作業(yè)方案和評價標準，以提高對作業(yè)的重視程序；然后因材施教，對不同學(xué)生實施不同的作業(yè)方案；最后實行翻轉(zhuǎn)型作業(yè)，并對實施效果進行分析。在實踐過程中，我們還穿插著進提問式課堂問答，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。具體的改革方案如下。

2.1 公開作業(yè)方案和評價標準，提高學(xué)生對作業(yè)的重視程度

每位教師都有自己的作業(yè)方案和評價標準，通常只有教師自己了解。學(xué)生并不清楚評價標準，往往會感覺做好做壞一個樣，從而消極對待作業(yè)。如果在開課的第一堂課上，向?qū)W生公開作業(yè)方案和評價標準，使學(xué)生知道應(yīng)該向哪個方向努力，有一種可以自己掌握“命運”的感覺，可以有效提高學(xué)生對作業(yè)的重視程度，以及做作業(yè)的積極性。

參考的作業(yè)方案如下，每人需要完成9次作業(yè)，共計90分，剩余10分為課堂問答得分，滿分為100分。其中選擇完成一次較難較大的項目型作業(yè)，可抵3次作業(yè)。如果學(xué)期末結(jié)課時課堂問題成績?yōu)榱惴郑瑒t取消所有作業(yè)成績。單次作業(yè)的評價標準見表1。

表1 單次作業(yè)的評價標準

為杜絕無意義的抄襲作業(yè)和不交作業(yè)的現(xiàn)象，附加兩個條件：得3個D取消全部作業(yè)成績，得3個E取消全部作業(yè)成績，并取消考試資格。

2.2 對學(xué)生分類實施不同作業(yè)方案

對于學(xué)習(xí)積極性較高的學(xué)生，作業(yè)要求設(shè)置較低，甚至可以選擇不交作業(yè)。如果強制要求做作業(yè)，可能會使學(xué)生產(chǎn)生抵觸心理，這對于課程學(xué)習(xí)是不利的。對于學(xué)習(xí)積極性一般或者較差的大多數(shù)學(xué)生，作業(yè)要求多一些，作業(yè)數(shù)量也應(yīng)達到一定要求。如果不強制做作業(yè)，這部分學(xué)生可能會放松學(xué)習(xí)，甚至出現(xiàn)不交作業(yè)或者抄襲的現(xiàn)象，同樣不利于課程學(xué)習(xí)。

2.3 以翻轉(zhuǎn)型作業(yè)為主，并網(wǎng)絡(luò)公開作業(yè)

雖然物理類教材已經(jīng)作了許多改革，但是從習(xí)題的類型看，物理類習(xí)題仍以計算題為主，缺少可供討論用的，或在物理思想和方法上需要深入思考的問題；從內(nèi)容上看，物理習(xí)題基本上還是屬于在已知條件下，借助已知模型，利用基本原理或者定律，來求解未知狀態(tài)的理想情況，缺乏從實際問題出發(fā)，通過首先建模而后加以分析解決的習(xí)題。這使得學(xué)生感覺物理類課程學(xué)起來很抽象，從而失去學(xué)習(xí)興趣。基于這一現(xiàn)實問題，我們提出了翻轉(zhuǎn)型作業(yè)。

翻轉(zhuǎn)型作業(yè)分為全開放翻轉(zhuǎn)型作業(yè)和半開放翻轉(zhuǎn)型作業(yè)。全開放型作業(yè)，是讓學(xué)生完全自主地結(jié)合課堂所學(xué)理論知識，來解答生活中遇到的問題或者現(xiàn)象，包括抽象出物理模型、計算過程、理論解釋等。半開放翻轉(zhuǎn)型作業(yè)，是由教師來提出問題，由學(xué)生利用課堂所學(xué)理論知識進行解答，教師可以給定物理模型，由學(xué)生來演算，以加深課堂所學(xué)知識。例如，在學(xué)習(xí)力學(xué)課程時，對于全開放翻轉(zhuǎn)型作業(yè)，讓學(xué)生查閱汽車的阻力模型，并利用不同馬力的車型所能產(chǎn)生的最大速度來計算不同汽車的風(fēng)阻系數(shù)，或者假定一個風(fēng)阻系數(shù)，來計算不同馬力所能產(chǎn)生的最大速度；對于半開放翻轉(zhuǎn)型作業(yè)，給定滑動摩擦系數(shù)，假設(shè)180馬力的汽車最高速度為180km/h，試建立最簡單的風(fēng)阻模型，并計算風(fēng)阻系數(shù)。通過這種與生活息息相關(guān)的物理問題，可以加深學(xué)生對功率與速度關(guān)系的認識，學(xué)習(xí)起來不再枯燥乏味。

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高度發(fā)達的今天，教學(xué)平臺的作業(yè)系統(tǒng)已經(jīng)十分完善，通過網(wǎng)絡(luò)把所有的作業(yè)分開，讓所有學(xué)生查看評價其他人的作業(yè)，有利于學(xué)習(xí)他人的長處，彌補自己的不足，擴展自己的視野。同時，也讓抄襲作業(yè)無處遁形，促使學(xué)生獨立完成作業(yè)。單次作業(yè)的評價標準見表1所示。

2.4 選擇完成一次項目作業(yè)，網(wǎng)絡(luò)公開共同評價

除翻轉(zhuǎn)型作業(yè)外，學(xué)生還可以自由組合成小組，以1～3人為宜，共同完成一個難度較大的項目作業(yè)。項目作業(yè)可以結(jié)合教師根據(jù)自身科研或者生活中的難題，提出要解決的一些問題，由學(xué)生小組圍繞一個問題建立項目，在教師的指導(dǎo)下，用一個學(xué)期的時間完成一個完整項目流程。在完成項目的過程中，讓學(xué)生學(xué)會合作交流，學(xué)會查閱文獻，學(xué)會制定項目目標、研究方案、技術(shù)路線，學(xué)會總結(jié)成果、撰寫項目結(jié)題報告等。項目作業(yè)也可以結(jié)合大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目進行，或者直接以科技論文或者發(fā)明專利等知識產(chǎn)權(quán)為目的進行。

充分結(jié)合基于現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的校園教學(xué)平臺，讓每份作業(yè)對所有課程小組為可見，并且人人可評價，實現(xiàn)作業(yè)的公開綜合評價。由教師、其他小組共同評分，取平均分為該項目的分數(shù)。為了鼓勵學(xué)生多出成果，可以給出一個附加條件：如果某項目成果撰寫的論文經(jīng)教師同意后投稿，或者項目成果撰寫的專利經(jīng)教師同意后提交專利局，則該項目成績?yōu)闈M分，即30分。

2.5 學(xué)生提問式課堂問答模式

課堂問答作為作業(yè)的一種特殊形式，是學(xué)習(xí)的重要一環(huán)，可以有效提高課堂互動氛圍，提高學(xué)生的參與感，鞏固以前所學(xué)知識。在回顧以前所學(xué)知識時，我們一改以往教師提問學(xué)生回答的固有模式，提出了學(xué)生提問、教師或者其他同學(xué)回答的課堂問答模式。該模式先讓有問題的同學(xué)主動提問，由教師當(dāng)場回答。然后再由教師隨機抽取同學(xué)，當(dāng)場提問，如果問題比較簡單，則再隨機尋找其他同學(xué)回答，由教師點評問題和答案；如果問題比較難，則由教師當(dāng)場回答，然后由教師點評問題。對于提出較深刻思考問題的同學(xué)，提出表揚；對于臨時尋找簡單問題的同學(xué)，鼓勵多思考。對于提不出問題的同學(xué)應(yīng)提出批評。

表2 提問式課堂問答模式

3 作業(yè)改革成果

作業(yè)改革前后教學(xué)效果對比如圖1所示，2011級為改革前、2012級為改革后的學(xué)生的期末考試成績分布。從圖中可以看出，改革后的優(yōu)良率3倍于改革前，中等率兩者相當(dāng)，及格率低于改革前，不及格率不到改革前的1/10，教學(xué)效果有了很大的提高。

圖1 作業(yè)改革前后教學(xué)效果對比

實踐證明，一次翻轉(zhuǎn)型作業(yè)所暴露出的問題，約為普通課后習(xí)題作業(yè)的3倍左右，這為教師及時調(diào)整后面的課堂教學(xué)方法提供了第一手資料。從學(xué)生角度來講，翻轉(zhuǎn)型作業(yè)不再單調(diào)乏味，千篇一律，而是完全按照自己所掌握的知識自主設(shè)計題目，題目難度由自己控制。每位學(xué)生的作業(yè)都有自己的特點，這讓學(xué)生覺得很新奇、好玩，無形中提高了學(xué)習(xí)的興趣。有些同學(xué)設(shè)計的題目十分貼近生活，也讓教師從中學(xué)習(xí)很多知識，并為以后教學(xué)提供了不可多得的教學(xué)素材。

學(xué)生提問式課堂問答則經(jīng)歷了起初提不出問題、到后來能提出簡單問題、最后能提出較深入的問題的過程，這反映了學(xué)生從最初的被動學(xué)習(xí)到后來的主動學(xué)習(xí)的過程。不思考就提不出問題，思考越多、學(xué)習(xí)越深入，提出的問題就越多、越深入。因此，學(xué)生提問問題的好壞，可以直接反映學(xué)生是否積極主動學(xué)習(xí)、對所學(xué)知識掌握程度如何。愛因斯坦曾說：“提出一個問題往往比解決一個問題更為重要，因為解決一個問題也許只是一個數(shù)學(xué)上或?qū)嶒炆系募记蓡栴}。而提出新的問題、新的可能性，從新的角度看舊問題，卻需要創(chuàng)造性的想象力，而且標志著科學(xué)的真正進步。” 學(xué)生提問式課堂問答就是要培養(yǎng)學(xué)生提問題的能力，這為以后的科研之路培養(yǎng)最基本的創(chuàng)新能力。

4 結(jié)語

物理問題源于生活，本應(yīng)該是有趣的，但過于抽象化、理想化的習(xí)題遠離了生活，變得枯燥乏味，也使學(xué)生失去了學(xué)習(xí)物理類課程的興趣和動力。本文通過提出翻轉(zhuǎn)型作業(yè)，自己出題自己做，還物理以生活，還原物理問題的趣味性，使學(xué)生喜歡上物理類課程。通過學(xué)生提問式課堂問答，使師生角色互換，培養(yǎng)學(xué)生提出問題的能力。翻轉(zhuǎn)型作業(yè)模式和學(xué)生提問式課堂問答模式很大程度地提高了教學(xué)效果，對于非物理類課程也有一定的借鑒意義。

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REFORM AND EXPLORATION OF FLIPPED HOMEWORK ON PHYSICS COURSES IN UNIVERSITIES AND COLLEGES

Qi Peng Wang Diansheng Wang Yudou Zhou Wei Liu Xuefeng Zhou Lixia Liu Jian

(College of Science, China University of Petroleum, Qingdao Shandong 266580)

Homework is an important part of the course teaching. Considering the characteristics of the boring and difficult work of the physical course, by redesigning it, the homeworkcan become more vigorous and play its real role in teaching. Flipped homework is proposed, which means that students propose the physical model from the phenomenon or problem they meet in their lives, and design an exercise and resolve it according to the knowledge they learn from the classroom. Flipped homework can do much good to students by emancipating the minds of students effectively, enhancing the interest of physical problems, increasing the enthusiasm of learning physics courses, and training the innovative and collaborative skills. Questioning classroom question-and-answer is also proposed to training students’ ability to ask questions. Practice results show that this reform has greatly stimulated students’ enthusiasm to do homework, and learning effect has been greatly improved.

homework reform; flipped homework; physics; classroom questions and answers

2016-10-12

山東省研究生教育創(chuàng)新計劃項目(SDYY15136)，中國石油大學(xué)(華東)校級重點教學(xué)改革項目(JY-A201615、KS-A201404)，中國石油大學(xué)(華東)校級教學(xué)改革項目(QN201426、QN201618)。

王殿生，男，教授，主要從事物理學(xué)類本科生和研究生教學(xué)科研工作，研究方向為油氣藏物理,dshw@upc.edu.cn。

亓鵬，王殿生，王玉斗，等. 高校物理類課程翻轉(zhuǎn)型作業(yè)改革與探索[J]. 物理與工程，2017，27(2)：32-36.