智慧教育背景下大學物理混合式教學的研究與實踐*

李 磊 尹淑慧 王軼卓

(大連海事大學理學院 遼寧 大連 116026)

線上線下混合式教學模式越來越受到高校的重視，成為我國高校教學改革的主流趨勢.這種教學模式把在線教學的泛在屬性和傳統課堂的面授學習有效地結合起來，實現了網絡教學和傳統課堂相結合的信息化多維教學模式[1].

大學物理是高校理工科專業重要的基礎理論課，課程不僅為學生學習后續專業課程打好必要的物理知識基礎，而且對于提高學生分析問題和解決問題的能力，培養學生的探索精神和創新意識起著十分重要的作用.然而當前的大學物理教學現狀卻不容樂觀[2].

從教學方式角度來看，大學物理教學仍然是大班形式的傳統講授模式[3, 4]，其優勢主要表現為：教師提供了一種明晰、直接的途徑幫助學生掌握學科知識.但認知科學研究表明，傳統講授教學法下，學生的學習效果與教師的主觀期望相差巨大：一方面，講授法只在實現低階學習目標方面有效；另一方面，由于需要學生聽懂和記憶教學內容，但學生課堂注意力和記憶保持時間有限，因此詳細講解大量知識點的傳統講授教學法收效甚微[5].

從物理教育角度來看，大學物理傳統教學中，存在著概念理解、問題解決、物理認識論等問題[5].以我校大學物理教學中存在問題為例：

(1)學生習慣于被動的聽，教師習慣于主動的講.主要表現為：學生主動性學習意愿不強，探索精神有待提高；同時，以學生為中心的教學理念有待深入，大班上課的師生互動效果一般，教學效果反饋缺乏有效數據支持.

(2)學生原有知識的慣性較大，對大學物理的學習產生反向作用力，特別是先修課程高等數學在大學物理新知識中的應用，學生存在認知難度.

(3)課程原過程化考核方式精細化程度不高，而且考核結果未形成有效的學習預警機制.

(4)原有課程體系與學生所在專業的結合度較低；課堂教學與現代化教學資源相互脫節.

為解決上述等問題，課程教學團隊主要從教學平臺建設、教學模式重構、智慧教學工具引入、考核模式優化4個方面進行了課程建設.

1 大學物理線上教學平臺的建設方案與應用

通過建設具有本校特色的線上課程平臺，為解決教學資源建設與教學資源共享之間的技術問題提供了有力保障.

1.1 線上資源建設情況

我校大學物理線上教學資源基于校園網的Blackboard平臺，它集碎片化教學視頻、教學課件、在線測試、習題解答、知識擴展等功能模塊于一體，為學生提供了自學與自測的線上課程教學平臺.其主要模塊如圖1所示.

圖1 大學物理線上教學平臺主要模塊

1.2 線上資源主要模塊簡介

1.2.1 課程視頻模塊

以本校在線開放課程建設項目為依托，完成了教學視頻的錄制.視頻錄制及布置方案：(1)采取碎片化結構，每個知識點視頻的錄制時間力求控制在5～10 min；(2)視頻以章節為軸線布置在Blackboard平臺；(3)提供章節知識點導圖、重點難點指導、教學課件等視頻匹配資料.

1.2.2 習題作業模塊

以章節為基礎，形成定期測試.布置方案：(1)從題庫中隨機抽題進行組卷；(2)每位學生只能測試一次，答題不受時間限制；(3)測試由平臺自動評分，學生即時可見測試成績.習題作業模塊作為學生課堂學習和線上自學的重要檢測方式，測試成績是平時成績的主要構成部分，其占課程總成績的15%.

1.2.3 自我測試模塊

包括期中考試和期末考前模擬測試.布置方案：(1)統一設定抽題范圍，系統隨機抽題；(2)每位學生只能測試一次，測試具有時間限制；(3)測試由平臺自動評分，學生即時可見測試成績.期中考試成績作為平時成績的構成部分，其占課程總成績的10%；期末測試僅供學生模擬測試使用，測試成績不計入總成績.

1.2.4 習題解答模塊

教師通過電腦錄屏方式，完成每一道課后練習題的解答視頻錄制，以獨立點播的形式布置在平臺上供學生使用.其反復點播的特點，減少了教師傳統答疑的大量重復性工作.

1.2.5 視頻欣賞模塊

包括其他優質教學視頻、演示實驗教學片段、Flash動畫資源等.作為課程平臺的拓展資源，對傳統課堂教學和自錄教學資源形成有效的補充，將課內教學與課外自主學習相融合，有利于感興趣學生的深入學習.

1.2.6 試題庫模塊

為了便于測試題的整理和自動評分，實現選定范圍內的系統隨機抽題，試題庫建設及布置方案如下：(1)以章節為單元形成章節試題庫；(2)題型主要包括選擇題和填空題.這樣的試題庫設計既保證了每位學生的考核內容相同、又確保測試題目各不相同，實現了測試的隨機性與靈活性.

1.3 線上資源應用情況

根據開課學期和授課層次不同，基于本校Blackboard平臺建立了4個獨立的課程線上教學平臺，2018年視頻資源首次在超星平臺布置.累計已為全校15 400多人次學生提供了在線教學服務；Blackboard平臺、超星平臺課程總訪問量為355.34多萬次.

2 大學物理線上線下混合式教學的實踐

2.1 構建“三位一體”混合教學模式

構建課堂教學為本、線上學習為輔、智慧教學工具為橋的“三位一體”混合教學模式，解決了傳統教學與新技術手段的融合問題.

(1)傳統課堂：教學之本

相對線上教學來說，傳統課堂教學具有師生面對面交流方便、教師容易根據學生掌握情況調節上課節奏、控制學生注意力等優點.但是對大班制教學來說，傳統課堂教學存在無法保證師生有效地溝通、學生注意力無法有效集中等缺點.

為解決上述問題，結合線上學習，通過“雨課堂檢測線上學習效果、線上知識拓展性討論、授新環節”開展課堂教學.在授新環節中，結合雨課堂工具，通過實物/視頻演示、課堂研討、邊講邊練、同伴講評等開展教學活動，改善教學效果.同時，在教學中注重討論環節的設計，并對學生存在的錯誤概念進行及時糾正，消除學生原有的迷思性概念[5].

(2)線上學習：教學之輔

線上學習平臺非常適用于大量學生進行群體信息共享，其豐富的教學資源有利于學生課后自學.但是線上學習要求學生具有極強的主動性學習意識；而且，學生與教師在線互動溝通實際效果遠差于課堂教學.此外，由于不同學校的課程教學要求存在較大的差異性，因此單純引入其他優質外來教學資源輔助教學時，會出現“水土不服”的現象.

為解決這一問題，根據本校教學大綱，發揮師資力量相對豐富的優勢，組建團隊進行線上教學資源的自建，形成模塊化的線上教學體系.而對于不同教學層次，靈活選取不同的教學模塊.在教學方式上，構建“教師課前布置任務—學生在線自學—課堂測試研討”的線上學習模式.線上學習內容一般選取學生易于理解或有一定基礎的知識點，學時約占總學時的20%.

(3)教學之橋：雨課堂智慧教學工具

雨課堂利用手機微信，學生可以隨時隨地學習教師通過雨課堂推送的教學內容.但是由于面向對象僅為本班學生，其不適合不同班級學生資源共享.

在教學過程中，以雨課堂為對接工具，利用其實時互動、數據即時反饋的功能，有效積累大班課堂教學的互動數據，與線上學習數據相輔相成，形成了線上線下教學數據的無縫對接，提高了學生抬頭率，增加了學生點頭率，優化了課堂教學節奏.

2.2 解決傳統教學與線上學習對接問題

探索基于雨課堂智慧教學工具的課堂教學模式，解決了課堂教學與線上學習的對接問題.

在教學設計過程中，遵循教師課堂講授為軸心，以雨課堂為重要輔助手段，讓數據化、智能化的信息支持來服務于傳統課堂，提升學生學習的主動性，有效地解決了傳統式教學與線上學習的對接性問題.教學中采用的雨課堂主要功能如下：

(1)預習任務推送

教師課前發布預習任務，根據預習及測試題回答情況，形成學生預習成績.預習成績作為平時成績的構成部分，占課程總成績的5%.

(2)隨機點名提問

通過隨機選擇學生，教師課前提問線上學習內容、上一節課掌握知識的情況，提高了學生課后復習的主動性與積極性.

(3)限時答題測試

課堂教學中，通過精心設計的練習題讓學生限時答題，測試其對知識的掌握程度.此成績作為平時成績的構成部分，占課程總成績的10%，在期末時采用歸一化手段進行評分.

(4)課堂彈幕投稿

對于不喜歡主動提問的學生，此項功能提供了很好的學習效果反饋途徑.其不但方便學生實時反饋課堂學習中遇到的問題，更有利于學生對討論的問題發表意見.這種智能化的課堂互動方式的引入，既增強了課堂的趣味性，調節了課堂的嚴肅氣氛，又解決了大班制上課情況下，學生發言機會較少的問題.

(5)PPT同步展示

學生實時地在手機上獲得教學內容，避免了在課堂拍照抄寫課件的麻煩.這不但有利于學生更加專注聽課和思考，而且課后方便學生通過手機隨時查看課件、回顧教學內容、給老師留言、繼續探討相關問題.

(6)教學數據反饋

課堂測試的反饋數據，不但讓教師實時地了解學生對知識點的掌握情況，快速定位學習成績需要關注的學生，而且可以根據答題情況，調整并優化教學方案.同時，在課堂上對于顯示“不懂”較多的PPT內容，可以即時地引起教師注意，調整教學節奏與教學方式.

2.3 建立課程考核模式

建立“過程化、精細化、即時化”的課程考核模式，解決了考核環節與學生學習行為預警的脫節問題.

完善并形成了由線上和線下、課堂和課后、開卷和閉卷、限時測試和開放測試等形式的“過程化、精細化、即時化”的考核模式，如表1所示.課程成績=期末考試+平時測試，期末實行全校統一閉卷考試；平時測試包括課前預習、課堂測試、章節測試、期中考試，均由雨課堂和Blackboard平臺來完成，實現評分自動化、反饋及時化，考核公平化，成績評定透明化；同時，利用其智能化優勢，科學統計學生平時成績，建立課堂與線上學習行為的二維數據庫，通過設定相應閾值，快速發現學生的學習問題，進而對其學習行為進行即時、精確、有效地預警.

表1 大學物理考核方式構成信息

3 教學效果分析

以我校航海類專業大學物理教學為例，每學期總計10個教學班，目前全部采用本校的Blackboard線上學習平臺進行輔助教學.其中，課程負責人的A06班級作為實驗班級，在總結前期教學經驗的基礎上，實行了線上線下混合式教學模式.

近兩年上課學生情況如下：(1)2018學年總計共有970名學生，其中實驗班級83人；(2)2019學年總計955名學生，其中實驗班級85人.教學實踐表明，雨課堂和線上資源的應用，學生認可度高，線上課程年度訪問量始終位居本校Blackboard平臺第1名，實驗班級學生成績得到顯著提高.圖2為2018學年和2019學年10個教學班級的學生成績分布統計.

圖2 2018學年和2019學年學生成績分布統計

如圖2所示，10個教學班級全校統一考試的結果表明：

(1)從各個成績段學生人數分布情況來看，實驗班級和其他9個平行班級的成績均呈正態分布；

(2)兩個學期中，實驗班級A06班平均成績最高；同時，隨著教學模式的優化，2019學年學生平均成績比2018學年提高了5.93分；

(3)2019學年，其他9個平行班級的平均成績為69.19分，實驗班級平均成績高于其他班級8.02分；差值相對2018學年提高了1.8分；

(4)2019學年，實驗班級成績優秀率為23.5%，高于平行班級的11.5%；增幅也好于2018學年；

(5)兩個學期的學生不及格率，實驗班級均低于平行班級.

綜上所述，實驗班級成績要好于其他普通班的成績.同時也表明隨著教學方式的優化，實驗班級成績得到進一步地提高，驗證了教學模式的良好效果.

4 結束語

線上學習平臺為全校學習大學物理課程的學生提供了豐富的數字化教學資源，解決了教學資源在不同專業班級間共享的問題，有利于不同教師之間進行資源共享；而雨課堂強調面向教師課堂中特定選課學生，它更有助于公共基礎課下教師教學獨立性的發揮.

線上線下混合式教學，既濃縮了課堂教學精華，又發揮了在線學習優勢，形成了大數據時代背景下的智慧教學新模式，實現了課堂教學立體化互動、教學資源智能化推送、教學評價即時化反饋、教學過程數據化決策[6].課程教學從“教師為中心”轉變為“學生為中心”，從“單純內容設計”轉變為“有效策略設計”；教師從“簡單的教”轉變為“有效的引”，學生從“被動的聽”轉變為“主動的學”，有效地提升了學生學習的興趣與主動性，為教師提高教學質量提供量化的數據支持，實現了線上與線下教學的無縫對接，切實提高了學生的“抬頭率”，提高了課程教學質量.