“一核三階六化三省”的大學物理在線教學設計與實踐

姜海麗，趙文輝，孟 霆，趙言誠，孫秋華，劉艷磊

(哈爾濱工程大學物理與光電工程學院，黑龍江 哈爾濱 150001)

在這個特殊時期，為貫徹落實好“停課不停教、停課不停學”的在線教育教學要求，課堂就是教師的抗疫戰場. 化危為機，利用多年積累的在智慧樹及雨課堂等平臺上在線教學經驗，以MOOC+在線直播等教學模式，探索嘗試翻轉課堂，和學生們一起進行一場“學習的革命”[1,2]. 傳統的教學與翻轉課堂以及線上資源的融合相對欠缺，對學生的拓展性思考和主動學習的能力訓練不足，沒有很好地平衡教學目標中知識與能力的綜合、研究與創新的平衡、價值與情懷的提升等關鍵問題.

1 教學目標

“大學物理”課程以學生為中心，在認知領域培養學生扎實的物理理論基礎和知識技能，培養學生自主學習、探索和應用知識的能力、創新能力、思辨能力；在情感領域，培養學生厚重的物理素養、求真的學術追求和寬廣的全球視野，使之成為復合應用型創新人才. 在此基礎上，在線教學聚焦了以下3個主要教學目標.

價值引領：立足物理學科及行業領域，通過線下、線上育人元素的深度融合，以培養學生的文化自信和民族自豪感，厚植科學素養和家國情懷.

知識探索：加強物理學的基本概念、基本理論和基本方法的全面的認識和正確的理解，強化核心知識與前沿理論學習，拓展學生視野和寬廣的跨學科知識.

能力建設：通過開放研討、同伴教學法等方法對典型物理案例進行深度剖析，培養學生分析問題和解決問題能力、掌握以物理學思維特征為基礎的思辨能力、實踐與創新能力、深度學習和自主學習的能力.

2 教學設計

基于已建成的優質慕課資源《大學物理典型題解析》、《大學物理思維導引》，以及本課程的雨課堂的教學實踐，選擇了如圖1所示的大學物理在線教學的平臺

圖1 大學物理在線教學平臺

依托以上教學平臺，秉承以人才培養為核心，拓展學生自主學習和拓展思辨的時間和空間為基礎，實施基于自主學習的“一核三階六化三省”的在線智慧教學，教學體系如圖2所示.

圖2 基于自主學習的“一核三階六化三省”的在線智慧教學體系

“一核”: 以人才培養為核心；“三階”：以課前預習、課中翻轉、課后鞏固三階段完成一個閉環的在線教學體系；“六化”：育人同向化、教學精準化、難度階梯化、研討開放化、思維獨立化、互動全員化；“三省”：雨課堂平臺全程數據反饋共省、督導和學生的聽課反饋信息自省、集體備課教師互省[3-5].

3 在線教學實施

3.1 課前預習，初步認知

學在前，教在后. 課前預習的學習是進行翻轉教學的第一環，預習課件提前3天推送給學生，課前預習課件分為四部分，如圖3所示.

圖3 課前預習4環節

1) 慕課導學：主要是讓學生觀看筆者教研團隊建設的《大學物理思維導引》慕課的相應章節；通過預習，學生對一些基本概念有了初步認識，為課堂翻轉奠定了很好的基礎；2) 教材精學：將高教出版社發行的《新編大學物理教程》的電子版發給學生，讓學生進行系統的自學；3) 課件研學：同時配有語音講解的教學課件作為課前研學的資料，更一步增加學生對基礎知識的掌握，加深基礎知識的內化；4) 預習檢測：最后配以精巧小題進行預習檢測，與此同時，教師可以通過雨課堂平臺隨時跟進學生的學習進度，進行督促及提醒.

3.2 課中翻轉，“六化”并舉促進翻轉

如圖4所示，充分利用在線教學的優勢，將教學過程中的各個環節利用育人同向化、教學精準化、難度階梯化、研討開放化、思維獨立化、互動全員化進行課堂翻轉，促進知識的內化.

圖4 課中“六化”落實教學環節

1) 育人同向化：通過理論和實驗、線上和線下、科技競賽和創新創業雙通道的有效融通，課前、課中、課后的深度滲透，構建了全員、全過程、全方位“三全”的育人格局，實現六步嬗變的培育路徑，如圖5所示.

圖5 “雙線融通、全程育人、六步嬗變”的思政育人體系

在講解電磁波的應用時，“中國天眼”的引入讓學生感受著祖國科技的強大，如圖6所示，同時天眼之父南仁東的愛國奉獻精神也深深感動和激勵著學生，他們把這份感動內化為課上學習的動力，轉化為實驗室中自組望遠鏡與顯微鏡的實踐操作中. 理論和實驗的深度融合保障了科學素養的培養效果.

思政案例通過雨課堂、智慧樹、微信等方式融入到課前預習、課后鞏固的線上教學環節中. 當講到牛頓定律時，中國人的飛天夢嫦娥一號衛星發射的成功作為教學案例培養了學生科技強國、愛國敬業的社會主義價值觀；將抗疫前線等先進案例作為課后閱讀資料讓學生撰寫科技戰“疫”的感想，弘揚了科技抗“疫”、共克時艱的精神. 學生那激昂的文字表達了他們科技報國、奮發圖強的決心和信心.課間休息，教師轉身變主播，歌曲隨你點，校歌更是少不了，那一句“蓄謀已久”的調侃、那一句“軍訓的感覺”“起床的鬧鈴”無一例外地滲透著學生們對學校深深的眷戀. 微信公眾平臺上的那平均每周3條的推送，雨課堂上平均每天2條小任務，既有所需教學資源，還有教師對學生的殷切寄語和深深的掛念. 雨課堂平臺的點點滴滴，寄托了老師對學生們的期望，同時教師們用他們的堅守、用他們的擔當、努力感動著學生，影響著學生，凸顯了課程育人價值功能，實現了潤物無聲，全程育人.

圖6 價值塑造點點滴滴

2) 教學精準化：在線教學并不是將原線下課“原封不動”的搬到線上，團隊“以學生為中心”的教學理念，以雨課堂平臺的預習數據為依據，變“教師要講的”為“學生想學的”，提高教學精準度，每次翻轉直播課堂的第一頁PPT就是“預習情況總結”，根據學生預習反饋中的“不懂”和疑問，以及他們主動想學的內容在直播過程中進行展開，提高教學精準度，鼓勵學生以后對預習的重視，如圖7所示.

圖7 課前預習總結

3) 難度階梯化：團隊自主創設了若干系列題，將其分門別類，根據難度系數從低到高設計系列題目，把難度系數低的作為預習資料讓學生自學，難度系數高的作為課上研討，難度系數更高的放在課后拓展，讓學習思考提升. 比如球與桿碰撞的系列題中，研究對象視為質點和質量均勻分布的剛性細桿作為學生基礎掌握的題型；接下來提升難度，將質量均勻分布的桿變為不均勻分布，更進一步如果質點視為油灰球呢？通過這種系列題型的練習，培養了學生從簡單到復雜，從特殊到一般的科學思維，提升學生分析復雜問題的能力，如圖8所示.

圖8 系列題提升挑戰度

4) 研討開放化：每一章結束，團隊老師將自主設計一些開放性的物理案例，如何將線下的習題研討課轉換成線上呢？團隊將每章的習題研討課對提前分好小組的班級采用騰訊會議主會場+QQ分會場進行直播研討教學，完成在線形式的案例研討環節.

圖9 在線分組習題研討

5) 思維獨立化：老師就一定不會出錯嗎？為了讓學生加深印象，在大學物理的課堂上，就有團隊精心設計的陷阱，老師明白地告訴學生這一頁有錯，歡迎來找茬！就是多了一個矢量箭頭含義大不相同，就是要考察學生對基礎概念掌握的精準度，教育學生書寫的規范性，培養學生的獨立思考的能力、敢于質疑權威的精神，如圖10所示.

圖10 設有陷阱的課件、學生質疑的彈幕

6) 互動全員化：考慮到在線教學過程的非面對面特點，為了隨時能夠吸引學生的注意力，保證學生見面課的在線效果，一方面，要妥善安排了各種資源和教學形式的搭配與切換；另一方面，在關鍵知識點設置思考題，利用選擇題、隨機點名、投票、彈幕、課堂投稿等形式和學生進行多維互動，保證整體跟上課堂節奏，通過學生地不斷介入達到預期目的，教師在此期間需要具備良好的操控能力和進度的把握能力，如圖11所示.

圖11 彈幕、隨機提問、客觀題等方式“敲黑板”

3.3 課后鞏固提升

為了鞏固和加深教學效果，課后鞏固課件以教研部建設的黑龍江省精品在線課程“大學物理典型題解析”作為自學資料，同時學生提交課后作業、課堂筆記，利用課后居家延伸實驗來加深對力學“原理公式”的意義，深刻透徹. 比如采用“橡皮筋”和“鋼板尺”做拉伸實驗，深刻講解虎克定律公式的意義，可分別展示構件長度、截面性質、材料屬性、載荷等參數與伸長量的力學關系，其中用不同長度的橡皮筋演示長度和載荷的影響效果、不同寬度的橡皮筋演示截面性質的影響效果，對比鋼板尺演示材料屬性的影響效果.

實時在線以微信群給學生答疑解惑，著力實現與學生跨越空間的“0”距離教學互動，做到師生交流“鍵對鍵”、教學相長“面對面”，如圖12所示.

圖12 課后鞏固、作業提交、課后實驗作業、微信群答疑解惑、課后筆記

3.4 “三省”促提升

在線教育教學不僅需要進行全新的教學設計，還要熟悉相關的信息化平臺，掌握多種形式的智慧教學工具，及時掌握學生在學習各環節的學習狀態，持續調整教學方法與手段，確保教學不停、要求不降、質量不減，教育學生秉持“大工至善、大學至真”的校訓，在學習文化知識的同時，正確對待在線學習模式，教學相長共同進步.

1) 雨課堂平臺全程數據反饋共省

教師可以通過平臺大數據對學生進行督學. “雨課堂”將一切教學活動以大數據的形式反饋給教師，包括到課率、預習情況、客觀題答題正確率、作業題提交情況，通過智慧樹平臺數據把握學生慕課學習情況，教師及時跟蹤教學數據，對學生的學習行為進行分析，對教學內容進行針對性的調整，如圖13所示.

圖13 利用雨課堂平臺數據對學生學習情況進行整體監測

2) 督導和學生的聽課反饋信息自省

學院制定在線教學質量評價表，要求學院領導及教指委專家全程參與遠程教學的質量監控，深入到每一個大班課堂中，從課前到課堂到課后進行遠程教學的全程體驗，每天提交聽課評價表，如圖14所示. 通過這些信息的及時匯總和反饋，教師可以有針對性的調整教學內容和方式.

3) 集體備課教師互省

教研部沿用集體備課的形式，統籌優化教學內容，采取統一的課前預習和課后鞏固課件，嚴格執行教學進度表，確保遠程教學期間進度統一. 重點培訓青年教師，采取視頻試講、模擬課堂的方式及時發現問題、解決問題；要求全體教師在遠程教學期間特別著重規范語言、精神狀態飽滿，正面引導學生，積極面對疫情困難，以樂觀的精神共克時艱，如圖15所示.

圖14 學院領導、教指委專家全程參與在線教學質量監控

圖15 堅持集體備課，統籌優化遠程教學內容

4 在線教學成效

雨課堂平臺大數據平均到課率96.8%、問卷調查表明學生對大學物理在線教學的滿意度約93%，直播過程中一直認真聽課率約98%，12.31%的同學認為比預期的教學效果好，如圖16所示.

圖16 調查問卷結果、學生感想

5 在線教學反思與總結

經過在線教學的實踐，通過雨課堂平臺全程數據反饋、督導和學生的全程聽課反饋信息、每兩周一次的集體備課及教師互評，不斷進行教學反思、優化和調整教學進度和方式.

大學物理在線教學堅持以“學生為中心”，充分發揮網絡教學的優勢，“三階六化”的智慧教學設計將學習積極性充分調動起來，強化了知識內化，培養了深度學習和主動探索、積極思辨的能力，樹立學生的文化自信、民族自豪感，培養學生家國情懷.

今后的工作思路：1)以在線教學為起點，實現現代信息技術與課程教學的深度融合. 要尋求實體課堂教學與在線教學、智能教育有機結合點，形成線下導學、線上自學、課堂促學、全程評學的教學新模式. 2)規范在線答疑及考核形式，目前微信群或QQ答疑，不能很好的將問題進行累積、匯總及展示，而且容易重復提問、重復解答，為此將利用智慧樹翻轉課堂進行SPOC在線答疑形式. 同時將原線下考核進行分解，由線上考核、開放題目考核、撰寫論文等形式共同完成對學生學習效果的評價. 3)完善在線教學資源，為學生打造精彩的物理學“視界”. 基于目前已有的大學物理系列慕課，將建成通過“演示實驗”觸摸物理——通過“無處不在的物理現象”啟發物理——通過“大學物理思維導引”引導物理——通過“大學物理典型題解析”領悟物理，用豐富的資源打造繽紛精彩的線上知識園林，教師通過課堂翻轉作學生知識學習能力培養的領路人、同行者，實現學生的能力提升價值塑造.