“大學物理實驗”課程混合式教學設計與實踐

金長江 牟艷秋

[摘 要] 以東北農業大學“大學物理實驗”為例，提出了基于布魯姆認知領域教育目標分類理論的混合式教學模式，為本科學生尋求更有效的線上與線下學習路徑，并構建了多維度的線上與線下教學評價體系。教學實踐表明，該教學模式突破了傳統課堂對教學時間和空間的限制，利用信息化手段把傳統課堂與在線課堂有機結合，翻轉課堂，選擇了適合課程的課堂教學方法和手段，科學設計課程的考核內容和方式，提升了學生的自我學習和管理能力。

[關鍵詞] 教育目標分類;混合式教學模式;翻轉課堂;教學評價

2018年6月21日教育部部長陳寶生在召開的新時代全國高等學校本科教育工作會議上第一次提出“金課”的概念，即對大學生要有效“增負”，把“水課”轉變成有深度、有難度、有學業挑戰度的“金課”。隨后被正式寫入《關于狠抓新時代全國高等學校本科教育工作會議精神落實的通知》（教高函〔2018〕8號）文件。打造“金課”，便是推動課堂教學革命，以學生為中心，通過教學改革促進課堂革命，積極推廣混合式教學，突破傳統課堂對教學時間和空間的限制，利用信息化手段把傳統課堂與在線課堂有機結合，翻轉課堂，選擇適合課程的課堂教學方法和手段，科學設計課程的考核內容和方式，提升學生的自我學習和管理能力[1]。

通過考察分析東北農業大學的“大學物理實驗”在線實驗課程，發現存在以下局限性：一是已經上線的實驗課程過于偏重實驗資源的傳遞，在線課程設計忽視了教學目標的層次性，學習者不能以個性化的需求去選擇在線課程資源，影響了學習者的學習效率[2];二是學習目標和內容完全由教師確定，學生成為被動的知識接受者，使學生的主體地位喪失，教學只是淺層的知識和技能的精熟和自動化，缺乏啟發思考的交流，缺少對學生高階認知能力的培養[3];三是需要重建學習的組織性、監督考核評價體系，教學是有組織地引導學生學習的過程，但在線學習中人際交往被阻斷，教師無法了解學生的學習狀態，造成教學組織與管理監督的困難，并且實驗成績考核過于注重終結性考試，忽視了學習過程形成性評價，使得課業評價對學生的學習沒有起到激勵作用。

一、六層次教學目標的內涵

美國教育學家布魯姆等人提出了認知領域教育目標分類理論，該理論在國內外教育界有著非常重要的影響力，在許多教育學概論、教學原理、教學法中多有提及。布魯姆教育目標分類學將教育目標重新分為兩個維度：一個是“知識”維度，包括事實性知識、概念性知識、程序性知識和元認知知識;另一個是“認知過程”維度，包括記憶、理解、應用、分析、評價、創造等六個層次[4]，第一、第二層次使學生學會知道，后四個層次使學生學會做到和學會發展，屬于高階的思考能力培養。

布魯姆六層次教學目標理論為反觀“大學物理實驗”線上教學提供了新的視角，組成學生在線實驗教學的多種要素可以借助六層次教學目標理論有機組織起來，重新建構混合式教學場景下教與學的關系，更好地為學生的學習提供服務。

二、“大學物理實驗”在線課程結構

“大學物理實驗”課程以本校精品在線課程建設項目為依托，在智慧樹網絡平臺搭建“大學物理實驗”線上教學平臺，錄制了42個單元的微課視頻，整理了210個學習任務點，300余道隨堂測試題、討論題，50余個拓展資源，以及配套的教學課件、教案和重點難點指導。“大學物理實驗”線上課程分為三個模塊：課程信息、學習資源、學情反饋。學生可以利用碎片化時間靈活選用線上學習資源進行自主學習、學生之間互動、師生之間互動，提高學生學習效率和教學目標達成度，如圖1所示。

第一，課程信息。該模塊包括課程介紹、課程通知、教學團隊、教學大綱。在教學大綱中，按照工程教育專業認證標準邏輯關系（支撐條件—課程體系—畢業要求—培養目標—學生），在充分調研的基礎上，為了強調本課程對專業知識的支撐作用，針對不同專業的培養目標進行了重新修訂，要求學生在學習本課程時與自己所學專業掛鉤，激發公共基礎課學習興趣，使學習更具有目的性，樹立終身學習的思想。

第二，學習資源。要求學生實驗前觀看教學視頻和教學課件，熟悉實驗有關概念、術語、實驗原理、注意事項、重點難點指導，感受實驗活動場景;在線下實踐教學環節中，教師通過翻轉課堂活動，組織學生進行預設問題的分組討論、PPT講解、學生互評、師生互動，以加深對實驗項目的領會、理解。拓展資源為學生提供了“專利申請案例”“設計性實驗案例”“基礎物理實驗應用案例”“科研項目申報案例”等，使學生熟悉完成設計性實驗的思路和方法，培養學生的創造性思維，為以后進入專業領域研究打下科研思想基礎。

第三，學情反饋。為了使學生線上自主學習能夠真實發生，平臺布置了實驗項目課后作業和測試題，要求學生在規定時間內完成并提交，由教師給出評分。另外平臺還可以對學生觀看視頻量、參與問題討論、答疑次數等學情數據項目進行實時統計，對于完成情況不好的學生實施督促、預警，起到了督學作用。

三、“大學物理實驗”混合式教學模式的組織模型及實施過程

按照六層次認知規律使“大學物理實驗”課程教學實現線上線下有機融合，教學組織過程如圖2所示，每一層次教學目標都有對應的線上線下教學活動予以支持，能夠滿足學生的個性化發展需求。

第一，記憶、理解層。教師通過網絡平臺布置學習任務、設定問題和推送學習資源，引導學生自主學習，進行線上自測，使學生線上學習真實發生，學生通過觀看教學視頻和課件，熟悉實驗過程，使實驗器材、實驗活動場景不受時空限制，就能達到認知領域的教學目標。

第二，應用層。在實踐教學環節中，開展翻轉課堂教學活動，用提問、討論、啟發、實驗小組學生代表演講等教學手段充分調動學生的學習的熱情，比如在測量金屬楊氏模量的實驗中，組織學生討論以下問題：（1）本實驗所用彎曲法測楊氏模量是否是最佳實驗方法？還有哪些實驗方法？（2）本實驗用到了霍爾位移傳感器，該傳感器在本專業領域還有哪些應用？（3）在實驗結論推導中用到了數學建模，在建模過程中有幾處近似處理，這種處理方法是否合理？并結合自測反饋情況確定講解重點、難點，之后學生按照實驗預習報告進行實驗操作、記錄原始實驗數據，教師監督學生操作過程中出現的問題，并督促學生予以改正。

第三，分析、評價層。要求學生合適的應用程序軟件（不做統一要求，實現教學目標即可）對實驗數據進行科學處理、分析、線上提交，教師對學生的數據處理過程和結果在網上進行點評;由于存在系統和偶然誤差，每位學生所做實驗結果與理論值會有出入，要求學生在書寫實驗報告時對產生系統誤差和偶然誤差的原因進行分析和評價。

第四，創造層。本層教學目標是培養學生的“批判性思維”和“創造性解決問題”的高階思維能力，要求學生以小組為單位在線提交“設計實驗”方案，并開展小組之間互評，促進批判思維的形成。在線課程設有“專利申請案例”“設計性實驗案例”“基礎物理實驗應用案例”“科研項目申報案例”等資源庫，學生可學習專利申請、論文撰寫、項目申報、小發明、小制作等。該教學活動首先將每班學生根據能力強弱四人組建一個學習小組，教師線上公布實驗任務，給出限定性實驗題目，只提出實驗要求及注意事項，每一小組根據分工設計實驗方案，自擬實驗步驟。線下組長確定組員工作內容（比如電路設計、PPT、實驗方案講解、小論文撰寫等），小組成員通過查資料、實驗方案討論、互相評價，實現線上線下協作，形成最終實驗方案并在線上發布、撰寫實驗預習報告。接下來是線下實驗環節，通過各小組代表使用PPT演講、師生互動、現場討論、實驗競賽以培養學生的創新能力和團隊協作精神。最后是反思環節，教師根據各小組的表現，在網上給出評語和實驗成績，引導學生進行更深層次的反思與質疑，鼓勵表現優秀的學習團隊撰寫論文進行投稿。

四、“大學物理實驗”混合式教學評價

實驗課對學生學習成果評價采取線上與線下教學評價相結合的考核方式，建立了過程考核、階段考核和個性化學習結果考核相結合的多維度立體化評價體系，全方位評價學生實踐能力。具體評定方式如表1所示。該評價體系具有過程化、精細化和即時化的特點，考核方式更加公平和透明，在實驗教學過程中能夠及早發現學生學習中出現的問題，進而對學生學習行為及時有效預警。

五、混合式“大學物理實驗”課程教學效果

本課題經過三個學期的教學實踐，受眾學生5400余人。教學結果表明，混合式教學模式能夠借助互聯網的優勢來豐富教學資源的信息量，增加學生自主選擇學習內容的自由度，調動了學生學習的積極性，提高了學習效率;在課程實施過程中，學生自主學習過程不受時間和空間限制，同時學生可以根據自身對知識的接受能力靈活地調整學習節奏，學習效果能及時反饋給教師，有利于教師有針對性地教學。課堂教學注意對不同專業課程體系的支撐作用，有目的地引入與專業相關的應用案例，激發了學生的學習興趣，給學生更多的展示空間，提高學生的課堂參與度，增強學生的創新能力;多維度的線上線下成績評價方式起到了很好的教學效果，根據三個學期的學生實驗成績的抽樣分析，學生實驗成績呈正態分布，平均成績80.5分，優秀率為21.6%，學生和校教學督導組對物理實驗中心指導教師教學評價打分均在90分以上。為了解學生對混合式教學模式的接受程度，教學團隊以調查問卷（2560份）的形式向學生征詢意見和建議，調查結果表明：有99.5%的學生認為混合式教學模式比傳統教學模式更具吸引力和挑戰性，學生認為通過在線課程學習后，自己的綜合實踐能力大大提高;有86.75%的學生認為翻轉課堂能夠調動學生的團隊協作精神、創造精神、自主學習能力、表達能力，是很有意義的教學階段;有76.56%的學生提出部分教學視頻的時長過長（20分鐘），不夠精練，說明后續微課庫建設時，需要更深層次考慮微課知識點切分的問題;對于拓展資源部分，問卷結果顯示75.6%的學生認為對本專業知識具有支撐作用，但還需擴大資源容量供學生選擇學習;對于混合式成績考核方式，有90%的學生認為自己獲得了公正的分數，說明大部分學生認可在線上+線下考核的模式。

六、結語

實驗課程混合式教學模式應在教育理論的指導下，充分發揮“線上”和“線下”兩種教學優勢改造傳統教學，實現以學生需求為導向、提高學生學習主動性和學生認知參與度的教學目標，拓展“教”與“學”的時間與空間。“大學物理實驗”課程面向全校十幾個專業，要求在課程拓展資源中注意教學內容與不同專業的有機融合，支撐學生的專業發展需要，滿足專業認證需求。在混合式教學模式設計中，要遵循評價性原則，構建多維度的線上與線下教學評價體系，把教師評價和學生自我評價整合起來，充分發揮教學評價的診斷、激勵和調節作用。在線課程的學習資源應根據學生每學年的反饋意見，聚焦學生的關切點，進行不斷更新、完善與擴展，逐步提高教學質量與效果。

綜上所述，“大學物理實驗”課程混合式教學模式將線上教學與課堂教學有機結合，發揮兩者優勢，使學生變被動為主動，積極學習知識，深度處理、應用知識，實現高效率學習。

參考文獻

[1]鄧春瑤.金課建設背景下基于OBE 理念的混合式教學模式研究——以《工程項目管理》課程為例[J].高教學刊，2020（27）：122-125.

[2]吳霞.實驗課程線上線下相結合的教學模式設計與實踐[J].實驗室研究與探索，2019（5）：173-176+199.

[3]余勝泉，王慧敏.如何在疫情等極端環境下更好地組織在線學習[J].中國電化教育，2020（5）：6-14+33.

[4]B.S布魯姆等編，羅黎輝等譯.教育目標分類學[M].上海：華東師范大學出版社，1986.