理工科基礎(chǔ)課程線上對(duì)分課堂教學(xué)模式研究
——以《電磁場(chǎng)與微波技術(shù)》為例

陳海云

（浙江師范大學(xué) 物理與電子信息工程學(xué)院，浙江 金華）

一 線上對(duì)分教學(xué)設(shè)計(jì)

對(duì)分課堂是復(fù)旦大學(xué)心理學(xué)系張學(xué)新教授于2014 年提出的基于認(rèn)知心理學(xué)的原創(chuàng)教學(xué)模式，極具可操作性。“對(duì)分”的名稱(chēng)源于形式上將課堂時(shí)間一分為二，一半用于教師講授，一半留給學(xué)生以討論的形式進(jìn)行交互式學(xué)習(xí)，同時(shí)也暗含了師生權(quán)責(zé)對(duì)分的理念。由于對(duì)分課堂流程分為講授（Presentation）、內(nèi)化（Assimilation）和討論（Discussion）三個(gè)過(guò)程，因此也稱(chēng)為PAD課堂[1-2]。對(duì)分課堂強(qiáng)調(diào)教師對(duì)于知識(shí)內(nèi)容體系的精講以及學(xué)生在內(nèi)化吸收后帶著問(wèn)題的高質(zhì)量討論。其中復(fù)習(xí)和作業(yè)環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生的內(nèi)化和吸收起到至關(guān)重要的作用，是講授與討論之間的銜接環(huán)節(jié)，也直接決定學(xué)生討論的質(zhì)量和效果。對(duì)分課堂的基本模式是隔堂對(duì)分，即一次課的前半時(shí)間討論上次課的問(wèn)題，后半時(shí)間教師講授新課內(nèi)容，課后的復(fù)習(xí)和作業(yè)是學(xué)生的內(nèi)化環(huán)節(jié)。對(duì)分理念在傳統(tǒng)的完全講授式課堂和翻轉(zhuǎn)課堂之間找到了一個(gè)理想的平衡點(diǎn)，綜合了傳統(tǒng)課堂和翻轉(zhuǎn)課堂的優(yōu)勢(shì)，是一種全新的教學(xué)模式。從課堂教學(xué)的內(nèi)涵來(lái)講，對(duì)分課堂模式包含了教師講授、獨(dú)學(xué)/內(nèi)化/反思、同伴討論（互相答疑）和教師答疑等環(huán)節(jié)和元素，體現(xiàn)了真正科學(xué)的四元教學(xué)理念。對(duì)分課堂從2014年提出至今，已經(jīng)被越來(lái)越多的一線教師認(rèn)可，并被成功應(yīng)用于多學(xué)科的教學(xué)實(shí)踐，取得到顯著的教學(xué)改革成效[3-8]。

大學(xué)物理、電路分析基礎(chǔ)、電磁場(chǎng)與微波技術(shù)等課程是很多理工科專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課程，這些課程物理基礎(chǔ)性強(qiáng)，與數(shù)學(xué)關(guān)系密切，教學(xué)內(nèi)容又必須與實(shí)際應(yīng)用相聯(lián)系，為后續(xù)應(yīng)用性課程的學(xué)習(xí)和實(shí)踐提供理論基礎(chǔ)。以《電磁場(chǎng)與微波技術(shù)》[9]為例，課程的理論體系較強(qiáng)，包含了電磁場(chǎng)基本定律、靜態(tài)場(chǎng)、時(shí)變場(chǎng)、電磁波和電磁輻射等內(nèi)容，概念和定律抽象，現(xiàn)象和規(guī)律的分析對(duì)高等數(shù)學(xué)有很強(qiáng)的依賴(lài)性，公式定理的推導(dǎo)相對(duì)繁雜，因而需要從多方面進(jìn)行教學(xué)改革的探索，以在相對(duì)較少的學(xué)時(shí)條件下保證課程的教學(xué)效果。2020年突如其來(lái)的疫情給全國(guó)各個(gè)領(lǐng)域帶來(lái)了巨大的沖擊，教育教學(xué)首當(dāng)其沖，如何實(shí)現(xiàn)線上教學(xué)的課堂效率，無(wú)疑是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。對(duì)分課堂的教學(xué)模式和理念為這些基礎(chǔ)課程的有效線上教學(xué)提供了一種新的范式，筆者以《電磁場(chǎng)與微波技術(shù)》為例闡述基于對(duì)分理念的線上教學(xué)設(shè)計(jì)，為理工科基礎(chǔ)課程線上教學(xué)的改革提供新的思路和模式。

二 線上對(duì)分教學(xué)設(shè)計(jì)

（一） 課堂時(shí)間的分配比例

對(duì)分課堂的基本理念是將課堂時(shí)間對(duì)半分，教師講授和學(xué)生討論時(shí)間各占一半，但這一時(shí)間的分配并不是機(jī)械固定的，可以根據(jù)課程教學(xué)實(shí)際進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以達(dá)到最佳的教學(xué)效果。《電磁場(chǎng)與微波技術(shù)》是理論性很強(qiáng)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，基礎(chǔ)知識(shí)內(nèi)容較多，且有一定難度，在對(duì)分倡導(dǎo)的精講前提下仍需要相當(dāng)一部分的講授時(shí)間，才能保證課程教學(xué)內(nèi)容框架的完整及對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容的充分闡釋。因此，在每周一次三節(jié)課的課時(shí)中，講授和討論的時(shí)間比例基本確定為2：1。采用隔堂對(duì)分的模式，第一節(jié)課時(shí)間用于小組討論和師生互動(dòng)，第二、三節(jié)課用于視頻講授新課內(nèi)容。教學(xué)實(shí)踐表明，就電磁場(chǎng)這門(mén)課而言，2：1的時(shí)間分配是基本合理的，既能保證討論環(huán)節(jié)的充分展開(kāi)，又不至于影響課程內(nèi)容講授的整體進(jìn)度。

（二） 精講內(nèi)容的教學(xué)設(shè)計(jì)

在傳統(tǒng)講授式課堂中，每周三節(jié)課全部用于教師講授，教學(xué)內(nèi)容相對(duì)較多，對(duì)知識(shí)點(diǎn)和例題的講解很詳細(xì)，教師的目標(biāo)是把內(nèi)容講全、講細(xì)、講透。這是一種“滿(mǎn)堂灌”的教學(xué)模式，教師占據(jù)絕對(duì)的主導(dǎo)地位，而學(xué)生只是被動(dòng)地接受，教學(xué)效果十分有限。對(duì)分的核心理念之一是教師講授環(huán)節(jié)的“精講”，教師的講授時(shí)間縮減為原先的2/3，而整體內(nèi)容框架體系并不能減少，教學(xué)進(jìn)度與傳統(tǒng)課堂基本一致。這就需要對(duì)講授部分內(nèi)容作很大的調(diào)整和精煉，重點(diǎn)著眼于對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)和基本解題方法的講授，緊扣物理概念、規(guī)律和方法三個(gè)關(guān)鍵詞，突出知識(shí)點(diǎn)體系的框架結(jié)構(gòu)，一些細(xì)節(jié)展開(kāi)部分內(nèi)容及與實(shí)際工程應(yīng)用的關(guān)聯(lián)性?xún)?nèi)容在講授過(guò)程中點(diǎn)到為止，提示學(xué)生課后結(jié)合總結(jié)題和練習(xí)題作業(yè)進(jìn)行復(fù)習(xí)補(bǔ)充，這也是對(duì)獨(dú)學(xué)內(nèi)化環(huán)節(jié)的一種引導(dǎo)。講授內(nèi)容的調(diào)整和精煉需要對(duì)自己原有的教學(xué)方案進(jìn)行二次設(shè)計(jì)，并對(duì)原有的授課PPT進(jìn)行大幅度的刪減，體現(xiàn)精講的理念，突出知識(shí)體系和重點(diǎn)。

在線教學(xué)中，新課內(nèi)容精講采用錄播方式進(jìn)行，以微課的形式，將每個(gè)知識(shí)點(diǎn)制作成一個(gè)十到十五分鐘的視頻，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)中的課程首頁(yè)如圖1所示。一次課的視頻時(shí)間總長(zhǎng)大約為70～80分鐘，充分考慮精講的內(nèi)涵和時(shí)間要求，同時(shí)兼顧知識(shí)點(diǎn)的完整性。采用錄播而不是直播的形式主要基于以下幾點(diǎn)：1）對(duì)分理念要求講授重點(diǎn)體現(xiàn)教師對(duì)知識(shí)體系的精講，并不提倡太多互動(dòng)；2）錄播教學(xué)的微課視頻可以做得更精細(xì)，通過(guò)不斷的打磨達(dá)到精講要求；3）錄播視頻可以重復(fù)觀看學(xué)習(xí)，彌補(bǔ)線上教學(xué)的不足。同時(shí)，在二次教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮視頻教學(xué)的特點(diǎn)。電磁場(chǎng)是一種空間的分布，必須要有空間立體的形象才能充分理解。線下教學(xué)中，可以借助于板書(shū)和手勢(shì)等輔助講解，但在視頻教學(xué)中必須借助于多種媒體手段表現(xiàn)抽象的概念和定律，引導(dǎo)學(xué)生自我構(gòu)建空間形象，從而更好地理解知識(shí)點(diǎn)。

圖1 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)中的課程首頁(yè)

（三） 作業(yè)的布置和評(píng)分

在傳統(tǒng)課堂的教學(xué)中，課后的作業(yè)往往只是布置幾道教材中的習(xí)題，教師通過(guò)批閱學(xué)生作業(yè)了解學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的掌握程度。事實(shí)上，這種作業(yè)形式能夠反映的學(xué)生學(xué)習(xí)情況的信息量是非常少的，且發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后也只是教師對(duì)學(xué)生的單向輔助答疑。在對(duì)分課堂中，作業(yè)是促進(jìn)學(xué)生課后復(fù)習(xí)和獨(dú)立內(nèi)化的重要途徑，也是銜接講授和討論的重要環(huán)節(jié)。對(duì)分理念要求的是結(jié)構(gòu)化的作業(yè)布置，除了作為個(gè)人作業(yè)的課后習(xí)題以外，還布置小組作業(yè)，以小組合作形式完成，而“亮考幫”作業(yè)更是對(duì)分課堂的重要特色之一，要求學(xué)生對(duì)課堂學(xué)習(xí)進(jìn)行總結(jié)，分為“亮閃閃”“考考你”和“幫幫我”三個(gè)部分，學(xué)生在系統(tǒng)中分項(xiàng)輸入，教師可以分類(lèi)管理下載，學(xué)生依據(jù)亮考幫作業(yè)情況開(kāi)展隔堂討論，有備而來(lái)。并特別強(qiáng)調(diào)，要求每個(gè)學(xué)生對(duì)每次課的教學(xué)內(nèi)容以思維導(dǎo)圖的形式總結(jié)知識(shí)點(diǎn)的脈絡(luò)體系，并在一章內(nèi)容結(jié)束后整理本章內(nèi)容的思維導(dǎo)圖，如圖2所示，可以有效促進(jìn)學(xué)生有效梳理和掌握知識(shí)點(diǎn)。每次課前，通過(guò)“對(duì)分易”平臺(tái)的“微信消息”模塊向?qū)W生發(fā)送教學(xué)任務(wù)目標(biāo)文件，說(shuō)明教學(xué)目標(biāo)的同時(shí)詳細(xì)布置本次課的作業(yè)，同時(shí)通過(guò)“對(duì)分易”系統(tǒng)的“作業(yè)”模塊進(jìn)行發(fā)布和評(píng)閱，如圖3所示。

圖2 學(xué)生作業(yè)中的思維導(dǎo)圖

圖3 對(duì)分易系統(tǒng)中的作業(yè)管理

作業(yè)的評(píng)分采取教師評(píng)分和學(xué)生互評(píng)兩種方式，個(gè)人完成的課后習(xí)題常規(guī)作業(yè)要求學(xué)生進(jìn)行互評(píng)，每人至少評(píng)閱3份同伴的作業(yè)，發(fā)布作業(yè)的同時(shí)給出基本的評(píng)分等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，作業(yè)遞交時(shí)間截止后開(kāi)啟學(xué)生互評(píng)。從實(shí)踐結(jié)果來(lái)看，學(xué)生作業(yè)互評(píng)是一種很有效的方式，學(xué)生對(duì)待互評(píng)態(tài)度認(rèn)真，不僅給出了分?jǐn)?shù)，還指出了同伴作業(yè)中的具體問(wèn)題，并給出了評(píng)語(yǔ)。作業(yè)互評(píng)過(guò)程也是學(xué)生再次認(rèn)識(shí)自己?jiǎn)栴}的過(guò)程，在評(píng)閱同伴作業(yè)的同時(shí)可以幫助自己把問(wèn)題理解得更深入。

（四） 分組討論與師生互動(dòng)

學(xué)生按4人一組，在“對(duì)分易”系統(tǒng)中由“隨機(jī)分組”模塊產(chǎn)生，并按學(xué)生的學(xué)情進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整。每組指定組長(zhǎng)一名，每個(gè)小組建立QQ討論群，并邀請(qǐng)教師加入。每次課第一節(jié)課的前25分鐘為小組討論時(shí)間，每組輪流指定一人為本次討論的主持人。學(xué)生根據(jù)亮考幫作業(yè)中的問(wèn)題展開(kāi)充分討論，重點(diǎn)關(guān)注于物理概念的理解和習(xí)題的求解方法，通過(guò)QQ文字互動(dòng)和語(yǔ)音通話功能進(jìn)行討論，如圖4所示。事實(shí)證明，學(xué)生小組討論的熱情和討論問(wèn)題的深入程度超過(guò)了自己的估計(jì)，學(xué)生在獨(dú)學(xué)內(nèi)化環(huán)節(jié)列出的大部分問(wèn)題在小組討論中都能夠得到解決，因?yàn)閷W(xué)生個(gè)人的很多問(wèn)題也許只是受學(xué)習(xí)和理解的角度限制，在小組討論中同伴的側(cè)面提示往往就能達(dá)到解決問(wèn)題的效果。學(xué)生的問(wèn)題是通過(guò)講授學(xué)習(xí)、課后復(fù)習(xí)及獨(dú)立作業(yè)后提出的，據(jù)此而進(jìn)行的討論無(wú)疑是高質(zhì)量的、有效率的。小組討論結(jié)束后，小組的本次負(fù)責(zé)人在對(duì)分易系統(tǒng)的討論區(qū)作簡(jiǎn)單的匯報(bào)，教師只需對(duì)小組討論中存在的高層次共性問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)單的解答即可，而不像在傳統(tǒng)課堂模式中需要對(duì)學(xué)生進(jìn)行一一答疑，因?yàn)榇蟛糠值蛯哟螁?wèn)題已經(jīng)在小組討論環(huán)節(jié)通過(guò)同伴學(xué)習(xí)方式解決了，這也充分體現(xiàn)了對(duì)分課堂的本質(zhì)意義。而且，學(xué)生在討論中提出的有些問(wèn)題是教師在備課過(guò)程中沒(méi)有考慮到的，而從學(xué)生角度提出的問(wèn)題解決思路往往又能給教師以新的啟示，因此，小組討論和師生互動(dòng)實(shí)際上也成為一種促進(jìn)教師自我提高的動(dòng)力因素，這也真正契合了自己長(zhǎng)期以來(lái)的教學(xué)理念：用心交流，教學(xué)相長(zhǎng)。

圖4 通過(guò)QQ群進(jìn)行在線小組討論

三 結(jié)語(yǔ)

對(duì)分課堂是源自中國(guó)本土的新型教學(xué)范式，真正體現(xiàn)了師生在課堂中的權(quán)責(zé)對(duì)等，是一種高效的教學(xué)模式。高校理工科基礎(chǔ)課程內(nèi)容基礎(chǔ)性和體系性較強(qiáng)，融入對(duì)分課堂的教學(xué)理念可以在很大程度上提高教學(xué)效果。根據(jù)《電磁場(chǎng)與微波技術(shù)》課程的特點(diǎn)和對(duì)分理念的要求，筆者對(duì)課程的教學(xué)方案進(jìn)行了系統(tǒng)的二次設(shè)計(jì)，采用精講錄播、結(jié)構(gòu)化作業(yè)和在線討論等環(huán)節(jié)實(shí)踐了線上對(duì)分課堂教學(xué)。在嘗試和適應(yīng)線上教學(xué)的同時(shí)進(jìn)行對(duì)分課堂模式的改革探索無(wú)疑是一種挑戰(zhàn)，但同時(shí)也提供了一個(gè)反思和提高自己的好機(jī)會(huì)。從面向?qū)W生的問(wèn)卷調(diào)查和教學(xué)反饋結(jié)果來(lái)看，線上對(duì)分的教學(xué)實(shí)踐得到了學(xué)生的高度認(rèn)可。光電181班的楊曉華同學(xué)：“電磁場(chǎng)與電磁波這門(mén)課程利用網(wǎng)絡(luò)（對(duì)分易，學(xué)習(xí)通）的獨(dú)特性，使教學(xué)內(nèi)容變得高質(zhì)量，高要求，層次分明。高質(zhì)量：學(xué)生可以通過(guò)各種方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，如對(duì)分易里面的課程資源，通過(guò)觀看錄播視頻，通過(guò)導(dǎo)入到學(xué)習(xí)通的課程學(xué)習(xí)等；高要求：每一次上完課需要同學(xué)做相應(yīng)的知識(shí)總結(jié)，有小組討論等等，可以幫助同學(xué)們很好的回顧知識(shí)點(diǎn)；層次分明：上完一節(jié)課、一章，做相關(guān)的整理，同時(shí)在上課前一天會(huì)發(fā)布學(xué)習(xí)內(nèi)容。總之，我對(duì)于電磁場(chǎng)與電磁波這門(mén)課的教學(xué)方法是非常滿(mǎn)意的。”《電磁場(chǎng)與微波技術(shù)》課程的在線對(duì)分教學(xué)實(shí)踐取得了很好的成效，理工科基礎(chǔ)課程具有一些共性的特點(diǎn)，本文的成果也有望為理工科其他課程的在線教學(xué)提供一種借鑒和參考。