大學(xué)物理“三階式”混合教學(xué)模式的探索與實(shí)踐

張 靜，楊艷芳，江海燕，劉彩霞，徐元英

（合肥工業(yè)大學(xué) 物理學(xué)院，安徽 合肥 230009）

2020年11月，世界互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)·互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展論壇開幕，習(xí)近平主席在致論壇的賀信中指出，當(dāng)今世界，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革方興未艾，帶動(dòng)數(shù)字技術(shù)快速發(fā)展。新冠肺炎疫情發(fā)生以來，在線教育技術(shù)發(fā)展迅速。在教學(xué)過程中，以雨課堂、騰訊課堂、釘釘?shù)染W(wǎng)絡(luò)智慧教學(xué)平臺(tái)為輔助，將傳統(tǒng)教學(xué)模式與豐富的網(wǎng)絡(luò)資源和信息交互手段有機(jī)結(jié)合，充分激發(fā)教師和學(xué)生的主觀能動(dòng)性，優(yōu)化教學(xué)過程，提高教學(xué)質(zhì)量。這種混合式教學(xué)模式不僅突破了時(shí)間和空間的限制，最大限度地實(shí)現(xiàn)資源共享，而且推動(dòng)了學(xué)習(xí)方式和學(xué)習(xí)意識(shí)的變革，使自主學(xué)習(xí)和個(gè)性化教學(xué)成為可能，充分滿足現(xiàn)代教育和終身教育的需求。

一、基于智慧教學(xué)平臺(tái)的大學(xué)物理“三階式”混合教學(xué)模式

高等院校理工科專業(yè)的大學(xué)物理系列課程是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)和創(chuàng)新探索精神的重要載體，直接影響物理觀念、科學(xué)思維、實(shí)驗(yàn)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等物理核心素養(yǎng)的形成，以及科學(xué)核心素養(yǎng)的整體提升。基于智慧教學(xué)平臺(tái)，構(gòu)建“探究式預(yù)習(xí)—同伴式學(xué)習(xí)—進(jìn)階式復(fù)習(xí)”的三階式混合教學(xué)模式，就是一種有效落實(shí)科學(xué)精神和實(shí)踐能力素養(yǎng)培養(yǎng)，并貫穿和融通其他素養(yǎng)的教學(xué)方式。

（一）探究式預(yù)習(xí)

受傳統(tǒng)教學(xué)模式和思維定式的影響，大部分教師習(xí)慣于把主要精力放在教學(xué)內(nèi)容的教授及課后練習(xí)的完成等環(huán)節(jié)，忽視了預(yù)習(xí)的重要性。在大學(xué)物理教學(xué)過程中經(jīng)常會(huì)面臨這樣的問題，學(xué)生在聽課過程中由于對(duì)新知識(shí)不熟悉、不了解而無(wú)所適從，跟不上課堂進(jìn)度，逐漸喪失學(xué)習(xí)動(dòng)力和欲望。如果在課前針對(duì)新知識(shí)進(jìn)行初步了解和把握，不僅能夠鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和探索精神，也有助于提高后續(xù)課堂的教學(xué)效率。預(yù)習(xí)是學(xué)習(xí)新知識(shí)的前導(dǎo)，“探究”則是預(yù)習(xí)過程中牽一發(fā)而動(dòng)全身的關(guān)鍵，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究式預(yù)習(xí)，在預(yù)習(xí)過程中培養(yǎng)自主精神和創(chuàng)新意識(shí)，教學(xué)效果將事半功倍。

預(yù)習(xí)就是讓學(xué)生依據(jù)已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，通過感知、理解、分析、判斷、想象等心智活動(dòng)，經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題、分析原因、嘗試探究、歸納創(chuàng)新等步驟學(xué)習(xí)新知識(shí)的過程。通過預(yù)習(xí)，學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行梳理和思考，充分聯(lián)系以往的知識(shí)體系，將學(xué)習(xí)材料和內(nèi)容加工成“半成品”。認(rèn)知心理學(xué)家皮亞杰提出，應(yīng)以教會(huì)學(xué)生怎樣學(xué)習(xí)和持續(xù)發(fā)展為教育宗旨。學(xué)生通過嘗試、思考和探索，整理出對(duì)新知識(shí)的疑問和困惑，在隨后的課堂學(xué)習(xí)中就會(huì)自然而然地集中注意力，聚焦疑難之處，形成積極主動(dòng)的內(nèi)驅(qū)力和持續(xù)學(xué)習(xí)的行動(dòng)力。

另一方面，盲目讓學(xué)生自己預(yù)習(xí)可能會(huì)抓不住重點(diǎn)，教師應(yīng)當(dāng)充分利用智慧教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行引導(dǎo)和輔助。根據(jù)預(yù)習(xí)提示和要求，確定預(yù)習(xí)步驟，制定和推送預(yù)習(xí)問題和資料。預(yù)習(xí)問題應(yīng)有區(qū)分度，難度適中，循序漸進(jìn)，并能精準(zhǔn)體現(xiàn)核心內(nèi)容和核心概念，關(guān)聯(lián)教學(xué)目標(biāo)，教師根據(jù)學(xué)生反饋，及時(shí)總結(jié)歸納，提煉重難點(diǎn)，做好教學(xué)預(yù)案。

高質(zhì)量的預(yù)習(xí)，需要長(zhǎng)期堅(jiān)持并形成有效模式，一是要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的預(yù)習(xí)興趣，使其明確有效預(yù)習(xí)對(duì)后續(xù)學(xué)習(xí)效果的促進(jìn)作用。二是要提高學(xué)生的預(yù)習(xí)能力，包括明確所要預(yù)習(xí)的內(nèi)容及重難點(diǎn)，并圍繞重難點(diǎn)提升資料查閱、分析思考、聯(lián)想運(yùn)用、總結(jié)判斷及互助學(xué)習(xí)等綜合能力，提高學(xué)生的參與積極性，并在高效的合作預(yù)習(xí)、探究過程中體驗(yàn)自主預(yù)習(xí)的成就感。三是注意消除預(yù)習(xí)的隨意性。教師要對(duì)學(xué)生的預(yù)習(xí)情況進(jìn)行預(yù)判和評(píng)價(jià)，幫助學(xué)生在探索和求知過程中形成良好的物理思維和習(xí)慣。

（二）同伴式學(xué)習(xí)

為了在大學(xué)物理教學(xué)過程中實(shí)現(xiàn)合作學(xué)習(xí)和有效互動(dòng)，哈佛大學(xué)埃里克·馬祖爾基于合作學(xué)習(xí)理論創(chuàng)設(shè)了同伴教學(xué)法，其實(shí)質(zhì)就是在課堂上以適當(dāng)?shù)姆绞浇W(xué)習(xí)共同體，以獲得高效率的教學(xué)效果和學(xué)生群體素質(zhì)的整體提升。

在課堂中構(gòu)建學(xué)習(xí)共同體，通過學(xué)生之間的對(duì)話與合作，不僅可以學(xué)習(xí)同伴的優(yōu)點(diǎn)，也能認(rèn)識(shí)自身缺點(diǎn)，拓寬知識(shí)面，提升學(xué)習(xí)能力。日本教育學(xué)家佐藤學(xué)認(rèn)為這一學(xué)習(xí)共同體充滿無(wú)限的可塑性，每個(gè)學(xué)生的成長(zhǎng)環(huán)境、情感性格、思維方式、興趣愛好等千差萬(wàn)別。他們聚集在一起的時(shí)候，群體之間的差異性和多樣性得到充分展現(xiàn)，構(gòu)成一個(gè)交響樂團(tuán)般的集體，所有參與的學(xué)生溝通能力與合作能力都能在潛移默化中得到提升。

同伴教學(xué)法是基于教師在預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)中系統(tǒng)設(shè)計(jì)的概念測(cè)試或基本理論測(cè)試問題，實(shí)現(xiàn)課堂師生互動(dòng)、生生互動(dòng)的教學(xué)方法，由許多針對(duì)本質(zhì)概念和關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)的簡(jiǎn)短講授課題構(gòu)成。與同伴交流和辯論的過程打破了傳統(tǒng)的被動(dòng)式教學(xué)的千篇一律，學(xué)生不僅接受新知識(shí)，還必須獨(dú)立思考問題，把自己的想法和觀點(diǎn)用適當(dāng)?shù)姆绞奖磉_(dá)出來，這是一種綜合性的考驗(yàn)，更是促進(jìn)能力進(jìn)階的有效方法。

同伴教學(xué)法的關(guān)鍵是教師在預(yù)習(xí)階段應(yīng)設(shè)計(jì)高質(zhì)量的測(cè)試問題，用以激發(fā)學(xué)生對(duì)問題的有效討論。有效的測(cè)試題應(yīng)該圍繞課程核心內(nèi)容和本質(zhì)概念，讓學(xué)生在討論過程中深化理解和擴(kuò)展預(yù)習(xí)階段獲取的知識(shí)成果。學(xué)生給出的測(cè)試題答案，往往會(huì)有錯(cuò)誤和偏差，而學(xué)生之間在互相提問和解答彼此問題時(shí)，將知識(shí)應(yīng)用到不同的問題情境中，有利于知識(shí)遷移，從而有效學(xué)習(xí)新知識(shí)，帶來事半功倍的學(xué)習(xí)效果，這是同伴教學(xué)法的真正價(jià)值。全體學(xué)生互助合作則是同伴教學(xué)法取得成功的基本要素，只有互幫互助、團(tuán)結(jié)協(xié)作，才能充分展現(xiàn)課堂運(yùn)作的科學(xué)性和組織性，形成“雁陣效應(yīng)”。

教師為了在課堂上即時(shí)掌握學(xué)生答題和研討的進(jìn)展情況，并以此為依據(jù)組織課堂教學(xué)，需要借助智慧教學(xué)平臺(tái)作為信息交互的方式。應(yīng)用同伴教學(xué)法，教師在上課時(shí)可以對(duì)講課內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)取舍，例如，學(xué)生通過自學(xué)和互學(xué)之后已經(jīng)掌握的內(nèi)容無(wú)須講授，大部分學(xué)生認(rèn)為疑難的知識(shí)點(diǎn)則應(yīng)重點(diǎn)講解并通過練習(xí)加以強(qiáng)化。同伴教學(xué)法并不意味著完全放棄傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，當(dāng)知識(shí)內(nèi)容過于復(fù)雜或難度過大，不能通過學(xué)生自學(xué)和合作互學(xué)解決時(shí)，課堂講解仍是必不可少的，因此，構(gòu)建靈活機(jī)動(dòng)的混合式教學(xué)模式已經(jīng)成為新時(shí)代教育理念下的重要課題。

（三）進(jìn)階式復(fù)習(xí)

布魯姆將認(rèn)知目標(biāo)分為記憶、理解、應(yīng)用、分析、綜合、創(chuàng)造，體現(xiàn)了學(xué)習(xí)進(jìn)階的理念。根據(jù)認(rèn)知心理學(xué)的同化理論，結(jié)合物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求，可以認(rèn)為學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中形成上位物理認(rèn)知，通過與新的系列化具體下位物理問題發(fā)生相互作用（即解答具體物理問題）的科學(xué)推理過程，內(nèi)化原有的物理理論和方法，將其提煉升華為穩(wěn)定、清晰、概括化的物理核心素養(yǎng)。

進(jìn)階式復(fù)習(xí)的含義通常涵蓋兩個(gè)方面，一是復(fù)習(xí)任務(wù)的設(shè)置要有層次感和遞進(jìn)關(guān)系，主要體現(xiàn)在教師要根據(jù)物理核心知識(shí)間的聯(lián)系，依據(jù)不同層次的教學(xué)目標(biāo)，設(shè)置層層遞進(jìn)的復(fù)習(xí)問題和作業(yè)，以基本概念為核心，以基本規(guī)律的應(yīng)用為主線，使學(xué)生對(duì)問題的分析和處理有序進(jìn)行。各級(jí)教學(xué)目標(biāo)既相互聯(lián)系，又呈螺旋式上升，循序漸進(jìn)，環(huán)環(huán)相扣，使學(xué)生對(duì)某一主題的思考和認(rèn)知逐步豐富和深入，思維持續(xù)保持活躍狀態(tài)，逐步達(dá)成高階認(rèn)知目標(biāo)。二是要在面向全體學(xué)生的基礎(chǔ)上，充分考慮學(xué)生的個(gè)體差異和能力發(fā)展需求，做到因材施教，量身定做。例如設(shè)置復(fù)習(xí)問題時(shí)，核心知識(shí)點(diǎn)相同，解決問題的思路和方法相同，但內(nèi)容多少和難易程度可以有所不同，既能讓能力出眾的學(xué)生充分發(fā)揮自身水平，也有利于基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生掌握基本概念，學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)，形成良好的區(qū)分度。進(jìn)階式復(fù)習(xí)模式不僅給學(xué)生提供了承載知識(shí)的載體，而且有助于學(xué)生建構(gòu)知識(shí)框架，使其問題分析、邏輯推理、數(shù)學(xué)計(jì)算等方面都能夠得到提升。

二、“大學(xué)物理”系列課程混合教學(xué)模式的探索與實(shí)踐

合肥工業(yè)大學(xué)“大學(xué)物理”系列課程一貫秉承學(xué)校“構(gòu)建以能力為導(dǎo)向的‘培養(yǎng)目標(biāo)—教學(xué)過程—質(zhì)量提升’三位一體教學(xué)體系”的指導(dǎo)思想，對(duì)混合式學(xué)習(xí)的需求、內(nèi)容、可行性、學(xué)習(xí)者特征等進(jìn)行充分分析，將混合式教學(xué)理論應(yīng)用于大學(xué)物理課程改革，采取信息技術(shù)與傳統(tǒng)課堂相結(jié)合的方法，在基于智慧教學(xué)平臺(tái)的混合式教學(xué)模式方面進(jìn)行了積極探索和實(shí)踐。

“三階式”混合教學(xué)模式涵蓋教師活動(dòng)、學(xué)生活動(dòng)、學(xué)習(xí)資源的支持等方面。以智能平臺(tái)為教學(xué)輔助的混合式教學(xué)過程如圖1所示。以光柵衍射為例，分析“三階式”混合教學(xué)模式的具體設(shè)計(jì)和應(yīng)用。

圖1 基于智慧教學(xué)平臺(tái)的“三階式”混合教學(xué)模式

（一）課前導(dǎo)學(xué)：探究式預(yù)習(xí)

教師提前設(shè)置預(yù)習(xí)任務(wù)和概念測(cè)試題，制作PPT、視頻、試卷等，推送至教學(xué)平臺(tái)。要求學(xué)生預(yù)習(xí)光柵的基本概念和光柵衍射的相關(guān)內(nèi)容，結(jié)合圖片或視頻資料舉出實(shí)例，提出問題。例如學(xué)生常用的文具盒或書包等用具的表面經(jīng)常鑲嵌有立體圖畫，它們是如何表現(xiàn)出立體感的，光盤的表面為什么會(huì)有彩色的花紋，它和肥皂膜的彩色條紋是同種光學(xué)現(xiàn)象嗎……學(xué)生在著手學(xué)習(xí)之前，可以先通過教師提供的在線課程介紹、教學(xué)計(jì)劃，對(duì)即將學(xué)習(xí)的知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)把握，包含對(duì)課程特色、教學(xué)方法、課程的設(shè)計(jì)思路等進(jìn)行認(rèn)識(shí)了解。通過閱讀課本、文獻(xiàn)或查找資料，初步認(rèn)識(shí)光柵的概念，對(duì)預(yù)習(xí)問題展開探究，初步了解光柵衍射的相關(guān)內(nèi)容，逐漸提煉出重難點(diǎn)。在此過程中可以隨時(shí)提出自己的疑問，及時(shí)向教師反饋。智慧教學(xué)平臺(tái)能夠通過數(shù)據(jù)分析功能，向教師實(shí)時(shí)傳達(dá)學(xué)生的預(yù)習(xí)情況；教師通過與學(xué)生的互動(dòng)，分析學(xué)生的知識(shí)盲區(qū)，確定授課重點(diǎn)和難點(diǎn)。

（二）課堂教學(xué)：同伴式學(xué)習(xí)

課堂學(xué)習(xí)過程以預(yù)習(xí)階段提出的問題為切入點(diǎn)，指出立體畫表面鑲嵌的光柵，起到了限制光線出射方向的作用，使人的雙眼形成視差，產(chǎn)生立體感，此處并沒有衍射效應(yīng)；而光盤的表面則是周期性螺旋狀凹槽，可視為一種反射光柵，彩色條紋則是衍射的結(jié)果，引入光柵的概念和分類。可進(jìn)一步借助簡(jiǎn)單的光柵片教具，引導(dǎo)學(xué)生觀察教室里的燈光透過光柵后發(fā)生的現(xiàn)象，并將其與單縫弗朗禾費(fèi)衍射及楊氏雙縫干涉條紋進(jìn)行對(duì)比，提出問題：平行光穿過多條平行窄縫時(shí)會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象，遵循怎樣的規(guī)律？循序漸進(jìn)地引入新課內(nèi)容。著重以透射光柵為例研究光柵衍射的基本規(guī)律，借鑒雙縫干涉的研究思路，分析各條窄縫出射光線的光程差，得出光柵方程，明確明暗條紋形成的條件。對(duì)于涉及核心概念的關(guān)鍵內(nèi)容，可設(shè)置討論題，讓學(xué)生展開討論，例如光柵衍射暗紋的形成條件究竟是各條窄縫的出射光線彼此之間都要干涉相消，還是所有出射光線的光振動(dòng)矢量總和為零從而相消？討論的形式靈活機(jī)動(dòng)，可以是闡述，也可以是辯論，持不同觀點(diǎn)的學(xué)生自動(dòng)組成兩個(gè)或多個(gè)討論組，可以借助理論分析、定律推導(dǎo)、列舉實(shí)例等方式論證己方觀點(diǎn)，并試圖說服對(duì)方。在此過程中教師應(yīng)隨時(shí)關(guān)注、正確引導(dǎo)，避免出現(xiàn)群體性理解偏差和謬誤。精準(zhǔn)掌握知識(shí)點(diǎn)的學(xué)生在向其他同學(xué)進(jìn)行講解、糾正錯(cuò)誤觀點(diǎn)時(shí)，甚至比教師更容易基于自身體驗(yàn)而直擊要點(diǎn)，達(dá)到事半功倍的效果。光柵衍射概念和衍射圖樣的形成規(guī)律都很抽象，在講述和推導(dǎo)的基礎(chǔ)上，可以充分運(yùn)用智能平臺(tái)的視頻資源，介紹光柵在染料激光器、光譜分析儀等領(lǐng)域的應(yīng)用，便于學(xué)生建立生動(dòng)直觀的物理圖像，有助于對(duì)物理規(guī)律的深入理解和掌握。

（三）課后反饋：進(jìn)階式復(fù)習(xí)

教師可針對(duì)不同層次學(xué)生設(shè)計(jì)遞進(jìn)式復(fù)習(xí)任務(wù)，推送練習(xí)和復(fù)習(xí)題，學(xué)生可以通過附件作答、拍照上傳、語(yǔ)音回復(fù)等方式，及時(shí)反饋?zhàn)约簩?duì)知識(shí)的掌握情況和疑問之處，通過對(duì)知識(shí)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)性回顧、梳理和鞏固，逐步建立和完善知識(shí)體系，達(dá)成高階認(rèn)知目標(biāo)。例如通過多種實(shí)例，進(jìn)一步加深理解光柵的概念和光柵衍射的應(yīng)用，指出凡是具有空間周期性結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件都可視為廣義的光柵。可以用實(shí)驗(yàn)室里觀察白光或單色光衍射花樣的實(shí)例進(jìn)行基礎(chǔ)性練習(xí)，也可以設(shè)置開放式問題的討論，小到舞臺(tái)上應(yīng)用光柵形成炫麗的燈光效果，大到光柵光譜儀、光纖光柵在傳感器、測(cè)溫系統(tǒng)、建筑工程、地質(zhì)遙感等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，以加強(qiáng)對(duì)理論知識(shí)的理解鞏固。復(fù)習(xí)不僅是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況的檢測(cè)，也會(huì)引起教師對(duì)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法的調(diào)節(jié)性思考，對(duì)教學(xué)質(zhì)量的改進(jìn)形成正反饋。教師可以在線答疑解惑，進(jìn)行個(gè)別化指導(dǎo)，真正實(shí)現(xiàn)師生實(shí)時(shí)互動(dòng)，因材施教。也可借助智慧教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行在線測(cè)試，或者要求學(xué)生進(jìn)行開放式綜述或小論文的撰寫，讓學(xué)生深入思考，廣泛查閱資料，從書本知識(shí)拓展到實(shí)際應(yīng)用，不僅加強(qiáng)學(xué)生對(duì)定律的理解和掌握程度，提高分析問題、解決問題的能力和獨(dú)立思考的精神，而且進(jìn)一步強(qiáng)化核心素養(yǎng)的形成，達(dá)到能力進(jìn)階的教學(xué)目的。

運(yùn)用“三階式”混合教學(xué)模式，教師要從物理學(xué)科規(guī)律和學(xué)生實(shí)際出發(fā)，以學(xué)生為主體，合理安排層次和難度，創(chuàng)設(shè)良好的教學(xué)環(huán)境，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主觀能動(dòng)性，完成從被動(dòng)教學(xué)到主動(dòng)學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變，累積知識(shí)的同時(shí)完成核心素養(yǎng)的提升，最終實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)的有效性。

合肥工業(yè)大學(xué)大學(xué)物理系列課程以豐富的教學(xué)實(shí)踐和省級(jí)精品課程平臺(tái)為依托，以“雙一流”建設(shè)背景下對(duì)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需求為出發(fā)點(diǎn)，將信息技術(shù)與傳統(tǒng)課堂相結(jié)合，創(chuàng)新性地構(gòu)建“探究式預(yù)習(xí)—同伴式學(xué)習(xí)—進(jìn)階式復(fù)習(xí)”三階式混合教學(xué)模式，以期進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量，為進(jìn)一步深化教學(xué)改革提供數(shù)據(jù)支撐，研究成果具有示范性和輻射性，對(duì)安徽省及國(guó)內(nèi)理工科院校的大學(xué)物理課程建設(shè)和改革，具有一定的參考和借鑒作用。