大學物理實驗智慧課堂實施策略與研究

胡訓美，張 波，余汪洋，耿家樂

（皖西學院，安徽 六安 237012）

0 引言

大學物理實驗課是高等院校對理工科學生所開設的一門必修的科學性實驗訓練基礎課程，是本科學生開始接受系統實驗思想、實驗方法和實驗技能訓練的開端。作為一門重要的基礎性實驗、實踐課程，大學物理實驗具有課程內容豐富、覆蓋范圍廣以及面向學生人數眾多的特點。而在傳統的實驗課堂教學模式中學生過多依賴課堂上老師的講解與演示，課前預習缺乏有效的監管手段，預習效果差；課中大部分同學只進行簡單的實驗現象“復制、再現”，缺乏主動探索精神；課后只提交一份實驗報告，難以進行知識的鞏固與拓展等。這種傳統的大學物理實驗授課模式限制了學生創新能力的發展，教學質量急待提高。隨著大數據、“互聯網+”、云計算和移動APP等信息技術的高速發展，社會各個領域都產生了深刻影響，教育也不例外。飛速的信息技術發展為教學改革提供了一個契機，也為我們開拓了一個改進大學物理實驗教學模式的途徑[1-2]，將信息技術與教育教學相融合，充分運用信息技術不斷改進教學方式與方法，從而推動傳統課堂轉向智慧性課堂，課堂主體從教師轉變為學生。

1 大學物理實驗智慧課堂教學實施策略

基于智慧課堂的大學物理實驗包括3個階段──課前實驗、課堂實驗、課后實驗，在智慧課堂實施過程中教師通過學習通APP等信息技術將線上、線下及課前、課中、課后進行有效的融合，實現高效、智慧的課堂如圖1所示。

圖1 智慧課堂模式

在智慧課堂教學過程中，教師設置任務驅動式、進階式模式等預習模式進行課前預習實驗，啟發學生智慧、激發學生疑惑；課堂實驗教學過程中，教師充分開發與利用網絡教育資源，創建基于問題解決的探究式、討論式模式激活課堂，促進學生智慧生長；課后教師通過分組討論等方式進行知識的復習和拓展，鞏固智慧成果。智慧課堂以“問題為導向”貫穿課前、課堂、課后整個實驗過程，從而調動學生的主動性、積極性和創造性。

1.1 激發課前預習、啟迪學生智慧

課前實驗旨在通過課前實驗預習激發出學生的疑問，啟迪學生的智慧生成。課前實驗主要是引導性實驗，學生通過自主閱讀實驗預習資料，觀看微視頻，熟悉實驗條件后進行仿真操作實踐，針對性地預習相關實驗內容，明確實驗的每一個操作步驟和要點，同時完成教師平臺發布的課前預習任務，檢驗預習效果，記下自己在預習過程中遇到的不理解的問題及疑惑（見圖2，P228）。

圖2 智慧課堂課前預習構建

教師課前通過學習通APP平臺進行預習構建：上傳相關教學資源至資源庫（實驗講義、PPT、預習提綱以及微視頻等）；根據教學目標和教學內容，設計出一組相關的預習任務如《楊氏模量的測定》（見表1，P228），任務發布時把幾個預習任務關聯在一起進行順序鎖定，設置成任務驅動預習模式或進階式預習模式，促使學生完成課前相關預習；依據大數據進行學情分析，根據學生預習情況進行教學設計[3]。

表1 課前預習任務

1.2 激活課堂、促進學生智慧成長

智慧課堂打破了傳統課堂的“教師演示，學生再現”的單一授課模式，課堂中心變“以教師為中心”為“以學生為中心”，教學重點不再是簡單的知識傳輸而在于注重知識傳輸過程中激發學生學習的自主性，也不再重實驗結果而輕過程思考。學生在智慧課堂中轉變了學習方式變成學習的主體，在教師的引導下開展自主性學習、分組討論及互助探究式等方式學習，并自動組成了學習團組，在學習過程中遇到疑惑不解的問題，開展深入的互動交流、探討，尋求問題答案等。教師是智慧課堂的構建者，從“執行者”變身“引導人”，全程引導、鼓勵、監測學生進行探究式學習，課堂上通過搶答、投票、分組討論等課堂活動加強了師生互動、生生互動[4]。教師作為引導者在智慧課堂中要有靈活應變的隨機能力，要實時監測教學過程中學生自主學習、分組討論中出現的疑難問題，以及基于學習通APP平臺所反饋的動態學習數據分析和新情況，采取靈活、機智性行動引導學生發現問題、提出問題、解決問題，從而及時調整課前的教學設計，優化和改進課堂教學進程。

智慧課堂實現了實時了解教學效果，徹底突破了時間和空間的限制。

1.3 激勵課后復習、鞏固智慧成果

課后實驗是課堂實驗的補充和延伸。在完成課堂實驗的基礎上，根據學生掌握的基本情況，選擇相應的課后實驗拓展內容，利用學習通APP平臺探索獨立完成實驗。開展課后實驗旨在加強對所學知識的實踐應用，是對課堂知識的延伸。在實踐中鞏固所學知識，發現并學習新知識；同時讓學生變學習主體，學會用課本知識去探究一些問題，這樣不僅有益于加強學生對知識的理解和應用以及對實驗技能的掌握，而且對培養學生的科學精神、提升學生的科學素養、提高學生的探究能力都非常必要。開展課后實驗，是對課堂探究式教學的有效補充。課后實驗的核心就是從課堂上走出去，把課堂學到的探究模式運用到實踐活動中，從而培養學生的創新思維。開展課后實驗不僅能開闊學生的視野，培養學生的興趣，提高學生的科學素養，而且有利于應用型、創新型人才的培養（見圖3，P229）。

圖3 智慧課堂課堂構建

2 基于大數據的智慧課堂學情分析

傳統的大學物理實驗課堂教師在開展教學設計時主要依靠個人教學經驗以及預判課堂上學生的學習行為來制定教學決策的，這種“以教定學”的教學設計導致學生上課完全根據教師教案走，教學過程變成是學生配合教師完成教案。由于教學設計忽視了對學生進行針對性的學情分析，忽略了學生的主體地位，從而導致課堂教學效果不佳。智慧課堂用大數據記錄了學生學習全過程，通過圖表和數據可以呈現出學生在課前預習、課堂互動、課后復習總結的即時情況。教師根據平臺反饋的學生學習行為進行大數據診斷與分析來調整課堂教學策略，用直觀的數據了解學生對知識掌握的水平，優化教學設計從而“以學定教”。

2.1 學生學習行為模型的建立

智慧課堂用大數據記錄了學生的行為方法、知識內容以及學習的全過程，構建了學生學習行為模型。大數據記錄課前學生預習資源情況包括觀看預習視頻、講義等時長，完成教師布置的預習習題時長以及正確率等學習數據；課中大數據實時記錄、反饋學生的探究學習行為過程，學生參與教師發布的課堂活動如搶答、投票、選人、分組討論、隨堂測試等；課后記錄學生參與知識應用與拓展以及作業完成情況。基于數據分析的智慧課堂能夠動態采集學生的學習數據，并自動對這些數據進行即時分析，從而構建了學生的學習行為模型。

教師通過研究學生的學習行為模型，了解學生的學習效果與學習狀態，對學習者進行全面的分析，更加清晰準確地掌握學生的學習情況；學生通過分析自己的學習模型了解自身的學習情況，進行自我評價與診斷學習效果，從而改變學習策略，進一步優化學習方案，提高學習效果。對比個體和班級學情分析報告，了解其他同學學習進展，更好地定位自己，提高競爭、促進交流，激發學習熱情。

2.2 教師基于數據的教學分析

教師也可以通過平臺進行實時測評、監測、統計學生的學習數據，然后通過查看教學統計數據與圖表，了解學生參與情況、完成情況。課前教師通過查看學生預習情況數據如學生預習時長、完成預習任務的正確率等數據深化學情分析，準確掌握每位學生的知識儲備和欠缺之處。根據學生實際需求，調整教學重難點，優化教學設計，從而進行精準教學；課中大數據技術能夠實時分析智慧課堂中的學生行為，通過分析學生參與課堂活動如隨堂測驗、分組討論等數據分析和即時反饋，教師可以更好地掌握學生的學習軌跡，了解學生認知水平、學習偏好[5]等。依據學生個體特征，隨時改進教學策略，調整教學進程，提高教學效果；課后通過對學生提交的作業數據分析和知識拓展完成度分析，開展針對性問題輔導，實現個性化的學習支持。

學習效果反饋的大數據分析為教師提供了及時、準確、立體的學生信息，從而有助于教師進行精準的學情分析，以及及時調整課堂教學進度與內容。再通過橫向和縱向的學習數據對比，從而綜合判斷出學生個體或集體的學習情況，這對于教師掌握整體教學情況，實時了解教學效果，提供了可靠的參考；這也有利于學生實時了解自身教學知識點掌握程度，有的放矢，揚長補短。智慧課堂用數據說話，強調數據分析，教情、學情一目了然，從“先學后教”轉變為“以學定教”，教學互動更深化、教學效果更顯著。

3 結語

智慧課堂相比于傳統課堂而言在教學觀念、內容和方式上都產生了根本性變化，它主要借助于最新的信息技術手段來變革和改進課堂教學，變以“教師為主導”的傳統課堂為以“學生為主體”的智慧型課堂。智慧課堂教學模式也產生了改變，課堂結構發生了變革，教學流程由傳統的“先教后學”轉向為“以學定教”，實現了個性化教學。在智慧課堂教學模式中注重智慧的教與學，便于促進學生個性化成長和智慧發展，它是以“自主、探究、合作”為特征的教與學方式，從而把學生的主動性、積極性、創造性較充分地發揮出來，使學生的創新精神與實踐能力的培養真正落到實處。