混合教學模式在大學物理實驗課程教學中的應用

尹亞玲，王博文，柴志方，崔 璐，畢志毅

(華東師范大學 物理與材料科學學院，上海 200241)

混合教學模式在大學物理實驗課程教學中的應用

尹亞玲，王博文，柴志方，崔 璐，畢志毅

(華東師范大學 物理與材料科學學院，上海 200241)

提出了大學物理實驗混合教學模式，包括：自主預習、學生實驗、實驗報告、主題討論、自主復習、科學論文、課外探究7個環節. 大學物理實驗課程連續2年的教學實踐，以及相關學生問卷調查的結果表明：混合教學模式下學生在實驗原理理解、實驗意義認知、實驗疑問探析、課程達標程度和實驗興趣意愿這5個方面的測評結果有明顯的提升，學生具有更高的學習效率，教師也具有更高的教學效率.

混合教學模式；傳統教學模式；大學物理實驗

大學物理實驗課程是我國普通高等學校(簡稱“高校”)物理學專業學生的必修課程，同時作為高校一些理工科院系學生所修讀的大學物理課程的重要組成部分，在引導學生掌握物理知識與技能、了解解決物理問題的過程與方法和建立科學的世界觀、人生觀和價值觀方面具有非常重要和深遠的作用. 研究發現，學生經過大學物理實驗課程的訓練之后，參與實踐與科學研究的內驅力和動手實踐的能力都有所提升. 科學和有效的大學物理實驗課程教學有助于提升學生的科學素養和核心素養[1-12].

現有大學物理實驗教學模式及存在的問題不利于創新人才的培養[13-14]. 為了改善這種情況，在對比單一且流程化的“預習、實驗、實驗報告、復習、考試”這一被廣泛采用的實驗教學模式的基礎之上提出混合教學模式. 在2年的教學實踐過程中，引導學生合理完成“自主預習、學生實驗、實驗報告、主題討論、自主復習、科學論文、課外探究”這一系列教學與學習過程，并設計了針對性很強的問卷進行調查分析. 研究結果表明:混合教學模式的教學效果有較大的提升.

1 以學生能力培養為導向，確定教學模式改革指導思想

大學物理實驗課程應提高學生的科學素養，該素養是建立在一定的科學文化知識基礎之上，包括合作與競爭意識，信息搜集、鑒別、整合、分析能力,問題發現、思考、解決能力等諸多方面. 皮亞杰的建構主義認為，學習不是知識的傳遞過程，而是知識本身意義建構的過程. 學習者是知識建構的主體，在學習的過程中，學習者通過在某一客觀存在的場景中，在已有經驗的基礎上通過同化和順應進行新的經驗建構，進而實現新經驗的積累[15]. 元認知理論讓學生懂得學習的本質就是提升學生的元認知發展水平. 學生只有了解了如何學習知識，才能摸索出適合自己的學習方法，才能更加有效率地進行學習[16]. 針對上述存在的問題，在科學的教學理論與學習理論指導下，我們試圖從教學模式這一角度切入，以能力培養為導向，滿足各層次學生學習需求，激發學生的學習熱情與興趣，拓展學生的知識面，增加學生的自主學習空間與學習自由度，培養學生的探究能力、創新能力. 我們對大學物理實驗課程的教學模式進行改革與調整，以期提升大學物理實驗教學質量.

2 以學生能力培養為核心，創建大學物理實驗混合教學模式

我們提出的混合教學模式通過調整教學方式，使教師和學生有更多的時間和空間進行交流，進而教師有條件針對學生的自身條件定制學習方式，從而引導更多的學生積極地進行自我實現. 混合教學模式在保證基礎知識和技能的教學基礎上，對學生的分析問題和解決問題的能力、嚴謹求真的科學學習習慣、質疑和創新能力進行培養，進而提升學生的科學素養，為學生終身學習和發展奠定了基礎. 通過采用“自主預習、學生實驗、實驗報告、主題討論、自主復習、科學論文、課外探究”這一混合教學模式在大學物理實驗課程教學中的教學實踐，觀察學生在實驗原理理解、實驗意義認知、實驗疑問探析、課程達標程度和實驗興趣意愿這5個方面的變化，進而為完善大學物理實驗課程的教學體系進行探索實踐.

1) 自主預習：由以往教師幫助學生預習改為學生自主預習，教師的作用主要在提出問題及與學生討論問題. 預習課不是“教師演示、學生臨摹”的學習形式，而是實現了學生在有知識儲備的基礎上的“教師組織、學生討論”的形式. 這種類似于頭腦風暴的預習形式有助于引導學生發現性思維的養成，并為學生發現、提出、分析和解決問題營造了良好的學術氛圍. 同時鍛煉了學生自主收集、篩選、整理和分析必要信息的能力.

2) 學生實驗：學生根據講義的要求，自主設計實驗步驟和數據記錄表格，并獨立完成實驗任務，教師會有針對性地對學生進行提問和指導. 本模式中的實驗過程和傳統模式不同. 首先，教師不直接對學生該如何操作下達指令，更不會代替學生完成實驗. 學生物理實驗的過程就是最大化重現物理原理和規律被發現的過程，這也符合教學是知識的再創造這一教學理念. 在這樣的實驗過程中，學生本身就是教學的主人，每名學生都能體驗到成功的喜悅. 其次，教師在實驗過程中，會通過觀察學生在實驗中的表現情況，針對不同的學生，提出不同的問題和討論. 學生不僅能充分和教師進行交流，還能夠接受到符合自身特點和發展需求的指導，有助于學生個性化、多元化的發展. 教師在指出學生問題的同時，也能調動學生提問的興趣，“問題教學”成了教師教學的主要形式. 最后，教師在巡視過程中會對學生的實驗操作程度、實驗預習情況、實驗完成情況做出實時評估，即完成對學生實驗課程的過程性評價.

3) 實驗報告：實驗報告內容除了常規內容之外，還著重對實驗數據的分析與實驗結果的討論以及實驗本身的延伸和拓展加以敘述，也可以探討對實驗方案的改進與優化.

4) 主題討論：增加階段性分組實驗交流討論課，討論主題源于學生所完成的多個實驗，不是簡單的實驗原理與過程描述及結果呈現，而是具有一定的研究性與開放性，要求學生結合實驗中發現的問題，通過拓展學習與深入探究，提出對實驗中發現與思考的問題的觀點、解答以及創新的改進，教師結合實際情況進行點評、解說與補充，充分發揮交流討論課的教學效果.

5) 自主復習：學生結合講義和實驗報告進行實驗復習，有疑問處可以與教師交流. 本模式中關于自主復習的突出特點在于，學生是復習的主體，學生自主選擇復習的內容和復習的方式與復習節奏，教師不會對學生采取“劃重點”、“做題目”等傳統復習方式. 學生在整體性的回顧之后可以對整個學期的實驗建立起整體印象，此時學生與教師的交流就是具有知識和經驗基礎之上的討論，是思維含量很高的討論，有助于學生進一步建構知識.

6) 科學論文：學生對實驗問題進行拓展學習與深入探討，選取在實驗中感興趣的發現或者針對某個實驗進行深入研究，并按照學術論文的要求進行論文撰寫. 通過引導學生撰寫論文，一方面可以讓學生深入地了解實驗的建立過程和內涵；另一方面通過論文的書寫，能夠系統訓練查閱文獻和科學語言書寫的能力，進而鍛煉學生撰寫論文的能力，為畢業論文和研究生階段的科研文章撰寫奠定基礎.

7) 課外探究：學生可以自薦參與某個實驗的進一步探索，或者在教師的指導下參與實驗系統的優化或新實驗項目的研發等. 學生的物理實驗課程應該和科研訓練項目進行有機地結合，以研帶學，實現學生的分層發展. 在課外探究的過程中，教師會對學生提出更高的要求，并提供相關的、更深入的、更專業的文獻資料供學生探究，進而實現對學生自主學習能力和探究學習能力的最大激發.

探究混合教學模式在大學物理實驗教學中的應用，具體研究方法總結如下：

1) 文獻調研,調研與大學物理實驗教學改革相關的文獻，結合到本文的研究中. 學習文獻中的研究方法、問卷設計與發放和分析方法.

2) 理論分析,以學習心理學的基本觀點和物理學的知識結構特點為出發點，根據學生綜合能力分布，設計適合的混合教學模式，安排具體操作流程.

3) 應用實踐,包括學生自主預習指導、學生分組、學生實驗的啟發性指導、討論課的設置、論文寫作、學生自薦實驗的指導、學生自薦參加的實驗系統的優化或新實驗儀器的開發等.

4) 問卷調查,對使用混合教學模式的班級進行問卷調查，客觀分析調查結果，總結大學物理實驗課程中應用混合教學模式的教學效果. 采用SPSS軟件和Excel軟件等進行數據整理、歸納和分析，總結當下大學物理實驗教學過程中存在的問題、混合教學模式的實際教學效果以及現行混合教學模式存在的不足.

與傳統模式中單獨針對學生的知識和技能掌握情況進行評價的目標不同，混合教學模式更加傾向于評價學生實際獲得的收獲與大學物理實驗課程的教學目標的差異程度，也就是評價學生的實際提升與預期標準的差異，并且分析產生這些差異的原因，進而對現有的教學方式進行調整，以使得接下來的教學更加符合學生的學習能力和學習期望. 混合教學模式中的教學評價目標更加符合教學評價的一般功能，即檢測、診斷、反饋、調節、激勵、導向功能[17]. 混合教學模式的實驗課程評分細則如表1所示. 雖然最終的評價結果是以分數的形式體現，但是混合教學模式的評價標準不是將學生進行趨同化的評價，而是建立在學生實際情況基礎和真實學習情境之上的差異化、個體化的評價. 通過教師對學生理論知識能力、問題解決能力和創新發展能力的綜合考察，繼而對學生建立個人檔案和進行分層，實施對學生的分層評價.

表1 混合教學模式下的大學物理實驗課程評分細則

3 以物理學系本科生為教學主體對象的大學物理實驗混合教學模式教學實踐

根據華東師范大學物理學系本科生第3學期大學物理實驗課程要求確定本項目的主要任務，根據調研和理論分析設計好本項目的混合教學模式，并將其具體實踐到大學物理實驗課程教學中. 在實踐中，通過隨堂跟蹤、課后問卷調研、任課教師采訪等方式，征集當下大學物理實驗教學存在的問題以及各方人士的意見和建議，對現行的混合教學模式進行評估和調整，使未來的教學模式更加符合教學實際和學生的學習需求.

本研究的問卷在編制時采取了靈活多樣的問題形式，其中包括單選題、多選題、填充題和開放式問題，并且根據題目內容的深度和題目內在的相關性，合理設計了問題之間的順序性. 為了保證問卷的可信度和有效性，遵循了如下4條準則選擇了有效問卷：1)漏答題目不超過15%；2)選擇題答案不具有明顯的規律性；3)答案不是完全相同的選項；4)按照問卷提示的方式完成問卷. 然后利用SPSS軟件和Excel軟件對統計數據進行分析.

4 研究結果分析

圖1給出了傳統模式中學生對實驗項目感受情況，可以很明顯地發現，大多數學生認為現有的實驗項目內容與理論教學進度脫節，并且實驗項目之間沒有關聯性，實驗課程不夠系統，不能理解學習這些實驗的原因. 還有一些學生表示現有的實驗內容主要為驗證性實驗，自己設計和思考的成分比較少，做起來沒有動力. 由此發現，學生內心還是很渴望接受實驗的訓練，只不過學生更希望能在深入了解實驗的原理和實際意義的基礎上進行實驗，并且希望自己是實驗的主人，希望自己的思考能在實驗中得到實現. 我們有理由相信，如果未來的實驗項目滿足了學生的這些需求，學生在實驗課上的滿足感和獲得感會更高，學習積極性和學習效率也會更高.

圖2反映了學生在經歷了2種教學模式之后對教學模式本身認知的態度. 從人數分布可以看出，絕大多數的學生(37人次)都能認識到2種教學模式的本質不同，即學生在課堂中參與程度的不同——在混合教學模式中學生的主體性地位得以保障，學生具有很大的自主權. 這種自主性也能在其他選項中得以體現， 例如，教師教學模式由單一傳授轉向了靈活多變，并且教師在教學過程中采用啟發式的教學進而引導學生進行思考；又例如，實驗課程通過更多元的考查方式更關注學生的個人差異和多種技能的收獲與提升. 這都能反映出：雖然現階段的混合教學模式仍有缺陷，但學生整體上接受并且認可這一教學模式的教學效果和對其自身帶來的提升.

圖1 傳統教學模式學生感受分布

圖2 “混合教學模式與傳統模式區別認識”問題的答案分布

根據連續2年的教學實踐，總結了大學物理實驗教學模式改變前后，學生對于實驗教學中7項指標評價結果的對比，見表2. 通過表2可發現，學生在經歷混合教學模式的學習過程后，學生搜集、整理和分析課外資源的能力有所提升；學生逐漸養成交流意識，學生正在適應集體學習和團隊學習；學生的學習過程逐漸從教師傳授向自主建構轉變，學生的主體性被提高了.

表2 學生在教學模式改變前后對7項指標的評價結果

此外，由于知識性的學習過程被轉移到了學生課后自主學習過程中，因此課上師生交流的機會增多，從學生的反饋可以發現，不僅教師能夠實現對盡可能多的學生有針對性提問，而且學生在教師具有引導性和啟發性的問題中對相關知識和問題產生進一步的思考和再創造，學生參與學習和研究的主動性大大提升.

混合教學模式通過關注學生個體的發展特點而對學生實施有針對性的教育教學，這與簡單地將學生進行分層教學的教學方法是具有本質不同的. 在混合教學模式中，教師更加關注學生的認知發展而不是現有的知識水平，因為學生是發展中的人，同時根據加德納的多元智力理論我們有理由相信每個學生擅長的領域是不同的，簡單地根據試卷測評成績就將學生分層的方式是不全面的，分層確定之后就停止變化的方式也是不合理的. 在混合教學模式中，教師通過課堂上對學生理論知識和動手能力的觀察對學生進行實時評估，根據教師自身多年的學習經歷與教學經驗，及時地更改對學生的指導方式. 誠然這種教學方式對教師的要求更高，但是不可否認，在這樣的指導之下，學生能夠得到更大程度的發展. 混合教學模式中增加的主題討論環節受到了學生的歡迎，學生普遍認為以報告和討論的形式向同學和教師展示自己小組的研究成果，不僅能使自己對于知識的理解和應用程度加深，還提升了學生的語言表達能力. 很多學生在與教師的私下交流中表示，這是人生第一次站在講臺上與他人分享自己的學習成果，并且表示這樣的經歷對自己的成長影響很大.

5 研究總結

大學物理實驗教學是理工科學生學習知識的必要組成，實驗項目有其固有的普適性和不確定性. 我們提出的大學物理實驗課程的混合教學模式，具有結構簡明、移植方便、效果顯著的特點. 區別于傳統教學模式，混合教學模式教學方法靈活多樣，教學手段新穎別致，重視課前準備、課外輔導和課堂教學效果. 多元化的考核方式使教學評價科學、全面、準確、客觀. 全方位、多層次的開放式實驗教學能為學生的主動學習和個性發展創造較好的外部環境，能滿足學生求知、探索和創新的愿望，側重創新精神與能力培養，體現了以人為本的教學理念. 另外該混合教學模式可以讓學生更多地融入課程教學中，更大限度地鍛煉和發揮個人綜合能力，對學生掌握科學思想方法、培養創新和探索精神、鍛煉建模能力等方面有重要的應用. 經過對2個年級被試學生的實踐研究和問卷測評，我們認為混合教學模式在大學物理實驗課程的實踐中達到了預期效果. 學生通過經歷“自主預習、學生實驗、實驗報告、主題討論、自主復習、科學論文、課外探究”的教學與學習過程，對實驗原理的理解程度得到了提升，學生在經歷主題討論后也能夠更加全面地認識實驗項目設置的意義，學生能夠主動對實驗中出現的相關現象和問題進行思考、分析和解決，并且愿意積極地參與相關問題的課后研究. 從任課教師的角度來看，教師進行實驗教學的投入產出比(“投入”指教師在備課、教學等環節消耗的精力，“產出”指學生在課后的能力提升)與傳統教學模式相比有所提高. 由于混合教學模式并沒有從根本上改變傳統物理實驗的教學方式，只是恰當地分配了學生自主學習、教師集中教學和團隊集體學習的時間和比例，并且相應地增加了對學生的評價環節，所以這一教學模式很容易在大學物理實驗學習的班級展開，而不必大規模地進行課時調整、內容調整和教師調整.

總之，混合教學模式是大學物理實驗課程教學的一次改革與嘗試，可以提升教學質量，實現本科大學物理實驗課程的教學目標. 關于大學物理實驗改革的課題是一個極其龐大的課題，很多方面都亟待改變，我們也呼吁更多有志于從事大學物理實驗教學實踐和改革的同仁共同努力，共同為建設符合中國特色的大學物理實驗教學體系而貢獻力量.

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[責任編輯：任德香]

Application of the mixed-mode teaching in the college physics experiment course

YIN Ya-ling, WANG Bo-wen, CHAI Zhi-fang, CUI Lu, BI Zhi-yi

(School of Physics and Materials Science, East China Normal University, Shanghai 200241, China)

The mixed-mode teaching was presented, including autonomous preview, experimenting, laboratory reports, topical discussions, autonomous review, scientific papers and extracurricular research. Two years of teaching for the college physics experiment courses and the related students’ questionnaires showed that the five aspects including the students’ understanding level of experiment theory, the cognition degree of the significance of experiments, the ability of inquiry, the degree of compliance and the aspiration of experiment had been improved significantly. It was proved that the students had higher learning efficiency and the teachers had higher teaching efficiency in the mixed-mode teaching.

mixed-mode teaching; traditional teaching mode; college physics experiment

2016-06-05

華東師范大學教學方法與手段改革項目(No.40400-511232-15101/056)

尹亞玲(1981-)，女，江蘇如皋人，華東師范大學物理與材料科學學院副教授，博士，從事大學物理實驗教學與研究.

G642.423

B

1005-4642(2017)03-0041-07