高校物理類課程翻轉型作業改革與探索

亓 鵬 王殿生 王玉斗 周 偉 劉學鋒 周麗霞 劉 健

(中國石油大學(華東)理學院，山東 青島 266580)

高校物理類課程翻轉型作業改革與探索

亓 鵬 王殿生 王玉斗 周 偉 劉學鋒 周麗霞 劉 健

(中國石油大學(華東)理學院，山東 青島 266580)

作業是課程教學的一個重要環節，針對物理類課程作業枯燥乏味、難度大的特點，通過對其重新設計，使其煥發出新的活力，使這一教學環節發揮出應有的重要作用。設置翻轉型作業，讓學生結合課堂所學知識，思考生活中遇到的現象或者問題，抽象出物理模型，自己設計題目自己做，可以有效解放學生的思想，增強物理問題的趣味性，進而提高學生學習物理類課程的積極性，培養學生的創新能力和協作能力。在此基礎上還增加了學生提問式課堂問答，培養學生提出問題的能力。實踐結果表明，這一方法極大地激發了學生做作業的積極性，學習效果有了大幅度提高。

作業改革；翻轉型作業；物理；課堂問答

在高校的許多課程教學過程中缺少作業環節，許多人認為只有中小學教師才應該布置和批改作業，許多教師在一門課中布置的作業不超過5次，有些教師甚至認為大學中的作業是可有可無的，教師只管教，做習題是學生自己的事。由于對作業不重視，也導致了傳統高校作業存在諸多問題：單一的課后習題、缺少綜合性作業、缺少合作交流性作業、教師單一批閱評價、作業反饋周期過長等。也有許多教師認為，布置和批改作業是一個重要的教學環節，任何一個學科、任何一門課程都應該布置適量作業，并且要認真批改[1]。他們在作業方面提出了一些行之有效的改革。然而，在高等教育中，隨著科技的進步，各種教學改革新方法也逐漸提出，總體而言，作業方面的改革力度仍然落后于教學方法改革。

物理類課程作業作為高等教育作業中的一種，既有共同的特點，也有自身獨特的地方。一是物理類課程作業難度較大，學生不愿意做；二是現有的物理類習題都是過于理想化的問題，與現實脫節，學生覺得枯燥乏味，因而不愿意做。針對物理類課程作業的特點，筆者首先總結了傳統作業存在的問題，借鑒了教育工作者提出的有益作業改革方法，探索了基于翻轉型作業的高校物理類課程作業改革的新方法，并取得了較好的成績。

1 現有的作業改革與探索

1.1 提高作業重視程度

要提高對高校作業的重視程度，思想上的重視是一切行動的前提。應該從高等教育的指導上重視作業環節，高等教育的相關方針、政策、規范、標準等應該突出作業環節。完善高校作業環節相關管理制度和規范、要求，形成強有力的制度保障。在學生教學管理方面，應該積極地將高校作業成績與學生的分數、學分等掛鉤，完成相應的制度建設，增加作業成績的比重[2]。也有教師提出，教師在作業方面應該起到表率作用，一方面自己認真批改作業，及時糾正作業中的錯誤，另一方面還要嚴格要求學生[1]。

1.2 統一作業向分層次作業轉變

充分認識到學生的智力、興趣、技能是有差異的。在教學過程中，教師根據不同學習層次的學生，布置不同要求的習題作業[3]。對于基礎較好的同學，可以探索一題多解，積極探索解答途徑和方法，有利于學生養成發散思維、深入思考的習慣，使作業真正成為課堂教學的一種補充和深化[4]。對于基礎較差的同學，可以多做一些基礎知識作業，難度較低，以鞏固課堂所學知識為主。

1.3 由單一作業向多樣化作業轉變

在作業形式上注重多樣化，將教材預習、書面作業、實驗作業、大作業、課程設計等相結合，培養學生主動學習的態度和基于問題的學習能力[2,3]。為豐富學生的學習內容，提高學生的學習興趣，開拓學生的學習視野是其中的一個必要環節。所以在作業內容上確保新穎、先進，突出培養學生的創新意識、知識應用和設計能力，以及嚴謹的科學素養，充分挖掘物理課程對人才培養的潛在價值[5]。

1.4 由知識性作業向綜合性作業轉變

改變單一的知識性作業，作業內容不再只限于教材，而是聯系實際應用。形式上也不再只限于做題，而是使用網絡及多媒體技術，精心制作大作業和課程設計。內容可以是課程主題發展的綜述、課程某些章節的綜合應用等[3]。綜合性作業不僅強化了基礎知識，而且強調了對學生方法、技能、創新能力的培養。

1.5 由獨立性作業向小組合作性作業轉變

已有不少教師認識到合作性作業獨有的特色，并開始在教學中使用。主要有4個步驟：團隊組建、作業探究、成果展示、總結評價[3]。合作性作業既增強了學生的探索精神和參與意識，又培養了學生團隊協作精神，并有利于學生自我認識的提高和學習興趣的提高[6-8]。

1.6 由教師評價向多人多方式共同參與評價轉變

有些教師提出師生共同評價相結合的評價方式，樹立學生的主體意識，并在評改過程中學會自我發現、學會自我反思和欣賞他人[6]。有教師把作業貼到教師博客上，教師和學生在作業后自由點評，不僅可以有效避免學生抄襲作業，還方便學生相互對比，激勵其取長補短，使得師生的交流溝通從一對一變為多對多，這比傳統的作業方式有效得多[2]。也有教師提出綜合評價體系：教師評價、學生自我評價、學生互評、課程網站公開評價等方法，實現作業的及時、異步和高效的反饋與矯正[3]。還有教師把師生共評要求進行了細化：評思路、評過程、評表述、評結果[9]。

1.7 采用項目式作業以培養創新能力

項目式作業是指在某一教學階段，教師根據課程教學大綱的內容、教學進度和學生掌握的知識水平，設計能涵蓋相關知識點，并結合現實生活實際的綜合性作業[5]。在教師的指導下，鼓勵學生自己動手進行項目作業，并要求學生項目作業結束后，寫出項目作業過程，分析項目作業中存在的問題與不足，以利于提高項目作業技術水平和動手能力的培養[10]。

1.8 充分利用現代網絡技術提高作業管理效率

網絡技術發展至今，網絡教學平臺大量出現，與校園網相結合，十分好用，比幾年前的電子郵件、博客、論壇等[2,4]管理作業的方法要方便得多。有些學校甚至研發出能自動識別出公式的智能批閱計算題的系統，極大地減少了教師的工作量[11]。

1.9 其他作業改革方法

(1) 取材于生活，創設生活小問題，讓學生根據自己的專業所長，選擇不同的題目，主動查找資料進行解答，可以加強對物理概念的理解，有效地提高對物理知識的靈活運用[5]。

(2) 學習物理學家在科學研究過程中體現出的百折不撓的科學精神、一絲不茍的科學態度和求真務實的工作作風，可以使學生在學習物理規律的同時，弘揚物理學家的人格品質，在潛移默化中培養學生嚴謹的科學素養[5]。

2 翻轉型作業改革與探索

廣大教育工作者分別從以上9個方面進行了作業改革，取得了較好的效果。在充分借鑒前人方法的基礎上，本文對高校物理類課程作業進行了更深入的研究和實踐，提出了翻轉型作業改革嘗試，力圖讓學生從接受性學習方式向主動性學習方式轉變，從而培養學生的創新精神和實踐能力。所謂翻轉型作業，是指學生結合課堂所學知識，思考生活中遇到的現象或者問題，抽象出物理模型，自己設計題目自己做。為了確保翻轉型作業的順利實施，我們首先公開作業方案和評價標準，以提高對作業的重視程序；然后因材施教，對不同學生實施不同的作業方案；最后實行翻轉型作業，并對實施效果進行分析。在實踐過程中，我們還穿插著進提問式課堂問答，充分調動學生的學習積極性。具體的改革方案如下。

2.1 公開作業方案和評價標準，提高學生對作業的重視程度

每位教師都有自己的作業方案和評價標準，通常只有教師自己了解。學生并不清楚評價標準，往往會感覺做好做壞一個樣，從而消極對待作業。如果在開課的第一堂課上，向學生公開作業方案和評價標準，使學生知道應該向哪個方向努力，有一種可以自己掌握“命運”的感覺，可以有效提高學生對作業的重視程度，以及做作業的積極性。

參考的作業方案如下，每人需要完成9次作業，共計90分，剩余10分為課堂問答得分，滿分為100分。其中選擇完成一次較難較大的項目型作業，可抵3次作業。如果學期末結課時課堂問題成績為零分，則取消所有作業成績。單次作業的評價標準見表1。

表1 單次作業的評價標準

為杜絕無意義的抄襲作業和不交作業的現象，附加兩個條件：得3個D取消全部作業成績，得3個E取消全部作業成績，并取消考試資格。

2.2 對學生分類實施不同作業方案

對于學習積極性較高的學生，作業要求設置較低，甚至可以選擇不交作業。如果強制要求做作業，可能會使學生產生抵觸心理，這對于課程學習是不利的。對于學習積極性一般或者較差的大多數學生，作業要求多一些，作業數量也應達到一定要求。如果不強制做作業，這部分學生可能會放松學習，甚至出現不交作業或者抄襲的現象，同樣不利于課程學習。

2.3 以翻轉型作業為主，并網絡公開作業

雖然物理類教材已經作了許多改革，但是從習題的類型看，物理類習題仍以計算題為主，缺少可供討論用的，或在物理思想和方法上需要深入思考的問題；從內容上看，物理習題基本上還是屬于在已知條件下，借助已知模型，利用基本原理或者定律，來求解未知狀態的理想情況，缺乏從實際問題出發，通過首先建模而后加以分析解決的習題。這使得學生感覺物理類課程學起來很抽象，從而失去學習興趣。基于這一現實問題，我們提出了翻轉型作業。

翻轉型作業分為全開放翻轉型作業和半開放翻轉型作業。全開放型作業，是讓學生完全自主地結合課堂所學理論知識，來解答生活中遇到的問題或者現象，包括抽象出物理模型、計算過程、理論解釋等。半開放翻轉型作業，是由教師來提出問題，由學生利用課堂所學理論知識進行解答，教師可以給定物理模型，由學生來演算，以加深課堂所學知識。例如，在學習力學課程時，對于全開放翻轉型作業，讓學生查閱汽車的阻力模型，并利用不同馬力的車型所能產生的最大速度來計算不同汽車的風阻系數，或者假定一個風阻系數，來計算不同馬力所能產生的最大速度；對于半開放翻轉型作業，給定滑動摩擦系數，假設180馬力的汽車最高速度為180km/h，試建立最簡單的風阻模型，并計算風阻系數。通過這種與生活息息相關的物理問題，可以加深學生對功率與速度關系的認識，學習起來不再枯燥乏味。

網絡技術高度發達的今天，教學平臺的作業系統已經十分完善，通過網絡把所有的作業分開，讓所有學生查看評價其他人的作業，有利于學習他人的長處，彌補自己的不足，擴展自己的視野。同時，也讓抄襲作業無處遁形，促使學生獨立完成作業。單次作業的評價標準見表1所示。

2.4 選擇完成一次項目作業，網絡公開共同評價

除翻轉型作業外，學生還可以自由組合成小組，以1～3人為宜，共同完成一個難度較大的項目作業。項目作業可以結合教師根據自身科研或者生活中的難題，提出要解決的一些問題，由學生小組圍繞一個問題建立項目，在教師的指導下，用一個學期的時間完成一個完整項目流程。在完成項目的過程中，讓學生學會合作交流，學會查閱文獻，學會制定項目目標、研究方案、技術路線，學會總結成果、撰寫項目結題報告等。項目作業也可以結合大學生創新訓練項目進行，或者直接以科技論文或者發明專利等知識產權為目的進行。

充分結合基于現代網絡技術的校園教學平臺，讓每份作業對所有課程小組為可見，并且人人可評價，實現作業的公開綜合評價。由教師、其他小組共同評分，取平均分為該項目的分數。為了鼓勵學生多出成果，可以給出一個附加條件：如果某項目成果撰寫的論文經教師同意后投稿，或者項目成果撰寫的專利經教師同意后提交專利局，則該項目成績為滿分，即30分。

2.5 學生提問式課堂問答模式

課堂問答作為作業的一種特殊形式，是學習的重要一環，可以有效提高課堂互動氛圍，提高學生的參與感，鞏固以前所學知識。在回顧以前所學知識時，我們一改以往教師提問學生回答的固有模式，提出了學生提問、教師或者其他同學回答的課堂問答模式。該模式先讓有問題的同學主動提問，由教師當場回答。然后再由教師隨機抽取同學，當場提問，如果問題比較簡單，則再隨機尋找其他同學回答，由教師點評問題和答案；如果問題比較難，則由教師當場回答，然后由教師點評問題。對于提出較深刻思考問題的同學，提出表揚；對于臨時尋找簡單問題的同學，鼓勵多思考。對于提不出問題的同學應提出批評。

表2 提問式課堂問答模式

3 作業改革成果

作業改革前后教學效果對比如圖1所示，2011級為改革前、2012級為改革后的學生的期末考試成績分布。從圖中可以看出，改革后的優良率3倍于改革前，中等率兩者相當，及格率低于改革前，不及格率不到改革前的1/10，教學效果有了很大的提高。

圖1 作業改革前后教學效果對比

實踐證明，一次翻轉型作業所暴露出的問題，約為普通課后習題作業的3倍左右，這為教師及時調整后面的課堂教學方法提供了第一手資料。從學生角度來講，翻轉型作業不再單調乏味，千篇一律，而是完全按照自己所掌握的知識自主設計題目，題目難度由自己控制。每位學生的作業都有自己的特點，這讓學生覺得很新奇、好玩，無形中提高了學習的興趣。有些同學設計的題目十分貼近生活，也讓教師從中學習很多知識，并為以后教學提供了不可多得的教學素材。

學生提問式課堂問答則經歷了起初提不出問題、到后來能提出簡單問題、最后能提出較深入的問題的過程，這反映了學生從最初的被動學習到后來的主動學習的過程。不思考就提不出問題，思考越多、學習越深入，提出的問題就越多、越深入。因此，學生提問問題的好壞，可以直接反映學生是否積極主動學習、對所學知識掌握程度如何。愛因斯坦曾說：“提出一個問題往往比解決一個問題更為重要，因為解決一個問題也許只是一個數學上或實驗上的技巧問題。而提出新的問題、新的可能性，從新的角度看舊問題，卻需要創造性的想象力，而且標志著科學的真正進步。” 學生提問式課堂問答就是要培養學生提問題的能力，這為以后的科研之路培養最基本的創新能力。

4 結語

物理問題源于生活，本應該是有趣的，但過于抽象化、理想化的習題遠離了生活，變得枯燥乏味，也使學生失去了學習物理類課程的興趣和動力。本文通過提出翻轉型作業，自己出題自己做，還物理以生活，還原物理問題的趣味性，使學生喜歡上物理類課程。通過學生提問式課堂問答，使師生角色互換，培養學生提出問題的能力。翻轉型作業模式和學生提問式課堂問答模式很大程度地提高了教學效果，對于非物理類課程也有一定的借鑒意義。

[1] 楊桂元.課后作業在高等教育教學中的地位與作用探析[J].宿州學院學報,2013,28(5):121-123. Yang Guiyuan. Study on the position and function of homework in higher education teaching[J]. Journal of Suzhou University, 2013, 28(5): 121-123. (in Chinese)

[2] 翟麗娜,莊智濤.淺談高校作業改革[J].青春歲月,2011(20):48-49. Zhai Lina, Zhuang Zhitao. Discussion on the homework reform of colleges and universities[J]. Blooming Season, 2011(20): 48-49. (in Chinese)

[3] 應宏,劉福明,熊江,等. 計算機課程作業改革的實踐探索[J].計算機教育,2009(2):47-48. Ying Hong, Liu Fuming, Xiong Jiang, et al.The practice and exploration of homework reform in computer courses[J]. Computer Education, 2009(2): 47-48. (in Chinese)

[4] 孫敏.談高等數學教學中的學生作業方式[J].牡丹江醫學院學報,2003,24(05): 70-71. Sun Min. Discussion on the way of students homework in Advanced Mathematics[J]. Journal of Mudanjiang Medical College, 2003, 24(05): 70-71. (in Chinese)

[5] 蔡曉鷗.研究性學習與大學物理作業的改革[J].黑龍江科技信息,2011(32):207-207. Cai Xiaoou. Reform of research learning and college physics homework[J]. Heilongjing Science and Technology Information, 2011(32): 207-207. (in Chinese)

[6] 鐘梅. 關于高等數學作業的思考與實踐[J]. 大學數學, 2007, 23(04): 7-10. Zhong Mei. Thinking and practice on the Higher Mathematics homework[J]. College Mathematics, 2007, 23(4): 7-10. (in Chinese)

[7] 王麗霞,湯舉紅.高等院校課程作業布置形式改革探討——分組式課程作業形式[J].文教資料,2011,(9):206-207. Wang Lixia, Tang Juhong. Discussion on the reform of curriculum arrangement form in colleges and universities——Group-typed course work form[J]. Data of Culture and Education, 2011(9): 206-207. (in Chinese)

[8] 鞠桂玲,劉穎,王東興. 大學高等數學作業改革的若干認識[J].科技資訊,2010(14): 213-213. Ju Guiling, Liu Ying, Wang Dongxing. Some thoughts on the reform of higher mathematics homework in colleges and universities[J]. Science and Technology Information, 2010(14): 213-213. (in Chinese)

[9] 石麗華,朱鋐雄.大學物理課外作業批改和評價方式改革的實踐初探[J].物理與工程,2009,19(03):51-54. Shi Lihua, Zhu Hongxiong. A preliminary study on the reform of the methods of correcting andevaluating college physics homework[J]. Physics and Engineering, 2009, 19(03): 51-54. (in Chinese)

[10] 唐志航, 尹彬. 基于項目作業訓練的教學模式[J].湖南工程學院學報(社會科學版),2007,17(3):62-64. Tang Zhihang, Yi Bin. A teaching model based on project training[J]. Journal of Hunan Institute of Engineering (Social Science Edition), 2007, 17(3): 62-64. (in Chinese)

[11] 何鈺,李秀梅,曾勇，等.大學物理作業手段的改革與實踐[J].中國大學教學,2010(3):58-59. He Yu, Li Xiumei, Zeng Yong, et al. Reform and practice of the methods of college physics homework[J]. China University Teaching, 2010(3): 58-59. (in Chinese)

REFORM AND EXPLORATION OF FLIPPED HOMEWORK ON PHYSICS COURSES IN UNIVERSITIES AND COLLEGES

Qi Peng Wang Diansheng Wang Yudou Zhou Wei Liu Xuefeng Zhou Lixia Liu Jian

(College of Science, China University of Petroleum, Qingdao Shandong 266580)

Homework is an important part of the course teaching. Considering the characteristics of the boring and difficult work of the physical course, by redesigning it, the homeworkcan become more vigorous and play its real role in teaching. Flipped homework is proposed, which means that students propose the physical model from the phenomenon or problem they meet in their lives, and design an exercise and resolve it according to the knowledge they learn from the classroom. Flipped homework can do much good to students by emancipating the minds of students effectively, enhancing the interest of physical problems, increasing the enthusiasm of learning physics courses, and training the innovative and collaborative skills. Questioning classroom question-and-answer is also proposed to training students’ ability to ask questions. Practice results show that this reform has greatly stimulated students’ enthusiasm to do homework, and learning effect has been greatly improved.

homework reform; flipped homework; physics; classroom questions and answers

2016-10-12

山東省研究生教育創新計劃項目(SDYY15136)，中國石油大學(華東)校級重點教學改革項目(JY-A201615、KS-A201404)，中國石油大學(華東)校級教學改革項目(QN201426、QN201618)。

王殿生，男，教授，主要從事物理學類本科生和研究生教學科研工作，研究方向為油氣藏物理,dshw@upc.edu.cn。

亓鵬，王殿生，王玉斗，等. 高校物理類課程翻轉型作業改革與探索[J]. 物理與工程，2017，27(2)：32-36.