混合教學模式在大學物理課程教學中的應用研究

劉金梅 王向暉 尹亞玲 鄧 莉

(華東師范大學物理與電子科學學院，上海 200241)

以物理學基礎為內容的大學物理課程，是高等學校理工科各專業一門重要的通設性必修基礎課程。它的基礎地位不僅在于它為學生學習以后的專業課程提供必須的物理學基礎知識，而且在于它為學生樹立科學的思想和掌握科學的方法打下良好的基礎，拓展學生繼續發展的空間并實現學生在知識、能力和素質各方面的協調發展[1]。

現有大學物理教學部分存在教學內容和體系一成不變、考核方式單一以及課程設置不靈活的現狀。為了改善這種狀況，國內有學者根據維果茨基(L.S.Vygotsky)的“最近發展區”理論，提出大學物理教學要走在學生發展的前面，并給出大學物理教學生成的、互動的、建構的課程論理念[2]。大學物理教學必須在教學內容、教學模式及考核評價體系方面進行改革，以適應當前教育形勢。

基于上述的理念，我們在一學期的生物學專業的大學物理課程教學過程中穿插了“力學階段報告、電磁學預習報告、電磁學演示實踐課、振動與波階段報告”等教學環節，采用綜合評定成績的方式給學生進行形成性評價。在學期末對學生進行問卷調查，反饋回來的調查結果表明，學生對混合教學模式認可度很高，普遍認為課堂內容形式豐富，使大學物理課堂不再刻板。

1 以大學物理生成的、互動的、建構的課程論理念，創建大學物理混合教學模式

大學物理課程改革需要新的課程觀理念支撐。《非物理專業理工學科大學物理課程教學基本要求》(以下簡稱《基本要求》)強調指出：“在大學物理課程的教學過程中應以培養學生的知識、能力、素質協調為目標，認真貫徹以學生為主體、教師為主導的教育理念；應遵循學生的認識規律，注重理論聯系實際，激發學生興趣，引導自主學習，鼓勵個性發展；要加強教學方法和手段的研究與改革，努力營造一個有利于培養學生科學素養和創新意識的教學環境[1]。”《基本要求》體現的現代生成性課程的課程觀是貫串于大學物理課程改革始終的先進的課程理念。從這個理念出發，根據華東師范大學具有的物理實驗教學條件，我們在大學物理的課程教學過程中采用了這樣幾個教學環節：力學階段報告、電磁學預習報告、電磁學演示實踐課、振動與波階段報告。通過這一混合教學模式在大學物理課程教學中的教學實踐，在學期結束，我們對學生進行了問卷調查，了解學生的認可度，進而為完善大學物理教學方法和手段的研究與改革進行探索實踐。

1) 力學階段報告

在力學中，學生在中學已經學習了牛頓定律，對牛頓定律的理解主要停留在具體知識點的理解和掌握解題技巧上，那么，大學物理的內容如何能夠既與中學物理知識相銜接，又在中學物理基礎上深化，這是大學物理學科教學知識的一個重要內容。在教學中要使學生認識到牛頓運動定律體現的是人們對運動因果關系的一種確定性認識[3]。

因此，在力學部分教學結束后，我們要求學生自己查閱資料，可以就中學所學某一知識點與大學進行對比，著重從研究問題的思想方法，認識論角度進行分析，如牛頓三定律、萬有引力定律等；或者就日常生活中所察、所見的物理現象，如黑洞、宇宙大爆炸等角度進行科普拓展。

2) 電磁學預習報告

如何在大學物理教學中滲透物理學思想方法也是學科教學知識的一個重要內容。教授物理，不僅教物理知識，還要教物理學思想方法。類比是重要的思想方法。引力的平方反比關系是牛頓運用其發現的第二定律以及開普勒第三定律研究行星運動時得出的。在庫侖定律的研究過程中，萬有引力的類比為其提供了平方反比規律這一正確道路，大大縮短了探索的過程。庫侖定律是電磁學中的基本定律之一，將電磁學首次與力學聯系起來，在這個過程中，庫侖總結了前人的猜想，為后續的理論和實驗研究開辟了新的道路[4]。

因此，在電磁學的教學開端，我們要求學生類比課堂萬有引力定律的引入，從大學物理的角度圍繞 “從萬有引力定律到庫侖定律的由來”進行文獻閱讀，從平方反比關系，正負電荷，萬有引力常量，卡文迪許，庫侖扭秤實驗，類比思想等角度寫出綜述報告。

3) 電磁學演示實驗教學實踐課

實驗是物理學的基礎，是檢驗物理理論的標準。演示實驗在大學物理課教學中具有獨到的、其他教學手段無法完全替代的作用。它明確直觀地表達物理學的思想和方法。揭示和展示學生無法直接觀察、經歷或體驗的物理過程。在《基本要求》里，明確提出了大學物理課程的主要內容都應有演示實驗(實物演示和多媒體仿真演示)。應充分利用演示實驗幫助學生觀察物理現象，增加感性知識，提高學習興趣[5]。

電磁學部分內容相對抽象，特別是靜電部分、還有電勢的概念、電荷分布與曲率半徑之間的關系以及生活中的避雷針原理等，學生理解起來非常抽象。另外，班級有近1/3上海生源學生，絕大部分同學高中沒有選修物理，根據這樣的實情以及華東師范大學物理演示實驗室現有條件，我們安排了一堂電磁學演示實驗教學實踐課，讓學生走進實驗室，自己動手體驗課堂學習的物理原理。

首先教師教學示范：靜電系列演示，尖端放電原理與避雷針燈。學生實踐：學生完成電磁學部分演示實驗學習任務單，每位同學根據老師提供的資料。要求：寫出操作步驟，描述實驗現象，簡述實驗原理，列出與大學物理理論知識相對應的知識點并適當進行拓展，寫出自己動手做實驗后的體會。

4) 振動與波階段報告

振動是一種具有時間周期性的常見的運動形式。從振動涉及的范圍看，狹義的振動只指機械振動，而廣義的振動包括所有物理量隨時間周期性變化的運動(不僅是機械的，還可以是電磁的，生物的，社會的運動等)。振動與波內容在自然世界與實際生活中運用的實例很多。因此，在本部分的階段報告中，我們要求學生任選一個主題，如音樂中的物理學(弦線駐波)， 超聲波(醫學，多普勒超聲)與次聲波(自然界)等，做成PPT形式。

2 以非物理專業本科生為教學主體對象的大學物理混合教學模式教學實踐

我們研究的實施對象是生物醫學專業的本科生，共有78名學生。在前期的研究工作中，根據學生的課堂參與度，討論發言的次數以及對部分同學進行訪談等，就學生對混合教學模式的態度分為積極型與保守型。我們共設計了18個問題(其中有1題為學習態度題)，分別調查學生對每個教學環節以及翻轉課堂教學形式(在實施過程中我們部分教學環節采用了翻轉課堂教學形式)的認可情況。問卷主要采用李克特量表(Likert scale)(1分表示完全不同意，5分表示完全同意)形式。調查問卷結果如表1所示。

表1 混合教學模式調查問卷的均值、標準差、p值和效應量d：積極型與保守型

續表

在電磁學預習報告中，積極型學生與保守型學生對課堂教學過程中明確提出運用類比法，比值定義法等科學方法滿意度均分均超過4.0分，認為這種方式可以增加對物理概念規律的理解。對電磁學演示教學實踐課，覺得老師安排的進演示實驗室讓他們動手做實驗比單觀看老師課堂演示好，覺得老師安排的實驗與理論想結合，課堂內容形式豐富很好，使大學物理課堂不再刻板，對這2個選項的均分也均超過4.0分。

根據Cohend的定義[6]，效應量d為0.2是較小的效應量；d為0.5是中等的效應量；d為0.8是較大的效應量。受到樣本量大小的影響，有時即使反映差異顯著性的p值大于0.05，但兩組樣本仍可以存在中等程度的差異，因此，我們認為d大于0.5的效應量仍然具有中等程度的差異，如表2所示：

表2 教學模式的顯著差異：積極型與保守型(Cohen d均>0.5)

對于混合教學模式，積極型與保守型學生的滿意度都比較高，但是還存在一些顯著差異。特別在力學階段報告對力學知識的梳理中，以及翻轉課堂讓學生從自己介紹比從老師的角度，自己收獲大這兩個選項。結合這兩個問題我們對學生進行了訪談，最主要的原因是因為學生都認可這些教學方式，但是因為大學物理課對非物理專業學生來說是一門非專業課，所以絕大部分學生學習這門課程的態度是抱著能通過的心態，不太愿意多花時間在這門課上，這從提交報告的積極性上能明顯判斷出來。很多同學是因為把報告成績算作平時成績，才會積極主動提交。這樣的心態同樣反映在其他一些問題中，這反映了這類學生對待大學物理的學習態度。因此，在以后的教學過程中，我們應加強對學生認識大學物理課程重要性的教育。

此外，在對混合教學模式的認可度上，學生普遍認為翻轉課堂讓學生走上講臺能鍛煉學生的能力，適當增加拓展課程內容很有必要。認為課堂教學過程中明確提出運用類比法，比值定義法等科學方法，可以增加對物理概念規律的理解。還有，覺得老師安排的實驗與理論相結合，課堂內容形式豐富，使大學物理課堂不再刻板。

3 研究結果分析

在問卷中，我們就混合教學模式的3種方式也設置了開放性問題，部分同學的回答如下：

“從準備報告的過程來看，我做的是PPT，做PPT是一件不容易的事情，在做的過程中，我需要考慮到整個內容的結構順序，以便講出來大家能夠理解。引入和搭橋的過程尤為不易。可能也正是過程的不易，才讓我對這部分知識印象深刻吧。此次PPT制作考驗了我的自主學習能力和思考能力——自主查閱論文、整理論文、對知識的理解與消化以及對怎樣將這部分知識更好地和同學共享的思考。通過PPT展示，我也看到了，對同一話題，不同的同學也會有不一樣的切入點和講解思路，這種不同的思路和方法，給了我啟發，讓我能夠在閱讀課本時從不同的角度收獲不一樣的體會。”

“在自己動手操作后，對于實驗有了更加清晰和具體的體會，對實驗現象背后的原理也更加好奇，在做實驗報告時有了更加不同的體會。比起僅僅只是看視頻或者文字講述，親手做后對于原理的體會更加深刻，在尋找資料的過程中，拓展了課堂上可能沒有涉及的部分，以及加深了對抽象概念的理解和記憶。實驗課生動有趣，對于各種各樣現象及背后的原理更加好奇，好奇心是最好的老師，讓我對大學物理電磁學部分有了更多探索的興趣。對于課堂上的內容也有了更進一步的理解，使需要記憶的部分不再僅僅停留于代數部分，公式變得具象化了。總的來說，是一節別開生面，富有趣味的體驗課，非常幸運能夠擁有這樣一節實驗課。”

“……親自動手做一做，自己去找裝置，確實和老師上課說的一樣，自己親手做實驗和看老師做，看視頻，看flash動畫都不同，比如說即使在之前看過多次的靜電引流，當看到用毛皮摩擦過的塑料棒使得水流偏轉時，還是非常的激動，這節課中做的實驗的原理可能會很長時間不會忘記了。”

本學期的班級學生中，有近1/3為上海生源學生，其中絕大部分學生高中沒有選修物理。但是這些學生絕大部分課堂參與度很高，積極參與討論、發言，積極完成報告，并且課后能積極主動與老師交流。在進行學生積極型與保守型分類時，這部分學生絕大部分被分到積極型中。另外，期中考試內容主要是力學與電磁學部分，這些內容與高中物理結合比較緊密；期末考試內容主要為振動與波與光學部分。所以為了檢查教學效果，我們把非上海生源與上海生源的學生期中考試與期末考試成績分別進行獨立樣本t檢驗，如表3所示，從p值與效應量d值均可以看出，期末考試的顯著性差異明顯比期中考試小。

表3 期中、期末考試成績對比分析

總的來說，混合教學模式、學生提前準備、準備過程包括自主查閱相關材料、整理材料、提出個人觀點、梳理材料。學生學習到的不僅僅是課堂上所需要討論的知識，還有自主學習和思考的能力。組織個別準備充分的同學上臺匯報，對于上臺的幾位同學是個鍛煉。對于在臺下聽別人匯報的同學來說，也會接受到不同的思路和思考方式，甚至會有完全相反的一些看法，進而促進臺下同學更加全面地了解和看待所需要學習的內容。

4 總結與展望

讓學生準備階段報告或預習報告，多個同學對同一主題(如庫侖定律)進行不同角度的切入，提供了理解庫侖定律的多種途徑，有助于厘清庫侖定律本身的發展歷程及其與萬有引力定律的異同。這在普通的傳授型課堂中是很難做到的(由于時間限制、各思路的直接程度不同等原因)。對于萬有引力定律與庫侖定律之間的關系，同學們分別從歷史先后、定律發展的邏輯、物理的角度闡述，由于偏重不同，得出的結論也不盡相同。但其共同點被多次強調突出了：庫侖定律是建立在萬有引力定律基礎上的。在理解庫侖定律時，既不能否認它與萬有引力定律的相似性應有內在邏輯聯系，也不能簡單地把“牛頓力”換做“靜電力”、把“質點”換做“點電荷”這樣做代換。兩個定律描述的是相互獨立、完全不同的物理量之間的不同作用關系。”

翻轉課堂的教學方式不像傳統的教學課堂，是一種以學生為中心的教學模式，注重個性化學習。學生提前準備，準備過程包括自主查閱相關材料、整理材料、提出個人觀點、梳理材料。學生學習到的不僅僅是課堂上所需要討論的知識，還有自主學習和思考的能力。組織個別準備充分的同學上臺匯報，對于上臺的幾位同學是個鍛煉。對于在臺下聽別人匯報的同學來說，也會接受到不同的思路和思考方式，甚至會有完全相反的一些看法，進而促進臺下同學更加全面地了解和看待所需要學習的內容。有的同學說：“從我個人的感受來看，翻轉課堂極大幫助了我對于概念的理解，從概念的由來到定義再到應用，這次的自主性學習都令我印象深刻。幾乎達到了“過目不忘”的效果。考前復習這部分知識也相當的輕松。而且這部分知識是基礎，此次翻轉課堂也幫助了我對后面的知識的理解。”

在電磁學演示實踐環節，讓學生完成課后“學習任務單”是很重要的一個環節。學生在完成任務單時，尤其是涉及實驗與大學物理知識的關系的時候會回頭去看老師的實驗講義，從中整理出與實驗相關的內容，并且能夠比較有效地構建物理知識間的聯系。如有的同學寫道：“通過這次實驗，我比較具體地認識到了高斯定理的重要性，因為對該實驗原理的解釋，高斯定理是一切公式和關系的基礎。仔細思考的話，其實該實驗我還有部分原理未學習，即尖端放電導致空氣電離的具體過程，我想這個不是該課程能夠學到的，有待我自己去找相關內容閱讀。但是在物理學習中，我對這一實驗以及它的原理解釋涉及到的內容，我會記得更形象。”

通過混合教學模式教學，培養學生具有邏輯思維，有物理思想，能夠學以致用，甚至跨學科應用，將物理思維模式深化到解決問題的一步一趨中。