基于“金課”建設的“大學物理”線上線下混合教學實踐

王 輝，吳 平，朱 浩，張 曉，謝 東

(西南交通大學 物理科學與技術學院，四川 成都 611756)

在全面深化教育教學改革的進程中，課程是人才培養的核心要素. 2018年4月，教育部頒發了《教育信息化2.0行動計劃》；2018年6月，教育部陳寶生部長在新時代全國高等學校本科教育工作會議上首次提出了“金課”的概念；緊接著，2018年11月，教育部高教司吳巖司長作了《建設中國金課》的主題報告，提出了“金課”的“兩性一度”標準，即高階性、創新性和挑戰度.

“互聯網+教育”為教學開辟了一條新途徑，借助互聯網技術進行教學改革已經是國內外教育教學改革的趨勢[1-4]. 近年來，通過精品課程、精品資源共享課程、在線開放課程建設，大學物理課程已建成了一批優秀的線上課程資源. 同時，線上線下混合教學發展成為了一種有效的教學手段，使得教與學突破了時間和空間的限制，在培養學生的自主學習能力、創新、探究意識等方面起到了積極地作用. 國內許多高校都在積極探索物理課程的線上線下混合教學新形態，例如清華大學王青教授[5]、安宇教授[6]、同濟大學王祖源教授[7-10]、北京師范大學包景東教授、西南交通大學、山東大學等高校的“大學物理”教學團隊[11，12]均在該領域做了大量的工作.

特別是，2020年突如其來的新冠肺炎疫情給高等教育帶來了深遠的影響，使得在線教學在較短時間內得到了極大普及. 短暫的線上教學體驗，已悄然改變了廣大教師的教育觀念，師生對在線教學的認同度大幅提升，正如鄔大光等學者[3]所言: 此次新冠疫情“倒逼”下的大規模線上教學取得了成功，但也暴露出了一些問題. 例如有的線上教學僅是上傳了直播(或錄播)的視頻等相關教學資料，缺乏對學生學習的有效引導；或有的教師采取“直播”的方式開展教學，把線下教學直接“搬到”了線上，線上教學的優勢并未在本次線上教學過程中被充分利用.后疫情時代如何有效地利用優質在線課程及教學資源持續發揮線上教學的優勢，構建“以學生為中心”的教學模式，提升課程高階性、突出教學創新性、增加課程的挑戰度，是值得思考的重要問題.

大學物理課程作為全國高校理工科學生的一門重要的基礎課程，對各專業的工程認證、學生的畢業達成度以及創新型人才培養具有不可替代的作用. 近年來，西南交通大學“大學物理”課程團隊，圍繞“金課”建設的“兩性一度”標準，對“大學物理”課程的教學改革進行了深入的思考和系統地實踐. 基于信息化技術，從教學設計、教學內容、教學模式、教學評價等多維度構建并實踐了“以學生為中心”的“大學物理”線上線下混合教學改革. 截止到2020年7月，已連續開展了3年的線上線下混合教學實踐，實踐表明，基于“金課”建設的“兩性一度”標準，緊扣“教學內容”和“教學模式”兩個關鍵點開展線上線下混合教學改革，有助于促進學生的個性化、深層次學習，有助于培養學生的自主學習能力和創新、探究意識.

1 “大學物理”線上線下混合教學模式設計

1.1 教學流程設計

根據“大學物理”的課程特點，基于信息化技術，設計了線上線下混合教學流程(見圖1)，將學生的線上課前學習、教師的線下課堂講授、課后學習3個不同的部分有機融合、優勢互補，在教學過程中體現深層次的學習內容、互動式的教學形式，培養學生自主學習、協作學習、發現和解決問題的能力，提升教與學的效果.

圖1 大學物理線上線下混合教學模式流程圖

在線上學習中，學生在《課前學習導學單》指引下，通過看視頻在線上完成知識點學習并完成線上知識點測試；對學習中的疑難問題在討論區進行討論. 教師通過教學平臺答疑、跟蹤學生學習進度，及時督學.課堂中，利用雨課堂進行課堂管理和互動，教師根據學生線上學習情況的反饋，通過測試、總結、問題討論等環節鞏固知識、應用知識.教師可根據教學安排，在課堂教學環節組織項目研究展示匯報等拓展內容.課后，學生根據教師的教學要求，完成章節作業、思維導圖、項目學習、在線討論等.

1.2 集合教學資源，構建線上學習平臺

高質量、具有互動性的線上學習平臺建設是教學創新性的體現，更重要的是為學生在線下課堂進行深層次學習，為教師提高課堂教學效率，進行課堂教學改革創造了條件，奠定了基礎.

在“大學物理”線上線下混合教學模式的實踐過程中，筆者充分利用國家精品在線課程視頻資源進行線上學習平臺建設. 線上學習平臺建設的主要內容包括：編寫《課前學習導學單》、遴選與教學內容配套的優質教學視頻、建設線上測試題題庫、上傳教案及教輔資料、發布章節作業、線上討論區發布討論話題等，為學生創造個性化、互動性的學習環境，有效引導學生進行自主學習.

圖2 線上學習平臺建設內容

《課前學習導學單》編寫的關鍵是教師將教學重點、難點及其它知識點轉換成問題，通過問題導向，幫助學生發展自主學習、獨立思考的能力. 以“簡諧振動”章節編寫的課前學習導學單為例(如圖3)，通過編寫導學單，讓學生明確學習內容，明確完成線上學習任務的時間節點以及完成線上學習任務后，該章節應理解掌握的主要知識點。

圖3 課前學習導學單示例

以2020年春季學期“大學物理”的1個教學班為例，該教學班共有65名學生. 該學期，筆者在超星平臺上共發布學習任務點107個(包括視頻、教案、線上測試題等)，其中建設發布課前學習導學單16個、線上測試題30套(題型為選擇、判斷、填空；一套線上測試題10個題目左右；每章含2～3套線上測試題)、建設發布章節作業10次(題型為計算題；每章教學結束后發布，每章5個計算題)、發布章節思維導圖11次、線上前半期、后半期測試各1次。

根據超星平臺的數據統計，2020年春季學期，該班學生的章節學習次數達28492次，學生任務點的完成率平均達到98%以上，人均章節學習次數438次. 在完備、優質的線上學習平臺的指引下，該班學生的學習自主性和積極性被有效的調動起來. 同時，教師通過分析學生的學習反饋數據，可以及時掌握學生的學習情況，調整教學策略，不斷提高自己的教學質量.

1.3 課堂教學：知識內化、拓展

課堂教學是在教學過程中實現知識內化、拓展的重要教學環節. 一方面相比線上學習，教師的監督作用和與學生直面交流的作用得到加強；另一方面在學生完成線上學習的前提下，教師可根據學生線上學習的反饋，調整教學策略，針對性地開展課堂教學.同時，教師將有更充足的課堂時間組織課堂討論、知識拓展等教學環節，引導學生進行深層次的學習.

疫情期間，課堂教學環節采取在線直播的形式開展(騰訊課堂或騰訊會議). 筆者設計的課堂教學的主要流程包括(如圖4)：首先檢測學生線上學習的成效(通過雨課堂進行課堂測試，一般為5個選擇題；疫情期間該環節在超星平臺上開展). 接著，進行重難點知識講解，穿插課堂討論、質疑等. 考慮到學生前期已進行了基本知識點的線上學習，因此教師應根據學生前期線上學習和課堂測試的反饋，突出重難點、易錯點講解，而非簡單、重復性的知識點羅列. 然后，進行易錯題講解、優秀作業展示、項目展示、交流等.

圖4 線下課堂教學基本流程

通過線上教學與線下教學的有機融合、優勢互補，教師課堂教學的效率和有效性得以提高，同時使得教師有時間在課堂教學中組織更豐富的教學內容和教學形式，這有益于學生進行深層次的學習.

1.4 課后：復習總結、線上討論區討論

課后，學生在線完成、提交相應章節的作業、完成復習思維導圖，并在線上討論區發布討論話題進行師生、生生之間的討論、釋疑，同時，根據教學要求開展項目研究等教學活動。

在網絡環境下，學生提問、交流的積極性打破了傳統課堂教學的沉寂. 以2020年春季學期“大學物理”1個教學班的65名學生為例：學生們在超星平臺討論區共發布124個討論話題；學生平均發布、參與討論的次數為35次；單個學生發布、參與討論的最高次數達71次；教師參與討論65次.通過線上討論，促進了學生之間的協作學習，也有效增強了師生之間、生生之間的討論與交流.

1.5 項目學習引入大學物理教學

在教學中增加研究性、創新性、綜合性的教學內容，增強課程體系整體設計，促進知識、能力、素質三者有機結合. 從2018年開始，筆者在大學物理教學中引入基于問題和基于數值分析的探究式學習，激發學生學習物理的興趣，科學地加大學生的學習投入，提高課程教與學的高階性和挑戰度.

在教學實踐中，筆者會在每年發布的IYPT(國際青年物理學家錦標賽)題目中選擇一些實驗器材簡單易得的題目，例如“水中的蠟燭”(2018年)、“響亮的聲音”(2019年)、“漏斗與球”(2019年)，或從大學物理課程知識點中遴選數值仿真項目發布給學生，由學生自由分組組成團隊，通過團隊協作，完成查閱資料、設計研究方案、理論模擬、實驗設計操作等項目研究環節. 在課堂上，教師組織不同組的學生分成正方、反方和評論方進行項目研究的展示、交流及辯論，并由同學們互評得分，項目學習的情況將計入平時成績。

以大學物理量子力學部分“實物粒子的波粒二象性”問題為例，實物粒子的波粒二象性是量子力學中最重要、最基本的概念，學生對此概念理解比較困難，而且觀察實物粒子的波動性往往受到實驗條件的限制. 學生利用Matlab仿真軟件研究大量電子通過雙縫的情形，清楚地展示了大量電子通過雙縫時表現出了與光波類似的干涉圖樣(如圖5). 通過該項目的研究，一方面幫助學生從概念上更深刻地理解了實物粒子的波粒二象性，提高了學生利用數值仿真軟件解決實際問題的能力；另一方面激發了學生學習物理的興趣，使學生從抽象的物理理論中跳出來，欣賞到物理的美.

圖5 教學班學生Matlab數值仿真案例

圖6 教學班學生項目研究掠影

在“大學物理”教學中開展項目學習，在培養學生的設計思維、工程思維、數字化思維、推理批判能力、溝通協商能力等方面起到了積極的推進作用，是對促進學生知識、能力、素質協調發展的創新人才培養新途徑的有益探索. 項目學習得到了2018年校課程評估專家和學生們的認可，評估專家指出：“開展項目學習、討論、辯論交流，方式新穎，進一步把物理教學的興趣點激活，使得學生非常喜歡和投入”. 學生在項目學習報告中寫到:“這樣一個探究過程十分有意思，盡管很難，但卻讓我學到很多課本外的東西，學會了如何對一個問題進行研究分析，這無疑對我以后的學術生涯有著莫大的幫助”.

2 成績評價及成效

在“大學物理”線上線下混合教學模式的實踐過程中，嚴格考試、考核評價，建立了過程性考核與結果性考核有機結合的課程考評制度，在常規考核的基礎上增加了線上學習的過程考核和項目學習考核.“大學物理”線上線下混合教學班的課程成績組成主要包括：平時成績(35%，含線上學習情況、線上測試題完成情況、線上討論區參與討論情況、項目研究情況、出勤、課堂表現)、中期考試(30%，課程線下統考)、期末考試(35%，課程線下統考).

首先，為了檢驗混合(SPOC)教學班學生的課程學習效果，筆者將2018-2019學年混合(SPOC)教學班與傳統教學班學生的兩次線下統考期末卷面成績做一個對比，兩次期末考試均采用同一套試卷.如圖7所示，SPOC教學班學生的期末卷面成績的及格率和優秀率均明顯高于傳統教學班，這表明“大學物理”線上線下混合教學模式對提升學生的課程學習效果是有益的.

圖7 “大學物理”線上線下混合教學班(SPOC班)與傳統教學班期末卷面成績對比圖

另外，為了分析學生線上學習效果對課程整體學習效果的影響，筆者以2020年春季學期“大學物理”的一個SPOC教學班為樣本，分別分析了學生的線上綜合成績與2020年9月份學生返校后進行的線下閉卷期末卷面成績之間的關系、以及線上綜合成績與學生總評成績之間的關系. 線上綜合成績是收集學生在超星平臺上的學習數據，包括學生觀看視頻的情況、線上測試題的完成情況、線上簽到、線上平臺發帖、回帖等參與討論情況. 疫情期間，2020年春季學期“大學物理”線上線下混合教學班的總評成績設置如下：線上綜合成績(35%，含線上學習情況、線上測試題完成情況、線上討論區參與討論情況、簽到、項目研究、課堂表現)、中期考試(10%，線上統考)、后半期測試(10%，線上統考)、期末考試(占總評成績的45%，線下閉卷統考).

將學生的線上綜合成績與線下期末卷面成績做線性回歸分析(圖8)，可得線性相關系數R2=0.31839(R=0.564),表明學生的線上學習成績與該生的期末卷面成績之間存在較強的相關關系.

圖8 學生線上綜合成績與線下期末卷面成績相關性分析

將學生的線上綜合成績與總評成績做線性回歸分析(圖9)，可得線性相關系數R2=0.68694(R=0.829)，這表明學生的線上學習成績與該生的課程總評成績之間存在著強相關.

圖9 學生線上綜合成績與總評成績相關性分析

通過上述分析可以看到學生線上學習效果與課程學習效果存在較強的相關關系. 通過在教學過程中設計多維度、全過程的考核因素，使得學生在整個學習過程中都保持投入、認真學習的狀態，改變學生僅靠期末突擊復習應對課程考核的情形.

3 結語

隨著信息化技術的高速發展，將有更多高校師生選擇線上線下混合教學新形態，這將對后疫情時代因勢利導持續發揮線上教學的作用，促進信息化時代背景下高校教育教學改革具有重要意義.

在“大學物理”線上線下混合教學實踐過程中，圍繞“金課”建設的“兩性一度”標準，通過對教學內容、教學模式、考核評價等關鍵點進行教學改革，有效發揮了線上和線下教學的優勢，形成了“在線學習+課堂總結討論+課外研究實踐”的完整教學體系，形成了一種以“學生為中心”的創新教學模式，促進了學生的個性化、深層次學習，促進了師生的共同發展.

在后續線上線下混合“金課”的教學實踐中，筆者將繼續秉承以“學生為中心”的教學理念，將課程思政進一步有機融入課程，實現知識體系與價值體系的有機統一. 同時，將加強與國內兄弟院校之間的教學經驗交流。