地方高校大學物理4A式教學模式的探索與實踐

劉艷鑫，張天聲，穆成富，孫宇梁，沈彩萬

(湖州師范學院 理學院，浙江 湖州 313000)

0 引 言

隨著新高考“3+3”模式在上海、浙江兩地試點，與物理相關的選考和教學等新現象隨之產生.從2017級入學新生情況看，上海、浙江兩地的中學生物理選考人數不高，對物理學習的投入出現較大程度的下降，與其他地區生源相比，這兩地的學生對物理知識的掌握相對弱化,科學素養有所下降[1]，從而使得高校物理基礎課程教學的難度增加，教學質量的保障面臨新的壓力.而在工程教育改革的基礎上，新工科強調不同學科專業交叉融合，注重培養學生解決問題、批判性思維、交流溝通和開拓創新的能力[2]，由此提高了對物理基礎課程授課內容和授課方法的要求.在浙江省新高考改革全面實行和高校新工科建設的大背景下，以課程改革為載體，以學生創新實踐能力提升為驅動的新一輪教育改革迫在眉睫.

近年來，高校大學物理教師們嘗試引進新的教學模式，開展各種教學改革，以期取得良好的教學成效，不斷提高學生在創新實踐、解決問題、溝通合作等方面的能力.文獻[3]～[4]對“互聯網+”環境下的大學物理教學改革發展情況進行歸納與分析，探討了運用微信公眾平臺開展大學物理教學改革的設計和構想.文獻[5]～[7]對翻轉課堂、雨課堂、參與式教學等教學模式在大學物理教學中的應用進行了構建和探討.文獻[8]～[9]對PBL教學和大學物理教學中創新型人才的培養進行了探索與實踐.

當前，大學物理教學面臨新的形勢和挑戰，大學物理課堂教學改革呈現多元化、多層次的特點.針對地方高校大學物理課程學時少、內容多的特點，如何提高學習效率，體現以學生為中心、產出為導向的教學理念，是教學、教師和學生三方亟須解決的問題.本文以湖州師范學院數學與應用數學專業大學物理教學為基礎，根據該專業學生能力基礎厚實、思維活躍、勤于實踐、敢于質疑、勇于創新等特點，構建大學物理4A式教學模式，并將其應用于具體的教學實踐中，不斷提高學生學習的參與度，培養其在獨立學習、分析問題、溝通合作、創新實踐等方面的能力.

1 4A式教學模式的構建與實踐

對學生而言，學習成效是學習行為的綜合學習結果與實現這一學習結果所付出的綜合學習成本之比，即單位學習成本的綜合學習結果[10].隨著中國大學MOOC、學堂在線等網絡學習資源的上線，特別是在新冠肺炎疫情期間，地方高校投入人力和財力建設的具有本校特色的線上學習資源，進一步拓展了學生的學習空間.如何利用好網絡學習資源提高學生的學習成效，需要我們整合教學資源,構建新的教學模式.

1.1 4A式教學模式構建的理論基礎

1999年，美國威斯康星大學的Constance A. Steinkuehler和Sharon J. Derry在研究報告中對教學和科技方面的學習成效提出了一系列的評價方法，使人們對學習成效的研究轉向定性與定量評價相結合階段.

“學習金字塔(Cone of Learning)”是由美國學者埃德加·戴爾(Edgar Dale)于1946年提出的，它用數字形式形象地顯示了采用不同的學習方式，學習者兩周后還能記住內容的多少(平均學習保持率)，如圖1所示[7,10].由圖1可以看出：采用被動學習方式即聽講、閱讀、視聽、演示等，學習者兩周后的平均學習保持率分別為5%、10%、20%和30%；采用主動學習方式即小組討論、做中學、教授別人等，學習者兩周后的平均學習保持率分別為50%、75%和90%.結果表明，不同的學習方式將大大影響學習成效.采用聽講的學習方式，學習者的平均學習保持率最低，采用教授別人的學習方式，學習者的平均學習保持率最高.這給我們啟示：只有教師做出調整甚至改變，才能使學生由被動學習轉為主動學習，才能將知識內化為學習的驅動力，才能將知識外化為學生解決實際問題的能力.

圖1 學習金字塔理論模型Fig.1 Theoretical model for cone of learning

1.2 4A式教學模式構建的實踐基礎

翻轉課堂首次出現于美國羅拉多洲落基山的林地公園高中，并通過加拿大《全球郵報》獲得了“影響課堂教學的重要技術變革”的稱號[11].傳統課堂的學習過程是教師課堂講授，學生課下完成作業，而翻轉課堂的學習過程是學生課前在家里聽或看教師分享的音頻或視頻，課堂上在教師的指導下完成作業[12].翻轉課堂教學模式以學生自主探究和分組討論為主，教師則是教學的設計者和組織者，其本質是知識傳遞與內化過程的反向實施[13].翻轉課堂因符合學習規律而受到學生的歡迎.學生根據自身情況不僅可以及時調整學習進度，實現個性化學習，還可以與老師、同學有更多的交流、溝通和互動，學習效率大大提高.

1.3 4A式教學模式的內涵

基于學習金字塔理論、建構主義思想、翻轉課堂和學習資源客戶端的普及，本文以湖州師范學院數學與應用數學專業大學物理教學為例，構建4A(Anyone|Anytime|Anywhere|Anyway)式教學新模式，即任何人、任何時間、任何地點、任何方式的教學模式，以提高學生的學習參與度和學習成效.通過以上分析，本文將4A式教學模式分為資源整合、任務驅動、合作探究、交流評價、拓展提高5個階段，如圖2所示.

圖2 4A式教學新模式Fig.2 4A teaching new mode

(1) 資源整合.任何學生可利用手機、電腦等設備將網絡學習資源進行整合，篩選適合自己的線上學習資源.目前湖州師范學院的學習資源主要包括兩部分：一部分是校內學習資源，湖州師范學院構建的泛雅課程建設平臺和現代物理虛擬仿真實驗教學中心；另一部分是校外學習資源，主要是中國大學MOOC及實驗空間等.

(2) 任務驅動.任務驅動是激發學生學習興趣，從而進行有效教學的第一步.教師可以基于4A式教學模式，隨時隨地以任意方式發布教學任務.學生接收教學任務后可以根據自身的時間及整合的學習資源彈性完成學習任務，也可以根據自身的學習基礎和學習風格選擇學習進程，對簡單的內容可一帶而過，對復雜的物理概念可反復觀看學習資源，進行深入研究以加深理解.自主學習完成后，學生可完成老師布置的自測練習，以檢驗自己的學習成效.對照學習成效金字塔理論模型，任務驅動階段利用了平均學習保持率較高的演示和做中學的學習方式，可使學生的知識儲備效果更好，有利于后續學習活動的開展.

(3) 合作探究.結合學習成效金字塔理論模型可知，小組合作學習是提高學生平均學習保持率和學習效果的重要途徑.通過合作探究的學習方式，學生可以發現問題，并將組員的知識儲備外化進行探索創新，共同解決問題.通過這一過程，學生對知識掌握的扎實程度能夠得到很大的提高.同時合作探究也是培養學生合作意識和溝通能力的重要手段.教師作為導師的身份對小組合作學習中無法解決的難題通過線上和線下兩種方式進行重點突破，既能提高學生的學習效率，又能讓學生充分參與到課堂學習中.

(4) 交流評價.學習成效金字塔理論模型認為，知識應用和教授別人是學生平均學習保持率最高的學習方式.在交流評價階段，每個小組將負責學習的內容、創新點和心得體會講授給別人，其他小組可以隨時針對不清楚的問題進行提問，而講授者需要具備足夠的知識儲備才能解答相關問題.這個過程本身就是一個再學習的過程，學生可在講解和思辨中加深對知識的理解，培養自身的語言表達能力和邏輯思維能力.教師點評、組間評價等方式能夠促使講授人及小組成員進行自我反思，并在后續的學習交流中不斷改進提高.

(5) 拓展提高.拓展提高階段是教師將課程內容與生活實踐及科學前沿相結合，通過任務驅動、小組合作等方式讓學生將所學內容應用到解決實際問題中，并對實際問題作出解釋，同時將講解過程錄制成視頻發布到課程網站，使其成為新的教學資源.拓展提高過程就是運用學習成效金字塔理論模型的主動學習方式，提高學生的學習成效，訓練學生的高階思維，培養學生的創新實踐能力.

1.4 4A式教學設計流程

4A式教學模式的設計流程與傳統教學設計有較大不同，這種教學模式更加注重教學資源的獲取，更加強調以學生為中心，對教師的教學能力、教學水平、教學技術的要求也更高.圖3為4A式教學模式設計流程.

學生層次不同，部分學生上課聽不懂，或者因為開小差等原因，造成知識學習跟不上。進入2016年，筆者開始擴大微課教學的應用范圍，每堂課在講授知識點時對重點知識進行隨堂錄制。雖然與精美微課相比有很大差距，但是這種微課教學模式得到很多學生的認可，因為他們可以針對上課時沒有聽明白的知識點利用微課進行一而再再而三的重復學習，直到學會為止，極大地調動了學習積極性。

圖3 4A式教學設計流程Fig.3 4A teaching design process

從圖3可以看出，對學生通過4A式教學模式完成的學習流程，教師層面都要進行精心準備和設計，同時要積極應對學生在學習過程中提出的問題，并進行輔導、答疑和解惑.下面以大學物理課程“電磁感應定律”的教學設計為例分析4A式教學模式的應用與實踐途徑.

由于“電磁感應定律”在高中《物理》教材中屬于選修內容，對高考沒有選考物理的學生來講，這部分內容較陌生.根據對學情的了解和上述4A式教學模式的分析，本文將“電磁感應定律”的教學設計分為以下5個階段，如圖4所示.

圖4 “電磁感應定律”的教學設計Fig.4 Teaching design for law of electromagnetic induction

(1) 實驗引入新課.課前教師可要求學生觀看課程網站中錄制好的實驗演示視頻，并仔細觀察實驗現象.這不僅可以調動學生學習的積極性，還可以讓學生初步掌握磁生電的基本原理.這一任務學生可以在上課前的任意時段、任意地點完成.

(2) 虛擬實驗操作.教師利用現代物理虛擬仿真實驗中心的虛擬仿真實驗，讓學生動手搭建電路，感受相對真實的實驗操作，直觀觀察磁生電的實驗現象，建構磁生電的基本原理.

(3) 任務驅動階段.教師可通過學習通等平臺向學生發布3個學習任務：一是在教師演示實驗基礎上，你能設計出哪些新的實驗來驗證磁生電？二是通過虛擬仿真實驗過程，你能否講講發電機的工作原理？三是分小組設計一個簡單的小型發電機.任務驅動和問題導向的教學可以使學生明確學習目標，進一步提高學生的學習效率.

(4) 小組合作探究.

② 組內協作：小組長負責將教師分配的小組任務進行分工，一般2～3人完成一個任務.首先，通過查閱資料、小組討論等方式開展小組合作探究學習，對解決不了或理解不透的問題，可通過學習通平臺向教師提問，由教師通過線上輔導答疑、線下講解等方式幫助解答；然后，每組將學習成果以PPT和視頻結合的形式進行總結展示，并將其分享到學習通的PBL版塊；最后，通過班級推薦等方式選出優秀小組進行班級展示.

③ 班級展示：針對任務驅動階段的3個學習任務各選出一組進行班級展示.首先，每個小組展示學習成果、進行自我評價、提出需要探討和解決的問題；其次，其他小組對展示結果進行互評；最后，由教師對每組完成學習任務的情況進行總結評價，同時針對每組提出的問題進行重點突破，引領學生共同解決，并將法拉第電磁感應定律和楞次定律自然引出，通過任務驅動幫助學生掌握兩個定律.這一過程不僅能夠鍛煉學生的邏輯思維和語言表達能力，還能夠引導學生提出問題的解決方案，在教授他人過程中進一步提高學習成效和學習保持率.

④ 反思與提高：通過小組自我評價、組間評價、教師評價等3個評價環節，每個小組反思自己完成學習任務的優缺點，并對自己的設計方案進行完善，以形成較成熟的學習成果.通過分享學習成果和反思，學生可加深對新知識的理解.

(5)拓展提高.在學習任務結束前，教師可提出一個拓展性問題：請利用今天學習的“電磁感應定律”相關知識解釋地鐵刷卡的原理.這樣的拓展性題目貼近生活實際，可以使學生實現知識內化向知識外化的轉變，也可以激發學生積極思考的動力，提高學生解決實際問題的創新實踐能力.

以上4A式教學設計過程，任何選修大學物理課程的學生都能在任何時間、任何地點、以任何方式獲取學習資源，完成小組學習、課堂展示等學習環節，對學生加深知識的理解和運用具有重要作用.這一學習過程體現了以學生為中心的學習理念，更強調學生的高階思維，從教師的教學設計角度看，更能體現課程的“兩性一度”特點，可為未來大學物理金課建設提供新思路.

2 4A式教學模式的應用啟示

4A式教學模式的實施為地方高校大學物理教學改革提供了經驗和啟示，也為其他課程教學改革提供了新思路，具體表現在以下幾個方面：

(1) 學校應搭建課程平臺，為學生提供具有本校特色的在線學習空間.湖州師范學院目前建有泛雅課程平臺、學習通手機客戶端和現代物理虛擬仿真實驗教學中心等在線資源，為開展4A式教學提供了支撐和保障.

(2) 教師應在學校平臺或省平臺建設課程，為學生提供豐富的在線學習資源.一方面，教師應根據本校學生專業背景和知識儲備建設好課程資源，對教學任務、教學評價等進行精心設計；另一方面，教師應積極拓展學習資源，有效使用中國大學MOOC、實驗空間等優質教學資源，讓學生在學習過程中有更多的選擇，讓教學資源在學生學習過程中起到“搭梯子”的作用.

(3) 通過提升考核評價要求、增加課程趣味性等策略，吸引學生積極使用課程資源.4A式教學模式有利于學生在任何時間、任何地點，以任何方式開展學習活動，也有利于教師與學生的相互交流.在“互聯網+”時代，4A式教學模式受到了學生的青睞.學生在利用在線資源開展學習的過程中，也在源源不斷地把小組學習成果轉化為新的課程學習資源，起到了教學相長的積極作用.

(4) 應用4A式教學模式開展教學，需要完善課程評價體系，從注重對學生學習結果的評價轉為注重學生學習全過程的評價；從注重教師評價過渡為學生自我評價、組間評價和教師評價相結合的綜合評價，使評價機制能夠調動學生的學習興趣和參與度.

3 結 語

本研究以學習成效金字塔理論模型為指導，構建了4A式大學物理教學模式，并結合翻轉課堂等教學方式，以具體教學設計為例闡述了4A式教學模式的實踐和應用.通過不斷的實踐與探索發現，采用這一新型教學模式，可以有效提高學生的學習參與度和學習成效.學生有更多的時間進行自主學習、合作探究、交流溝通，教師有更多的時間進行資源建設、課程設計、輔導解惑.這種4A式教學交互，將課堂真正還給學生，讓學生成為了獲取知識、講授知識、運用知識的主人，使學生在學習過程中有獲得感和成就感.作為一種新的教學模式，4A式教學模式全面應用于大學物理各層次教學和其他課程教學的有效性還有待進一步實踐和檢驗，但這種教學模式為新一輪教學改革提供了新方法和新思路.