線上線下混合教學模式下“光學”課程教學設計與分析

張英俏 明 瑩 崔慢愛

延邊大學理學院 吉林延吉 133002

一、概述

近幾年，隨著云計算、大數據、物聯網、移動計算等技術在社會各行業的廣泛應用，信息技術對教育的影響也日益加深。國務院、教育部相繼頒布了一系列政策以推動信息技術與教育的融合發展。例如，2017年，國務院在“國家教育事業發展‘十三五’規劃”中強調：以教育信息化推動教育現代化，積極促進信息技術與教育的融合創新發展。2018年，教育部印發的“教育信息化2.0行動計劃”要求：積極推進“互聯網+教育”，堅持信息技術與教育教學深度融合的核心理念。依托各類智能設備及網絡，積極開展智慧教育創新研究和示范。這些政策為廣大教育工作者利用信息技術改革教育教學模式指明了方向。此背景下，依托于信息化教學平臺的多種教學模式相繼出現，其中線上線下相結合的智慧課堂[1-7]利用共享的教學資源鍛煉學生自主學習能力，通過學習數據即時統計了解學生學習和知識掌握情況的個體差異，通過師生超時空互動為學生針對性地答疑解惑，實現了真正意義上的以學生為中心的“個性化和差異化”教學。

“光學”是普通本科院校物理專業學生的一門必修課程，通過學習該課程，學生能夠了解光的本性，掌握光傳播的基本規律、光與物質相互作用的基本原理，了解其在生產生活及科學研究中的應用，有助于培養學生分析問題、解決問題的能力和科學素養。由于學生學習的個體差異性，加之傳統教學模式下師生的溝通互動有限，難以掌握每個學生的學習狀態，缺乏對學生的個性化關注和指導，無法滿足學生個體的學習需求，難以達到預期的教學目的。為此，我們基于超星爾雅教學平臺，從課前、課堂和課后三個階段對課程的教學內容和教學過程進行了優化和重設，構建了線上線下混合教學模式下的“光學”智慧課堂，并節選《光學教程》(第六版，姚啟均原著，高等教育出版社)的部分內容為例，展示了混合教學模式下的智慧課堂不僅能培養學生自主學習的積極性與能力、鍛煉學生深入分析問題和獨立解決問題的綜合能力，而且對于實現“因材施教”和“以學定教”的精準教學可以起到極大的促進作用。

二、混合教學模式下“光學”課程教學設計

線上線下混合教學模式下“光學”教學分為課前、課上和課后三個階段，具體教學設計如下：

課前，教師將本節課需要的教學資料(包括：PPT、電子教案、慕課視頻、微課、習題、作業、討論問題、測試題、相關熱點研究資源和網址推送等)上傳到超星爾雅平臺的資料模塊上，并編輯預習要求，發布預習任務點，引導學生進行自主學習并完成任務點。教師通過統計模塊查看學生的學習數據、任務點完成、正確率等信息，了解學生個體的預習情況、知識理解情況，并針對性地答疑解惑，使教師既能從整體上掌握學生的學習狀況，又能了解學生對知識點理解的個體差異性，為教師制訂和調整課堂教學方案提供參考，使課堂教學更精準、更高效。

課上，首先開始作業點評環節，教師利用超星平臺的統計模塊向學生展示上節課作業完成情況和錯誤率分析圖，進行錯題分析、講解，幫助學生鞏固上節課知識點。接著是知識回顧環節，教師采用提問方式引導學生進行知識回顧，并在平臺上進行搶答或選人回答等活動，答對同學將會得到適當分數計入平時成績，學生參與這一環節的積極性非常高，他們通常會在課前認真梳理上節課的內容，為知識回顧做好準備。然后開始預習匯報環節，教師組織學生分組匯報對預習內容的理解，并進行補充和答疑。此過程以學生講解為主，教師補充為輔，鍛煉學生分析能力、總結能力和邏輯思維能力。通過此過程教師可進一步了解學生對預習知識點的理解情況，針對性地進行講解說明，避免重復，提高了課堂效率。在新課導入環節，教師設計問題引導學生思考，通過問題的解答引出本節課的教學內容，該過程使學生養成主動積極思考問題和分析問題的習慣。新知呈現環節，教師先向學生展示本節課的主要內容或要解決的主要問題，再熟悉本節課所涉及的實驗、現象，繼而引導學生定性分析現象產生的基本原理，以達到培養學生從現象入手定性分析問題的能力。在深入分析環節，教師引導學生深入分析上述現象產生的物理機制，并自由討論研究方案或解決方法。此過程不僅能使學生明確解決問題的方案、方法，而且能培養學生深入分析問題的能力，同時起到活躍課堂、增強學生團隊協作的意識的作用。在拓展環節，教師根據知識點的逐步深入，引導學生進行定量計算，設計出能夠培養學生數值計算能力和加深學生對物理思想理解的問題，引導學生拓展性鍛煉。這一環節使學生認識到某些理論問題的研究對于解決當前相關領域科技發展面臨的挑戰和難題所起的積極作用。在課堂練習環節，教師組織學生進行相關的習題訓練和在線小測試，訓練學生應用基礎知識解決實際問題的能力并強化學生對知識點的理解。接著是應用介紹環節，教師介紹相關知識在生產、生活中的應用情況和國際上相關領域研究的最新進展和動態，使學生了解所學知識點的應用價值，增強學生的求知熱情，繼而介紹我國在該領域研究所取得的成果和不足之處。通過了解我國相關研究在國際上的領先地位以增強學生的民族自豪感，培養學生的愛國主義情懷。在了解到我國在某些方面仍存在不足時，自然而然升起努力學習為國家做貢獻的動力和熱情，進而實現了將專業知識學習與思政教育的有機融合。最后是總結環節，學生通過總結完成了對知識點的再次梳理。

課后，教師在平臺上布置作業和課后討論問題。通過作業的完成情況來了解每個學生對知識點的理解程度，師生之間、生生之間通過平臺進行在線互動、分析討論，幫助學生掌握運用理論知識解決實際問題的方法。由于課堂時間有限，平臺師生互動能夠突破時空限制，使教師的指導更有針對性，更高效。

三、混合教學模式下“光學”課程教學過程和教學目的分析

“2.5節平面衍射光柵”的主要教學內容是光柵衍射現象、光柵衍射圖樣特征和光柵衍射的強度分布等。通過學習該節課使學生了解光柵衍射現象和圖樣特點、理解光柵衍射形成的物理過程、掌握計算光柵衍射光強分布的計算方法。與之相應的教學過程設計和目的分析如下表所示：

二、課堂教學流程設計與目的分析教學流程設計目的分析(一)作業點評環節利用學習通平臺向學生展示上節課作業完成情況,對錯誤率高的問題分析、講解。幫助學生鞏固上節課知識點。(二)知識回顧環節提出兩個問題引導學生知識回顧:1.多光束干涉原理和強度分布特點?2.夫瑯和費單縫衍射原理和強度分布特點?多光束干涉和夫瑯和費單縫衍射與光柵衍射密切相關,通過回顧可為理解光柵衍射做鋪墊。(三)預習匯報環節組織學生分組匯報對光柵基礎知識的理解,并進行補充講解和答疑。1.光柵的基本結構和種類;2.光柵的實驗裝置;3.光柵衍射的圖樣。通過學生的講解和疑問可以了解學生預習情況和知識點的理解情況,以便及時進行講解說明。(四)新課導入環節引導學生思考并回答:由多個平行狹縫構成的光柵衍射圖樣與單縫衍射有怎樣的關聯呢?其光強分布是怎樣的?了解學生對光柵衍射光強分布的理解情況,并進行補充講解,為由多光束干涉和單縫衍射順利導入光柵衍射做準備。(五)新知呈現環節向學生展示以下內容:1.實驗裝置和現象的定性解釋;2.光柵衍射的強度分布;組織學生分組定性討論光柵衍射的圖樣特征和基本原理,并在平臺上提交,教師對每組答案分別點評、答疑并進行總結。使學生首先從整體上了解本節課的主要內容,繼而了解衍射光柵的裝置、實驗現象,并分析光柵衍射產生的基本原理,以培養學生從現象入手定性分析問題的能力。(六)深入分析環節引導學生深入分析光柵衍射產生的機制,并自由討論計算光柵衍射光強的思路和方法。有助于學生以理解物理機制為目的設計計算光柵衍射強度的思路和方法,以培養學生深入分析問題的能力。(七)拓展環節引導學生依據既定思路計算光柵衍射的光強,并總結計算過程中注意的問題,分析衍射光強中各因子的物理意義,最后由老師補充講解。不僅鍛煉學生數值計算能力和解決問題的能力,更側重培養學生對物理思想的理解。(八)課堂練習環節組織學生在平臺上進行與光柵衍射圖樣特點和強度分布等相關的習題訓練和在線小測試,并進行錯題分析。了解學生對光柵衍射的基本理論的理解情況和學生應用基礎知識解決實際問題的能力,及時發現學習過程中存在的問題和困難,并進行有針對性的講解和訓練。(九)應用介紹環節1.組織學生舉例說明光柵的應用;2.教師以本專業《光信息實驗》中的光譜分析、色度計算、半導體激光器等實驗為例展示光柵的作用;3.介紹光柵相關研究在國內外的最新進展和動態及我國在該領域研究所處的國際地位。1.使學生了解光柵的應用價值和光柵研究在國內外發展動態,增強學生的求知熱情;2.理論教學與實踐教學相結合,增強學生對光柵作用的理解;3.在專業課中潛移默化地培養學生的愛國主義情懷,增強學生努力學習為國家做貢獻的動力。(十)總結環節組織學生總結本節課的主要內容、重點、難點,最后老師進行補充。通過學生總結學習中的重、難點,完成了對知識點的再次梳理。

三、課后復習與拓展及目的分析課后復習與拓展目的分析(一)布置作業。學生通過完成作業進一步鞏固知識點,老師通過作業的完成情況進一步了解學生對知識點的掌握情況。(二)布置課后討論任務,師生、學生之間進行在線互動。課堂時間有限,平臺師生互動更有針對性,更高效,更有利于落實以學生為中心的“個性化和差異化”教學。

結語

從信息技術與教育教學相融合的理念出發，踐行國家“以教育信息化推動教育現代化”的號召，實現“以學定教”為目標對傳統“光學”課程的教學模式和教學內容進行了改革。我們利用超星學習通教學平臺從課前、課堂和課后三個階段入手，對“光學”課程的教學內容和教學過程進行了優化和重新設計，將線上教學和課堂教學有效結合，構建了線上線下混合模式下的“光學”智慧課堂。并以具體教學實例分析了線上線下混合教學模式下的“光學”教學對于培養學生自主學習的積極性、鍛煉學生獨立分析問題和解決問題的綜合能力、實現因材施教的“個性化和差異化”教學和以學生為中心的“以學定教”所起的積極作用。