閉環式教學模式在《固體物理》中的實踐和探索*

石 薇 許廣智 李一杰 張成園

(遼寧大學物理學院 遼寧 沈陽 110036)

谷 卓

(石家莊鐵道大學數理系 河北 石家莊 050053)

李永慶

(遼寧大學物理學院 遼寧 沈陽 110036)

目前, 國內諸多高校現行的主要課堂教學模式是一種把教師作為教學環節主體的灌輸式教學模式.長期在這種教學模式的培養下, 學生普遍存在知識記憶不牢固, 知識結構不明確, 發現問題以及解決問題的能力不足等特點[1].這些問題的存在將會導致學生邏輯思維不夠活躍, 且創新能力較低.如何解決這些問題, 一直是高校理工科專業教師思考的問題.現如今, 高等教育已經進入了智慧教學時代, 針對以上問題, 教學團隊以固體物理為試點課程, 從教學資源、課程內容、教學方法、教學考核等多方面探索教學改革的新思路新方法.同時借助慕課、雨課堂等智慧教學平臺, 構成“建立教學資源儲備庫、線上線下融合教學、課后線上答疑、依托科研項目促進知識吸收升華、全學習過程考核評價、線上收集學生反饋并完善修改課程內容”的高效閉環教學模式, 探索科學教學方法與手段, 重點解決學生在固體物理課程學習過程中對教學內容理解困難和創新思維訓練不足的問題, 從而提升物理專業學生的整體培養水平.

固體物理是物理學類專業的學科基礎課程, 是物理學的重要分支.其教學目標是通過對該課程的學習, 使學生構建出晶體內微觀粒子(如電子、原子等)運動的立體化物理圖像, 掌握粒子的運動規律, 并樹立起它與晶體宏觀性質的物理聯系, 為進一步學習和研究與固體物理學相關的各種科學問題建立起初步的理論基礎[2].講授該門課程既要追求數學、物理上的嚴謹性, 保證知識的深度和理論的高度, 使學生具備系統而完整的固體物理學的理論框架, 同時, 還要不斷豐富課程的教學內容, 拓寬學生的視野.同時, 這門課程也重在培養學生嚴密的邏輯思維能力, 通過物理模型的建立和不斷修正來應用理論解釋物理現象的產生, 使學生能樹立起辯證唯物主義的世界觀, 增強學生的科學素質并達到培養學生的科學思維能力和創新意識的教學目標.

本文以固體物理為試點改革課程, 通過對固體物理的育人目標、閉環式教學模式的研究內容、教學成效展開討論, 探討閉環式教學模式在固體物理中的實踐成果.

1 固體物理學的育人目標

固體物理學是人類在了解認識大自然的過程中形成的一門學科, 是多種相關學科的理論基礎.《固體物理》既有很強的理論性, 又和生活實際緊密相連, 對學生知識儲備、素質和能力的培養具有十分重要的作用[3].現如今, 高校理工科專業的發展目標是培養出能夠主動適應當前社會的新技術、新產業、新經濟發展的學生.因而物理學專業培養目標就建立在注重培養學生具有良好的物理學理論基礎和實驗素養上, 使學生了解物理學領域的理論前沿、最新的發展動態和高新技術的應用前景.培養學生具有較強的創造力和繼續學習能力, 塑造學生具有勇于創新、適應性強的優良品質.在學習的過程中, 拓寬視野, 使知識立體化, 掌握科學的研究方法, 最終使學生成長為能夠進行初步的基礎理論和應用科學研究的物理學專門人才.

2 閉環式教學模式的研究內容

在以往《固體物理》的教學過程中, 采取的教學模式主要是教師講, 學生被動地聽, 最終以期末考試一張試卷一錘定音.慢慢就發現, 學生在上課時不能積極地投入到聽課環節中, 分心走神成為常態, 缺乏和教師的有效互動, 疲于思考, 而是把所有精力放在了期末復習的背題、刷題中[4], 缺乏對物理理論的深入思考, 這也導致了教師在講課時逐漸缺少激情, 惡性循環.教師在培養學生創新與協作意識中起主導作用, 因而筆者所在教學團隊本著“以學生為中心”的教育教學理念, 進行了閉環式教學模式探索, 具體包括以下6個方面：

(1)建立教學資源儲備庫,強力夯實教學基礎

教學資源是教學活動環節的重要組成部分之一, 教學團隊在以學生為主體的教學目標指引下, 對學生已具有的知識體系、接受知識的能力以及學生個體差異進行主動了解, 在這個基礎之上積極儲備豐富的教學資源, 建立了知識點覆蓋全面的習題庫、案例庫及熱點知識庫, 精心制作了中英文PPT, 設計了隨堂測試, 選配了多種教具模型, 積累了豐富的flash動畫和視頻素材.

(2)拓寬教學渠道,融合發展線上線下教學

國家教育部指出：要努力推進信息技術在教育教學中的整合, 鼓勵在教學中廣泛應用信息技術手段.教學團隊充分利用“互聯網+”的優勢, 在我校固體物理的課程教學中實踐了采用“雨課堂”“釘釘”“線下”等多種教學方法并行的混合式教學.課前準備預習課件并借助在線教學平臺進行推送, 通過預設問題督促學生養成預習的好習慣；課堂以舊知識為鋪墊, 以生活、科學故事或工程實例為引導, 引出新知識點, 達到科學復習和激發學生學習熱情的目的.采取提問式教學方式, 層層拆解問題, 幫助學生理清思路, 適時組織分組討論, 提高學生課堂參與度, 增強學習效果.積極開展反轉課堂, 鼓勵并引導學生進行逆向思維, 課后通過慕課平臺推送章節習題, 幫助學生解決重點難點問題.如此將課前預習、課堂講授、課后復習充分結合起來, 使整個教學體系形成了線上線下的有機融合.

(3)提供日常在線輔導,減少學生學習障礙

在學生學習的過程中, 教師能提供及時的指導和答疑將會對學生學習有很大幫助, 這是有效教學必不可少的要素, 也是教學過程彌足珍貴的環節[5].師生廣泛參與日常教與學的環節, 應該貫穿于教學活動的始終.我們主動向學生公開了微信等溝通渠道, 并建立課程群, 隨時隨地解答學生發來的專業問題.學生遇到的疑難問題可以隨時得到解決, 避免了以往學生在課后不能及時聯系到教師, 專業問題堆積導致厭學的問題.這一環節得到了學生的一致好評.

(4)實現“教科”互動,培養特色鮮明的創新人才

教師在教學過程中將前沿性知識與課程內容相結合為學生講授, 將科研成果反哺于教學可使科研成果得到進一步傳播和再生, 充分發揮科學研究的價值[6]；教學過程是師生雙向活動, 加強與學生的互動, 激發學生的主動性和能動性, 有利于活躍學生思維, 而學生活躍的思維也有利于科研的發展, 能使學生學到更多、更前沿的知識.“教科融合”的真正意義在于教會學生如何學習, 如何發現新知識, 做到創新, 有利于培養有能力有意愿的學生成為特色鮮明的拔尖創新人才.教學團隊所有教師在教學過程中,主動選拔有能力有意愿的學生參加各自的實驗小組, 引導學生開展科學研究和創新設計, 并以學年論文和畢業設計的形式完成“教科”互動.通過“教科”互動, 學生了解和掌握了科研的一般規律, 充分發揮自身創新能力, 為以后從事科學研究或相關工作奠定了基礎, 實現課程教學的二次升華.

(5)改革考核機制,注重過程性評價

傳統考核方式或是以最終期末考試試卷一錘定音[4], 或是用學生的出勤及作業情況為平時成績,再結合期末考試給出學生的最終成績.但無論哪種方法都只注重到了對于理論知識的考核, 忽略了對學生的整個學習過程的考核, 因此在類似考核方式下, 很多學生不注重整個教學周期中的學習過程, 只是在期末考試前進行突擊學習, 臨時抱佛腳就可以通過考試.而實際上, 整個學期中那些認真鉆研課程內容的學生獲得知識及能力提升, 相比試卷考核內容要多得多, 這是傳統考核方式無法反映出來的.因此,我們實踐了多方式的全程化的考核方式, 建立了考試題庫, 隨機抽取考試試題；建立形成性評價的考核改革模式, 目前我校也在全校推進形成性評價機制.我們將線上統計的課堂答題情況、章節作業、課堂小測以及期中考試在最終成績中的占比，由原來的20%提升至40%, 主要體現知識與創新的評價、學習能力與態度的評價等要素[7]. 整體考核環節弱化死記硬背、公式記憶等考核模式, 強化對理解問題、解決問題能力的考核. 如此便減輕了期末考試的壓力, 倒逼學生加強重視整個學習過程, 整體提升知識學習運用能力.

(6)及時收集反饋,補充完善授課內容

課上根據學生互動情況及時與學生就課程內容進行交流.課下, 定期制作不記名調查問卷, 線上收集學生意見.同時, 借助“雨課堂”平臺, 學生可以在課后對理解不深或有疑問的知識點按動“不懂”按鈕, 教師整理收集學生不懂的知識點, 再次進行補充講解.根據學生的反饋信息, 合理優化教學內容、制定教學計劃, 實現閉環式教學.這種模式能夠有效提升學生的參與感, 調動學生的學習積極性.

3 試點課程的教學成效

在國家創新型人才需求較大的背景下, 探索出一條更為合理的適用于物理專業、乃至所有理工科專業創新人才培養途徑是當前教育的重任.閉環式教學模式實施以來, 受到物理專業學生的普遍歡迎和好評, 學生對固體物理、量子力學等專業課程產生了濃厚的興趣, 同時學生對課堂知識的吸收轉化率也得到了大幅提高.該教學模式的實行, 激發了學生們的學習熱情, 使學生樂于積極思考、愿意不斷探索, 學生總體學習成績有了較大提升, 同時涌現了一批表現出色的學生, 僅2021年, 我院物理專業就有24人升學至中國科學院大學、中國科學技術大學等國內一流科研院所和高等院校繼續深造, 占物理學專業畢業生總數的31.2%.總之, 閉環式教學能不斷完善學生的知識結構, 提升學生的培養質量, 提高學生創新思維和創造能力, 是富有成效、特色鮮明、具有良好輻射性的一種教學模式.

4 結論

“建立教學資源儲備庫、線上線下融合教學、課后線上答疑、依托科研項目促進知識吸收升華、全學習過程考核評價、線上收集學生反饋并完善修改課程內容”六位一體的高效閉環教學模式, 實現了“以學生為中心”的教學理念, 完成了傳統的以“教師教授為主”的模式向以“學生自主學習為主”的模式轉變, 為增強學生學習興趣, 提升教育質量, 提高學生能力和綜合素質提供了有利抓手, 取得了顯著的教學效果, 是一套易操作、易推廣的教學模式.在取得成效的同時, 我們也清醒地認識到, 任何一種教學模式都需要在教學過程中, 根據學生實際情況, 反復實踐, 不斷錘煉, 適時調整, 才能更加成熟和完善.