基于雨課堂的教學過程控制與教學效果分析
——以“基因工程”課程為例

胡 欣，周國利，王春明

（聊城大學 生命科學學院，山東 聊城 252000）

注意力是指人的心理活動指向和集中于某種事物的能力，也是人的視覺、聽覺及觸覺等信息通道對客觀事物的關注能力。在課堂上，注意力是學生發揮其記憶力、觀察力、思維力及想象力的前提和基礎，課堂注意力的高低決定了學生接收和吸收課堂講授內容的效率，也決定了學習效果［1］。

為了提高學生的課堂注意力、課堂積極性及課堂參與度，許多教師在翻轉課堂、問題學習及團隊學習等教學模式上進行了積極探索，并取得了良好成效。這些教學模式和傳統點名式提問都受到了聽課人數的限制，適用于小班化教學［2］。

近年來，清華大學和學堂在線共同推出的新型智慧教學解決方案——雨課堂，具有點名、應答、投票、課堂測驗及課后總結等功能。將雨課堂與現有教學模式相結合，可有效提升學生的課堂注意力和學習效果［3-4］。

筆者在“基因工程”教學中，根據注意力隨時間的變化規律，提出了區塊化教學設計三原則，重構每節課內容，開展區塊化教學，借助雨課堂實施教學過程有效控制，調動學生參與課堂教學的積極性，取得了良好效果。

一、區塊化教學設計三原則

（一）合理劃分教學時長

學習心理學研究表明，學生在完整一節課中注意力水平呈起伏變化，對多數學生而言，開始上課后和下課前一段時間是注意力的兩個高峰期［5］。以總教學時長為50分鐘一節課為例，根據注意力水平的起伏變化，可將一節課時長分為三個區：集中區、分散區和回升區。在上課剛開始時，學生對所學內容充滿好奇和期待，大腦皮層的有關區域形成優勢興奮中心，注意力高度集中，這就是注意力集中區，時間大約持續8分鐘。學生處于這時段，就會認真聽講，學習任務可高效完成。隨著時間的推進，學生對所學內容的好奇和期待逐漸淡化，聽課注意力渙散，這就是注意力分散區，時間大約持續20分鐘。在這時段，學生接收信息能力變弱，導致學習任務低效。下課前20分鐘左右的時段，學生注意力回升，這就是注意力回升區。這時，學生逐漸回到活躍思維狀態，學習效率逐步提升。

上述分析是筆者開展區塊化教學、實施教學過程控制的重要啟示。在教學中的有效辦法就是重構每節課的教學內容，將教學內容劃分為4～5個教學區塊進行講授，每個區塊的教學內容由1個或多個主題關聯，每個區塊的講課時長大約10分鐘，一般不超過15分鐘。實施區塊化教學的目的就是將50分鐘教學時長劃分為多個教學區塊，將每個區塊盡可能轉化為注意力集中區，使其提高學生的學習效果。

（二）適當設計區塊內認知負荷量

研究表明，注意力與刺激（刺激也被稱作激活或驅動力）之間的關系可以形象地描述為一個倒U形曲線，倒U形曲線的頂端，也就是曲線的中心部分，代表注意力的最高點（峰值）［6］。在這個峰值之前，注意力隨著刺激強度的增加而增加，逐漸達到最高點，過了最高點后，注意力反而隨刺激強度的增加而回低。

上述研究結果啟示我們，在實施區塊化教學過程中，每個區塊時長內的教學任務應適當設計，教學容量大小應適中。安排區塊時長內的認知負荷量時，應考慮兩方面因素：一是教學大綱的要求；二是學生的接受能力。區塊內教學內容既不要太輕，也不能太重，思維負荷量要適度。

（三）適當設計區塊間的有效銜接

對學生來說，50分鐘的課堂是學習的重要陣地，如何集中和保持注意力而不是過度興奮或不充分利用課堂時間，離不開教師對課堂的精心設計［7］。教師不僅要對教學任務進行分析，合理規劃各區塊時長內的教學容量，還要及時識別和管理學生的學習狀態。

在區塊化教學過程中，教學要通過主題的變換從一項任務轉向另一項任務，相鄰區塊內教學任務的設計要做到相互連接、轉換自然。在教學中常采用的有效方法是區塊間不設休息間斷時間，而是通過區塊總結和測試等設問互動環節進行區隔。當然，區塊間的設問互動對學生的刺激強度要適中，刺激強度不能太大，持續時間也不宜太長，設問的問題總數、問題難度及問題間隔都應適當。

二、區塊化教學的實施過程

（一）課堂教學過程控制方案的設計

在“基因工程”教學中，筆者嘗試了將時長為50分鐘的一節課劃分為5個教學區塊的方案，見圖1。

圖1 區塊化課堂教學過程設計方案

上述方案中的第1和第5教學區塊時長設置為9分鐘，相對于其他區塊來說教學時長較長，源于課堂開始時注意力集中、在課堂結束之前注意力回升的特征。第4教學區塊時長設置為8分鐘，也是基于學生注意力正在逐步回升的考慮。學生在課堂上存在20分鐘左右的注意力分散區，發生在上課后的10分鐘左右，為此，第2和第3教學區塊時長設置為7分鐘，將分散區劃分為時長較短的2個教學區塊，既考慮到區塊教學任務量適當，學生易于接受，又考慮到不同區塊間教學主題的轉換可能更多地刺激學生主動思考。

設問互動及時間分配也是基于學生注意力隨時間變化的特征進行設計的。第1教學區塊9分鐘結束后，安排3分鐘設問互動，目的是避免學生上課10分鐘后注意力低下。第2和第3教學區塊時長7分鐘，相對較短，而且通過第2和第3教學區塊間的2分鐘設問互動以期改善聽課效果。在注意力回升區，教學區塊時長逐漸增長（第3、第4教學區塊時長分別為7分鐘和8分鐘），在第3和第4教學區塊間、第4和第5教學區塊間均設置了1分鐘的區隔，教師可適當豐富互動形式，適當安排互動內容，激活學生的注意力。在課程結束前設計了3分鐘的設問互動時段，目的是便于教師視具體情況安排，既可以設計討論或練習等內容，也可以總結本節課的重點教學內容。

（二）課程教學進程控制方案的設計

采用上述設問互動方案原則上可以提高學生在單節課中的注意力和學習效果，但是學生掌握的知識會隨時間演進逐漸被遺忘。為了提高學生的學習效果，在整門課程的學習中教師還應適當設置教學進程控制方案，不斷強化學生的記憶。

“基因工程”為生物工程專業的專業課程，48學時，一般按每周4學時、每周2次授課安排教學，計劃講授12周。1學時為50分鐘，稱1小節，2學時為100分鐘，稱1大節（由兩小節課組成，兩小節課間休息10分鐘），一周內兩大節間隔為2～4天，授課時間持續3個月。

為了提高學生的學習效果，根據記憶力與時間的關系，筆者設計了以下課程測試方案（見表1），并將其嵌入教學進程，以期進一步提高教學效果。

表1 課程教學進程測試方案

上述方案由三種形式的測試組成，第一種測試稱為節測，測試本大節教學內容，安排在每一大節的第2個小節結束前進行；第二種測試稱為周測，測試上周教學內容，自第二周開始安排在每周第1大節的第1小節結束前進行；第三種測試稱為月測，測試上月教學內容，安排在第4、8、12周的第2大節的第2小節結束前進行。上述三種測試一般安排在相應小節的第5教學區塊和課堂教學結束前設問互動階段進行（共12分鐘），節測、月測重疊時，以月測為主。測試內容采用單選題、多選題和判斷題的形式，易于通過雨課堂自動批卷功能來實現。

三、區塊化教學實施效果分析

（一）學生對區塊化教學改革的綜合評價

79.0%的學生認為使用雨課堂回答問題非常方便，課堂聽課注意力明顯提高，75.0%的學生感到基于雨課堂的月測試明顯加深了對前期學過知識的記憶，學生認可度總體較高，“基因工程”課程實施的區塊化教學方案總體達到了預期效果，可為同類課程提供借鑒。4.2%的學生認為基于雨課堂的問題數量及提問時間不合理，8.3%的學生認為基于雨課堂的月測試沒有加深其對前期學過知識的記憶，這說明基于雨課堂實施的區塊化教學過程控制方案要根據學生的知識結構進一步優化，在推廣到其他課程時，也要根據其他課程的特點來設計。

（二）區塊化教學改革的有效度檢驗

聊城大學生命科學學院2018級生物工程專業實驗班級和對照班級的“基因工程”課程學期末測驗結果見表2。

表2 實驗班級和對照班級“基因工程”測驗結果

計算檢驗統計量Z：

通過雙側檢驗，Z=1.9857＞1.96=Z0.05，p＜0.05。

上述結果說明，實驗班級與對照班級學期末平均成績差異顯著，充分表明通過實施教學過程控制，調動學生參與課堂教學的積極性，提高學生課堂注意力，對學生成績幫助具有顯著效果。

（三）實施教學過程控制對學生的幫助程度分析

圖2以實驗班級和對照班級為縱坐標，以學期末統一測試平均成績為橫坐標。

圖2 實驗班級與對照班級平均成績對照圖

可以看出，實驗班級比對照班級的平均成績要高，同時實驗班級女生的平均成績比對照班級女生的平均成績增長明顯，而男生的平均成績沒有明顯差別。通過以下幾個方面得知上述結果。首先，通過雨課堂實施教學過程控制總體促進了學生的學習效果。其次，本文基于雨課堂實施的教學過程控制，目的在于主動調動學生參與課堂教學的積極性，相比男生，女生更愿意參與到課堂互動中來。這一方面反映了男生和女生存在的認知方式差異；另一方面也與大學男生學習的主動性和努力程度有關。

四、關于實施課堂教學過程控制的進一步思考

對比實驗班級和對照班級的學習成績，總體上看我們實施的課堂教學控制方案對提高學習效果有很大幫助，女生學習成績的提高比男生更顯著。同時，需要進一步完善教學過程控制方案以同時適合男生和女生的認知特點，嵌入各區塊間互動設問方案中的應答題目的效度和信度問題等需要研究，實施教學過程控制后更需要對學生進行形成性評價等。另外，教師在課堂上的教學專注力也隨時間發生變化，如何實現課堂教與學活動的和諧共振，使得教師教學專注力與學生注意力有效匹配，都需要進行深入研究。