大學(xué)物理在線(xiàn)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

于 游，周 丹，梅 妍，牛雪蓮

（大連海洋大學(xué)海洋科技與環(huán)境學(xué)院 遼寧 大連 116023）

大學(xué)物理是工、農(nóng)、醫(yī)等專(zhuān)業(yè)必修的基礎(chǔ)課，學(xué)習(xí)大學(xué)物理不僅有助于培養(yǎng)學(xué)生的理科思維、科學(xué)素養(yǎng)，對(duì)接下來(lái)學(xué)習(xí)其他專(zhuān)業(yè)課也奠定了重要的物理基礎(chǔ)。本文針對(duì)大學(xué)物理課程特點(diǎn)，以學(xué)生為中心，以提高教學(xué)質(zhì)量為目標(biāo)，依托超星泛雅平臺(tái)、智能型在線(xiàn)作業(yè)系統(tǒng)、騰訊會(huì)議、高教社數(shù)字課程等多平臺(tái)對(duì)線(xiàn)上教學(xué)的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行重塑，提出課前預(yù)習(xí)、課中學(xué)習(xí)、課后復(fù)習(xí)的三段式教學(xué)模式。在培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和情感目標(biāo)。

1 課程介紹

大連海洋大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“我校”）的大學(xué)物理課程建設(shè)正式開(kāi)始于1978 年，并于1997 年被確定為基礎(chǔ)部重點(diǎn)建設(shè)課程，1998 年被評(píng)為校級(jí)優(yōu)秀課程；2001 年被評(píng)為遼寧省高等學(xué)校首批優(yōu)秀課程；2003 年被評(píng)為遼寧省高等學(xué)校首批精品課程；2008 年基礎(chǔ)物理學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)被評(píng)為省級(jí)教學(xué)團(tuán)隊(duì)；2020 年大學(xué)物理（農(nóng)科）被認(rèn)定為國(guó)家級(jí)首批線(xiàn)上線(xiàn)下混合類(lèi)一流本科課程；大學(xué)物理（A 工科）、大學(xué)物理（B 農(nóng)科）、物理實(shí)驗(yàn)（包含大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)A、B 和基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)3 門(mén)課）均被認(rèn)定為省級(jí)一流本科課程。多年來(lái)，我們始終圍繞著提高教育教學(xué)質(zhì)量開(kāi)展課程教學(xué)研究和改革創(chuàng)新，共有5 項(xiàng)成果獲評(píng)遼寧省高等學(xué)校本科教學(xué)成果獎(jiǎng)，其中2013 年、2018 年和2020 年獲得一等獎(jiǎng)，2005 年和2009 年獲得二等獎(jiǎng)，有力地推動(dòng)了課程建設(shè)上水平。

2018 年6 月，教育部陳寶生部長(zhǎng)在新時(shí)代全國(guó)高等學(xué)校本科教育工作會(huì)議上，首次提出了“金課”的概念。同年11 月，教育部高教司吳巖司長(zhǎng)作了《建設(shè)中國(guó)金課》的主題報(bào)告，提出了“金課”的“兩性一度”的標(biāo)準(zhǔn)，即高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。近年來(lái)，我校大學(xué)物理教研組對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行分組教研，形成高效的課程建設(shè)團(tuán)隊(duì)，全面推進(jìn)了線(xiàn)上課程教學(xué)資源建設(shè)，通過(guò)錄制微課、建設(shè)數(shù)字課程、開(kāi)發(fā)并應(yīng)用智能型在線(xiàn)作業(yè)系統(tǒng)，建成了豐富的線(xiàn)上數(shù)字資源，并進(jìn)行了新教材編寫(xiě)與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)題目設(shè)計(jì)，探究將雙創(chuàng)教育融入物理課程教學(xué)之中。2017 年本課程組自行研發(fā)的國(guó)內(nèi)首個(gè)可自動(dòng)批閱選擇題、判斷題、填空題、計(jì)算題等全題型的“大學(xué)物理課程智能化在線(xiàn)作業(yè)系統(tǒng)”通過(guò)專(zhuān)家鑒定，該成果達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。2020 年獲批教育部新農(nóng)科項(xiàng)目和新工科項(xiàng)目各1 項(xiàng)；2021 年?duì)款^制訂并出版了全國(guó)性課程標(biāo)準(zhǔn)2 個(gè)。

2 大學(xué)物理線(xiàn)上教學(xué)模式的探索和實(shí)施

大學(xué)物理通常是大班授課，在保證教學(xué)質(zhì)量的前提下，要讓更多學(xué)生參與到課堂中來(lái)，抓住學(xué)生的注意力是線(xiàn)上教學(xué)的關(guān)鍵。通過(guò)設(shè)計(jì)教學(xué)模式，豐富教學(xué)內(nèi)容，來(lái)重塑高效的教學(xué)過(guò)程。教師和學(xué)生是整個(gè)教學(xué)過(guò)程中的兩大主體，課程組從教師和學(xué)生出發(fā)，設(shè)計(jì)了三段教學(xué)模式，即課前預(yù)習(xí)、課中學(xué)習(xí)、課后鞏固，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和獨(dú)立思考能力（圖1）。

圖1 在線(xiàn)教學(xué)模式的設(shè)計(jì)

2.1 課前預(yù)習(xí)

教師在課前一周發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)單，以機(jī)械波部分內(nèi)容為例（圖2），要求學(xué)生對(duì)照學(xué)習(xí)任務(wù)書(shū)完成預(yù)習(xí)任務(wù)。學(xué)習(xí)任務(wù)書(shū)是為學(xué)生設(shè)計(jì)的，即從學(xué)生的角度出發(fā)，通過(guò)學(xué)習(xí)任務(wù)書(shū)學(xué)生要知道學(xué)什么、怎么學(xué)、必須完成哪些內(nèi)容、有哪些知識(shí)點(diǎn)必須掌握，使整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程能夠一目了然。因此，任務(wù)書(shū)中包括四大部分，分別為學(xué)習(xí)內(nèi)容（明確學(xué)習(xí)的章節(jié)內(nèi)容）、學(xué)習(xí)資料（包含教材頁(yè)碼、學(xué)習(xí)通中微課視頻的位置名稱(chēng)和時(shí)長(zhǎng)信息、PPT 資料）、作業(yè)（即在智能化作業(yè)系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)的作業(yè)信息）和問(wèn)答題。其中作為自學(xué)最重要的資源之一的視頻資源即是我校教師自錄自建的視頻，視頻時(shí)長(zhǎng)已作標(biāo)注，大多數(shù)為幾分鐘，少數(shù)十幾分鐘，避免學(xué)生出現(xiàn)因?yàn)橐曨l冗長(zhǎng)而失去學(xué)習(xí)興趣的情況。教師可以在課上直播時(shí)，對(duì)微課視頻中的內(nèi)容進(jìn)行強(qiáng)調(diào)和補(bǔ)充，因此需要學(xué)生對(duì)視頻進(jìn)行提前觀看預(yù)習(xí)。作業(yè)系統(tǒng)中的作業(yè)可以反復(fù)修改，通過(guò)作業(yè)題目對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行應(yīng)用和強(qiáng)化。問(wèn)答題的內(nèi)容即是學(xué)生完成本節(jié)學(xué)習(xí)必須掌握的內(nèi)容，學(xué)生可以帶著問(wèn)題學(xué)習(xí)，例如在波的干涉一節(jié)中，在機(jī)械振動(dòng)合成的基礎(chǔ)上，弄清機(jī)械波的疊加和機(jī)械振動(dòng)合成的關(guān)系，就能夠掌握機(jī)械波疊加的根本原因和規(guī)律。在完成學(xué)習(xí)任務(wù)的過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和獨(dú)立思考能力。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)題，會(huì)希望在課上直播中找到答案，提高了課上的學(xué)習(xí)效率。

圖2 在線(xiàn)學(xué)習(xí)任務(wù)單

2.2 課中學(xué)習(xí)

對(duì)于直播平臺(tái)的選取，經(jīng)過(guò)研討，課程組選用了“騰訊會(huì)議+學(xué)習(xí)通+QQ”的教學(xué)模式，并且在課前已經(jīng)參加了相關(guān)的軟件使用培訓(xùn)，教師能熟練使用各項(xiàng)功能，使得線(xiàn)上教學(xué)過(guò)程得以順利開(kāi)展。在正式上課之前，教師在QQ 群中提醒學(xué)生上課，并把騰訊會(huì)議號(hào)發(fā)到QQ 群中。由于存在個(gè)別學(xué)生只在學(xué)習(xí)通簽到，而不及時(shí)進(jìn)入會(huì)議室的情況，所以?xún)蓚€(gè)平臺(tái)里的遲到和曠課分別計(jì)入考勤，可以督促學(xué)生盡快進(jìn)入課堂學(xué)習(xí)。在講解教學(xué)內(nèi)容之前，教師在學(xué)習(xí)通發(fā)布測(cè)驗(yàn)題，檢驗(yàn)學(xué)生的預(yù)習(xí)成果，通過(guò)測(cè)驗(yàn)題的答題情況總結(jié)學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，找出知識(shí)薄弱點(diǎn)，并及時(shí)針對(duì)學(xué)生的預(yù)習(xí)情況進(jìn)行課上重點(diǎn)內(nèi)容的調(diào)整。直播授課可以突破教師和學(xué)生的時(shí)空限制，但是學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中容易受周?chē)h(huán)境影響出現(xiàn)注意力不集中的情況，因此如何提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性成為線(xiàn)上教學(xué)的關(guān)鍵點(diǎn)，筆者將從以下幾點(diǎn)實(shí)施：

2.2.1 課堂活動(dòng)設(shè)置

在講授內(nèi)容的同時(shí)，通過(guò)學(xué)習(xí)通設(shè)置課堂活動(dòng)，例如設(shè)置選擇題、簡(jiǎn)答題、討論題等，根據(jù)學(xué)生注意力變化曲線(xiàn)，活動(dòng)間隔一般設(shè)置為15-20 分鐘。選擇題的設(shè)置內(nèi)容一般針對(duì)某些概念性、基礎(chǔ)性、判斷性的試題，學(xué)生操作性強(qiáng)，參與度高。對(duì)于學(xué)習(xí)過(guò)課程內(nèi)容可以直接選出的問(wèn)題，把答題情況納入平時(shí)成績(jī)考核，例如：當(dāng)光源向著觀察者運(yùn)動(dòng)速度越快時(shí)，觀察者測(cè)得的光速越快。這種說(shuō)法是否正確？對(duì)于需要思考、計(jì)算的題，不納入平時(shí)考核。例如：一個(gè)物體受到兩個(gè)力，合力為零，能不能發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)？簡(jiǎn)答題一般設(shè)置為對(duì)重要公式的問(wèn)答，學(xué)生通過(guò)回答問(wèn)題，加強(qiáng)對(duì)公式的理解和記憶。

2.2.2 雙賬號(hào)直播

由于大學(xué)物理課程中包含很多重要公式，為了能讓學(xué)生更理解公式，教師授課過(guò)程中推導(dǎo)公式時(shí)采用雙賬號(hào)雙攝像頭的直播模式，一個(gè)賬號(hào)教師露臉直播，使學(xué)生能夠看到教師的表情，縮小線(xiàn)上課堂與線(xiàn)下課堂的差異，同時(shí)能夠增強(qiáng)學(xué)生和教師間的互動(dòng)。另一個(gè)賬號(hào)用于演示具體推導(dǎo)過(guò)程，通過(guò)手寫(xiě)板模擬線(xiàn)下上課黑板手動(dòng)推導(dǎo)，注重公式的過(guò)程演化，培養(yǎng)學(xué)生的理科思維，加強(qiáng)學(xué)生的理解。

2.2.3 教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新

物理是一門(mén)歷史悠久的自然學(xué)科，隨著科技的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，物理已滲入人類(lèi)生活的各個(gè)領(lǐng)域。在講授理論知識(shí)的同時(shí)，加強(qiáng)知識(shí)的應(yīng)用尤為重要，教師在授課內(nèi)容中可增加與具體實(shí)際相結(jié)合的案例，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，相對(duì)論部分的內(nèi)容枯燥和抽象且難以理解。在解釋光的運(yùn)動(dòng)不服從伽利略速度變幻時(shí)，教師引入了北宋時(shí)期史料記載的超新星爆發(fā)實(shí)例，如果按照伽利略速度變換計(jì)算，超新星爆發(fā)強(qiáng)光持續(xù)的時(shí)間為25 年，實(shí)際則持續(xù)22 個(gè)月，為光速不變提供了有力的證據(jù)，也能引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增加說(shuō)服力。

大學(xué)物理課程中進(jìn)行課程思政以促進(jìn)學(xué)生書(shū)立正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀，弘揚(yáng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神，增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感和榮譽(yù)感為目標(biāo)。大學(xué)物理課程進(jìn)行思政教育需要教師在課前挖掘思政元素、編寫(xiě)思政教案。由于萬(wàn)事萬(wàn)物離不開(kāi)物理，且物理是一門(mén)成熟的科學(xué)，具有豐富的發(fā)展史，另外我們國(guó)家在科學(xué)研究方面做了許許多多突出的工作，有些已經(jīng)達(dá)到了世界領(lǐng)先水平，因此有許多可以穿插在教學(xué)中的思政內(nèi)容，起到潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲的作用。在課程講授過(guò)程中，教師可從三個(gè)大維度進(jìn)行思政教育：家國(guó)情懷、科學(xué)精神以及中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，例如：在講解角動(dòng)量以及角動(dòng)量守恒內(nèi)容中，介紹中國(guó)空間站天宮課堂的角動(dòng)量守恒的演示實(shí)驗(yàn)，介紹脈沖星形成過(guò)程及形成過(guò)程中的角動(dòng)量守恒，以及我國(guó)在脈沖星導(dǎo)航方面取得的突出成果。在講授霍爾效應(yīng)的時(shí)候，介紹霍爾效應(yīng)的發(fā)展史，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中利用霍爾效應(yīng)測(cè)量磁場(chǎng)的內(nèi)容介紹，同時(shí)科普我國(guó)薛其坤院士團(tuán)隊(duì)在量子反常霍爾效應(yīng)方面做出的工作，中國(guó)科學(xué)院院士、清華大學(xué)副校長(zhǎng)薛其坤教授領(lǐng)導(dǎo)的清華大學(xué)、中科院物理研究所實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)完成的“量子反常霍爾效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)”項(xiàng)目，獲得本年度國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)中唯一的一等獎(jiǎng)。培養(yǎng)學(xué)生的愛(ài)國(guó)精神、增強(qiáng)其民族自信心，促進(jìn)學(xué)生堅(jiān)持不懈精神的培養(yǎng)。在教學(xué)中結(jié)合思政案例，使得知識(shí)內(nèi)容更有說(shuō)服力，實(shí)現(xiàn)了教書(shū)育人相互促進(jìn)，落實(shí)了立德樹(shù)人的根本任務(wù)。

2.2.4 優(yōu)化教學(xué)思路

大學(xué)物理課程具有涵蓋質(zhì)點(diǎn)范圍廣泛，且概念抽象的特點(diǎn)，學(xué)好大學(xué)物理需要學(xué)生具備一定的理科思維，雖然學(xué)生在高中階段已經(jīng)有了一定的知識(shí)基礎(chǔ)，但是在大學(xué)階段更深入的學(xué)習(xí)中，面對(duì)復(fù)雜的公式，難免會(huì)感到枯燥。這就要求教師在教學(xué)時(shí)可以盡量采用問(wèn)題驅(qū)動(dòng)，應(yīng)用過(guò)渡性或引導(dǎo)性的話(huà)語(yǔ)將問(wèn)題拋給學(xué)生，并留出學(xué)生的思考時(shí)間。問(wèn)題的設(shè)計(jì)不要太復(fù)雜、太寬泛，以增加學(xué)生互動(dòng)為前提。另外教師還要優(yōu)化教學(xué)思路，制訂每節(jié)課的知識(shí)主線(xiàn)，讓學(xué)生學(xué)完后能在腦海形成知識(shí)框架，并具備在課后自己繪制思維導(dǎo)圖的能力。

2.3 課后鞏固

課后的鞏固學(xué)習(xí)也是非常重要的，為了使學(xué)生能夠及時(shí)掌握和理解教學(xué)內(nèi)容，教師可從以下幾方面入手：

2.3.1 授課視頻的錄制回放

大學(xué)課程一般為1 個(gè)半小時(shí)左右，授課時(shí)間長(zhǎng)，涉及內(nèi)容多。為了使學(xué)生能夠?qū)W(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行更好的梳理，除了鼓勵(lì)學(xué)生養(yǎng)成記課堂筆記的良好習(xí)慣外，教師還可以利用騰訊會(huì)議進(jìn)行授課視頻的錄制，學(xué)生可以根據(jù)需求無(wú)限次回看授課內(nèi)容，如果仍有不懂的問(wèn)題，還可以聯(lián)系教師進(jìn)行答疑。

2.3.2 課下答疑

答疑是大學(xué)物理教學(xué)過(guò)程中必不可少的環(huán)節(jié)。線(xiàn)下答疑可以面對(duì)面交流，但容易受到時(shí)間地點(diǎn)的限制。教師可采用QQ 群加強(qiáng)和學(xué)生的交流和輔導(dǎo)，并根據(jù)學(xué)生的反饋、提問(wèn)和補(bǔ)充，完善教學(xué)內(nèi)容，形成良性循環(huán)。QQ 群答疑要實(shí)時(shí)，解決學(xué)生問(wèn)題要及時(shí)，否則容易影響學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

2.3.3 課下總結(jié)

課后要求學(xué)生對(duì)智能型在線(xiàn)作業(yè)系統(tǒng)中的作業(yè)進(jìn)行修改，同時(shí)，教師要及時(shí)查看學(xué)生在作業(yè)系統(tǒng)中的答題情況，整理易錯(cuò)題，找出易錯(cuò)知識(shí)點(diǎn)，有針對(duì)性地在習(xí)題課上進(jìn)行講解和指導(dǎo)。學(xué)生的出勤情況教師可以在騰訊會(huì)議中導(dǎo)出出勤名單，及時(shí)整理遲到和曠課的同學(xué)，并且對(duì)課上學(xué)生的參與情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3 教學(xué)評(píng)價(jià)和心得

教學(xué)評(píng)價(jià)是提高教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵一環(huán)，教師根據(jù)教學(xué)評(píng)價(jià)及時(shí)和學(xué)生交流，調(diào)整教學(xué)計(jì)劃是提高教學(xué)質(zhì)量最直接的途徑。在課后，筆者針對(duì)線(xiàn)上學(xué)習(xí)的情況對(duì)學(xué)生進(jìn)行了無(wú)記名方式的調(diào)查問(wèn)卷，情況如圖3：在線(xiàn)上學(xué)習(xí)是否能促進(jìn)學(xué)習(xí)主動(dòng)性的調(diào)查中，共有80 名學(xué)生參與問(wèn)卷，有56%的學(xué)生選擇了線(xiàn)上教學(xué)能夠促進(jìn)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。在線(xiàn)上教學(xué)和線(xiàn)下教學(xué)比較中，共94 名學(xué)生參與問(wèn)卷，39%的學(xué)生更喜歡線(xiàn)上教學(xué)，45%的學(xué)生認(rèn)為兩種教學(xué)形式都可以接受，根據(jù)交流發(fā)現(xiàn)，這些學(xué)生認(rèn)為線(xiàn)上學(xué)習(xí)不受時(shí)空限制，而且可以較好地和老師交流溝通，回答問(wèn)題也比較踴躍。另有16%的學(xué)生更喜歡線(xiàn)下教學(xué)，他們認(rèn)為線(xiàn)下學(xué)習(xí)體驗(yàn)感強(qiáng)，注意力更容易集中，而線(xiàn)上學(xué)習(xí)感覺(jué)比較放松。針對(duì)這一點(diǎn)，教師需要在以后的線(xiàn)上教學(xué)中加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的督促。

圖3 調(diào)查問(wèn)卷

線(xiàn)上教學(xué)中教師和學(xué)生都要面對(duì)許多困難，教師從線(xiàn)下走到線(xiàn)上，成為引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)的策劃者、主導(dǎo)者，需要在課前做好充分的準(zhǔn)備工作，編寫(xiě)學(xué)習(xí)任務(wù)書(shū)、編寫(xiě)思政教案、編寫(xiě)課前測(cè)試題、調(diào)試硬件、組織準(zhǔn)備課堂教學(xué)內(nèi)容以及課后整理學(xué)生出勤及課堂參與情況等。不過(guò)，教師所做的這些也為線(xiàn)下教學(xué)提供了指導(dǎo)，并且在備課的過(guò)程中提高了自身的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)。希望日后可以在具體的教學(xué)過(guò)程中不斷摸索，不斷改進(jìn)。