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基于在线平台的大学物理反转课堂教学研究

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白士刚冯放牟艳秋李茫雪李楠

[摘要]针对高等农业院校大学物理课程现状与瓶颈问题，基于大学物理在线课程平台、线上与线下相结合的混合式教学理念，指出大学物理课程反转课堂实施的必要性，以及课程内容优化方案，并进行了三类程度的翻转课堂教学尝试。结果表明：在物理理论框架和数学技巧课堂讲授的基础上，将理论推导细节通过在线平台，由学生自主学习，更加适合目前的学习者;同时，该程度的反转课堂教学，也为课堂开展研究与讨论式教学提供了时间条件，有望大幅度改善课程现状，实现基于课程的学生创新能力培养。

[关键词]翻转课堂;混合式教学;大学物理;在线课程

[中图分类号] G642.421 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2019）09-0080-03

“MOOC+SPOC+翻转课堂”的混合教学模式是保证在线课程教学效果的有效手段[1-3]。随着移动互联时代的到来，各类网络终端用于课程学习，这将改变和颠覆传统的学习模式，学生作为学习的主体将获得更多的学习自主权，“MOOC+SPOC+翻转课堂”必然是大学教育教学改革的方向[4-6]。随着知识更新速度的加快，学习课程逐年增多，而各类课程课堂教学学时却在逐年减少。近年来，国内外在线学习平台大量涌现，如国外的 Coursera、edX 和 Udacity，以及我国的智慧树、超星尔雅平台、中国大学MOOC等，提供MOOC课程的大学超过400所，课程数量2400余门，学习者数量1600万～1800万人。

近年来，国内外多所著名高校的名牌课程尝试采用“MOOC+SPOC+翻转课堂”的混合教学模式。2013年，哈佛大学对版权法、美国国家安全、战略和媒体面临的主要挑战、建筑学假想三门课程进行了SPOC试验。哈佛大学福克斯教授指出，基于SPOC模式可以避免MOOC课程与课程多样性的矛盾。加州大学伯克利分校福克斯教授开设在线课程软件工程，并基于SPOC模式在伯克利开设课程，该SPOC课程实现了自动评分功能，后续该课程在四所大学陆续开设了SPOC课程。另外，麻省理工学院、杜克大学、范德堡大学均采用了混合学习方式。

一、高等农业院校大学物理课程现状与瓶颈问题

（一）教学内容与教学学时之间存在矛盾

受历史与时代发展等多重因素影响，目前在高等农业院校，大学物理课程教学学时逐渐减少，很多院校呈现出明显的教学内容与教学学时之间的矛盾[7]。物理学是自然科学中的基础学科之一，其涵盖内容丰富，涉及自然界各种物质层次与现象，是理论科学与实验科学完美的统一。目前，大学物理课程内容通常包括：力学、热学、电磁学、光学、量子力学、相对论等。而学时减少后，大部分院校通过减少课程内容来适应新的学时限制，其主要有以下几种方式：1.整章、整节删除，简单应对;2.降低讲授深度，以保持内容相对完整性;3.模块化，由选课学院自由组合，以满足专业后续课程的需求。以上应对学时减少的做法，存在以下弊端：简单删除章节，会导致大学物理课程缺乏系统性与完整性;而减低讲课深度，大而全，又会导致重要知识点不够深入，不利于学生的长远发展;把课程模块化，由选课学院自由组合，会导致知识点的分散、缺乏系统联系，无法体现物理学的统一性。

（二）课程内容以经典物理为主，不能反映时代的发展

现在的物理课程教学已经落后于时代的发展，特别是农业院校的物理课程，由于受学时和学科特点的影响，农业院校的物理课程一直以来都以经典物理内容为主，远不能反映时代的发展特征，必须建立具有农业院校专业特色、反映时代进步的物理课程内容。

（三）教学模式单一

传统农业院校的基础物理教学模式较单一，一般仅分为农科物理和工科物理。随着時代的发展，农业院校学科不断增加，有向综合型农业院校发展的趋势，而目前的单一教学模式无法满足学校发展对课程多样性的需要。

（四）教学方法单调

物理课程教学方法单调，仍然以灌输式、填鸭式的传统教学方法为主。教学手段陈旧，基于现代信息技术的多维互动教学、MOOC共享教学还没有真正得到实践和应用。

综上所述，针对高等农业院校大学物理课程现状与存在的问题，基于SPOC理念[8-11]，整合与筛选MOOC课程资源，研究建立具有农业院校特色的、面向不同专业学生的大学物理SPOC在线课程，并探索应用“MOOC+SPOC+翻转课堂”的线上线下混合教学模式，是改善课程现状、解决瓶颈问题的重要尝试。中外大量的教育实践表明，物理教育在培养学生科学素质、科学思维方法及科学研究能力，尤其是在培养创新人才方面具有其他学科无法替代的特殊作用[12]。

二、网络在线课程平台建设

（一）在线课程

大学物理网络教学平台（https：//mooc1-1.chaoxing.com/course/98849315.html）适合高等农业类院校工科、农科类大学物理课程网络教学（MOOC、SPOC），也适合作为采用线上、线下混合式教学模式（反转课堂教学）的核心教学资源，或采用自主学习方式的学生的辅助学习资源。

大学物理在线课程具有视频课程、在线互动等功能，结合了网络互动平台（及手机APP）的教学模式，线上线下活动（如课堂的签到、选人、抢答、问卷及线上测验、直播、小组讨论等）、学习情况统计、学习资料库、在线互动聊天答疑室、通知、在线作业、在线考试、在线讨论等功能模块。表1为采用平台教学，学生的平时分数生成方法，这为在传统教学中过程考核难的问题提供了解决途径。

（二）课程教学内容的优化

大量的中外教育实践表明，物理教育在培养学生科学素质、科学思维方法及科学研究能力，尤其是在培养创新人才方面具有其他学科无法替代的优势。在传统课堂中，由于需要花费大量的时间在基础理论的推导与证明上，物理学与各专业结合的案例讲解过少，学生没有能发挥主观能动性，教学对学生创新能力的培养贡献小。而基于“SPOC+翻转课堂”的学习模式，为开展研究、讨论等教学模式，以及创新能力培养方法的实施提供了可能。

在传统课堂中，由于要花费大量的时间在基础理论的推导、计算题目的练习中，理论发展的背景、专业结合的案例无法在传统课堂上传授，学生学习盲目、缺乏目标，没有实际应用的机会。可以优化教学内容，即将大学物理教学课程的内容分为通识知识+科学素质知识（传统的理论教学内容）+融合应用案例三部分。

（三）学生自主在线测试的实现

传统大学物理课程考核主要采取纸质考试的方式。这种考核方式存在极大的弊端，如易造成学生主动性差、学习拖延、期末复习压力大等问题。基于SPOC课程的个性化、小规模优势，以及网络平台自动化计分功能，我们建立了线上课程随堂测验+线下分阶段考核+课堂活动参与+期末综合考试的考核方法，变一考为多考，全程跟踪，着重对学生进行过程考核。

图1为某班级参与在线测试的完成情况，第一次测验截止到11月7日，绝大多数学生拖到截止前一天才完成。而第二次测验截止前（11月18日）多数学生在第一次测验的基础上，比较分散地完成了测验任务，这表明学生可以较快适应在线测验。同时，图1中也统计出学生采用的终端，近80%的学生采用手机等移动终端进行学习，这表明适合移动终端的测验题目的开发至关重要。在线测试的难点，在于主观题目（计算题）的练习与计算机自动评判。目前我们采取的做法是将传统的综合性计算题目进行拆分，将需要多个步骤完成的计算题，拆分为若干个选择题。学生以选择的方式作答，实现计算题所能达到的对于整体解题思路、核心步骤及计算细节的训练功能。

三、不同程度的反转课堂教学尝试

反转课堂教学的难点，是学生的认可度不高，在不同层次的学校，学生对这一教学模式的反映也存在不同程度的差别。针对这一问题，我们对三类不同程度的反转教学模式进行了尝试。

A类（完全反转）：学生通过在线课程平台视频学习，在课堂完成教师布置的习题、作业、讨论，师生互动主要为习题讲解、答疑、讨论等方式。

效果及问题：1.多数学生可以完成视频要求的学习时长，大部分学生是在下午、晚间完成;2.整体完成质量不高，表现在课堂练习、作业完成错误率高，学生疑问多，甚至部分学生仅将视频观看作为获得学习数据的手段，并未认真观看和学习;3.在30人的小班课堂开展这种反转课堂教学尝试效果较好，90人以上的班级开展起来比较困难，主要表现在课堂讨论环节秩序难以保证，组织难度大;4.课堂讨论受到欢迎，如在讲授流体力学一章的泊肃叶定律一节时，针对生命科学和动物医学的学生，布置了血压、血脂、心脏病、血管硬化的讨论内容，作为知识融合应用的教学内容，多数学生积极准备，在课堂进行了相关的介绍和原理分析。

B类（部分反转，理论推导部分学生通过在线视频学习）：在完全反转的基础上，改进教学模式，将核心概念、定理的应用方法在课堂讲授，而理论推导部分学生通过在线视频学习，并将部分计算练习同步在在线课程平台上完成，这为概念定理讲授提供了课堂时间。

效果及问题：1.相比于A类完全反转，在习题环节，学生的做题正确率有了大幅度提升;2.对于基本原理证明，学生的完成质量不高，主要表现在部分学生无法完整完成全部理论推导，原理证明基本思想及数学技巧没有掌握;3.课堂讨论环节收到较好效果，布置讨论内容学生反映较为积极。

C类（部分反转，仅将部分理论推导让学生通过在线视频学习）：在A类完全反转和B类部分反转的基础上，进一步改进教学模式，将核心概念、定理推导整体思想框架、核心数学技巧、定理的应用方法在课堂讲授，而定理完整推导部分让学生通过在线视频学习，并将多数计算练习、测试及部分讨论同步在在线课程平台上完成，为课堂讲授、课堂讨论提供时间。

效果及問题：1.相比于A类反转和B类反转，在定理证明上，学生完成率获得较大提升，基于在线的习题环节，可以为学生提供较为充足的练习;2.在课堂介绍定理推导理论框架和数学技巧的基础上，将理论推导细节在线上平台让学生自主完成，这为课堂进行知识拓展和讨论提供了时间条件。

四、基于“MOOC+SPOC+翻转课堂”的创新能力培养方法

1.案例教学法：在SPOC课程中，针对不同专业（类）特色，以专题形式介绍物理学在农业科学各专业上的应用案例，使学生能够将物理学与农业紧密联系起来，在交叉融合中培养其创新思维和学习兴趣。

2.目标导引教学法：在整合和筛选公共MOOC资源的基础上，明确本校小规模学生学习内容和目标，指导学生完成MOOC讲座视频中基本理论知识的学习。根据分类教学模式，针对不同专业（类）学生，提出每一阶段的学习目标，并通过“课堂即时考核”，考查目标教学法的实施效果。

3.问题导引教学法：建立大学物理讨论题库、应用题库，根据学生专业（类）特色，通过教师线下课前布置，学生线上学习，并通过翻转课堂开展讨论式学习，师生进一步讨论和检验问题解决效果。

4.研究项目导引教学法：建立针对不同专业（类）学生的科学研究项目库，将物理学基础理论，融进若干完整的研究项目中，通过线下选题，线上学习，翻转课堂讨论，最终引导学生完成一个或几个项目的研究，引导学生主动学习基础理论知识。

五、结语

总体上，对于完全反转的教学模式，学生普遍表现出困惑、畏难、自制力差甚至抵触等问题。这些问题，在大学物理这类理科课程中尤其明显。通过控制反转程度，即将基本概念、定理推导理论框架和数学技巧、定理应用条件等在课堂上由教师讲授，将部分习题、讨论在课堂上完成，而将多数计算练习、讨论、定理整体推导在在线课程平台上完成，逐步引导学生习惯和掌握自主学习的方法，进而依托“MOOC+SPOC+翻转课堂”模式，采用多种形式的教学方法培养学生的创新能力，更加适合目前的学习者。

[ 参考文献 ]

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[3] Sams. A.， Bennet B.. The truth about flipped learning[EB/OL].http：// gsehd. Gwu.edu/documents/users/juliestessla/the-truth-about-fllipped-1.pdf.

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[7] 韩秋菊，白士刚.网络教学平台辅助物理实验教学的探究[J].大学教育，2014（10）：139-140.

[8] 门路，王祖源，何博，MOOC本土化的可行性和关注点[J].现代教育技术，2015（1）：53-59.

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[10] 陈小平，刘建强.大学物理慕课的设计[J].建设与应用实践，2016（9）：3-6.

[11] 谢爱娟，姜艳，罗士平.后MOOC时代SPOC物理化学实验混合教学模式[J].实验技术与管理，2016（8）：173-176.

[12] 王柳，曾亚萍，王志勇，等.浅谈大学物理在理工科专业中的教学[J].大学教育，2014（18）：143-144.

[责任编辑：陈明]

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