课堂无线应答系统在创建探究课堂中的研究与实践

蔡天芳 赵红敏 韩 静

(1北京交通大学理学院物理系,北京 100044;2美国俄亥俄州州立大学物理系 43210)

课堂无线应答系统在创建探究课堂中的研究与实践

蔡天芳1赵红敏1韩 静2

(1北京交通大学理学院物理系,北京 100044;2美国俄亥俄州州立大学物理系 43210)

课堂无线应答系统是一套具有统计分析能力的互动教学系统.其在美国十多年的应用历史表明,该系统在营造课堂互动氛围、激发学生探索热情、提高学生成绩等方面都具有良好的效果.本文将简要介绍课堂无线应答系统的发展历程及其在美国的教学实践研究,最后介绍北京交通大学应用此系统创建探究课堂的教学过程和教学效果.

课堂无线应答系统;探究课堂;合作学习

1 课堂无线应答系统发展历程

在传统的课堂上,无论教师多么努力营造活跃气氛,大部分学生仍没有真正参与到知识的探究中来.因此教育工作者一直在寻求一种能使学生积极参与其中的教学方法,以改变仅仅由教师灌输知识的被动的传统课堂学习状态.

随着教育改革的推进,研究型教学在美国快速发展,并最终成为主流教育模式,与之相适应的互动课堂、自主探究及合作学习的教学模式得以普及.在研究型教学中,教师的角色不再是权威的传道者,而是课堂的引导者,其任务在于激发学生的探索热情和创新能力,引导学生进行自主探究、合作学习,并最终获得知识,学生的角色由听众转为课堂的主体,不再由教师直接将知识灌输给他们,而是必须通过自己的思考和探究以及和同学们进行交流研讨等方式自主地获得知识.同侪教学法(Peer Instruction,PI)就是这种教育模式的一个重要典范[1,2].

在众多科学教育领域中,物理教育研究是发展最快的学科.20世纪90年代,美国教育研究者对于如何在物理课堂中引导学生进行探究学习,尤其是如何在大学基础物理课(课堂人数一般超过100人)的课堂进行探究学习进行了很多积极的探索.起初,美国课堂中主要使用答题板(Flashcard),答题板就是类似电视节目里观众投票用的那种卡片作为互动平台.教师通过一系列引导问题来与学生互动,问题一般是围绕一个物理概念而设计的单项选择题.学生经过自主探究或小组研讨后,将其得出的答案写在答题板上,举牌来回应教师的问题.这种方式极大地提高了学生的探索热情和课堂参与度.

随着教育信息化的发展,一种基于无线传输技术的互动课堂平台,即课堂无线应答系统(简称 Clicker系统)应运而生[3].在这个互动平台中,每个学生都分配有一个无线答题器(图1),用以取代答题板.学生通过按动无线答题器上的数字键,把教师给出的互动问题的答案在规定的时间内提交到教师的计算机中,计算机收集到所有的反馈信息之后,将对反馈信息的统计结果以柱状图的形式立即呈现.这个统计结果既包含了班级同学的整体信息,也包含了个体信息.在大班课堂中,教师可以完全掌握每个同学对知识的掌握程度,根据柱状图显示的信息,教师可以随时调整下一步的教学计划.这种动态的教学方式体现了以学生为本的教学理念,使教学节奏随学生的接受程度而变化,课时的分配也将会更加合理.

图1 答题器

研究表明[4],从学习过程而言,Flashcard和Clicker一样有效,Clicker的优势在于:学生一旦选定一个答案,就不能随意更改,所以他们必须思考清楚,并且能够站起来维护自己的观点.这个过程是同侪教学(PI)方法的核心,课堂无线应答系统使同侪教学法在大班教学中的实现成为可能.此外Clicker不仅了解学生当时的答题状况,而且可以记录学生的每一次表现,将历次课堂的真实数据记录并做保存.教师可以准确跟踪每个学生的学习动态,对整个班级进行教学策略上的调整和改进.

2 Clicker系统主要实现的功能

Clicker是以单向无线通信网络为基础,支持课堂师生互动的教学系统.它由无线电发射器、接收器以及驱动软件三部分组成.在实现互动的教学过程中,除了上述的软件和硬件之外,教师还必须精心构建一个行之有效的探究应答题库,为学生提供课堂研究平台,引导学生的独立思考、同学间的合作学习以及师生间的互动.题目的设计、开发是课堂应答无线系统研究的主要课题,它将直接影响这种互动教学模式的教学质量.

该系统主要可以实现以下几个功能:

1)提高课堂效率,激发学生兴趣.在课堂上通过探究答题方式学习,使得几乎所有学生都参与到知识的探究中来.

2)跟踪学生学习进程.教师可以从学生的投票情况,实时准确地了解学生对课堂内容的掌握程度,方便教师及时调整教学思路.

3)节约教师的时间、精力.教师不需要挨个点名让学生回答问题,就可以同时知道整个大班的学习状态.同时还可以用来快速点名,原本需要十几分钟点名的时间在一分钟之内就可以完成,方便大课堂的教学管理.

4)方便教学评估.无论是课堂点名管理,还是课堂中间小测验,或是习题教学都可方便记录历次课堂的真实数据并做保存.同时也是教师进行教学研究和科学研究很好的辅助工具.

3 Cliker系统在美国课堂教学中的应用

美国哈佛大学的Eric Mazur教授设计了应用课堂无线应答系统(Clicker)的同侪教学法(PI),在他的研究中发现那些应用Cliker进行PI教学的班级比传统教学的班级的归一化增益(Normalized gain)提高了两倍以上.在俄亥俄州州立大学的研究显示,与传统课堂相比,学生更喜欢上应用Cliker,而且学生的学习成绩也有效地得到提高.表1和图2分别给出俄亥俄州州立大学的学生对使用课堂无线应答系统的评价以及对他们学习成绩的影响[6].结果显示:大部分同学喜欢在课堂中使用Clicker,学生认为这有助于他们对物理概念的深入理解,可以提高他们的成绩.Clicker在总体上对学生有帮助,但是对男女生的帮助程度不同,对女生的帮助效果总体上来说比对男生的帮助效果要明显;在不用Clicker班级,女生的表现总体来说略逊于男生,而在使用Clicker的班级,女生和男生的表现基本持平.

表1 学生对课堂应答系统的态度调查(赞同度从-2到+2)

图2 不同学期Clicker班级和非Clicker班级男女生分数的对比(左图为使用Cliker的班级,右图为传统班级,浅灰柱为女生,深灰柱为男生)

4 Cliker系统在北京交通大学物理课堂教学中的应用

在国内,Clicker系统的应用和相关课题研究几乎是空白,只有极少数的学校在小班级做了初步的尝试[7].自2009年春季开始,北京交通大学物理系通过与美国俄亥俄州州立大学合作,引进课堂无线应答系统应用于大学物理课程的教学过程中(学生人数150人),并与美国俄亥俄州州立大学进行比较教学实验,测试Clicker系统对中国学生的教学效果,并试图通过实验教学研究探索出一套适合中国学生和教师的Clicker互动教学模式,以及与此适应的题目设计方法、教学策略和评估手段.

在两个学期的使用过程中,我们发现使用Clicker的班级,学生的出勤率明显高于不使用Clicker的班级.从学生对课堂无线应答系统的调查中(如表2所示)可以看到,大部分学生喜欢这样的教学方式,并认为Clicker能够更好地帮助他们掌握理解物理概念.

表2 学生对课堂无线应答系统的态度调查

使用效果总结为:

1)出勤率高:使用Clicker的班级比不使用Clicker的班级出勤率高出20%;

2)学习兴趣提高:面对每一个应答问题,几乎所有的同学都参与了讨论和投票.在互相讨论之后学生对知识的掌握有了更进一步的提高.问卷调查结果表明,83%学生喜欢这样的教学方式,并认为Clicker能够更好地帮助他们掌握理解物理概念.

3)成绩提高:在使用Clicker进行大学物理教学的班级比平行班成绩提高9%.(国外的大部分研究表明,他们的成绩提高幅度更大,因为我校初次使用,经验不足,相信以后的结果会更好.)

5 结束语

当前,“质量工程”的实施,对本科教学提出了更新、更高的要求.即进一步深化教学改革,提高教学质量,特别强调要努力提高学生的创新精神和实践能力.这种创新能力的培养应该始终贯穿在我们的日常教学中.从知识的获取途径来看,学生由被动接受知识到主动探索获取知识,这是创新能力、创新行为培养的必经之路,而Clicker在课堂教学中的应用为这条必经之路提供了很好的平台.相比美国已经进行了十多年时间的Cliker教学研究,对于教育体制、课堂环境与美国不同的中国的高校而言,需要我们越来越多的高校教师加入到Clicker课堂无线应答系统的教学模式研究中来,应用Clicker交互式课堂的教育研究必将会成为新技术应用于教学研究的重要课题!

[1] A.P.Fagen,C.H.Crouch,and E.Mazur.Peer Instruction:Results from a range of classroom,Phys.Teach.2002,40,206

[2] C.H.Crouch and E.Mazur.Peer Instruction:Ten years of experience and results.A m.J.Phys.2001,69,970

[3] Clicker Resouse Guide:Carl Wieman Science Education Initiative University of British Columbia ,http://www.cwsei.ubc.ca/resources/instructor_guidance.htm

[4] Lasry,N.Clickers or flashcards:Is there really a difference.Phys.Teacher,2008,46,242～244

[5] DAVIDJ.NICOL,JAMEST.BOYLE,Peer Instruction versus Class-wide Discussion in Large Classes:a comparison of two interaction methods in the wired classroom Studies in Higher Education.2003,28(4):457

[6] N.W.Reay,Pengfei Li,and Lei Bao.Testing a new voting machine question methodology.A m.J.Phys.2008,76(2):171

[7] 张勇,恽瑛等.应用 Voting Machine构建研究型、互动型的双语物理课堂的研究与实践[J].大学物理,2008,27(2):54～57

2010-01-31)