以微课资源库开发为基础的《数学物理方法》翻转课堂教学模式改革及实践

吴 波，周庭艳，黄海深，杨秀德，张 鹏

（遵义师范学院a.物理与电子科学学院；b.数学学院，贵州遵义563006）

2015年10月，教育部、国家发展改革委、财政部联合发布《关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变的指导意见》[1]，为地方普通本科高校人才培养的目标定位指明了方向。针对这一指导意见，许多高校已经积极从顶层设计到专业发展进行了调整，最终提倡在课堂教学方式上积极探索，发展基于网络技术和信息技术平台应用的线上线下教学模式。其中，翻转课堂教学模式引起了大家的高度重视。2018年8月，《教育部关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》中明确要努力推动课堂教学革命，将小班制、混合式、翻转课堂、智慧教室建设作为纳入构建线上线下相结合教学模式的重要途径[2]。其中“翻转课堂”作为高等院校应用型人才培养可行、有效的途径，多次出现在国家、省、校的重要文件之中。

所谓“翻转课堂”，其思想可追溯到美国Maureen Lage,Glenn Platt and Michael Treglia介绍经济学教学的论文《Inverting the Classroom:A Gateway to Create an Inclusive Learning Environment》[3]。之后，J.Wesley Baker在第11届大学教学国际会议上的论文“The classroom flip:using web course management tools to become the guide by the side”首次使用了“翻转课堂”一词[4]。随着教学的实践和发展，“翻转课堂”基本认为是课前让学生学习与课程相关的教学资料，课堂集中讨论和解决疑问的一种“学在前，教在后”的教学模式。在信息化环境下，“翻转课堂”重新界定了教师和学生在教学中的角色，将学习的主要任务“归还”学生自身，避免了传统教学中以教师讲授为中心“填鸭式”教学的弊端[5]。“翻转课堂”通过学生课前的学习过程，培养学生的自学能力；通过教学讨论和答疑，更好地贯彻因材施教[6-7]。但是，在“翻转课堂”教学模式推广之初，也一度受到教师、学生和社会的质疑。大家非常担心学生课前学习视频资料的质量，课堂上教师干什么，学生能否自觉学习？能否达到预期自学效果？学生的学习效果如何评价？如何实施因材施教等问题。解决这些问题，就要认真分析“翻转课堂”的优势和短板，必须认清“翻转课堂”不是课堂上取代教师，而是对教师更高的要求；教学过程不是减轻教师的工作量，而是需要教师具备更高的教学综合能力；课堂教学讨论和答疑不是重复教学，而是全新、更深入的知识体系构建；课后不是对学习活动画一个句号，而是站在新的起点再出发……。因此，充分认识课程、学生的特点，有目的地发展适合自身特点的“翻转课堂”教学模式，才能扬长避短，走出地方普通本科高校应用型人才培养的一条正确道路。

1 遵义师范学院《数学物理方法》“翻转课堂”教学模式改革的必要性

《数学物理方法》是目前高校理、工科各个专业的一门重要数学基础必修课,也是《电动力学》《量子力学》《热力学与统计物理学》等课程的前置基础课，一直是物理学等专业的主干课程。通常，《数学物理方法》课程内容由复变函数论、数学物理方程和特殊函数论三大部分组成，并以高等数学、普通物理学为基础，知识内容以“繁、杂、难”著称，是物理学等相关专业学生眼中不折不扣的“天书”。在遵义师范学院，长期以来这门课程以教师讲授为主。教学课时最高时设置到108学时，最少也不低于72学时。2015年后，为进一步深化应用技术型人才培养模式转型，大幅减少理论学时，总学时突破下限，降低到64学时。

针对《数学物理方法》课程知识点多，内容较难的问题，不仅不加课时还减少课时，传统意义的教学方式已经无法适应当前的教学需要，必须实施新一轮的全面课堂教学模式改革。同时，地方本科高校的生源质量一般偏低，这也给传统理工科理论课程教学带来非常大的困难，尤其对于高等数学和物理专业课程的教学。而这些课程又是《数学物理方法》的前置基础课，影响被进一步扩大，常常表现出来的就是学生大规模的厌学现象。这些学生上课不积极，经常迟到和早退，作业主要靠抄袭完成，学期成绩低，补考和重修率居高不下，教学质量监控部门经常收到学生反映“教学内容太深”“作业太多”“数学太难”“老师上的太快”等诸如此类的意见。面对这些问题和矛盾，我们的任课教师只有不断反映课时少，不断降低考试难度，不断加班补课，努力工作，不断不厌其烦给学生反复讲解，加强引导和管理。但是，这些付出收效甚微，最终还是换不来教学质量的有效提升。不容置疑，传统意义上的课堂教学讲授方式受到了摧毁式的挫败，尽管老师们还不愿接受这一点，还不想改，不会改，大家还是任由学生抄袭、旷课、厌学等学风低迷情况不断蔓延。显然，课堂教学的需求和发展不再允许这样的低效率教学，高校教学改革势在必行。只有坚持教学改革，拓展学生获知渠道，营造课堂教学趣味，专注学生自学能力和创新能力的培养才是出路[8-12]。

为保障教学任务在有限的课时内高质量的完成，为解决学生厌学现象的频繁发生，为专注学生自我学习、自我发展能力的培养，《数学物理方法》课程必须将课程建设与现代信息技术手段结合起来，发展“翻转课堂”新型教学模式，提高教学和学习效率。同时，《数学物理方法》的建设必须立足自身需求，充分考虑到学校学生特点和应用型人才培养的任务，而且还要考虑目前学生课前学习资源缺乏和课程专业性较强的特点。因而，自己动手开发建设符合本校实际情况的微课视频资源库，是实施好“翻转课堂”教学的必由之路。

2 《数学物理方法》实施翻转后的教师和学生角色定位和任务

2.1 教师的角色和任务

首先，教师需要开发合适充足的课程微课资源。教材、图书参考书、网络资料等无声读物，由于全是高等数学写成的，繁杂的数学语言需要较好的数学基础和较高的自学能力去解读，如何让初学者有基础、有兴趣地独立自学，成为首要问题。因此，针对遵义师范学院学生情况，开发适合的、足量的微课，作为学生的课前和课后学习资源是非常必要的。同时，针对微课，老师需要开发一些课后检测自查题、收集相应知识点应用的文献资料、应用案例等，扩展学生认知，从而达到课前基础知识研修的目标。此外，老师课前需要设计一套行之有效的方法，来检验学生的自学情况，因为学生的自学积极性还需要培育。

其次，做好课堂教学的答疑和讨论，以及更深层次的应用和拓展。教师课堂要回答课程的目的，各个知识点的联系和逻辑关系，重点问题是什么，如何将这些知识应用到实际问题中等诸如此类的问题。针对自学中遇到的一些难点要解惑，对扩展性的问题和知识体系要贯通，对应用的问题要引导和研讨；针对学生基础薄弱的问题，还要解决学生在课前研修中提出的诸多生涩、模糊和不理解的基础概念问题。

再次，教师要做好下一次教学内容的自学引导和课外实践项目的要求，不能让学生盲目地查找资料。同时，布置的作业要体现教学的主体内容，要典型。课后需要设计开放性的课外研习任务，帮助学生将所学的内容应用于解决实际的问题，理论用于实践。

最后，在上述过程中，教师要注意鼓励自学，树立典型，加强管理，合理评价。《数学物理方法》实施翻转的评价体系，首先要保障学生课前自学微课资源，并养成自学习惯，形成自发的合作研习氛围，就要开发和设计一套合理的课前评价体制，记录每个学生的自学情况；其次要曝露学生在自学中出现的问题，也要有设计合理的问题呈现方式，并体现课堂的表现；最后针对应用和开放性任务，要鼓励学生积极学习。另外，要加强学生学习过程的评价，针对学生学前研修、考勤、作业、课外研修任务、章节学习效果、半期和期末等环节给予合理的考虑，适当纳入评价体制中，合理评价学生的学习过程，综合评价学生的学习效果。

2.2 学生的角色和任务

首先，自学将成为学生的主要任务，这需要学生要有一定的基础，能读懂教师的微课，文献资料等等资源，并让这样的自学成为学习的行为习惯。

其次，学生要学会思考、学会交流、学会应用。学生自学中需要独立思考，总结形成自己的观点和看法；通过学生内部的交流和讨论，将一些可以解决的问题通过相互沟通而解决掉，最终形成课堂上集中的几个难点问题，教师课堂教学中将重点解决。学生课堂上要积极主动参与问题讨论，力求解决学习中的疑惑，掌握深入应用的方法。此外，学生还需学会动手解决一定的课后习题和处理课外的拓展任务，做到学以致用。

最后，学生要有高度的自觉性，并有坚定不移，不怕困难的学习精神，认真完成各个教学环节的学习任务，注重知识结构体系的建立，积极将知识用于解决实际问题，不断加深对课程知识点的认识。

3 《数学物理方法》微课资源库建设及翻转教学模式的实施

3.1 微课制作和资源库建设

微课视频的录制以知识片段为核心。每个章节内容根据知识点被划分为几个10分钟左右的小微课。微课的目的主要是通过视频讲解，将复杂专业的数学和物理知识用通俗易懂的方式呈现，降低自学理解的门槛，由浅入深，循序渐进，主线明确，解决教学的基础知识部分。为此，《数学物理方法》微课的设计就要有一定的原则定位：每一个微课视频都要有必要的“导入”和“总结”，尤其每一章的第一个微视频，更要总览全章，厘清教学主线，帮助学生理解和建立知识体系；在讲解复杂的数学推演之前都要讲清目的和方式，以免学生迷失在繁难的数学推演之中；依据PPT录屏，以画外音的方式呈现教学内容，主要解决各章节基础知识，在录屏中不做讨论和扩展；适当在每个微课末尾提出开放性问题和应用练习，引导学生自学后完成。

按照这个原则和方式，通过PPT演示和画外音的方式，将总共12章内容按知识点划分为86“讲”，每一讲大约10-15分钟，对应一个独立PPT教学资料。为使PPT高效，生动，能将复杂的数学物理问题转化为简单易懂的知识讲解，整个课程组还利用Matlab程序，开发教学实例102个，进行数学和物理过程教学呈现的可视化辅助。针对每一“讲”，除了专业性要求太高，数学推演太多的两“讲”仍沿用传统讲授法教学外，总计84“讲”微课视频严格按照要求制作完毕，总计超过1000分钟，完全覆盖所有教学章节。后期根据教学需要，仍不断修改和增加微课视频，主要是针对原视频中有不恰当的、呈现方式不够好的进行修改，增补一些拓展知识点和习题讲解类微课视频。为了更好利用这些视频，需要充分了解学生课前自学的时间和反馈的疑惑，合理跟踪自学效果，将整个微视频资源库建设到学校资源共享平台上。同时，所有视频转化为“.MP4”格式，学生可以通过手机移动学习的模式，利用微课资源库开展自学，同时也可以将学习的疑惑或者问题通过平台呈现，老师也可以实时解答，引导顺利开展自学。这个环节也可以帮助教师在上课前根据问题做好备课，做好课堂教学答疑和讨论的准备。

3.2 课堂翻转教学模式的探索

翻转课堂不是微课视频代替老师，更不是课堂上教师的缺位。根据前期平台上学生反馈和交流的信息，认真梳理学生自学中存在的问题。围绕这些问题，做好该课堂教学的设计。在《数学物理方法》教学中，根据长期的教学经验，教学中要尽量避免答疑出现的知识碎片化，不要仅仅根据一个疑问本身来解疑，要根据出现的问题进行梳理。首先，确认哪些是有效问题，对于学生在平台中不认真自学反馈的“整个一章都不懂”等问题，可以不考虑在教学之中。这类问题需要与学生进一步确认产生的原因，搞清是基础原因还是没有认真自学；其次，对有效的问题也要分类，哪一个问题是在哪个知识点中出现的，进行归类；最后，要根据这些问题设计教学主线和知识体系，通过逻辑清晰的知识点梳理和建立知识体系，逐一课堂交接系统知识过程，逐一解决掉学生出现的各类问题。因此，为了保障教学知识体系完整，一些“额外”的知识点也需要在教学中出现。此外，课堂教学中不仅要解决学生的疑问，还要根据教学内容的特点，进一步在掌握知识点的基础上进行拓展和应用实践。一方面，可以通过各种课堂练习实例讲解，加深对知识点的理解和掌握；另一方面，可以结合物理和工程实际，讨论知识点应用的案例，开拓学生的视野；此外，还可以利用实际应用实践任务，让学生课后去应用知识完成开放性的实践问题。总之，课堂教学的总目标是有效解决学生学习中的疑惑，同时引导学生课后进行知识实践应用。这其中，对于网络平台提供给老师教学使用的各项功能，可以根据教学设计需要进行合理采用。翻转课堂的教学严格避免课堂复杂“热闹”的教学场面，更多的是学生“动脑思考、动手推演、动嘴交流”。翻转课堂也避免“鹦鹉学舌”式的翻转教学范式，不是每节课都需要讨论，不是每节课都有一大堆问题等着老师去答疑，我们需要课堂教学设计更灵活地解决学生学习中的实际问题。

3.3 实施效果

《数学物理方法》课程教学模式改革以微课教学视频资源库建设为基础，以“先学后教”翻转课堂教学改革为核心，以网络资源共享和师生交互平台建设为手段，瞄准学生自主学习能力的培养和专业知识技能的构建，打破传统以教师讲授为主的单一教学方式，创建以学生学习为主体的翻转课堂教学模式，实现灵活的翻转课堂教学和富有收获的学生学习体验。

基于微课资源库的建设完成，开始在2016和2017级物理学专业和材料物理专业学生之中实施翻转课堂教学实践，优化形成比较符合学生实际的翻转教学模式：第一阶段，自主学习。学生课前利用微课视频等资源自主学习，做自学笔记，反馈学习中的疑问或问题；第二阶段，课堂解疑。课堂教学中教师需要利用问题导向，收集自主学习中出现的问题，并组织课堂讲解；第三阶段，课堂应用。在掌握基本知识的基础上讲应用、拓展，加强动手能力和思维训练；第四阶段，课后延伸。除了常规的作业布置以外，引导学生开展相关物理和工程等实际问题的讨论和解决；第五阶段，学习评价。建设章节测验试题库和期末试题库，通过章节线上测验和课后实践任务的完成情况，综合评价该生章节学习情况。整个学期通过平时学习、中期、期末等评价，综合评价学生的学习情况。

从实施情况来看，学生对课程的学习兴趣大幅提升，自学能力得到显著改善，知识掌握程度也显著提高，解决实际问题的能力大大加强，达到了课时缩减，教学质量稳步提升的预期目标。任教10余年来2016级学生及格率首次突破85%，2017级更是上升到94%，平均成绩也大幅提升，实现历史新高。2016级早退、旷课1次以上的学生接近10%，2017级早退、迟到和旷课基本消失。现在《数学物理方法》微课视频资源库不仅成为初学者学习的资源，同时也成为高年级学生复习、课题应用和考研的有力工具，可以持续为学生学习提供帮助。

3.5 存在的问题

事物兼有两面，基于微课视频资源库建设的翻转课堂实施2年多以来，虽然成绩是显著的，但是有些问题也是根深蒂固的，还需要不断的努力和提升。《数学物理方法》实施翻转课堂教学改革的过程中，首要问题是学习理念的转变。学生已经非常习惯了被动接受知识的课堂，现在需要自己独立自学，一方面没有自学的经验和基础，另一方面也没有恒心和毅力去完成。学生普遍认为课程难、数学繁、基础弱。在“翻转课堂”教学改革实施中，曾经出现过抽查学生预习笔记，按要求完成率不超过50%的情况。其次，教学体制不够健全，学生常常反应微课视频的学习会花费很多精力，没有时间兼顾其他科目的学习。学生的学习任务繁重也是普遍的情况，这也是教育部要求压缩“水课，弹性学制，实施线上线下”改革的原因。

4 总结

改革如同一次革命。《数学物理方法》基于微课资源库建设实施翻转课堂教学改革，一方面不断丰富和完善微课资源库，保障课前学生学习资源的充足；另一方面不断更新完善课堂教学翻转模式，以学生有效获知为目标，结合自身课程、学生实际，进行改革探索。两年来，围绕培养学生自学能力，提升学生获知水平为目标，取得了一些进展。但是，应该认识到，改革才刚刚开始，仍面临许多问题，还需要不断加大课程教学团队的建设、理念的更新、平台的完善、管理评价体系的健全。可以相信随着教学改革的持续推进，地方普通高校课堂教学模式改革将会得到快速的发展，人才培养的质量也将会显著提升。