基于“金课”建设的“大学物理”线上线下混合教学实践

王 辉，吴 平，朱 浩，张 晓，谢 东

(西南交通大学 物理科学与技术学院，四川 成都 611756)

在全面深化教育教学改革的进程中，课程是人才培养的核心要素. 2018年4月，教育部颁发了《教育信息化2.0行动计划》；2018年6月，教育部陈宝生部长在新时代全国高等学校本科教育工作会议上首次提出了“金课”的概念；紧接着，2018年11月，教育部高教司吴岩司长作了《建设中国金课》的主题报告，提出了“金课”的“两性一度”标准，即高阶性、创新性和挑战度.

“互联网+教育”为教学开辟了一条新途径，借助互联网技术进行教学改革已经是国内外教育教学改革的趋势[1-4]. 近年来，通过精品课程、精品资源共享课程、在线开放课程建设，大学物理课程已建成了一批优秀的线上课程资源. 同时，线上线下混合教学发展成为了一种有效的教学手段，使得教与学突破了时间和空间的限制，在培养学生的自主学习能力、创新、探究意识等方面起到了积极地作用. 国内许多高校都在积极探索物理课程的线上线下混合教学新形态，例如清华大学王青教授[5]、安宇教授[6]、同济大学王祖源教授[7-10]、北京师范大学包景东教授、西南交通大学、山东大学等高校的“大学物理”教学团队[11，12]均在该领域做了大量的工作.

特别是，2020年突如其来的新冠肺炎疫情给高等教育带来了深远的影响，使得在线教学在较短时间内得到了极大普及. 短暂的线上教学体验，已悄然改变了广大教师的教育观念，师生对在线教学的认同度大幅提升，正如邬大光等学者[3]所言: 此次新冠疫情“倒逼”下的大规模线上教学取得了成功，但也暴露出了一些问题. 例如有的线上教学仅是上传了直播(或录播)的视频等相关教学资料，缺乏对学生学习的有效引导；或有的教师采取“直播”的方式开展教学，把线下教学直接“搬到”了线上，线上教学的优势并未在本次线上教学过程中被充分利用.后疫情时代如何有效地利用优质在线课程及教学资源持续发挥线上教学的优势，构建“以学生为中心”的教学模式，提升课程高阶性、突出教学创新性、增加课程的挑战度，是值得思考的重要问题.

大学物理课程作为全国高校理工科学生的一门重要的基础课程，对各专业的工程认证、学生的毕业达成度以及创新型人才培养具有不可替代的作用. 近年来，西南交通大学“大学物理”课程团队，围绕“金课”建设的“两性一度”标准，对“大学物理”课程的教学改革进行了深入的思考和系统地实践. 基于信息化技术，从教学设计、教学内容、教学模式、教学评价等多维度构建并实践了“以学生为中心”的“大学物理”线上线下混合教学改革. 截止到2020年7月，已连续开展了3年的线上线下混合教学实践，实践表明，基于“金课”建设的“两性一度”标准，紧扣“教学内容”和“教学模式”两个关键点开展线上线下混合教学改革，有助于促进学生的个性化、深层次学习，有助于培养学生的自主学习能力和创新、探究意识.

1 “大学物理”线上线下混合教学模式设计

1.1 教学流程设计

根据“大学物理”的课程特点，基于信息化技术，设计了线上线下混合教学流程(见图1)，将学生的线上课前学习、教师的线下课堂讲授、课后学习3个不同的部分有机融合、优势互补，在教学过程中体现深层次的学习内容、互动式的教学形式，培养学生自主学习、协作学习、发现和解决问题的能力，提升教与学的效果.

图1 大学物理线上线下混合教学模式流程图

在线上学习中，学生在《课前学习导学单》指引下，通过看视频在线上完成知识点学习并完成线上知识点测试；对学习中的疑难问题在讨论区进行讨论. 教师通过教学平台答疑、跟踪学生学习进度，及时督学.课堂中，利用雨课堂进行课堂管理和互动，教师根据学生线上学习情况的反馈，通过测试、总结、问题讨论等环节巩固知识、应用知识.教师可根据教学安排，在课堂教学环节组织项目研究展示汇报等拓展内容.课后，学生根据教师的教学要求，完成章节作业、思维导图、项目学习、在线讨论等.

1.2 集合教学资源，构建线上学习平台

高质量、具有互动性的线上学习平台建设是教学创新性的体现，更重要的是为学生在线下课堂进行深层次学习，为教师提高课堂教学效率，进行课堂教学改革创造了条件，奠定了基础.

在“大学物理”线上线下混合教学模式的实践过程中，笔者充分利用国家精品在线课程视频资源进行线上学习平台建设. 线上学习平台建设的主要内容包括：编写《课前学习导学单》、遴选与教学内容配套的优质教学视频、建设线上测试题题库、上传教案及教辅资料、发布章节作业、线上讨论区发布讨论话题等，为学生创造个性化、互动性的学习环境，有效引导学生进行自主学习.

图2 线上学习平台建设内容

《课前学习导学单》编写的关键是教师将教学重点、难点及其它知识点转换成问题，通过问题导向，帮助学生发展自主学习、独立思考的能力. 以“简谐振动”章节编写的课前学习导学单为例(如图3)，通过编写导学单，让学生明确学习内容，明确完成线上学习任务的时间节点以及完成线上学习任务后，该章节应理解掌握的主要知识点。

图3 课前学习导学单示例

以2020年春季学期“大学物理”的1个教学班为例，该教学班共有65名学生. 该学期，笔者在超星平台上共发布学习任务点107个(包括视频、教案、线上测试题等)，其中建设发布课前学习导学单16个、线上测试题30套(题型为选择、判断、填空；一套线上测试题10个题目左右；每章含2～3套线上测试题)、建设发布章节作业10次(题型为计算题；每章教学结束后发布，每章5个计算题)、发布章节思维导图11次、线上前半期、后半期测试各1次。

根据超星平台的数据统计，2020年春季学期，该班学生的章节学习次数达28492次，学生任务点的完成率平均达到98%以上，人均章节学习次数438次. 在完备、优质的线上学习平台的指引下，该班学生的学习自主性和积极性被有效的调动起来. 同时，教师通过分析学生的学习反馈数据，可以及时掌握学生的学习情况，调整教学策略，不断提高自己的教学质量.

1.3 课堂教学：知识内化、拓展

课堂教学是在教学过程中实现知识内化、拓展的重要教学环节. 一方面相比线上学习，教师的监督作用和与学生直面交流的作用得到加强；另一方面在学生完成线上学习的前提下，教师可根据学生线上学习的反馈，调整教学策略，针对性地开展课堂教学.同时，教师将有更充足的课堂时间组织课堂讨论、知识拓展等教学环节，引导学生进行深层次的学习.

疫情期间，课堂教学环节采取在线直播的形式开展(腾讯课堂或腾讯会议). 笔者设计的课堂教学的主要流程包括(如图4)：首先检测学生线上学习的成效(通过雨课堂进行课堂测试，一般为5个选择题；疫情期间该环节在超星平台上开展). 接着，进行重难点知识讲解，穿插课堂讨论、质疑等. 考虑到学生前期已进行了基本知识点的线上学习，因此教师应根据学生前期线上学习和课堂测试的反馈，突出重难点、易错点讲解，而非简单、重复性的知识点罗列. 然后，进行易错题讲解、优秀作业展示、项目展示、交流等.

图4 线下课堂教学基本流程

通过线上教学与线下教学的有机融合、优势互补，教师课堂教学的效率和有效性得以提高，同时使得教师有时间在课堂教学中组织更丰富的教学内容和教学形式，这有益于学生进行深层次的学习.

1.4 课后：复习总结、线上讨论区讨论

课后，学生在线完成、提交相应章节的作业、完成复习思维导图，并在线上讨论区发布讨论话题进行师生、生生之间的讨论、释疑，同时，根据教学要求开展项目研究等教学活动。

在网络环境下，学生提问、交流的积极性打破了传统课堂教学的沉寂. 以2020年春季学期“大学物理”1个教学班的65名学生为例：学生们在超星平台讨论区共发布124个讨论话题；学生平均发布、参与讨论的次数为35次；单个学生发布、参与讨论的最高次数达71次；教师参与讨论65次.通过线上讨论，促进了学生之间的协作学习，也有效增强了师生之间、生生之间的讨论与交流.

1.5 项目学习引入大学物理教学

在教学中增加研究性、创新性、综合性的教学内容，增强课程体系整体设计，促进知识、能力、素质三者有机结合. 从2018年开始，笔者在大学物理教学中引入基于问题和基于数值分析的探究式学习，激发学生学习物理的兴趣，科学地加大学生的学习投入，提高课程教与学的高阶性和挑战度.

在教学实践中，笔者会在每年发布的IYPT(国际青年物理学家锦标赛)题目中选择一些实验器材简单易得的题目，例如“水中的蜡烛”(2018年)、“响亮的声音”(2019年)、“漏斗与球”(2019年)，或从大学物理课程知识点中遴选数值仿真项目发布给学生，由学生自由分组组成团队，通过团队协作，完成查阅资料、设计研究方案、理论模拟、实验设计操作等项目研究环节. 在课堂上，教师组织不同组的学生分成正方、反方和评论方进行项目研究的展示、交流及辩论，并由同学们互评得分，项目学习的情况将计入平时成绩。

以大学物理量子力学部分“实物粒子的波粒二象性”问题为例，实物粒子的波粒二象性是量子力学中最重要、最基本的概念，学生对此概念理解比较困难，而且观察实物粒子的波动性往往受到实验条件的限制. 学生利用Matlab仿真软件研究大量电子通过双缝的情形，清楚地展示了大量电子通过双缝时表现出了与光波类似的干涉图样(如图5). 通过该项目的研究，一方面帮助学生从概念上更深刻地理解了实物粒子的波粒二象性，提高了学生利用数值仿真软件解决实际问题的能力；另一方面激发了学生学习物理的兴趣，使学生从抽象的物理理论中跳出来，欣赏到物理的美.

图5 教学班学生Matlab数值仿真案例

图6 教学班学生项目研究掠影

在“大学物理”教学中开展项目学习，在培养学生的设计思维、工程思维、数字化思维、推理批判能力、沟通协商能力等方面起到了积极的推进作用，是对促进学生知识、能力、素质协调发展的创新人才培养新途径的有益探索. 项目学习得到了2018年校课程评估专家和学生们的认可，评估专家指出：“开展项目学习、讨论、辩论交流，方式新颖，进一步把物理教学的兴趣点激活，使得学生非常喜欢和投入”. 学生在项目学习报告中写到:“这样一个探究过程十分有意思，尽管很难，但却让我学到很多课本外的东西，学会了如何对一个问题进行研究分析，这无疑对我以后的学术生涯有着莫大的帮助”.

2 成绩评价及成效

在“大学物理”线上线下混合教学模式的实践过程中，严格考试、考核评价，建立了过程性考核与结果性考核有机结合的课程考评制度，在常规考核的基础上增加了线上学习的过程考核和项目学习考核.“大学物理”线上线下混合教学班的课程成绩组成主要包括：平时成绩(35%，含线上学习情况、线上测试题完成情况、线上讨论区参与讨论情况、项目研究情况、出勤、课堂表现)、中期考试(30%，课程线下统考)、期末考试(35%，课程线下统考).

首先，为了检验混合(SPOC)教学班学生的课程学习效果，笔者将2018-2019学年混合(SPOC)教学班与传统教学班学生的两次线下统考期末卷面成绩做一个对比，两次期末考试均采用同一套试卷.如图7所示，SPOC教学班学生的期末卷面成绩的及格率和优秀率均明显高于传统教学班，这表明“大学物理”线上线下混合教学模式对提升学生的课程学习效果是有益的.

图7 “大学物理”线上线下混合教学班(SPOC班)与传统教学班期末卷面成绩对比图

另外，为了分析学生线上学习效果对课程整体学习效果的影响，笔者以2020年春季学期“大学物理”的一个SPOC教学班为样本，分别分析了学生的线上综合成绩与2020年9月份学生返校后进行的线下闭卷期末卷面成绩之间的关系、以及线上综合成绩与学生总评成绩之间的关系. 线上综合成绩是收集学生在超星平台上的学习数据，包括学生观看视频的情况、线上测试题的完成情况、线上签到、线上平台发帖、回帖等参与讨论情况. 疫情期间，2020年春季学期“大学物理”线上线下混合教学班的总评成绩设置如下：线上综合成绩(35%，含线上学习情况、线上测试题完成情况、线上讨论区参与讨论情况、签到、项目研究、课堂表现)、中期考试(10%，线上统考)、后半期测试(10%，线上统考)、期末考试(占总评成绩的45%，线下闭卷统考).

将学生的线上综合成绩与线下期末卷面成绩做线性回归分析(图8)，可得线性相关系数R2=0.31839(R=0.564),表明学生的线上学习成绩与该生的期末卷面成绩之间存在较强的相关关系.

图8 学生线上综合成绩与线下期末卷面成绩相关性分析

将学生的线上综合成绩与总评成绩做线性回归分析(图9)，可得线性相关系数R2=0.68694(R=0.829)，这表明学生的线上学习成绩与该生的课程总评成绩之间存在着强相关.

图9 学生线上综合成绩与总评成绩相关性分析

通过上述分析可以看到学生线上学习效果与课程学习效果存在较强的相关关系. 通过在教学过程中设计多维度、全过程的考核因素，使得学生在整个学习过程中都保持投入、认真学习的状态，改变学生仅靠期末突击复习应对课程考核的情形.

3 结语

随着信息化技术的高速发展，将有更多高校师生选择线上线下混合教学新形态，这将对后疫情时代因势利导持续发挥线上教学的作用，促进信息化时代背景下高校教育教学改革具有重要意义.

在“大学物理”线上线下混合教学实践过程中，围绕“金课”建设的“两性一度”标准，通过对教学内容、教学模式、考核评价等关键点进行教学改革，有效发挥了线上和线下教学的优势，形成了“在线学习+课堂总结讨论+课外研究实践”的完整教学体系，形成了一种以“学生为中心”的创新教学模式，促进了学生的个性化、深层次学习，促进了师生的共同发展.

在后续线上线下混合“金课”的教学实践中，笔者将继续秉承以“学生为中心”的教学理念，将课程思政进一步有机融入课程，实现知识体系与价值体系的有机统一. 同时，将加强与国内兄弟院校之间的教学经验交流。