“一核三阶六化三省”的大学物理在线教学设计与实践

姜海丽，赵文辉，孟 霆，赵言诚，孙秋华，刘艳磊

(哈尔滨工程大学物理与光电工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001)

在这个特殊时期，为贯彻落实好“停课不停教、停课不停学”的在线教育教学要求，课堂就是教师的抗疫战场. 化危为机，利用多年积累的在智慧树及雨课堂等平台上在线教学经验，以MOOC+在线直播等教学模式，探索尝试翻转课堂，和学生们一起进行一场“学习的革命”[1,2]. 传统的教学与翻转课堂以及线上资源的融合相对欠缺，对学生的拓展性思考和主动学习的能力训练不足，没有很好地平衡教学目标中知识与能力的综合、研究与创新的平衡、价值与情怀的提升等关键问题.

1 教学目标

“大学物理”课程以学生为中心，在认知领域培养学生扎实的物理理论基础和知识技能，培养学生自主学习、探索和应用知识的能力、创新能力、思辨能力；在情感领域，培养学生厚重的物理素养、求真的学术追求和宽广的全球视野，使之成为复合应用型创新人才. 在此基础上，在线教学聚焦了以下3个主要教学目标.

价值引领：立足物理学科及行业领域，通过线下、线上育人元素的深度融合，以培养学生的文化自信和民族自豪感，厚植科学素养和家国情怀.

知识探索：加强物理学的基本概念、基本理论和基本方法的全面的认识和正确的理解，强化核心知识与前沿理论学习，拓展学生视野和宽广的跨学科知识.

能力建设：通过开放研讨、同伴教学法等方法对典型物理案例进行深度剖析，培养学生分析问题和解决问题能力、掌握以物理学思维特征为基础的思辨能力、实践与创新能力、深度学习和自主学习的能力.

2 教学设计

基于已建成的优质慕课资源《大学物理典型题解析》、《大学物理思维导引》，以及本课程的雨课堂的教学实践，选择了如图1所示的大学物理在线教学的平台

图1 大学物理在线教学平台

依托以上教学平台，秉承以人才培养为核心，拓展学生自主学习和拓展思辨的时间和空间为基础，实施基于自主学习的“一核三阶六化三省”的在线智慧教学，教学体系如图2所示.

图2 基于自主学习的“一核三阶六化三省”的在线智慧教学体系

“一核”: 以人才培养为核心；“三阶”：以课前预习、课中翻转、课后巩固三阶段完成一个闭环的在线教学体系；“六化”：育人同向化、教学精准化、难度阶梯化、研讨开放化、思维独立化、互动全员化；“三省”：雨课堂平台全程数据反馈共省、督导和学生的听课反馈信息自省、集体备课教师互省[3-5].

3 在线教学实施

3.1 课前预习，初步认知

学在前，教在后. 课前预习的学习是进行翻转教学的第一环，预习课件提前3天推送给学生，课前预习课件分为四部分，如图3所示.

图3 课前预习4环节

1) 慕课导学：主要是让学生观看笔者教研团队建设的《大学物理思维导引》慕课的相应章节；通过预习，学生对一些基本概念有了初步认识，为课堂翻转奠定了很好的基础；2) 教材精学：将高教出版社发行的《新编大学物理教程》的电子版发给学生，让学生进行系统的自学；3) 课件研学：同时配有语音讲解的教学课件作为课前研学的资料，更一步增加学生对基础知识的掌握，加深基础知识的内化；4) 预习检测：最后配以精巧小题进行预习检测，与此同时，教师可以通过雨课堂平台随时跟进学生的学习进度，进行督促及提醒.

3.2 课中翻转，“六化”并举促进翻转

如图4所示，充分利用在线教学的优势，将教学过程中的各个环节利用育人同向化、教学精准化、难度阶梯化、研讨开放化、思维独立化、互动全员化进行课堂翻转，促进知识的内化.

图4 课中“六化”落实教学环节

1) 育人同向化：通过理论和实验、线上和线下、科技竞赛和创新创业双通道的有效融通，课前、课中、课后的深度渗透，构建了全员、全过程、全方位“三全”的育人格局，实现六步嬗变的培育路径，如图5所示.

图5 “双线融通、全程育人、六步嬗变”的思政育人体系

在讲解电磁波的应用时，“中国天眼”的引入让学生感受着祖国科技的强大，如图6所示，同时天眼之父南仁东的爱国奉献精神也深深感动和激励着学生，他们把这份感动内化为课上学习的动力，转化为实验室中自组望远镜与显微镜的实践操作中. 理论和实验的深度融合保障了科学素养的培养效果.

思政案例通过雨课堂、智慧树、微信等方式融入到课前预习、课后巩固的线上教学环节中. 当讲到牛顿定律时，中国人的飞天梦嫦娥一号卫星发射的成功作为教学案例培养了学生科技强国、爱国敬业的社会主义价值观；将抗疫前线等先进案例作为课后阅读资料让学生撰写科技战“疫”的感想，弘扬了科技抗“疫”、共克时艰的精神. 学生那激昂的文字表达了他们科技报国、奋发图强的决心和信心.课间休息，教师转身变主播，歌曲随你点，校歌更是少不了，那一句“蓄谋已久”的调侃、那一句“军训的感觉”“起床的闹铃”无一例外地渗透着学生们对学校深深的眷恋. 微信公众平台上的那平均每周3条的推送，雨课堂上平均每天2条小任务，既有所需教学资源，还有教师对学生的殷切寄语和深深的挂念. 雨课堂平台的点点滴滴，寄托了老师对学生们的期望，同时教师们用他们的坚守、用他们的担当、努力感动着学生，影响着学生，凸显了课程育人价值功能，实现了润物无声，全程育人.

图6 价值塑造点点滴滴

2) 教学精准化：在线教学并不是将原线下课“原封不动”的搬到线上，团队“以学生为中心”的教学理念，以雨课堂平台的预习数据为依据，变“教师要讲的”为“学生想学的”，提高教学精准度，每次翻转直播课堂的第一页PPT就是“预习情况总结”，根据学生预习反馈中的“不懂”和疑问，以及他们主动想学的内容在直播过程中进行展开，提高教学精准度，鼓励学生以后对预习的重视，如图7所示.

图7 课前预习总结

3) 难度阶梯化：团队自主创设了若干系列题，将其分门别类，根据难度系数从低到高设计系列题目，把难度系数低的作为预习资料让学生自学，难度系数高的作为课上研讨，难度系数更高的放在课后拓展，让学习思考提升. 比如球与杆碰撞的系列题中，研究对象视为质点和质量均匀分布的刚性细杆作为学生基础掌握的题型；接下来提升难度，将质量均匀分布的杆变为不均匀分布，更进一步如果质点视为油灰球呢？通过这种系列题型的练习，培养了学生从简单到复杂，从特殊到一般的科学思维，提升学生分析复杂问题的能力，如图8所示.

图8 系列题提升挑战度

4) 研讨开放化：每一章结束，团队老师将自主设计一些开放性的物理案例，如何将线下的习题研讨课转换成线上呢？团队将每章的习题研讨课对提前分好小组的班级采用腾讯会议主会场+QQ分会场进行直播研讨教学，完成在线形式的案例研讨环节.

图9 在线分组习题研讨

5) 思维独立化：老师就一定不会出错吗？为了让学生加深印象，在大学物理的课堂上，就有团队精心设计的陷阱，老师明白地告诉学生这一页有错，欢迎来找茬！就是多了一个矢量箭头含义大不相同，就是要考察学生对基础概念掌握的精准度，教育学生书写的规范性，培养学生的独立思考的能力、敢于质疑权威的精神，如图10所示.

图10 设有陷阱的课件、学生质疑的弹幕

6) 互动全员化：考虑到在线教学过程的非面对面特点，为了随时能够吸引学生的注意力，保证学生见面课的在线效果，一方面，要妥善安排了各种资源和教学形式的搭配与切换；另一方面，在关键知识点设置思考题，利用选择题、随机点名、投票、弹幕、课堂投稿等形式和学生进行多维互动，保证整体跟上课堂节奏，通过学生地不断介入达到预期目的，教师在此期间需要具备良好的操控能力和进度的把握能力，如图11所示.

图11 弹幕、随机提问、客观题等方式“敲黑板”

3.3 课后巩固提升

为了巩固和加深教学效果，课后巩固课件以教研部建设的黑龙江省精品在线课程“大学物理典型题解析”作为自学资料，同时学生提交课后作业、课堂笔记，利用课后居家延伸实验来加深对力学“原理公式”的意义，深刻透彻. 比如采用“橡皮筋”和“钢板尺”做拉伸实验，深刻讲解虎克定律公式的意义，可分别展示构件长度、截面性质、材料属性、载荷等参数与伸长量的力学关系，其中用不同长度的橡皮筋演示长度和载荷的影响效果、不同宽度的橡皮筋演示截面性质的影响效果，对比钢板尺演示材料属性的影响效果.

实时在线以微信群给学生答疑解惑，着力实现与学生跨越空间的“0”距离教学互动，做到师生交流“键对键”、教学相长“面对面”，如图12所示.

图12 课后巩固、作业提交、课后实验作业、微信群答疑解惑、课后笔记

3.4 “三省”促提升

在线教育教学不仅需要进行全新的教学设计，还要熟悉相关的信息化平台，掌握多种形式的智慧教学工具，及时掌握学生在学习各环节的学习状态，持续调整教学方法与手段，确保教学不停、要求不降、质量不减，教育学生秉持“大工至善、大学至真”的校训，在学习文化知识的同时，正确对待在线学习模式，教学相长共同进步.

1) 雨课堂平台全程数据反馈共省

教师可以通过平台大数据对学生进行督学. “雨课堂”将一切教学活动以大数据的形式反馈给教师，包括到课率、预习情况、客观题答题正确率、作业题提交情况，通过智慧树平台数据把握学生慕课学习情况，教师及时跟踪教学数据，对学生的学习行为进行分析，对教学内容进行针对性的调整，如图13所示.

图13 利用雨课堂平台数据对学生学习情况进行整体监测

2) 督导和学生的听课反馈信息自省

学院制定在线教学质量评价表，要求学院领导及教指委专家全程参与远程教学的质量监控，深入到每一个大班课堂中，从课前到课堂到课后进行远程教学的全程体验，每天提交听课评价表，如图14所示. 通过这些信息的及时汇总和反馈，教师可以有针对性的调整教学内容和方式.

3) 集体备课教师互省

教研部沿用集体备课的形式，统筹优化教学内容，采取统一的课前预习和课后巩固课件，严格执行教学进度表，确保远程教学期间进度统一. 重点培训青年教师，采取视频试讲、模拟课堂的方式及时发现问题、解决问题；要求全体教师在远程教学期间特别着重规范语言、精神状态饱满，正面引导学生，积极面对疫情困难，以乐观的精神共克时艰，如图15所示.

图14 学院领导、教指委专家全程参与在线教学质量监控

图15 坚持集体备课，统筹优化远程教学内容

4 在线教学成效

雨课堂平台大数据平均到课率96.8%、问卷调查表明学生对大学物理在线教学的满意度约93%，直播过程中一直认真听课率约98%，12.31%的同学认为比预期的教学效果好，如图16所示.

图16 调查问卷结果、学生感想

5 在线教学反思与总结

经过在线教学的实践，通过雨课堂平台全程数据反馈、督导和学生的全程听课反馈信息、每两周一次的集体备课及教师互评，不断进行教学反思、优化和调整教学进度和方式.

大学物理在线教学坚持以“学生为中心”，充分发挥网络教学的优势，“三阶六化”的智慧教学设计将学习积极性充分调动起来，强化了知识内化，培养了深度学习和主动探索、积极思辨的能力，树立学生的文化自信、民族自豪感，培养学生家国情怀.

今后的工作思路：1)以在线教学为起点，实现现代信息技术与课程教学的深度融合. 要寻求实体课堂教学与在线教学、智能教育有机结合点，形成线下导学、线上自学、课堂促学、全程评学的教学新模式. 2)规范在线答疑及考核形式，目前微信群或QQ答疑，不能很好的将问题进行累积、汇总及展示，而且容易重复提问、重复解答，为此将利用智慧树翻转课堂进行SPOC在线答疑形式. 同时将原线下考核进行分解，由线上考核、开放题目考核、撰写论文等形式共同完成对学生学习效果的评价. 3)完善在线教学资源，为学生打造精彩的物理学“视界”. 基于目前已有的大学物理系列慕课，将建成通过“演示实验”触摸物理——通过“无处不在的物理现象”启发物理——通过“大学物理思维导引”引导物理——通过“大学物理典型题解析”领悟物理，用丰富的资源打造缤纷精彩的线上知识园林，教师通过课堂翻转作学生知识学习能力培养的领路人、同行者，实现学生的能力提升价值塑造.