闭环式教学模式在《固体物理》中的实践和探索*

石 薇 许广智 李一杰 张成园

(辽宁大学物理学院 辽宁 沈阳 110036)

谷 卓

(石家庄铁道大学数理系 河北 石家庄 050053)

李永庆

(辽宁大学物理学院 辽宁 沈阳 110036)

目前, 国内诸多高校现行的主要课堂教学模式是一种把教师作为教学环节主体的灌输式教学模式.长期在这种教学模式的培养下, 学生普遍存在知识记忆不牢固, 知识结构不明确, 发现问题以及解决问题的能力不足等特点[1].这些问题的存在将会导致学生逻辑思维不够活跃, 且创新能力较低.如何解决这些问题, 一直是高校理工科专业教师思考的问题.现如今, 高等教育已经进入了智慧教学时代, 针对以上问题, 教学团队以固体物理为试点课程, 从教学资源、课程内容、教学方法、教学考核等多方面探索教学改革的新思路新方法.同时借助慕课、雨课堂等智慧教学平台, 构成“建立教学资源储备库、线上线下融合教学、课后线上答疑、依托科研项目促进知识吸收升华、全学习过程考核评价、线上收集学生反馈并完善修改课程内容”的高效闭环教学模式, 探索科学教学方法与手段, 重点解决学生在固体物理课程学习过程中对教学内容理解困难和创新思维训练不足的问题, 从而提升物理专业学生的整体培养水平.

固体物理是物理学类专业的学科基础课程, 是物理学的重要分支.其教学目标是通过对该课程的学习, 使学生构建出晶体内微观粒子(如电子、原子等)运动的立体化物理图像, 掌握粒子的运动规律, 并树立起它与晶体宏观性质的物理联系, 为进一步学习和研究与固体物理学相关的各种科学问题建立起初步的理论基础[2].讲授该门课程既要追求数学、物理上的严谨性, 保证知识的深度和理论的高度, 使学生具备系统而完整的固体物理学的理论框架, 同时, 还要不断丰富课程的教学内容, 拓宽学生的视野.同时, 这门课程也重在培养学生严密的逻辑思维能力, 通过物理模型的建立和不断修正来应用理论解释物理现象的产生, 使学生能树立起辩证唯物主义的世界观, 增强学生的科学素质并达到培养学生的科学思维能力和创新意识的教学目标.

本文以固体物理为试点改革课程, 通过对固体物理的育人目标、闭环式教学模式的研究内容、教学成效展开讨论, 探讨闭环式教学模式在固体物理中的实践成果.

1 固体物理学的育人目标

固体物理学是人类在了解认识大自然的过程中形成的一门学科, 是多种相关学科的理论基础.《固体物理》既有很强的理论性, 又和生活实际紧密相连, 对学生知识储备、素质和能力的培养具有十分重要的作用[3].现如今, 高校理工科专业的发展目标是培养出能够主动适应当前社会的新技术、新产业、新经济发展的学生.因而物理学专业培养目标就建立在注重培养学生具有良好的物理学理论基础和实验素养上, 使学生了解物理学领域的理论前沿、最新的发展动态和高新技术的应用前景.培养学生具有较强的创造力和继续学习能力, 塑造学生具有勇于创新、适应性强的优良品质.在学习的过程中, 拓宽视野, 使知识立体化, 掌握科学的研究方法, 最终使学生成长为能够进行初步的基础理论和应用科学研究的物理学专门人才.

2 闭环式教学模式的研究内容

在以往《固体物理》的教学过程中, 采取的教学模式主要是教师讲, 学生被动地听, 最终以期末考试一张试卷一锤定音.慢慢就发现, 学生在上课时不能积极地投入到听课环节中, 分心走神成为常态, 缺乏和教师的有效互动, 疲于思考, 而是把所有精力放在了期末复习的背题、刷题中[4], 缺乏对物理理论的深入思考, 这也导致了教师在讲课时逐渐缺少激情, 恶性循环.教师在培养学生创新与协作意识中起主导作用, 因而笔者所在教学团队本着“以学生为中心”的教育教学理念, 进行了闭环式教学模式探索, 具体包括以下6个方面：

(1)建立教学资源储备库,强力夯实教学基础

教学资源是教学活动环节的重要组成部分之一, 教学团队在以学生为主体的教学目标指引下, 对学生已具有的知识体系、接受知识的能力以及学生个体差异进行主动了解, 在这个基础之上积极储备丰富的教学资源, 建立了知识点覆盖全面的习题库、案例库及热点知识库, 精心制作了中英文PPT, 设计了随堂测试, 选配了多种教具模型, 积累了丰富的flash动画和视频素材.

(2)拓宽教学渠道,融合发展线上线下教学

国家教育部指出：要努力推进信息技术在教育教学中的整合, 鼓励在教学中广泛应用信息技术手段.教学团队充分利用“互联网+”的优势, 在我校固体物理的课程教学中实践了采用“雨课堂”“钉钉”“线下”等多种教学方法并行的混合式教学.课前准备预习课件并借助在线教学平台进行推送, 通过预设问题督促学生养成预习的好习惯；课堂以旧知识为铺垫, 以生活、科学故事或工程实例为引导, 引出新知识点, 达到科学复习和激发学生学习热情的目的.采取提问式教学方式, 层层拆解问题, 帮助学生理清思路, 适时组织分组讨论, 提高学生课堂参与度, 增强学习效果.积极开展反转课堂, 鼓励并引导学生进行逆向思维, 课后通过慕课平台推送章节习题, 帮助学生解决重点难点问题.如此将课前预习、课堂讲授、课后复习充分结合起来, 使整个教学体系形成了线上线下的有机融合.

(3)提供日常在线辅导,减少学生学习障碍

在学生学习的过程中, 教师能提供及时的指导和答疑将会对学生学习有很大帮助, 这是有效教学必不可少的要素, 也是教学过程弥足珍贵的环节[5].师生广泛参与日常教与学的环节, 应该贯穿于教学活动的始终.我们主动向学生公开了微信等沟通渠道, 并建立课程群, 随时随地解答学生发来的专业问题.学生遇到的疑难问题可以随时得到解决, 避免了以往学生在课后不能及时联系到教师, 专业问题堆积导致厌学的问题.这一环节得到了学生的一致好评.

(4)实现“教科”互动,培养特色鲜明的创新人才

教师在教学过程中将前沿性知识与课程内容相结合为学生讲授, 将科研成果反哺于教学可使科研成果得到进一步传播和再生, 充分发挥科学研究的价值[6]；教学过程是师生双向活动, 加强与学生的互动, 激发学生的主动性和能动性, 有利于活跃学生思维, 而学生活跃的思维也有利于科研的发展, 能使学生学到更多、更前沿的知识.“教科融合”的真正意义在于教会学生如何学习, 如何发现新知识, 做到创新, 有利于培养有能力有意愿的学生成为特色鲜明的拔尖创新人才.教学团队所有教师在教学过程中,主动选拔有能力有意愿的学生参加各自的实验小组, 引导学生开展科学研究和创新设计, 并以学年论文和毕业设计的形式完成“教科”互动.通过“教科”互动, 学生了解和掌握了科研的一般规律, 充分发挥自身创新能力, 为以后从事科学研究或相关工作奠定了基础, 实现课程教学的二次升华.

(5)改革考核机制,注重过程性评价

传统考核方式或是以最终期末考试试卷一锤定音[4], 或是用学生的出勤及作业情况为平时成绩,再结合期末考试给出学生的最终成绩.但无论哪种方法都只注重到了对于理论知识的考核, 忽略了对学生的整个学习过程的考核, 因此在类似考核方式下, 很多学生不注重整个教学周期中的学习过程, 只是在期末考试前进行突击学习, 临时抱佛脚就可以通过考试.而实际上, 整个学期中那些认真钻研课程内容的学生获得知识及能力提升, 相比试卷考核内容要多得多, 这是传统考核方式无法反映出来的.因此,我们实践了多方式的全程化的考核方式, 建立了考试题库, 随机抽取考试试题；建立形成性评价的考核改革模式, 目前我校也在全校推进形成性评价机制.我们将线上统计的课堂答题情况、章节作业、课堂小测以及期中考试在最终成绩中的占比，由原来的20%提升至40%, 主要体现知识与创新的评价、学习能力与态度的评价等要素[7]. 整体考核环节弱化死记硬背、公式记忆等考核模式, 强化对理解问题、解决问题能力的考核. 如此便减轻了期末考试的压力, 倒逼学生加强重视整个学习过程, 整体提升知识学习运用能力.

(6)及时收集反馈,补充完善授课内容

课上根据学生互动情况及时与学生就课程内容进行交流.课下, 定期制作不记名调查问卷, 线上收集学生意见.同时, 借助“雨课堂”平台, 学生可以在课后对理解不深或有疑问的知识点按动“不懂”按钮, 教师整理收集学生不懂的知识点, 再次进行补充讲解.根据学生的反馈信息, 合理优化教学内容、制定教学计划, 实现闭环式教学.这种模式能够有效提升学生的参与感, 调动学生的学习积极性.

3 试点课程的教学成效

在国家创新型人才需求较大的背景下, 探索出一条更为合理的适用于物理专业、乃至所有理工科专业创新人才培养途径是当前教育的重任.闭环式教学模式实施以来, 受到物理专业学生的普遍欢迎和好评, 学生对固体物理、量子力学等专业课程产生了浓厚的兴趣, 同时学生对课堂知识的吸收转化率也得到了大幅提高.该教学模式的实行, 激发了学生们的学习热情, 使学生乐于积极思考、愿意不断探索, 学生总体学习成绩有了较大提升, 同时涌现了一批表现出色的学生, 仅2021年, 我院物理专业就有24人升学至中国科学院大学、中国科学技术大学等国内一流科研院所和高等院校继续深造, 占物理学专业毕业生总数的31.2%.总之, 闭环式教学能不断完善学生的知识结构, 提升学生的培养质量, 提高学生创新思维和创造能力, 是富有成效、特色鲜明、具有良好辐射性的一种教学模式.

4 结论

“建立教学资源储备库、线上线下融合教学、课后线上答疑、依托科研项目促进知识吸收升华、全学习过程考核评价、线上收集学生反馈并完善修改课程内容”六位一体的高效闭环教学模式, 实现了“以学生为中心”的教学理念, 完成了传统的以“教师教授为主”的模式向以“学生自主学习为主”的模式转变, 为增强学生学习兴趣, 提升教育质量, 提高学生能力和综合素质提供了有利抓手, 取得了显著的教学效果, 是一套易操作、易推广的教学模式.在取得成效的同时, 我们也清醒地认识到, 任何一种教学模式都需要在教学过程中, 根据学生实际情况, 反复实践, 不断锤炼, 适时调整, 才能更加成熟和完善.