基于雨课堂的大学物理课程混合式教学模式的设计与实践

毛生红

(兰州工业学院 基础学科部,甘肃 兰州 730050)

物理学的基本理论渗透到自然科学的各个领域,在生产技术的各个部门中得到了广泛的应用,大学物理是理工科类各专业本科生的一门学科通识必修课,该课程以实验为基础有很强的实践性,所教授的物理概念、物理理论和物理方法是构成学生科学素养的重要因素,是工程应用型技术人员所必备的物理基础[1]。因此,大学物理课程的有效开展对于应用型本科院校的学生而言尤为重要。然而,我校学生的数理化基础相当薄弱,多数对物理课程的认识偏消极,传统的教学模式和考核方法很难激发学生学习大学物理的兴趣,使得我校大学物理课程的教学效果不够理想,课程考核合格率偏低,长期以来,形成了教师难教学生难学的两难问题[2-3]。同时基于我校的“培养高素质、重应用、善创新、强能力的应用型本科人才”这一人才培养目标,大学物理的教学模式改革势在必行。

1 基于雨课堂的混合式教学模式的应用背景

2020年春天,人们的学习、工作和生活节奏猝不及防的被一场新型冠状病毒肺炎疫情彻底打乱了。为保证疫情防控期间教育教学质量,学校充分利用已有网络教学平台和网上教学资源开展在线教学,确保线上、线下教学同质等效,将“教”与“学”从教室转移到线上,实施“云端”课堂教学。因此,我对雨课堂有了深入的了解,也为大学物理课堂教学模式改革提供了机遇。

“雨课堂”智慧教学平台是清华大学和学堂在线共同设计推出的新型在线教学平台,通过微信小程序实现教师推送教学资源、直播教学、线上线下混合式教学、学生随时随地查看课程资源等功能,与传统课堂教学相配合,针对 “课前预习、课堂教学、课后巩固”每一个“教”和“学”的环节都给予了全新的体验,实现了课程教学全过程的师生实时沟通与反馈,让课程的学习互动永不下线[4]。另外,雨课堂智慧教学平台可以全过程统计学生的学习状态和数据,为师生的教学评价提供完善客观的数据支持。因此,笔者基于“雨课堂”对大学物理课程教学模式进行了一些改革实践,实现了线上线下相结合的混合式教学模式。基于雨课堂的混合式教学模式的目标是切实改善大学物理课程的教学效果,提高学生的科学素养,提高学生自主学习和解决物理问题的能力,培养学生的创新精神,充分体现学生的主体地位和主动性。

2 混合式教学模式的设计与实践——以刚体定轴转动的角动量定理和角动量守恒定律为例

良好的教学效果建立在优秀的教学设计之上,基于雨课堂的混合式教学模式从课前、课中、课后三个阶段设计教学活动。

2.1 课前预习

课前预习是混合式教学模式的第一个重要环节,教师通过雨课堂手机课件功能制作课件,包括本节课的教学目标要求、重难点、慕课视频和测试题等,如图1所示。教师将制作好的课件上传至手机端,然后通过手机微信中的雨课堂小程序推送预习课件至学生手机端,学生接收到预习课件后会有微信消息提醒,点击消息可直接进入雨课堂进行学习。雨课堂会对学生的学习情况进行汇总并给出数据报表,如图2所示,教师可以通过手机端查看学生的预习情况,对学生的问题进行及时的反馈,并能结合学生的预习情况设计课堂教学,有利于老师将课堂教学真正做到有的放矢。

图1 预习资料图例

图2 线上学习情况统计

2.2 课堂教学

课堂教学仍然是混合式教学模式中的最重要环节,由于学生已经通过课前预习对部分内容进行了自主学习,所以课堂教学决不能是线上学习资源的重复,而是进行课程内容的深入讨论和形式多样的课堂活动,因此需要教师做出更合理有效的课堂教学活动设计。

课堂教学也借助雨课堂实现线上线下相结合的教学模式,上课前,老师打开课件,用微信扫码登录雨课堂,然后点击“开启雨课堂授课”,电脑屏幕上就会出现弹窗,如图3所示。在弹窗中选择课程和班级并勾选同时放映幻灯片,然后点击“开启授课”,屏幕上就会出现课堂暗号和二维码,学生扫码即可登录课堂,签到人数会显示在屏幕上,为课堂考勤切实提供了方便。学生登录课堂之后,教师就可以点击“开始上课”进入课堂教学环节,课件会自动进入放映模式。在课堂上,课件会随着讲课进度逐页发送到学生的手机端,学生如果对哪一页有疑问,可以点击课件中的“不懂”或“收藏”进行标记,方便课后复习巩固。而这些数据,都能够立刻显示在教师手机端,教师可以在手机上随时了解学生的学习情况,从而对授课内容做出及时有效的调整。本节课的课堂教学活动从以下几个环节展开。

图3 开启雨课堂授课时的屏幕弹窗

1) 新课引入。

播放2022年北京冬奥会上,自由式滑雪女子U型场地技巧决赛中为冬奥会放弃美国国籍的中国选手谷爱玲的比赛片段,提出问题,为什么运动员在空中完成转体动作时要蜷缩身体而在落地之前要舒展身体?其物理依据是什么?学生看完视频后,通过雨课堂的“弹幕”功能进行讨论,所有弹幕信息滚动显示在屏幕顶端,相当于全班学生进行集体的“并行讨论”,可以随时看到学生的观点及想法,有利于教师进行针对性的点评,并给予及时的鼓励。由于弹幕的发布者只有教师通过管理界面才能看到,屏幕上只显示弹幕内容,所以课堂上学生通过弹幕可以大胆的说出自己的想法,相比传统课堂,切实提高了学生参与课堂讨论的主动性和积极性,学生的主体性得到了充分的体现。这一设计体现了学习物理可以从物理走向生活的理念,实现了理论联系实际和物理贴近生活的教学思想,利用问题导向式的教学方法,也能很好地激发学生的学习兴趣,进而探究其中的物理依据,同时还能引导学生感悟运动员为国拼搏、为国争光的体育精神,激发学生的民族自豪感和爱国主义情怀,引领学生形成正确的人生观和价值观,培养学生勤奋刻苦、不畏艰难、不怕失败的优秀品质,从而使得课程思政实现了润物细无声的效果。

2) 新课教学。

首先,教师引导学生回顾质点角动量的概念,让学生把刚体看成由大量的质元组成,结合课前的线上学习情况,利用质点做圆周运动的角动量推导出刚体对定轴的角动量,并拍照发投稿,教师将学生的投稿内容投影在大屏幕上供全班同学观看,根据学生的推导过程及时给与鼓励和评价,从而得到刚体对定轴的角动量,并进行解释强调。利用这种启发式教学方法充分调动了学生学习的积极性,使学生感受到主人翁的地位和成功的喜悦,同时也训练了学生的逻辑推导能力。

其次,教师引导学生类比质点的动量定理,从刚体定轴转动的转动定律出发推导出刚体定轴转动的角动量定理的数学表达式,和学生共同分析总结出刚体定轴转动的角动量定理的内容。利用这种类比教学法不仅可以使学生更容易掌握教学重点,而且能使学生体会从质点动力学发展到刚体力学,研究对象从“点”发展到“体”,遵循事物发展从简单到复杂的变化过程,培养了学生用发展的眼光分析处理问题的思想和能力。

然后,教师让学生根据刚体定轴转动的角动量定理的数学表达式,通过发弹幕的方式讨论物体受到的合外力矩为零时,刚体的转动状态如何变化,从而得到对轴的角动量守恒定律的数学表达式及其内容,教师强调对轴的角动量守恒定律的守恒条件和适用范围。为了掌握学生的学习效果,教师利用雨课堂的限时测试功能发送测试题,学生通过手机端进行答题。答题结束后,雨课堂会自动统计作答情况,如图4所示。作答情况也可以投屏显示,有利于教师和学生及时掌握全班同学的学习情况,也有利于学生获得更加客观公平的课堂表现成绩,弥补了传统课堂中教师无法及时全面掌握学生的学习情况并给出客观公正的课堂表现成绩这一缺陷。教师也可以利用雨课堂的课堂红包功能发送红包鼓励作答正确且速度快的学生,增加课堂的趣味性,激发学生学习的积极性。

图4 限时答题结果统计

最后,利用PPT播放回转仪的结构动画图片、哑铃运动员的转体动画、花样滑冰运动员的转体表演,创设问题情景,引导学生主动探究其中的运动过程和物理原理,从而培养学生的问题意识,提高学生的逻辑推理和归纳总结能力,为了达到良好的教学效果,教师提供及时的补充和总结,构建师生学习共同体,一起开启发现、研究和探索物理的快乐之旅。为了提高学生利用所学物理原理分析解决问题的能力,教师以子弹打击细杆的模型为例,讲解利用刚体对轴的角动量守恒分析解决问题的方法和步骤,然后给出同类型不同模型的练习题,让学生进行分组讨论,讨论结束后每组指定一位同学面向全班讲解本组的做题思路和过程,不仅可以培养学生的自主、合作和探究精神,使学生能够学以致用,更重要的是培养了学生理论联系实际的学习和工作态度,提高了学生利用物理原理科学地分析解决问题的能力。

3) 归纳总结。

首先,回首引题,利用角动量守恒原理分析解释“为什么运动员在空中完成转体动作时要蜷缩身体而在落地之前要舒展身体?”这一问题,使学生深刻地体会到学习物理可以指导人类进行科学的体育活动,从而做到科学的运动锻炼。其次,列举出本节课的知识点,有利于学生系统地掌握本节课的主要内容。

4) 课后巩固。

课后巩固是提高课程教学效果的有效手段和重要环节。在基于雨课堂的混合式教学模式中,教师可以通过制作并发送手机课件,将课后拓展学习资料和练习题推送给学生,学生利用手机进行线上答题,主观题的答案可以以照片或音视频的形式上传,学生做完题即可获取正确答案。教师通过手机端可以随时随地的查看学生的作答情况,从而进行及时精准的个性化辅导答疑,实现了课内外随时随地的教与学,让教学互动永不下线,有效的弥补了传统课堂中课后作业反馈不及时辅导不到位的缺陷。

3 基于雨课堂的混合式教学模式的实践反思

大学物理课程的传统课堂教学模式,以教师为中心,教学方法手段落后,学生学习兴趣不足,参与度低。课程体系结构僵化,内容抽象、枯燥难懂、脱离生活实际,缺乏前沿性和时代性。重视物理理论知识传授,轻视学生能力培养,忽略价值塑造,课程育人功能有待完善。课程评价方式单一,重结果轻过程,挑战度不足,过程考核不易衡量。相比之下,基于雨课堂的线上线下相结合的教学模式,将课前、课中、课后三个教学环节有机地联系在一起,为整个教学过程赋予了全新的交互体验。实现了融入 MOOC 视频、语音、图文、习题等资源的教学课件推送到学生手机端,学生可以根据自身的学习情况选择学习时间地点,自主管理学习过程,教师可以并及时获取学生的学习情况反馈;实现了课中实时答题、投票、弹幕、投稿互动,为传统课堂教学增添了更有效的互动方式,实现了客观有效的评价学生的课堂表现[5]。此外,雨课堂全程记录了学生的学习过程,为学生的平时成绩提供了客观有效的数据支撑,为教师客观、实时地掌握学生的学习情况提供了数据支持,有利于及时调整教学设计,进行更有效的教学活动。

综上所述,基于雨课堂的大学物理课程混合式教学模式的应用,落实了以学生为中心的教学理念,充分体现了教师主导和学生主体的作用,为提高教学质量、促进教学改革提供了新途径。