基于雨课堂的教学过程控制与教学效果分析——以“基因工程”课程为例

胡 欣，周国利，王春明

（聊城大学 生命科学学院，山东 聊城 252000）

注意力是指人的心理活动指向和集中于某种事物的能力，也是人的视觉、听觉及触觉等信息通道对客观事物的关注能力。在课堂上，注意力是学生发挥其记忆力、观察力、思维力及想象力的前提和基础，课堂注意力的高低决定了学生接收和吸收课堂讲授内容的效率，也决定了学习效果［1］。

为了提高学生的课堂注意力、课堂积极性及课堂参与度，许多教师在翻转课堂、问题学习及团队学习等教学模式上进行了积极探索，并取得了良好成效。这些教学模式和传统点名式提问都受到了听课人数的限制，适用于小班化教学［2］。

近年来，清华大学和学堂在线共同推出的新型智慧教学解决方案——雨课堂，具有点名、应答、投票、课堂测验及课后总结等功能。将雨课堂与现有教学模式相结合，可有效提升学生的课堂注意力和学习效果［3-4］。

笔者在“基因工程”教学中，根据注意力随时间的变化规律，提出了区块化教学设计三原则，重构每节课内容，开展区块化教学，借助雨课堂实施教学过程有效控制，调动学生参与课堂教学的积极性，取得了良好效果。

一、区块化教学设计三原则

（一）合理划分教学时长

学习心理学研究表明，学生在完整一节课中注意力水平呈起伏变化，对多数学生而言，开始上课后和下课前一段时间是注意力的两个高峰期［5］。以总教学时长为50分钟一节课为例，根据注意力水平的起伏变化，可将一节课时长分为三个区：集中区、分散区和回升区。在上课刚开始时，学生对所学内容充满好奇和期待，大脑皮层的有关区域形成优势兴奋中心，注意力高度集中，这就是注意力集中区，时间大约持续8分钟。学生处于这时段，就会认真听讲，学习任务可高效完成。随着时间的推进，学生对所学内容的好奇和期待逐渐淡化，听课注意力涣散，这就是注意力分散区，时间大约持续20分钟。在这时段，学生接收信息能力变弱，导致学习任务低效。下课前20分钟左右的时段，学生注意力回升，这就是注意力回升区。这时，学生逐渐回到活跃思维状态，学习效率逐步提升。

上述分析是笔者开展区块化教学、实施教学过程控制的重要启示。在教学中的有效办法就是重构每节课的教学内容，将教学内容划分为4～5个教学区块进行讲授，每个区块的教学内容由1个或多个主题关联，每个区块的讲课时长大约10分钟，一般不超过15分钟。实施区块化教学的目的就是将50分钟教学时长划分为多个教学区块，将每个区块尽可能转化为注意力集中区，使其提高学生的学习效果。

（二）适当设计区块内认知负荷量

研究表明，注意力与刺激（刺激也被称作激活或驱动力）之间的关系可以形象地描述为一个倒U形曲线，倒U形曲线的顶端，也就是曲线的中心部分，代表注意力的最高点（峰值）［6］。在这个峰值之前，注意力随着刺激强度的增加而增加，逐渐达到最高点，过了最高点后，注意力反而随刺激强度的增加而回低。

上述研究结果启示我们，在实施区块化教学过程中，每个区块时长内的教学任务应适当设计，教学容量大小应适中。安排区块时长内的认知负荷量时，应考虑两方面因素：一是教学大纲的要求；二是学生的接受能力。区块内教学内容既不要太轻，也不能太重，思维负荷量要适度。

（三）适当设计区块间的有效衔接

对学生来说，50分钟的课堂是学习的重要阵地，如何集中和保持注意力而不是过度兴奋或不充分利用课堂时间，离不开教师对课堂的精心设计［7］。教师不仅要对教学任务进行分析，合理规划各区块时长内的教学容量，还要及时识别和管理学生的学习状态。

在区块化教学过程中，教学要通过主题的变换从一项任务转向另一项任务，相邻区块内教学任务的设计要做到相互连接、转换自然。在教学中常采用的有效方法是区块间不设休息间断时间，而是通过区块总结和测试等设问互动环节进行区隔。当然，区块间的设问互动对学生的刺激强度要适中，刺激强度不能太大，持续时间也不宜太长，设问的问题总数、问题难度及问题间隔都应适当。

二、区块化教学的实施过程

（一）课堂教学过程控制方案的设计

在“基因工程”教学中，笔者尝试了将时长为50分钟的一节课划分为5个教学区块的方案，见图1。

图1 区块化课堂教学过程设计方案

上述方案中的第1和第5教学区块时长设置为9分钟，相对于其他区块来说教学时长较长，源于课堂开始时注意力集中、在课堂结束之前注意力回升的特征。第4教学区块时长设置为8分钟，也是基于学生注意力正在逐步回升的考虑。学生在课堂上存在20分钟左右的注意力分散区，发生在上课后的10分钟左右，为此，第2和第3教学区块时长设置为7分钟，将分散区划分为时长较短的2个教学区块，既考虑到区块教学任务量适当，学生易于接受，又考虑到不同区块间教学主题的转换可能更多地刺激学生主动思考。

设问互动及时间分配也是基于学生注意力随时间变化的特征进行设计的。第1教学区块9分钟结束后，安排3分钟设问互动，目的是避免学生上课10分钟后注意力低下。第2和第3教学区块时长7分钟，相对较短，而且通过第2和第3教学区块间的2分钟设问互动以期改善听课效果。在注意力回升区，教学区块时长逐渐增长（第3、第4教学区块时长分别为7分钟和8分钟），在第3和第4教学区块间、第4和第5教学区块间均设置了1分钟的区隔，教师可适当丰富互动形式，适当安排互动内容，激活学生的注意力。在课程结束前设计了3分钟的设问互动时段，目的是便于教师视具体情况安排，既可以设计讨论或练习等内容，也可以总结本节课的重点教学内容。

（二）课程教学进程控制方案的设计

采用上述设问互动方案原则上可以提高学生在单节课中的注意力和学习效果，但是学生掌握的知识会随时间演进逐渐被遗忘。为了提高学生的学习效果，在整门课程的学习中教师还应适当设置教学进程控制方案，不断强化学生的记忆。

“基因工程”为生物工程专业的专业课程，48学时，一般按每周4学时、每周2次授课安排教学，计划讲授12周。1学时为50分钟，称1小节，2学时为100分钟，称1大节（由两小节课组成，两小节课间休息10分钟），一周内两大节间隔为2～4天，授课时间持续3个月。

为了提高学生的学习效果，根据记忆力与时间的关系，笔者设计了以下课程测试方案（见表1），并将其嵌入教学进程，以期进一步提高教学效果。

表1 课程教学进程测试方案

上述方案由三种形式的测试组成，第一种测试称为节测，测试本大节教学内容，安排在每一大节的第2个小节结束前进行；第二种测试称为周测，测试上周教学内容，自第二周开始安排在每周第1大节的第1小节结束前进行；第三种测试称为月测，测试上月教学内容，安排在第4、8、12周的第2大节的第2小节结束前进行。上述三种测试一般安排在相应小节的第5教学区块和课堂教学结束前设问互动阶段进行（共12分钟），节测、月测重叠时，以月测为主。测试内容采用单选题、多选题和判断题的形式，易于通过雨课堂自动批卷功能来实现。

三、区块化教学实施效果分析

（一）学生对区块化教学改革的综合评价

79.0%的学生认为使用雨课堂回答问题非常方便，课堂听课注意力明显提高，75.0%的学生感到基于雨课堂的月测试明显加深了对前期学过知识的记忆，学生认可度总体较高，“基因工程”课程实施的区块化教学方案总体达到了预期效果，可为同类课程提供借鉴。4.2%的学生认为基于雨课堂的问题数量及提问时间不合理，8.3%的学生认为基于雨课堂的月测试没有加深其对前期学过知识的记忆，这说明基于雨课堂实施的区块化教学过程控制方案要根据学生的知识结构进一步优化，在推广到其他课程时，也要根据其他课程的特点来设计。

（二）区块化教学改革的有效度检验

聊城大学生命科学学院2018级生物工程专业实验班级和对照班级的“基因工程”课程学期末测验结果见表2。

表2 实验班级和对照班级“基因工程”测验结果

计算检验统计量Z：

通过双侧检验，Z=1.9857＞1.96=Z0.05，p＜0.05。

上述结果说明，实验班级与对照班级学期末平均成绩差异显著，充分表明通过实施教学过程控制，调动学生参与课堂教学的积极性，提高学生课堂注意力，对学生成绩帮助具有显著效果。

（三）实施教学过程控制对学生的帮助程度分析

图2以实验班级和对照班级为纵坐标，以学期末统一测试平均成绩为横坐标。

图2 实验班级与对照班级平均成绩对照图

可以看出，实验班级比对照班级的平均成绩要高，同时实验班级女生的平均成绩比对照班级女生的平均成绩增长明显，而男生的平均成绩没有明显差别。通过以下几个方面得知上述结果。首先，通过雨课堂实施教学过程控制总体促进了学生的学习效果。其次，本文基于雨课堂实施的教学过程控制，目的在于主动调动学生参与课堂教学的积极性，相比男生，女生更愿意参与到课堂互动中来。这一方面反映了男生和女生存在的认知方式差异；另一方面也与大学男生学习的主动性和努力程度有关。

四、关于实施课堂教学过程控制的进一步思考

对比实验班级和对照班级的学习成绩，总体上看我们实施的课堂教学控制方案对提高学习效果有很大帮助，女生学习成绩的提高比男生更显著。同时，需要进一步完善教学过程控制方案以同时适合男生和女生的认知特点，嵌入各区块间互动设问方案中的应答题目的效度和信度问题等需要研究，实施教学过程控制后更需要对学生进行形成性评价等。另外，教师在课堂上的教学专注力也随时间发生变化，如何实现课堂教与学活动的和谐共振，使得教师教学专注力与学生注意力有效匹配，都需要进行深入研究。