大学物理在线教学设计与实践

于 游，周 丹，梅 妍，牛雪莲

（大连海洋大学海洋科技与环境学院 辽宁 大连 116023）

大学物理是工、农、医等专业必修的基础课，学习大学物理不仅有助于培养学生的理科思维、科学素养，对接下来学习其他专业课也奠定了重要的物理基础。本文针对大学物理课程特点，以学生为中心，以提高教学质量为目标，依托超星泛雅平台、智能型在线作业系统、腾讯会议、高教社数字课程等多平台对线上教学的整个过程进行重塑，提出课前预习、课中学习、课后复习的三段式教学模式。在培养学生自学能力的基础上实现知识目标、能力目标和情感目标。

1 课程介绍

大连海洋大学（以下简称“我校”）的大学物理课程建设正式开始于1978 年，并于1997 年被确定为基础部重点建设课程，1998 年被评为校级优秀课程；2001 年被评为辽宁省高等学校首批优秀课程；2003 年被评为辽宁省高等学校首批精品课程；2008 年基础物理学教学团队被评为省级教学团队；2020 年大学物理（农科）被认定为国家级首批线上线下混合类一流本科课程；大学物理（A 工科）、大学物理（B 农科）、物理实验（包含大学物理实验A、B 和基础物理实验3 门课）均被认定为省级一流本科课程。多年来，我们始终围绕着提高教育教学质量开展课程教学研究和改革创新，共有5 项成果获评辽宁省高等学校本科教学成果奖，其中2013 年、2018 年和2020 年获得一等奖，2005 年和2009 年获得二等奖，有力地推动了课程建设上水平。

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。同年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”的标准，即高阶性、创新性和挑战度。近年来，我校大学物理教研组对课程内容进行分组教研，形成高效的课程建设团队，全面推进了线上课程教学资源建设，通过录制微课、建设数字课程、开发并应用智能型在线作业系统，建成了丰富的线上数字资源，并进行了新教材编写与创新性实验题目设计，探究将双创教育融入物理课程教学之中。2017 年本课程组自行研发的国内首个可自动批阅选择题、判断题、填空题、计算题等全题型的“大学物理课程智能化在线作业系统”通过专家鉴定，该成果达到国内领先水平。2020 年获批教育部新农科项目和新工科项目各1 项；2021 年牵头制订并出版了全国性课程标准2 个。

2 大学物理线上教学模式的探索和实施

大学物理通常是大班授课，在保证教学质量的前提下，要让更多学生参与到课堂中来，抓住学生的注意力是线上教学的关键。通过设计教学模式，丰富教学内容，来重塑高效的教学过程。教师和学生是整个教学过程中的两大主体，课程组从教师和学生出发，设计了三段教学模式，即课前预习、课中学习、课后巩固，培养学生的自学能力和独立思考能力（图1）。

图1 在线教学模式的设计

2.1 课前预习

教师在课前一周发布学习任务单，以机械波部分内容为例（图2），要求学生对照学习任务书完成预习任务。学习任务书是为学生设计的，即从学生的角度出发，通过学习任务书学生要知道学什么、怎么学、必须完成哪些内容、有哪些知识点必须掌握，使整个学习过程能够一目了然。因此，任务书中包括四大部分，分别为学习内容（明确学习的章节内容）、学习资料（包含教材页码、学习通中微课视频的位置名称和时长信息、PPT 资料）、作业（即在智能化作业系统中对应的作业信息）和问答题。其中作为自学最重要的资源之一的视频资源即是我校教师自录自建的视频，视频时长已作标注，大多数为几分钟，少数十几分钟，避免学生出现因为视频冗长而失去学习兴趣的情况。教师可以在课上直播时，对微课视频中的内容进行强调和补充，因此需要学生对视频进行提前观看预习。作业系统中的作业可以反复修改，通过作业题目对课程内容进行应用和强化。问答题的内容即是学生完成本节学习必须掌握的内容，学生可以带着问题学习，例如在波的干涉一节中，在机械振动合成的基础上，弄清机械波的叠加和机械振动合成的关系，就能够掌握机械波叠加的根本原因和规律。在完成学习任务的过程中培养学生的自学能力和独立思考能力。学生在学习过程中产生的问题，会希望在课上直播中找到答案，提高了课上的学习效率。

图2 在线学习任务单

2.2 课中学习

对于直播平台的选取，经过研讨，课程组选用了“腾讯会议+学习通+QQ”的教学模式，并且在课前已经参加了相关的软件使用培训，教师能熟练使用各项功能，使得线上教学过程得以顺利开展。在正式上课之前，教师在QQ 群中提醒学生上课，并把腾讯会议号发到QQ 群中。由于存在个别学生只在学习通签到，而不及时进入会议室的情况，所以两个平台里的迟到和旷课分别计入考勤，可以督促学生尽快进入课堂学习。在讲解教学内容之前，教师在学习通发布测验题，检验学生的预习成果，通过测验题的答题情况总结学生的预习情况，找出知识薄弱点，并及时针对学生的预习情况进行课上重点内容的调整。直播授课可以突破教师和学生的时空限制，但是学生在学习过程中容易受周围环境影响出现注意力不集中的情况，因此如何提高学生学习的积极性成为线上教学的关键点，笔者将从以下几点实施：

2.2.1 课堂活动设置

在讲授内容的同时，通过学习通设置课堂活动，例如设置选择题、简答题、讨论题等，根据学生注意力变化曲线，活动间隔一般设置为15-20 分钟。选择题的设置内容一般针对某些概念性、基础性、判断性的试题，学生操作性强，参与度高。对于学习过课程内容可以直接选出的问题，把答题情况纳入平时成绩考核，例如：当光源向着观察者运动速度越快时，观察者测得的光速越快。这种说法是否正确？对于需要思考、计算的题，不纳入平时考核。例如：一个物体受到两个力，合力为零，能不能发生转动？简答题一般设置为对重要公式的问答，学生通过回答问题，加强对公式的理解和记忆。

2.2.2 双账号直播

由于大学物理课程中包含很多重要公式，为了能让学生更理解公式，教师授课过程中推导公式时采用双账号双摄像头的直播模式，一个账号教师露脸直播，使学生能够看到教师的表情，缩小线上课堂与线下课堂的差异，同时能够增强学生和教师间的互动。另一个账号用于演示具体推导过程，通过手写板模拟线下上课黑板手动推导，注重公式的过程演化，培养学生的理科思维，加强学生的理解。

2.2.3 教学内容的创新

物理是一门历史悠久的自然学科，随着科技的发展，社会的进步，物理已渗入人类生活的各个领域。在讲授理论知识的同时，加强知识的应用尤为重要，教师在授课内容中可增加与具体实际相结合的案例，提高学生的学习兴趣。例如，相对论部分的内容枯燥和抽象且难以理解。在解释光的运动不服从伽利略速度变幻时，教师引入了北宋时期史料记载的超新星爆发实例，如果按照伽利略速度变换计算，超新星爆发强光持续的时间为25 年，实际则持续22 个月，为光速不变提供了有力的证据，也能引起学生的学习兴趣，增加说服力。

大学物理课程中进行课程思政以促进学生书立正确的世界观、人生观、价值观，弘扬严谨的科学精神，增强学生的民族自豪感和荣誉感为目标。大学物理课程进行思政教育需要教师在课前挖掘思政元素、编写思政教案。由于万事万物离不开物理，且物理是一门成熟的科学，具有丰富的发展史，另外我们国家在科学研究方面做了许许多多突出的工作，有些已经达到了世界领先水平，因此有许多可以穿插在教学中的思政内容，起到润物细无声的作用。在课程讲授过程中，教师可从三个大维度进行思政教育：家国情怀、科学精神以及中华优秀传统文化，例如：在讲解角动量以及角动量守恒内容中，介绍中国空间站天宫课堂的角动量守恒的演示实验，介绍脉冲星形成过程及形成过程中的角动量守恒，以及我国在脉冲星导航方面取得的突出成果。在讲授霍尔效应的时候，介绍霍尔效应的发展史，大学物理实验中利用霍尔效应测量磁场的内容介绍，同时科普我国薛其坤院士团队在量子反常霍尔效应方面做出的工作，中国科学院院士、清华大学副校长薛其坤教授领导的清华大学、中科院物理研究所实验团队完成的“量子反常霍尔效应的实验发现”项目，获得本年度国家自然科学奖项中唯一的一等奖。培养学生的爱国精神、增强其民族自信心，促进学生坚持不懈精神的培养。在教学中结合思政案例，使得知识内容更有说服力，实现了教书育人相互促进，落实了立德树人的根本任务。

2.2.4 优化教学思路

大学物理课程具有涵盖质点范围广泛，且概念抽象的特点，学好大学物理需要学生具备一定的理科思维，虽然学生在高中阶段已经有了一定的知识基础，但是在大学阶段更深入的学习中，面对复杂的公式，难免会感到枯燥。这就要求教师在教学时可以尽量采用问题驱动，应用过渡性或引导性的话语将问题抛给学生，并留出学生的思考时间。问题的设计不要太复杂、太宽泛，以增加学生互动为前提。另外教师还要优化教学思路，制订每节课的知识主线，让学生学完后能在脑海形成知识框架，并具备在课后自己绘制思维导图的能力。

2.3 课后巩固

课后的巩固学习也是非常重要的，为了使学生能够及时掌握和理解教学内容，教师可从以下几方面入手：

2.3.1 授课视频的录制回放

大学课程一般为1 个半小时左右，授课时间长，涉及内容多。为了使学生能够对学习内容进行更好的梳理，除了鼓励学生养成记课堂笔记的良好习惯外，教师还可以利用腾讯会议进行授课视频的录制，学生可以根据需求无限次回看授课内容，如果仍有不懂的问题，还可以联系教师进行答疑。

2.3.2 课下答疑

答疑是大学物理教学过程中必不可少的环节。线下答疑可以面对面交流，但容易受到时间地点的限制。教师可采用QQ 群加强和学生的交流和辅导，并根据学生的反馈、提问和补充，完善教学内容，形成良性循环。QQ 群答疑要实时，解决学生问题要及时，否则容易影响学生的学习热情。

2.3.3 课下总结

课后要求学生对智能型在线作业系统中的作业进行修改，同时，教师要及时查看学生在作业系统中的答题情况，整理易错题，找出易错知识点，有针对性地在习题课上进行讲解和指导。学生的出勤情况教师可以在腾讯会议中导出出勤名单，及时整理迟到和旷课的同学，并且对课上学生的参与情况进行评价。

3 教学评价和心得

教学评价是提高教学质量的关键一环，教师根据教学评价及时和学生交流，调整教学计划是提高教学质量最直接的途径。在课后，笔者针对线上学习的情况对学生进行了无记名方式的调查问卷，情况如图3：在线上学习是否能促进学习主动性的调查中，共有80 名学生参与问卷，有56%的学生选择了线上教学能够促进学习的主动性。在线上教学和线下教学比较中，共94 名学生参与问卷，39%的学生更喜欢线上教学，45%的学生认为两种教学形式都可以接受，根据交流发现，这些学生认为线上学习不受时空限制，而且可以较好地和老师交流沟通，回答问题也比较踊跃。另有16%的学生更喜欢线下教学，他们认为线下学习体验感强，注意力更容易集中，而线上学习感觉比较放松。针对这一点，教师需要在以后的线上教学中加强对学生的督促。

图3 调查问卷

线上教学中教师和学生都要面对许多困难，教师从线下走到线上，成为引导学生学习的策划者、主导者，需要在课前做好充分的准备工作，编写学习任务书、编写思政教案、编写课前测试题、调试硬件、组织准备课堂教学内容以及课后整理学生出勤及课堂参与情况等。不过，教师所做的这些也为线下教学提供了指导，并且在备课的过程中提高了自身的专业素养。希望日后可以在具体的教学过程中不断摸索，不断改进。