“大学物理实验”课程混合式教学设计与实践

金长江 牟艳秋

[摘 要] 以东北农业大学“大学物理实验”为例，提出了基于布鲁姆认知领域教育目标分类理论的混合式教学模式，为本科学生寻求更有效的线上与线下学习路径，并构建了多维度的线上与线下教学评价体系。教学实践表明，该教学模式突破了传统课堂对教学时间和空间的限制，利用信息化手段把传统课堂与在线课堂有机结合，翻转课堂，选择了适合课程的课堂教学方法和手段，科学设计课程的考核内容和方式，提升了学生的自我学习和管理能力。

[关键词] 教育目标分类;混合式教学模式;翻转课堂;教学评价

2018年6月21日教育部部长陈宝生在召开的新时代全国高等学校本科教育工作会议上第一次提出“金课”的概念，即对大学生要有效“增负”，把“水课”转变成有深度、有难度、有学业挑战度的“金课”。随后被正式写入《关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知》（教高函〔2018〕8号）文件。打造“金课”，便是推动课堂教学革命，以学生为中心，通过教学改革促进课堂革命，积极推广混合式教学，突破传统课堂对教学时间和空间的限制，利用信息化手段把传统课堂与在线课堂有机结合，翻转课堂，选择适合课程的课堂教学方法和手段，科学设计课程的考核内容和方式，提升学生的自我学习和管理能力[1]。

通过考察分析东北农业大学的“大学物理实验”在线实验课程，发现存在以下局限性：一是已经上线的实验课程过于偏重实验资源的传递，在线课程设计忽视了教学目标的层次性，学习者不能以个性化的需求去选择在线课程资源，影响了学习者的学习效率[2];二是学习目标和内容完全由教师确定，学生成为被动的知识接受者，使学生的主体地位丧失，教学只是浅层的知识和技能的精熟和自动化，缺乏启发思考的交流，缺少对学生高階认知能力的培养[3];三是需要重建学习的组织性、监督考核评价体系，教学是有组织地引导学生学习的过程，但在线学习中人际交往被阻断，教师无法了解学生的学习状态，造成教学组织与管理监督的困难，并且实验成绩考核过于注重终结性考试，忽视了学习过程形成性评价，使得课业评价对学生的学习没有起到激励作用。

一、六层次教学目标的内涵

美国教育学家布鲁姆等人提出了认知领域教育目标分类理论，该理论在国内外教育界有着非常重要的影响力，在许多教育学概论、教学原理、教学法中多有提及。布鲁姆教育目标分类学将教育目标重新分为两个维度：一个是“知识”维度，包括事实性知识、概念性知识、程序性知识和元认知知识;另一个是“认知过程”维度，包括记忆、理解、应用、分析、评价、创造等六个层次[4]，第一、第二层次使学生学会知道，后四个层次使学生学会做到和学会发展，属于高阶的思考能力培养。

布鲁姆六层次教学目标理论为反观“大学物理实验”线上教学提供了新的视角，组成学生在线实验教学的多种要素可以借助六层次教学目标理论有机组织起来，重新建构混合式教学场景下教与学的关系，更好地为学生的学习提供服务。

二、“大学物理实验”在线课程结构

“大学物理实验”课程以本校精品在线课程建设项目为依托，在智慧树网络平台搭建“大学物理实验”线上教学平台，录制了42个单元的微课视频，整理了210个学习任务点，300余道随堂测试题、讨论题，50余个拓展资源，以及配套的教学课件、教案和重点难点指导。“大学物理实验”线上课程分为三个模块：课程信息、学习资源、学情反馈。学生可以利用碎片化时间灵活选用线上学习资源进行自主学习、学生之间互动、师生之间互动，提高学生学习效率和教学目标达成度，如图1所示。

第一，课程信息。该模块包括课程介绍、课程通知、教学团队、教学大纲。在教学大纲中，按照工程教育专业认证标准逻辑关系（支撑条件—课程体系—毕业要求—培养目标—学生），在充分调研的基础上，为了强调本课程对专业知识的支撑作用，针对不同专业的培养目标进行了重新修订，要求学生在学习本课程时与自己所学专业挂钩，激发公共基础课学习兴趣，使学习更具有目的性，树立终身学习的思想。

第二，学习资源。要求学生实验前观看教学视频和教学课件，熟悉实验有关概念、术语、实验原理、注意事项、重点难点指导，感受实验活动场景;在线下实践教学环节中，教师通过翻转课堂活动，组织学生进行预设问题的分组讨论、PPT讲解、学生互评、师生互动，以加深对实验项目的领会、理解。拓展资源为学生提供了“专利申请案例”“设计性实验案例”“基础物理实验应用案例”“科研项目申报案例”等，使学生熟悉完成设计性实验的思路和方法，培养学生的创造性思维，为以后进入专业领域研究打下科研思想基础。

第三，学情反馈。为了使学生线上自主学习能够真实发生，平台布置了实验项目课后作业和测试题，要求学生在规定时间内完成并提交，由教师给出评分。另外平台还可以对学生观看视频量、参与问题讨论、答疑次数等学情数据项目进行实时统计，对于完成情况不好的学生实施督促、预警，起到了督学作用。

三、“大学物理实验”混合式教学模式的组织模型及实施过程

按照六层次认知规律使“大学物理实验”课程教学实现线上线下有机融合，教学组织过程如图2所示，每一层次教学目标都有对应的线上线下教学活动予以支持，能够满足学生的个性化发展需求。

第一，记忆、理解层。教师通过网络平台布置学习任务、设定问题和推送学习资源，引导学生自主学习，进行线上自测，使学生线上学习真实发生，学生通过观看教学视频和课件，熟悉实验过程，使实验器材、实验活动场景不受时空限制，就能达到认知领域的教学目标。

第二，应用层。在实践教学环节中，开展翻转课堂教学活动，用提问、讨论、启发、实验小组学生代表演讲等教学手段充分调动学生的学习的热情，比如在测量金属杨氏模量的实验中，组织学生讨论以下问题：（1）本实验所用弯曲法测杨氏模量是否是最佳实验方法？还有哪些实验方法？（2）本实验用到了霍尔位移传感器，该传感器在本专业领域还有哪些应用？（3）在实验结论推导中用到了数学建模，在建模过程中有几处近似处理，这种处理方法是否合理？并结合自测反馈情况确定讲解重点、难点，之后学生按照实验预习报告进行实验操作、记录原始实验数据，教师监督学生操作过程中出现的问题，并督促学生予以改正。

第三，分析、评价层。要求学生合适的应用程序软件（不做统一要求，实现教学目标即可）对实验数据进行科学处理、分析、线上提交，教师对学生的数据处理过程和结果在网上进行点评;由于存在系统和偶然误差，每位学生所做实验结果与理论值会有出入，要求学生在书写实验报告时对产生系统误差和偶然误差的原因进行分析和评价。

第四，创造层。本层教学目标是培养学生的“批判性思维”和“创造性解决问题”的高阶思维能力，要求学生以小组为单位在线提交“设计实验”方案，并开展小组之间互评，促进批判思维的形成。在线课程设有“专利申请案例”“设计性实验案例”“基础物理实验应用案例”“科研项目申报案例”等资源库，学生可学习专利申请、论文撰写、项目申报、小发明、小制作等。该教学活动首先将每班学生根据能力强弱四人组建一个学习小组，教师线上公布实验任务，给出限定性实验题目，只提出实验要求及注意事项，每一小组根据分工设计实验方案，自拟实验步骤。线下组长确定组员工作内容（比如电路设计、PPT、实验方案讲解、小论文撰写等），小组成员通过查资料、实验方案讨论、互相评价，实现线上线下协作，形成最终实验方案并在线上发布、撰写实验预习报告。接下来是线下实验环节，通过各小组代表使用PPT演讲、师生互动、现场讨论、实验竞赛以培养学生的创新能力和团队协作精神。最后是反思环节，教师根据各小组的表现，在网上给出评语和实验成绩，引导学生进行更深层次的反思与质疑，鼓励表现优秀的学习团队撰写论文进行投稿。

四、“大學物理实验”混合式教学评价

实验课对学生学习成果评价采取线上与线下教学评价相结合的考核方式，建立了过程考核、阶段考核和个性化学习结果考核相结合的多维度立体化评价体系，全方位评价学生实践能力。具体评定方式如表1所示。该评价体系具有过程化、精细化和即时化的特点，考核方式更加公平和透明，在实验教学过程中能够及早发现学生学习中出现的问题，进而对学生学习行为及时有效预警。

五、混合式“大学物理实验”课程教学效果

本课题经过三个学期的教学实践，受众学生5400余人。教学结果表明，混合式教学模式能够借助互联网的优势来丰富教学资源的信息量，增加学生自主选择学习内容的自由度，调动了学生学习的积极性，提高了学习效率;在课程实施过程中，学生自主学习过程不受时间和空间限制，同时学生可以根据自身对知识的接受能力灵活地调整学习节奏，学习效果能及时反馈给教师，有利于教师有针对性地教学。课堂教学注意对不同专业课程体系的支撑作用，有目的地引入与专业相关的应用案例，激发了学生的学习兴趣，给学生更多的展示空间，提高学生的课堂参与度，增强学生的创新能力;多维度的线上线下成绩评价方式起到了很好的教学效果，根据三个学期的学生实验成绩的抽样分析，学生实验成绩呈正态分布，平均成绩80.5分，优秀率为21.6%，学生和校教学督导组对物理实验中心指导教师教学评价打分均在90分以上。为了解学生对混合式教学模式的接受程度，教学团队以调查问卷（2560份）的形式向学生征询意见和建议，调查结果表明：有99.5%的学生认为混合式教学模式比传统教学模式更具吸引力和挑战性，学生认为通过在线课程学习后，自己的综合实践能力大大提高;有86.75%的学生认为翻转课堂能够调动学生的团队协作精神、创造精神、自主学习能力、表达能力，是很有意义的教学阶段;有76.56%的学生提出部分教学视频的时长过长（20分钟），不够精练，说明后续微课库建设时，需要更深层次考虑微课知识点切分的问题;对于拓展资源部分，问卷结果显示75.6%的学生认为对本专业知识具有支撑作用，但还需扩大资源容量供学生选择学习;对于混合式成绩考核方式，有90%的学生认为自己获得了公正的分数，说明大部分学生认可在线上+线下考核的模式。

六、结语

实验课程混合式教学模式应在教育理论的指导下，充分发挥“线上”和“线下”两种教学优势改造传统教学，实现以学生需求为导向、提高学生学习主动性和学生认知参与度的教学目标，拓展“教”与“学”的时间与空间。“大学物理实验”课程面向全校十几个专业，要求在课程拓展资源中注意教学内容与不同专业的有机融合，支撑学生的专业发展需要，满足专业认证需求。在混合式教学模式设计中，要遵循评价性原则，构建多维度的线上与线下教学评价体系，把教师评价和学生自我评价整合起来，充分发挥教学评价的诊断、激励和调节作用。在线课程的学习资源应根据学生每学年的反馈意见，聚焦学生的关切点，进行不断更新、完善与扩展，逐步提高教学质量与效果。

综上所述，“大学物理实验”课程混合式教学模式将线上教学与课堂教学有机结合，发挥两者优势，使学生变被动为主动，积极学习知识，深度处理、应用知识，实现高效率学习。

参考文献

[1]邓春瑶.金课建设背景下基于OBE 理念的混合式教学模式研究——以《工程项目管理》课程为例[J].高教学刊，2020（27）：122-125.

[2]吴霞.实验课程线上线下相结合的教学模式设计与实践[J].实验室研究与探索，2019（5）：173-176+199.

[3]余胜泉，王慧敏.如何在疫情等极端环境下更好地组织在线学习[J].中国电化教育，2020（5）：6-14+33.

[4]B.S布鲁姆等编，罗黎辉等译.教育目标分类学[M].上海：华东师范大学出版社，1986.