以问题为导向的大学物理课程混合式教学模式探索

冯 浩，李长伟，程勇聪，云博进

（海南热带海洋学院 理学院，海南 三亚 572022）

大学物理是全国高等学校理工科各专业开设的一门重要的专业基础课，大学物理课程教学质量的好坏直接影响科技人才培养的质量。学习大学物理课程，不但能够使学生掌握物理知识，更能够培养和提高学生的科学素养、科学思维方法和科学研究能力。当前，很多高校大学物理课堂教学仍存在沿用传统被动填鸭式教学模式，以教师为中心，接受学习为主，学生以学习书本知识为主，课堂演示实验少的现象，大学物理被贴上了沉闷、繁重、无聊、机械和被动等标签，高校大学物理公共课教学模式改革势在必行。

信息技术的发展加速了教学模式的转变和创新，为提升教学质量和培养高质量人才提供了新的途径。混合式教学是将在线教学和传统教学的优势结合起来的一种“线上”+“线下”的教学模式。混合式教学是未来高校实现内涵式发展的必然趋势，也是提升高校教学质量与效果的重要教学模式。在师生高质量的教学模式中，问题导向式学习（Problem-Based Learning，简称PBL）成为当前国际上流行的人才培养模式。PBL 是指一种让学生通过解决不一定具有正确答案的真实性问题而获取知识的教学模式。与传统模式相比，PBL 课程教学以学生为中心，学生起主导作用，能促进学生深度学习。PBL作为一种问题取向的教学模式，旨在培养学生的一系列技能，包括知识整合能力、认知能力、小组学习和自主学习能力、团队合作能力及批判性思维能力。

针对目前大学物理传统教学模式存在的诸多不足，本文将探讨基于问题学习为导向的大学物理课程混合式教学模式，开展“互联网+”下信息技术与教育教学相融合的教学模式研究，以期让大学物理课堂能有效地以教师为中心转变为以学生为中心；以教为中心转变为以学为中心；以课堂教学为主转变为课内外相结合，提高学生的学习兴趣、主动性和主体性，切实提高教学实效。

一、线上线下相结合的混合式教学模式

（一）线上教学的优势与不足

线上教学有着丰富的学习资源，如中国大学MOOC、智慧树、超星学习通和雨课堂等，供学生们在线学习，且不受时间空间的影响，可以随时随地重复学习和自主学习。线上教学在签到、了解学生学习进度、随堂测试和作业练习等方面可以做到利用网络平台建立每个学生的学习信息档案，及时有效地统计出学生线上学习情况。同时，线上教学还为学生提供了丰富的视频等学习资源，中国大学MOOC 大学物理为学生提供了71个视频库资源，还有相关的参考资料和延伸阅读，让学生了解更多物理知识及前沿的新研究成果。除了丰富的学习资源让学生能自主学习外，线上教学还提供了每一章节的测验与作业、题库、课堂互动活动、讨论和分组任务等。线上教学能利用网络的数据统计功能，及时了解学生学习情况，让教师直观准确地了解学生的学习情况，为形成性和总结性评价提供参考和依据。

虽然线上教学存在诸多优势，但MOOC 等在线学习也存在师生互动、生生互动交流的不足，学生的问题不能及时有效地解决。学生的内容掌握、问题解决只利用线上教学难以做到有效反馈和指导，特别是针对大班额公共课的线上教学，难以顾及每名同学，对于自主性不强的同学容易滥竽充数，蒙混过关，教师难以全面客观地了解学生的学习效果。同时，网络教学还存在卡顿等不流畅现象。在2020 年疫情期间，曾对前期参与公共课大学物理课程线上教学的计算机专业56 名同学做了线上调查，对于“你是否同意继续线上教学？”，有50%的同学表示不同意。

（二）线上线下混合式教学模式

针对线上教学的优势与不足，利用线上和线下混合式教学模式既可以发挥线上教学的优势，又能弥补线上教学的不足。目前，已有诸多研究者对于线上和线下混合式教学模式进行了实质性的探索，李俊生等实证研究的结果表明混合式教学比传统教学班级取得较好的期末综合成绩，张春财、王步等老师的研究也一致表明实施混合式教学模式，在课堂教学中以学生为中心进行教学，有较好的教学效果。

混合式教学模式主要包括课前自学线上资源，课中线下课堂讨论和课后应用评价三个阶段。课前根据大学物理课程的教学目标、教学内容和要求让学生自主线上自学，通过在线测试检验学生自学效果，同时，在线上布置线下课堂研讨问题。课中进行课堂讨论，以问题为导向，在学生参与、探究和讨论过程中以学生为中心，实施问题导向的教学模式。课后利用学生互评、师生互评、学生观看课程视频、章节学习进度、讨论和互动、分组任务、作业和考试等进行过程性评价和总结性评价。

二、问题导向教学模式的基本原则

（一）问题情境的“真实”性原则

让学生认识到自己是问题情境的真实角色，把学生置入问题不良的问题情境中，问题的难度要适中，同时，问题应该以现实生活中遇到的一些错综复杂的问题为核心。要精心设计问题，不能虚构，应该来源于生活。

（二）师生角色的转变原则

PBL 在于塑造学生的独立自主性，使他们具备终身学习的能力。传统课程教学中学生的角色是被动地接受知识，被动地跟着老师学，学生学习重点是记住知识，学生只是在竞争中学习，为考试而学习；而PBL 课程中学生的角色从被动变为主动，会主动学习如何把知识应用到实际情况中去，学生会自己提出问题并寻求答案，学生会自己检索资料，主动分析信息，在小组中学习、会向其他同学学习，学生是在合作中学习，会依赖大量的学习资源自主学习。教师的角色是资源提供者和学生发展的促进者、指导者和帮助者，教师的基本任务就是在学习者解决问题的过程中引导学习者进步，体现了以学生为中心，以教师为主导的作用。问题导向的教学模式中，教师不是知识的主要来源，而是引导学生讨论的促进者。教师负责设计每章节的问题，引导学生以知识能力整合的方式来讨论，并让学生发现自己知识体系上的不足。

（三）小组成员的相互协作原则

为了完成解决问题的任务，小组成员之间必须相互合作相互支持，共享知识和资源，PBL 强调小组成员之间的相互合作、相互尊重及积极参与，努力完成整个小组的目标。小组成员的合作及每个成员的贡献，如何鼓励和活跃成员参与等是小组获得成功的关键。

那么如何才能让每名成员在小组讨论中提高其参与和贡献呢，既不过度表现也不会令小组其他成员不愉快？小组可以讨论角色分配，并想办法鼓励成员积极参与，如果成员不愿意承担所分配的角色，教师应和他们沟通和交流。

三、问题导向教学模式的基本方法

（一）问题设计

问题设计是基于学习目标、学习内容和学习者三者进行综合分析出的结果，明确问题是PBL 的首要步骤，问题分为基本问题与单元问题。基本问题是根本性的问题，是大问题，在根本性的大问题基础上分为若干个单元问题。

（二）学习环境创建

通过相关途径搜索和筛选出合适的学习资源，特别是网络资源，如中国大学MOOC、超星学习通、雨课堂和智慧树等学习平台，为学习者创设良好的学习环境。

（三）学习活动设计

PBL 课程是以学生学习活动为主线的，由学生一步步地完成活动构成。学习活动设计要结合学生的学习能力来进行活动目标设计、活动组织形式设计及活动内容设计。

（四）评价与反思阶段

引导学生总结在整个解决问题过程中的体会或者收获，反思存在的问题与不足。这一环节对于学生的学习进步至关重要。良好的反馈是清晰、及时、描述性而非评判性的，是具体而非笼统的，是针对个人的行为的，既有正面也存在负面的，在信任和合作环境下交流，讨论课的最后是反馈小组成员表现的最佳时机，既要肯定团队合作的价值，也要利用这个时间确立小组的下一个目标，增进小组活力。反思学习及反思日志可使学习者回顾自己的经验、个人及专业的学习情况，是学习者增强批判性思维、评价自己行为和表现的非常有用的工具。

结合线上线下混合式教学模式的过程和方法，以问题学习为导向的混合式教学模式流程如图1 所示。

图1 问题导向的混合式教学模式

四、问题导向教学模式在大学物理课程混合式教学中的应用

线上教学能为问题导向提供丰富的资源，为学生实现探索式和发现式学习创造有利条件，提高学习者的积极性和主动性。所以“线上”+“线下”混合式教学模式相比传统教学模式有显著的优势。可以通过线上各种软件或技术提供逼真的问题情景，有利于学生理解问题和融入情境，也可以发挥线下小组面对面交流互动等学习优势。下面以北京邮电大学出版社出版，赵近芳、王登龙主编的《大学物理简明教程》的内容为例，谈谈问题导向教学模式在混合式教学中的应用。

（一）教师指导进行问题设计

在学习第三章刚体力学这部分内容时，首先发挥学生的自主性，让学生课前利用中国大学MOOC 或者超星学习通的课程资源进行网络学习，主要掌握质点的角动量和角动量守恒定律的相关理论知识，然后让学生线上观看中国选手陈露在1998 年长野冬奥会花样滑冰运动夺冠比赛视频，教师结合第三章课本内容，通过网络给学生设置问题：在花样滑冰运动中可以抽象出什么物理模型？花样滑冰运动员是通过怎样的方式来提高或降低转动速度的？

学生在利用线上课程资源进行课前知识获取的基础上，提出现实生活中不同层次的问题。由于同学们在上章结束之后本章开始之前已经看过冬奥会花样滑冰运动夺冠比赛视频，已经掌握质点系角动量定理及角动量守恒定律，在认识刚体这一由特殊质点系组成的物理模型和转动惯量的相关知识后，会激发起同学们尝试应用自己所学知识解决实际问题的兴趣。而在刚体对轴的角动量守恒定律的学习中，围绕讨论的目标，基础不相同的同学可能会提出的不一样问题，例如：花样滑冰运动员在比赛过程中，伸展与收缩肢体会不会改变转动惯量？为什么花样滑冰运动员在旋转过程中身体收缩时转动得更快而身体伸展时转动变慢？这些现象是否具有普遍性？在生产生活中有没有其他相似的物理现象？古人云：学源于思，思源于疑。问题是激活个体思维的关键。教学中教师有意识地创设一定的问题情境，让学生身临其境地意识到物理问题的存在，才能激发学生积极的思维活动，从而培养学生独立思考问题并解决问题的能力。

（二）突出学生自主和协作的课堂学习活动

从课前知识的获取到课堂知识的内化。在具体课堂学习活动实施过程中，问题导向学习模式体现的是以学生为中心的教学思想，突出学生学习的自主性和小组协作性。学生的基础、经历等因素决定了不同小组成员在讨论的时候可能会采用不同的讨论方法和顺序。在预习阶段，提倡学生通过小组同伴协作学习及相互学习，通过你一言我一语讨论交流的方式提问并解决问题，最终初步得到角动量守恒定律可以解释其肢体变化与转速关系的方案。在探索现实生活中有没有其他类似的物理现象可以用角动量守恒定律解释这一问题时，不同的小组可能会给出不同的答案，有的小组提出，在研究天体运动和微观粒子运动时，常遇到角动量守恒的问题。例如，地球和其他行星绕太阳的转动，太阳可看作不动，而地球和行星所受太阳的引力是有心力（力心在太阳），因此地球、行星对太阳的角动量守恒。又如带电微观粒子射到质量较大的原子核附近时，粒子所受到的原子核的电场力就是有心力（力心在原子核中心），所以微观粒子在与原子核的碰撞过程中对力心的角动量守恒。有的小组提出对轴的角动量守恒定律在生产、生活和科技活动中应用，例如，在飞机、火箭和轮船上用作定向装置的回转仪，就是利用这一原理制成的。有的小组提出芭蕾舞演员在表演时，也是运用角动量守恒定律来增大或减小身体绕对称竖直轴转动的角速度，从而做出许多优美而漂亮的舞姿。还有的小组提出，跳水运动员在跳水时也是利用身体绕自身轴的蜷缩和伸展来改变其在空中和入水速度的。如果小组活动不能顺利展开，如小组成员在讨论中争论不休、讨论没有进展。这时则需要老师根据实际情况给出问题提纲，帮助学生进行讨论。花样滑冰比赛视频所用到的物理知识即本章将要学习的内容，通过自主学习或小组讨论，对于转动惯量、刚体、转动动能和角动量等概念的建立可以起到推动作用，不仅提高了学生学习兴趣，而且让学生在自主和协作学习的过程中掌握了本章的重难点。问题导向教学模式突出了学生的自主学习，不是由教师直接告诉学生应当如何去解决面临的问题，而是由教师向学生提供解决该问题的有关线索，如需要搜集哪一类资料、从何处可以获取有关的信息资料，以及现实中专家们遇到此问题如何去解决的探索过程等，同时，也特别注意发展学生的小组协作学习能力。

问题导向教学模式的最大好处就在于可通过小组活动和讨论，使学生之间进行相互学习，先进带动落后，使学生整体水平得以提高。以刚体的角动量守恒定律为例，在小组讨论之前，每个小组成员需要首先通过自主学习对质点系角动量概念、角动量定理及质点系角动量守恒定律有所了解，找出自己难以理解的知识点，在通过与同伴协作学习及小组讨论中，对自己难以理解的知识点进行互相学习，同时完成问题导向模式教学过程中最重要的工作，即通过小组活动去寻求理论与设定问题之间的关系。

（三）学习评价与反思

问题导向教学模式的教学要求学生解决的是面临的现实问题，学习过程就是解决问题的过程，即由解决问题的过程就可以直接反映出学生的学习效果。因此学习评价可在学习过程中随时观察并记录学生的表现即可。“线上”+“线下”混合式教学评价，可利用中国大学MOOC、超星学习通、雨课堂和智慧树等学习平台小程序进行，也可利用广泛使用的微信群、QQ 群等方式进行作业提交和点评，网络线上平台均可方便地对学生日常作业、签到和学习进度等进行统计并按照教师设定权值给出平时分数，同时老师在教学过程中也可以实时做到电子化反馈，帮助学生进步。

问题导向混合式教学模式的评价重点应该在学生的能力评价上，将所学知识用于解决实际问题上。可运用多元化的评价方式，如笔试、自我评估、学生互评、老师评估及建立学习档案等。线下的笔试、线上的学习档案和老师评估报告等形式可作为总结性评价手段，评估学生学期获得的知识技能及态度等。小测验、期中考试、学生自评互评、作业和线上测验等形式可作为形成性评价手段，评估学生在学习过程中的学习情况、存在的问题等。通过总结性和形成性评价，教学相长，找出教学中存在的问题，不断反思，不断进步。

总之，问题导向的混合式教学模式具有较好的操作性，符合开放性教育和终身学习的理念，突出了学生个性化学习的特点，对转变学生的学习观念，培养学生发现问题和解决问题的能力及创新意识和创新能力都有很好的实践价值。