大学物理实验智慧课堂实施策略与研究

胡训美，张 波，余汪洋，耿家乐

（皖西学院，安徽 六安 237012）

0 引言

大学物理实验课是高等院校对理工科学生所开设的一门必修的科学性实验训练基础课程，是本科学生开始接受系统实验思想、实验方法和实验技能训练的开端。作为一门重要的基础性实验、实践课程，大学物理实验具有课程内容丰富、覆盖范围广以及面向学生人数众多的特点。而在传统的实验课堂教学模式中学生过多依赖课堂上老师的讲解与演示，课前预习缺乏有效的监管手段，预习效果差；课中大部分同学只进行简单的实验现象“复制、再现”，缺乏主动探索精神；课后只提交一份实验报告，难以进行知识的巩固与拓展等。这种传统的大学物理实验授课模式限制了学生创新能力的发展，教学质量急待提高。随着大数据、“互联网+”、云计算和移动APP等信息技术的高速发展，社会各个领域都产生了深刻影响，教育也不例外。飞速的信息技术发展为教学改革提供了一个契机，也为我们开拓了一个改进大学物理实验教学模式的途径[1-2]，将信息技术与教育教学相融合，充分运用信息技术不断改进教学方式与方法，从而推动传统课堂转向智慧性课堂，课堂主体从教师转变为学生。

1 大学物理实验智慧课堂教学实施策略

基于智慧课堂的大学物理实验包括3个阶段──课前实验、课堂实验、课后实验，在智慧课堂实施过程中教师通过学习通APP等信息技术将线上、线下及课前、课中、课后进行有效的融合，实现高效、智慧的课堂如图1所示。

图1 智慧课堂模式

在智慧课堂教学过程中，教师设置任务驱动式、进阶式模式等预习模式进行课前预习实验，启发学生智慧、激发学生疑惑；课堂实验教学过程中，教师充分开发与利用网络教育资源，创建基于问题解决的探究式、讨论式模式激活课堂，促进学生智慧生长；课后教师通过分组讨论等方式进行知识的复习和拓展，巩固智慧成果。智慧课堂以“问题为导向”贯穿课前、课堂、课后整个实验过程，从而调动学生的主动性、积极性和创造性。

1.1 激发课前预习、启迪学生智慧

课前实验旨在通过课前实验预习激发出学生的疑问，启迪学生的智慧生成。课前实验主要是引导性实验，学生通过自主阅读实验预习资料，观看微视频，熟悉实验条件后进行仿真操作实践，针对性地预习相关实验内容，明确实验的每一个操作步骤和要点，同时完成教师平台发布的课前预习任务，检验预习效果，记下自己在预习过程中遇到的不理解的问题及疑惑（见图2，P228）。

图2 智慧课堂课前预习构建

教师课前通过学习通APP平台进行预习构建：上传相关教学资源至资源库（实验讲义、PPT、预习提纲以及微视频等）；根据教学目标和教学内容，设计出一组相关的预习任务如《杨氏模量的测定》（见表1，P228），任务发布时把几个预习任务关联在一起进行顺序锁定，设置成任务驱动预习模式或进阶式预习模式，促使学生完成课前相关预习；依据大数据进行学情分析，根据学生预习情况进行教学设计[3]。

表1 课前预习任务

1.2 激活课堂、促进学生智慧成长

智慧课堂打破了传统课堂的“教师演示，学生再现”的单一授课模式，课堂中心变“以教师为中心”为“以学生为中心”，教学重点不再是简单的知识传输而在于注重知识传输过程中激发学生学习的自主性，也不再重实验结果而轻过程思考。学生在智慧课堂中转变了学习方式变成学习的主体，在教师的引导下开展自主性学习、分组讨论及互助探究式等方式学习，并自动组成了学习团组，在学习过程中遇到疑惑不解的问题，开展深入的互动交流、探讨，寻求问题答案等。教师是智慧课堂的构建者，从“执行者”变身“引导人”，全程引导、鼓励、监测学生进行探究式学习，课堂上通过抢答、投票、分组讨论等课堂活动加强了师生互动、生生互动[4]。教师作为引导者在智慧课堂中要有灵活应变的随机能力，要实时监测教学过程中学生自主学习、分组讨论中出现的疑难问题，以及基于学习通APP平台所反馈的动态学习数据分析和新情况，采取灵活、机智性行动引导学生发现问题、提出问题、解决问题，从而及时调整课前的教学设计，优化和改进课堂教学进程。

智慧课堂实现了实时了解教学效果，彻底突破了时间和空间的限制。

1.3 激励课后复习、巩固智慧成果

课后实验是课堂实验的补充和延伸。在完成课堂实验的基础上，根据学生掌握的基本情况，选择相应的课后实验拓展内容，利用学习通APP平台探索独立完成实验。开展课后实验旨在加强对所学知识的实践应用，是对课堂知识的延伸。在实践中巩固所学知识，发现并学习新知识；同时让学生变学习主体，学会用课本知识去探究一些问题，这样不仅有益于加强学生对知识的理解和应用以及对实验技能的掌握，而且对培养学生的科学精神、提升学生的科学素养、提高学生的探究能力都非常必要。开展课后实验，是对课堂探究式教学的有效补充。课后实验的核心就是从课堂上走出去，把课堂学到的探究模式运用到实践活动中，从而培养学生的创新思维。开展课后实验不仅能开阔学生的视野，培养学生的兴趣，提高学生的科学素养，而且有利于应用型、创新型人才的培养（见图3，P229）。

图3 智慧课堂课堂构建

2 基于大数据的智慧课堂学情分析

传统的大学物理实验课堂教师在开展教学设计时主要依靠个人教学经验以及预判课堂上学生的学习行为来制定教学决策的，这种“以教定学”的教学设计导致学生上课完全根据教师教案走，教学过程变成是学生配合教师完成教案。由于教学设计忽视了对学生进行针对性的学情分析，忽略了学生的主体地位，从而导致课堂教学效果不佳。智慧课堂用大数据记录了学生学习全过程，通过图表和数据可以呈现出学生在课前预习、课堂互动、课后复习总结的即时情况。教师根据平台反馈的学生学习行为进行大数据诊断与分析来调整课堂教学策略，用直观的数据了解学生对知识掌握的水平，优化教学设计从而“以学定教”。

2.1 学生学习行为模型的建立

智慧课堂用大数据记录了学生的行为方法、知识内容以及学习的全过程，构建了学生学习行为模型。大数据记录课前学生预习资源情况包括观看预习视频、讲义等时长，完成教师布置的预习习题时长以及正确率等学习数据；课中大数据实时记录、反馈学生的探究学习行为过程，学生参与教师发布的课堂活动如抢答、投票、选人、分组讨论、随堂测试等；课后记录学生参与知识应用与拓展以及作业完成情况。基于数据分析的智慧课堂能够动态采集学生的学习数据，并自动对这些数据进行即时分析，从而构建了学生的学习行为模型。

教师通过研究学生的学习行为模型，了解学生的学习效果与学习状态，对学习者进行全面的分析，更加清晰准确地掌握学生的学习情况；学生通过分析自己的学习模型了解自身的学习情况，进行自我评价与诊断学习效果，从而改变学习策略，进一步优化学习方案，提高学习效果。对比个体和班级学情分析报告，了解其他同学学习进展，更好地定位自己，提高竞争、促进交流，激发学习热情。

2.2 教师基于数据的教学分析

教师也可以通过平台进行实时测评、监测、统计学生的学习数据，然后通过查看教学统计数据与图表，了解学生参与情况、完成情况。课前教师通过查看学生预习情况数据如学生预习时长、完成预习任务的正确率等数据深化学情分析，准确掌握每位学生的知识储备和欠缺之处。根据学生实际需求，调整教学重难点，优化教学设计，从而进行精准教学；课中大数据技术能够实时分析智慧课堂中的学生行为，通过分析学生参与课堂活动如随堂测验、分组讨论等数据分析和即时反馈，教师可以更好地掌握学生的学习轨迹，了解学生认知水平、学习偏好[5]等。依据学生个体特征，随时改进教学策略，调整教学进程，提高教学效果；课后通过对学生提交的作业数据分析和知识拓展完成度分析，开展针对性问题辅导，实现个性化的学习支持。

学习效果反馈的大数据分析为教师提供了及时、准确、立体的学生信息，从而有助于教师进行精准的学情分析，以及及时调整课堂教学进度与内容。再通过横向和纵向的学习数据对比，从而综合判断出学生个体或集体的学习情况，这对于教师掌握整体教学情况，实时了解教学效果，提供了可靠的参考；这也有利于学生实时了解自身教学知识点掌握程度，有的放矢，扬长补短。智慧课堂用数据说话，强调数据分析，教情、学情一目了然，从“先学后教”转变为“以学定教”，教学互动更深化、教学效果更显著。

3 结语

智慧课堂相比于传统课堂而言在教学观念、内容和方式上都产生了根本性变化，它主要借助于最新的信息技术手段来变革和改进课堂教学，变以“教师为主导”的传统课堂为以“学生为主体”的智慧型课堂。智慧课堂教学模式也产生了改变，课堂结构发生了变革，教学流程由传统的“先教后学”转向为“以学定教”，实现了个性化教学。在智慧课堂教学模式中注重智慧的教与学，便于促进学生个性化成长和智慧发展，它是以“自主、探究、合作”为特征的教与学方式，从而把学生的主动性、积极性、创造性较充分地发挥出来，使学生的创新精神与实践能力的培养真正落到实处。