利用无线反馈技术提高军校力学课堂互动实践

吴蒙蒙，杨少红，吴 菁，邓 辉

（海军工程大学 基础部力学教研室，武汉 430033）

强军之道，要在得人。新时代军事教育方针明确指出“坚持党对军队的绝对领导、为强国兴军服务，立德树人，为战育人，培养德才兼备的高素质、专业化新型军事人才”。其中，军校教育是培养军事人才的主要途径，是军事职业教育中“教”的主体，课堂教学则是育人的主渠道。

基础教育改革和新课改催生了对课堂的关注，课堂是教学的主阵地，已有研究表明，课堂的空间设计与组织形式不同会产生不同的教学效果[1]，进而影响人才的培养质量。王鉴教授认为课堂应是“知识课堂”与“生命课堂”的综合体，只有在互动的过程中才能凸显学习者的生命价值[2]。于是，“课堂互动”走入了人们的视野，凸显为学者们认识、理解教学，改善、重构教学进而优化、提升教学的重大课题[3]。

力学课程涵盖了理论力学、材料力学和流体力学等海军生长军官高等教育专业背景类课程，涉及趣味力学和力学建模与工程应用等公共选修课，学生人数占我校总人数的80%，学习时长从大一下学期至大三上学期。力学课程内容不仅为后续专业课程学习奠定基础，其分析方法、计算手段也可直接应用于实际工程设计中，力学课程在培养学生独立分析问题能力、终身学习能力方面，具有不可替代的作用，因此提高力学课堂教学改革，提高力学课堂教学互动至关重要。

虽然海军工程大学已经在课堂教学中开展了诸多的教学改革来提高课堂互动和教学效果，例如基于雨课堂、MOOC 和SPOC 等的混合式教学，翻转课堂、案例教学等，取得了一定的教学效果，但这些活动的有效开展必须要求学生课上课下全程利用手机，时刻关注教师布置的任务，这点在地方高校中是容易实现的，但对于军队院校保密、管理等方面的考虑，学生一般都是不允许携带手机，且军校学生课下可自由支配的时间有限，对于老师通过雨课堂布置的学习任务很难确保按时完成，这就使得在军校内使用雨课堂等互联网教学平台开展教学变得不方便。除此之外，将手机引入课堂教学，教师在课堂教学中不仅要注意学生的课堂参与度，更要重点关注学生的手机使用情况，增加了课堂管理的难度。而翻转课堂和案例教学只在1 门课程的某几节课中适合开展，没有贯穿课程的始末，因此希望通过几堂课的改革提高整个课程的课堂教学效果不易实现。

那么，要想在45 min 的课堂教学中快速有效地检验教学目标完成情况，课堂教学效果的及时反馈必不可少。为了提高课堂教学过程中学生的参与度、高互动性和学情实时反馈速度，海军工程大学力学教研室率先在工程力学和材料力学这两门课程中引入基于无线反馈技术的答题器的应用，进而使力学课堂教学从原先静态、预设的形态转变成动态的、生成的和高互动的形态。

一、基于无线反馈技术的应用

基于无线反馈技术的答题器又称课堂互动反馈系统，由3 个硬件设备（笔记本电脑、接收器与答题器）和1 个自带软件组成（图1），可实时向教师反馈学生答题情况并帮助教师快速收集、分析学生课堂问题的教学技术，进而增强课堂教学过程中师生的互动、改变教学手段和进程。

图1 基于答题器的互动反馈系统

1996 年，美国赖斯大学在课堂上首次使用答题器，哈佛大学一名物理系教授在2005 年的公开课程中引入此类教学反馈设备，大大提高了师生的课堂互动效率。2010 年后，我国高校陆续将答题器引入课堂教学，教师们和学生们对答题器这种新鲜事物表现出了极大的兴趣，极大地提高了学生课堂教学的参与度。

二、教学实施方法与过程

对于力学类专业基础课程，内容庞杂，公式繁多，有极强的逻辑性，同时也具有一定的实践性，学习起来难度比较大[4]。而对于军校学生，除了上课之外，还要出操、训练、公差和站岗等，课下自学时间非常有限，学习起来更显吃力。因此课堂教学成为军校学生快速获取知识的主要渠道，而互动式教学是提高力学课程课堂教学质量的关键因素之一。设计基于答题器无线反馈互动系统课堂教学，教师可以根据教学主题和教学目标的需要设计问题，学生利用答题器进行实时反馈，反馈结果会投影在屏幕上，老师可根据学生的反馈情况进行点评，同时学生之间也可互评，极大地促进了师生和生生之间的互动，实现全员、全程、全方位育人之大格局。

从2018 年开始，海军工程大学力学课程积极开展课堂教学改革，在课堂教学中引入答题器无线反馈互动系统，对课堂教学设计进行重构，分为问题引入、授课释疑、课上讨论辨析和课终总结升华4 个环节，并已初见成效，具体实施方法和过程如下。

（一）课前预习和问题引入

在上课之前，利用10 min 时间，将教师提前准备好的5～10 道题出示在PPT 上，题目类型主要是选择题和判断题，题目内容主要以本次课堂教学的基本概念及原理为主，学生通过答题器进行作答。根据反馈结果，教师可及时了解学生通过课前预习对知识的掌握程度，针对错误率比较高的题目，例如图2 中的判断题第1 题和第5 题，老师在课堂授课时就要重点强调并释疑，加深学生对知识点的理解。同时学生每一次的课前预习成绩都会记录进其形成性考核成绩，以期达到激励学生养成提前预习的学习习惯。

图2 课前预习答题情况截图

开始正式上课后，根据教学内容重难点和教学目标设定，以设疑激趣的形式抛出新问题，如图3 所示，学生可通过手中答题器利用已有的知识做出选择，心中留有疑问。随着课堂教学的推进，教师根据学生的答题情况，注重引导学生去释疑解惑，到合适的时机再把问题抛出，学生利用答题器，在具有一定的知识基础上再次做答，根据统计结果，对比两次答题情况，分析点评，加深学生对知识的理解与应用，助力教学目标完成。

图3 问题引入截图

（二）课中讨论和问题分析

课堂教学进程中，当讲完一个重要知识点，为了加深学生的认识，教师利用单选题、多选题或填空题等形式抛出一个讨论题，如图4 所示，学生利用答题器进行实名作答，针对不同的反馈结果，点名做出该选择的学生起立说明原因，并针对该知识点在学生之间展开课堂讨论和辨析，找到对该知识点的误区及错误产生原因，最后由教师做出总结和补充，举一反三提出类似问题的分析方法及思路，保证学生切实掌握和透彻理解重难点内容。同时，课堂讨论成绩作为学生的平时成绩记录进形成性考核，以期鼓励学生积极参与课堂互动和讨论。

图4 课堂讨论截图

（三）课后总结和内容扩展

在课堂教学的总结阶段，针对本堂课的教学内容和教学目标总结出一个难度较讨论题高的综合性问题，让学生利用答题器做答，通过反馈数据，可以掌握全班学生对本次内容的掌握程度及学生对所学内容的留置率，方便教师对本节课授课效果做出合理评价并实时调整后续课程的教学计划。同时，课后总结成绩作为学生的平时成绩记录进形成性考核，以期激励学生课上认真听课。

课程最后，教师再提出一个实际工程应用问题让学生思考，鼓励学生课下自己搜索资料进行分析，下节课一起讨论学习。

（四）单元测验和学习效果诊断

由于工程力学课程学时长、内容多，为了方便对学生整个学习过程的学习情况进行检测，将课程内容划分为静力学、运动学、动力学、拉压剪、弯扭、组合变形、压杆稳定7 个单元，每一个单元结束后，利用答题器开展单元测验，测试题目主要是计算题，检查学生的知识应用情况。为方便学生作答，老师需将传统的计算题分步计算，做成选择题或数字填空题形式。测验成绩及时反馈给学生，让学生了解自己的学习情况，反思错误原因，找准问题，课下及时查漏补缺。同时，学生每一次的单元测验成绩都会记录进形成性考核，以期激励学生课下及时复习，多做练习，温故知新。

三、实施效果

通过在海军工程大学工程力学和材料力学这两门力学课程的课堂教学中引入答题器开展改革和试点，课堂教学氛围比较活跃，极大地提高了课堂互动和学生的课堂参与度。

（一）提高课堂参与度

将答题器引入课堂教学，并根据教学内容精心设计课堂教学活动，学生改用操作答题器上的按键来代替举手或点名回答。通过引入答题器作答，平时不愿举手回答的学生也会愿意用答题器来做出反馈，这极大地方便老师关注到每一位学生，并做出表扬和鼓励，增强学生学好本门课程的自信心。答题器的引入，使得课堂教学能够给所有学生提供畅所欲言、各抒己见的机会，同时答题器也拉近了课堂教学中师生、生生之间的距离，使得课堂互动更加频繁、灵活多样，促使课堂教学中实际参与到课堂练习中的人数大大增加。

（二）提升课堂互动性

答题器的使用借鉴了电视台观众的现场投票系统，目的是为了增强交流互动，并最早在美国的大学课堂上应用。当在课堂教学中引入答题器，学生就像置身于一个电视节目现场，拥有了主动权和选择权。教师在设计课堂教学时，根据学生产生厌烦心理的时间[5]，每讲20～30 min的教学内容，设计1 道讨论题，让学生从紧张的听课状态调换到另一种状态——动动手、按一下，一来可以检验学生对知识点的掌握情况，二来可以调动学生学习的兴趣，同时，针对不同的反馈结果，教师通过层层设问，引导学生之间进行讨论辨析。对学生而言，严谨的课堂教学中穿插一个个互动讨论题，就像是教师组织的课堂游戏一样，学生可以在实时的互动中感受到乐趣和进步，课堂气氛变得更加活跃和轻松。

（三）促进教学公平性

将答题器引入课堂教学，每个学生都具有独立答题的机会和权力，互动过程中具有充分的时间进行思考并做出自己的反馈，不受其他学生答题情况的影响。这就为一部分思维稍慢的学生提供了独立思考和反馈的机会，鼓励以前总是等着听别的同学答案的学生独立思考作答，获得课堂互动平时分。同时答题器还可设置答题方式为实名或是匿名，匿名回答更能鼓励学生表达少数观点，不用担心因自己答错而被点名或扣分，并能让教师意识到自己的疑问并开展答疑解惑，提高了教学质量。

（四）教学过程动态性

在课堂教学中引入答题器，教师可以实时快速地获得所有学生的答题信息并形成统计图表，直观形象地显示出学生的答题情况。在学生答题过程中，教师可以根据系统实时掌握谁答的最快、谁答的最慢、正确率和参与率等。答题结束后教师可根据学生的答题情况，进行点评和讲解，指出错误的原因，并实时调整教学计划，满足学生的学习需求。如果反馈统计结果表明学生对某一个知识点完全掌握，则可顺利进入下一个知识点学习，若没有，则教师可以针对该知识点组织讨论、辨析等。答题器可以帮助教师在实时了解学生的学习情况，答题系统记录着每位学生对课堂教学中每一问题的反馈情况，通过对这些数据的深入分析和挖掘，有助于教师了解学生在课堂学习中的困难，指导教师改进教学计划和教学策略。

四、结束语

通过在我校材料力学和工程力学两门课堂教学中引入答题器，使课堂从最初的静态的、预设的、缺乏互动的和低参与度的状态转变为动态的、生成的、充满了激情和互动的形态，在这样课堂教学氛围中，学生的高阶思维和创新能力得到了培养和发展。将答题器引入大学课堂教学的目的是希望学生在高互动反馈系统的学习环境中能根据自身需求弹性且有效地运用面对面互动、人机互动及群组同步互动等各种不同互动方式构建知识，进而促进有意义的学习。

答题器作为一种教学工具进入我校力学课堂教学，先是注重教师对这个工具的认可度和信赖度，并实现了教师从勉强使用到不用不行的态度转变。随着答题器在课堂教学中的深入应用，又注重学生在对该工具的接受度和使用度，以提高课堂主体的主动性、能动性、创造和谐、自由发展的教与学的环境和活动[6]。后续，海军工程大学力学课程将继续围绕答题器的使用情况深挖技术背后的教与学的问题，并将答题器推广到更多的课程中进行应用，发挥其最大的支持和服务作用。

2020 年海军工程大学材料力学在教学评估中被评为优秀，极大地肯定了海军工程大学在教学过程中进行的改革。