大学物理通识课程教学范式改革的探索[9]

赵曼，赵昶，于舸，于春娜

（北京石油化工学院　数理系）

摘要：为更好地培养大学生的科学的思维方式和科技创新能力，使大学生掌握基础的物理学知识和方法，提高他们的科学素养，数理系开设了适合文科类专业的物理类通识课程。本文在实践中探讨了在物理类课程中实践以“学生为中心”的范式教学改革的探索与创新，从教学理念、教学课程设计到教学效果进行全方位的对比和分析，为大学物理类课程的进一步教学改革提供了丰富的理论和实践基础。

关键词：“以学生为中心”；物理课程教学范式改革；反向课程设计；认知模型

引言

随着科技的发展，IT革命用电子信息取代纸质信息，加上网络的普及，手机上网功能的完善，电子信息可以即时传递、无限复制、价格低廉，这对大学的传统组织和工作模式构成挑战。如今信息无处不在，MOOC等开放的网络在线教育层出不穷，打破了大学和教师基于课堂教学的传统模式，从而引发大学危机。体现在高校各学科课堂教学中就是学生学习动力不足，有的被手机的各类信息娱乐功能干扰，学习兴趣下降，注意力不集中，期末成绩屡屡挂科。据统计，近三年来，我们所在学院部分科目不及格率高达30%～40%，物理类必修课程不及格率约为15%～20%，重修学生不及格率甚至高达50%以上。高校毕业生的工作适应能力差，就业率较低。作为高等院校教师当前既面临内外各种困境，但也面临机遇与挑战。教学改革势在必行。

1　SC改革

2016年开始，学校开展了 “以学生为中心”教学范式改革（SC改革）的培训，在培训中我们接触到了更加先进的教学思想和理念，物理学本身的发展是“与时俱进”的，随着时代的发展，先进的科学技术不断更新和进步，那么教学模式和教学方式必然也要“与时俱进”，传统的教学模式——老“三中心模式”，即“教材为中心、教师为中心、教室为中心”，不能够适应新的时代特点，不能够适应现代学生学习需求。SC方法体系以最先进的四大科学为基础，它们分别是：脑科学、神经科学、发展心理学、和认知心理学。在此之上以认知科学、学习心理学、教育心理学、学习科学等作为连接基础与实践的主干，最终通过把课程设计、教学法设计、教学评价设计、教育技术设计、教育教学环境设计五大设计，把学习和发展的科学理论转变成教学实践活动。这一体系可以很形象地由赵炬明教授和高筱卉老师的SC方法树所呈现（见图1）。从这里可以看出SC课程和传统教学的根本区别，那就是SC教学的目的是促进学生发展、解决学生学习困难、帮助学生有效学习。

“以学生为中心”的教学改革实践首先应遵循学生的学习和发展的科学规律；另外，学科本身的知识性质结构也决定了课程的教学模式和教学方法。只有把这两个因素很好的结合，才能在教学改革实践中有效促进学生的学习和学习效果。

2　SC改革在课程中的实践

（1）教学大纲的修订

原教学大纲是在教材的基础上由课程组编写，内容和教学要求均是与课本内容基本一致，参考书籍和资料相对较少涉及。而SC改革新大纲不再规定具体章节的授课内容和要求，而是以学生达到的学习效果去进行反向课程设计，实现学习目标教学活动与反馈评估的一致性，如图2所示为课程设计三角形，针对性地安排多样化的课程教学活动，围绕教学活动可以由任课教师自由选择教材、参考书、图文影像资料、实验器材和网络信息等。大纲中加强了对学生的科学素质的培养，根据不同层次大致分为生活中的物理学，高新科技中的物理学，物理学中的科学方法和科学的思维方式，科学的世界观、人生观及价值观。大纲的修订使课程教学效果直接与学生对学科的专业需求保持一致，使教学设计理念更加明确。

（2）课程设计矩阵

课程设计的中心环节是课程设计矩阵，根据SC原则，利用反向设计法，把“以学习效果为中心”贯穿到课程设计中。如表1所示，为物理通识课的部分课程矩阵。课程矩阵和教学设计完全体现了以“学生的学法”为主进行设计，体现“为学而教”，教学重点是如何帮助学生克服困难、有效学习。遵循维果斯基最新发展区理论，凡是学生能自学的一律不教；

凡是学生学习有困难的一定提供帮助；学习任务要适当，不要把学生送入恐怖区。矩阵设计把课程教学大纲进行了目标分解，行动分解和效果分解，对子目标群逐一进行任务设计，实现目标和行动的一致；对行动（任务）一一分解成行动组合，实现行动与效果的一致性；对效果分解成一项项评估方式，实现效果与目标的一致。最终实现学习效果“可视化”，即“会说”“会做”“会教”。通过课程矩阵的设计，我们对所有教学安排和教学活动都一览无余。课程设计是SC改革的重要环节，我们对课程设计矩阵的学习与探索对物理类课程的系列改革打下基础。

（3）教学法设计

随着信息革命的爆发，近30多年出现了成百上千的新的教学法，尽管方法很多，但教学法的设计要想获得好的学习效果，一是必须符合学生学习的特点和规律；二是要考虑专业知识的性质与结构，它们共同决定了大学教学的有效性。这就要求一方面要把我们所面对的“学生学习的特点和规律”找出来，另一方面不同学科应采用不同教学法。“不愤不启不悱不发”，以学习为中心就是说教师如何教要看学生的状态，并不是完全摒弃所有传统的教学方法，方法要去适应学生的不同学习需求而设置。总的来说就是要以认知科学作为基础来进行教学设计，即只有对大脑、认知、学习和教学的科学性有了充分的认识，才能找到更适合的方法，不是为了炫技而是为了教学效果，根据具体对象、目标、环境、条件、文化而寻求最有效的教学方法，这才是真正的SC改革。

依据上述理论，在物理通识课程中对教学法的选择主要从促进学生积极学习的方法和合作学习的方法。在课程教学中实现从单纯的课堂教学到兼顾课前、课中、课后的完整课程教学的转变，提高学生学习的主动性。

第一，针对课程内容中凡是可以通过学生自学的部分，都不再进行课堂讲授方式，而是通过我校教育在线网络平台和蓝墨云App等，给学生提供视频资料、PPT讲义、讨论答疑、课外扩展等功能，帮助学生实现课前预习和课后的部分作业及测验。利用蓝墨云的签到、分组讨论、头脑风暴等功能还可以丰富课堂的形式，活跃课堂气氛，增加学生合作学习和交流的机会。依照学生手册评价标准，学生和老师共同评价等方式检验学习效果，计入平时成绩，增加学生主动学习的能力和合作学习的能力。如表1中课程矩阵的第二项所示。

第二，对重点难点的解决具体物理问题的内容，采用PPT讲授与案例式、讨论式的教学相结合，给出生动案例，分组讨论，并要求记录活动笔记，抽查活动记录，让每个学生都能得到及时的锻炼和反馈，奖惩措施透明公正；培养学生主动学习、研究能力。

第三，实际演练能激发学生的主动学习模式，设计角色扮演环节，在物理学史中涉及的重要科学家及其观点和思想时，采用角色扮演的方式；小组合作进行某些命题的辩论如：开展光的微粒说和波动说的辩论，利用物理实验室三棱镜、光栅、菲涅尔透镜、激光器等器件实现演示操作与理论相结合，加深同学对理论的理解等等；实际问题驱动，结合教材及习题，选取或构造与学生日常生活比较接近或学生感兴趣的实际例子，结合蓝墨云App进行头脑风暴的方式，激发学生解决实际问题的兴趣，引导他们围绕解决问题去探索和接受新的知识点；教师设定几个题目让学生自选一个为主题，并提交小论文或报告的形式，教师和小组根据评分标准共同评分计入考核成绩；如表1课程矩阵第一、三项所示。培养学生具有一定的实践动手能力和理论联系实际的能力。

第四，每一个单元都进行及时的单元或章节测试，及时反馈测试结果，与前测相对比，让学生随时感受学习带来的进步和成就感。

第五，创新分层次教学模式，针对教学班中文理科生两极分化的情况，采取不同的管理方法，对学有余力的学生提高要求，布置更有挑战性的任务，鼓励多看课外书等，激发他们的学习热情；对基础薄弱、学习主动性不够的学生应加强管理，增加辅导答疑，课下建群建立随时与学生交流沟通的通道，实时解决作业答疑和解惑，随时掌握学生学习和思想动态。建立学习小组，对于学习主动性强、基础好的同学，让他们在小组内“当老师”，帮助基础较差的同学进步，实现教学相长，互帮互学。

第六，考核方式采用多元化全程监控处理，利用蓝墨云的积分机制，公正透明，设计奖惩得当的活动，加上课堂签到，课堂前后测，单元测验，期末成绩，加重过程管理，建立更加科学的评价机制。由于本课程为考核课程，应更加注重过程管理，淡化期末单次考试的比例。以考核成绩100% = 平时成绩60%（签到20%+蓝墨云资料学习10%+课堂讨论、课后作业及测试活动30%）（额外奖励完成学习任务优秀的学生，最多5分）+（小论文+报告）40%。另外严格控制迟到、早退和旷课行为，旷课三次以上则按照不及格处理。强调平时课前、课中、课后学习的连贯性，避免了平时不认真听课，考前临阵磨枪的现象。

3　结论

2017年秋季学期在物理通识类选修课中实施了上述教学改革措施后，课堂出勤率平均值约92%；课前资料预习参与率达到70%；课堂活动的参与率高达90%以上，在教学过程中有效地提高了学生学习的主动性和参与性；平时成绩的评定更加的真实和科学，如图3所示，基本呈现统计的正态分布， 2017年秋季总成绩的评定对比2016年秋同课程如图4所示。通过总成绩分布的对比发现，采用部分SC教学设计和多元化成绩评定后的成绩分布发生了很大的变化，从2016年秋的梯形分布到趋近正态分布，充分说明了上述教学的改革初见成效。为大学物理类课程组的后续课程改革提供经验和实践基础。通过实践，发现在小组合作学习的部分仍然存在学生参与不完全的问题，需要进一步探讨如何在之后的物理课程教学改革中更好地促进学生的合作学习，使学习效果得到更进一步的加强。

参考文献

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