混合教学模式在大学物理课程教学中的应用研究

刘金梅 王向晖 尹亚玲 邓 莉

(华东师范大学物理与电子科学学院，上海 200241)

以物理学基础为内容的大学物理课程，是高等学校理工科各专业一门重要的通设性必修基础课程。它的基础地位不仅在于它为学生学习以后的专业课程提供必须的物理学基础知识，而且在于它为学生树立科学的思想和掌握科学的方法打下良好的基础，拓展学生继续发展的空间并实现学生在知识、能力和素质各方面的协调发展[1]。

现有大学物理教学部分存在教学内容和体系一成不变、考核方式单一以及课程设置不灵活的现状。为了改善这种状况，国内有学者根据维果茨基(L.S.Vygotsky)的“最近发展区”理论，提出大学物理教学要走在学生发展的前面，并给出大学物理教学生成的、互动的、建构的课程论理念[2]。大学物理教学必须在教学内容、教学模式及考核评价体系方面进行改革，以适应当前教育形势。

基于上述的理念，我们在一学期的生物学专业的大学物理课程教学过程中穿插了“力学阶段报告、电磁学预习报告、电磁学演示实践课、振动与波阶段报告”等教学环节，采用综合评定成绩的方式给学生进行形成性评价。在学期末对学生进行问卷调查，反馈回来的调查结果表明，学生对混合教学模式认可度很高，普遍认为课堂内容形式丰富，使大学物理课堂不再刻板。

1 以大学物理生成的、互动的、建构的课程论理念，创建大学物理混合教学模式

大学物理课程改革需要新的课程观理念支撑。《非物理专业理工学科大学物理课程教学基本要求》(以下简称《基本要求》)强调指出：“在大学物理课程的教学过程中应以培养学生的知识、能力、素质协调为目标，认真贯彻以学生为主体、教师为主导的教育理念；应遵循学生的认识规律，注重理论联系实际，激发学生兴趣，引导自主学习，鼓励个性发展；要加强教学方法和手段的研究与改革，努力营造一个有利于培养学生科学素养和创新意识的教学环境[1]。”《基本要求》体现的现代生成性课程的课程观是贯串于大学物理课程改革始终的先进的课程理念。从这个理念出发，根据华东师范大学具有的物理实验教学条件，我们在大学物理的课程教学过程中采用了这样几个教学环节：力学阶段报告、电磁学预习报告、电磁学演示实践课、振动与波阶段报告。通过这一混合教学模式在大学物理课程教学中的教学实践，在学期结束，我们对学生进行了问卷调查，了解学生的认可度，进而为完善大学物理教学方法和手段的研究与改革进行探索实践。

1) 力学阶段报告

在力学中，学生在中学已经学习了牛顿定律，对牛顿定律的理解主要停留在具体知识点的理解和掌握解题技巧上，那么，大学物理的内容如何能够既与中学物理知识相衔接，又在中学物理基础上深化，这是大学物理学科教学知识的一个重要内容。在教学中要使学生认识到牛顿运动定律体现的是人们对运动因果关系的一种确定性认识[3]。

因此，在力学部分教学结束后，我们要求学生自己查阅资料，可以就中学所学某一知识点与大学进行对比，着重从研究问题的思想方法，认识论角度进行分析，如牛顿三定律、万有引力定律等；或者就日常生活中所察、所见的物理现象，如黑洞、宇宙大爆炸等角度进行科普拓展。

2) 电磁学预习报告

如何在大学物理教学中渗透物理学思想方法也是学科教学知识的一个重要内容。教授物理，不仅教物理知识，还要教物理学思想方法。类比是重要的思想方法。引力的平方反比关系是牛顿运用其发现的第二定律以及开普勒第三定律研究行星运动时得出的。在库仑定律的研究过程中，万有引力的类比为其提供了平方反比规律这一正确道路，大大缩短了探索的过程。库仑定律是电磁学中的基本定律之一，将电磁学首次与力学联系起来，在这个过程中，库仑总结了前人的猜想，为后续的理论和实验研究开辟了新的道路[4]。

因此，在电磁学的教学开端，我们要求学生类比课堂万有引力定律的引入，从大学物理的角度围绕 “从万有引力定律到库仑定律的由来”进行文献阅读，从平方反比关系，正负电荷，万有引力常量，卡文迪许，库仑扭秤实验，类比思想等角度写出综述报告。

3) 电磁学演示实验教学实践课

实验是物理学的基础，是检验物理理论的标准。演示实验在大学物理课教学中具有独到的、其他教学手段无法完全替代的作用。它明确直观地表达物理学的思想和方法。揭示和展示学生无法直接观察、经历或体验的物理过程。在《基本要求》里，明确提出了大学物理课程的主要内容都应有演示实验(实物演示和多媒体仿真演示)。应充分利用演示实验帮助学生观察物理现象，增加感性知识，提高学习兴趣[5]。

电磁学部分内容相对抽象，特别是静电部分、还有电势的概念、电荷分布与曲率半径之间的关系以及生活中的避雷针原理等，学生理解起来非常抽象。另外，班级有近1/3上海生源学生，绝大部分同学高中没有选修物理，根据这样的实情以及华东师范大学物理演示实验室现有条件，我们安排了一堂电磁学演示实验教学实践课，让学生走进实验室，自己动手体验课堂学习的物理原理。

首先教师教学示范：静电系列演示，尖端放电原理与避雷针灯。学生实践：学生完成电磁学部分演示实验学习任务单，每位同学根据老师提供的资料。要求：写出操作步骤，描述实验现象，简述实验原理，列出与大学物理理论知识相对应的知识点并适当进行拓展，写出自己动手做实验后的体会。

4) 振动与波阶段报告

振动是一种具有时间周期性的常见的运动形式。从振动涉及的范围看，狭义的振动只指机械振动，而广义的振动包括所有物理量随时间周期性变化的运动(不仅是机械的，还可以是电磁的，生物的，社会的运动等)。振动与波内容在自然世界与实际生活中运用的实例很多。因此，在本部分的阶段报告中，我们要求学生任选一个主题，如音乐中的物理学(弦线驻波)， 超声波(医学，多普勒超声)与次声波(自然界)等，做成PPT形式。

2 以非物理专业本科生为教学主体对象的大学物理混合教学模式教学实践

我们研究的实施对象是生物医学专业的本科生，共有78名学生。在前期的研究工作中，根据学生的课堂参与度，讨论发言的次数以及对部分同学进行访谈等，就学生对混合教学模式的态度分为积极型与保守型。我们共设计了18个问题(其中有1题为学习态度题)，分别调查学生对每个教学环节以及翻转课堂教学形式(在实施过程中我们部分教学环节采用了翻转课堂教学形式)的认可情况。问卷主要采用李克特量表(Likert scale)(1分表示完全不同意，5分表示完全同意)形式。调查问卷结果如表1所示。

表1 混合教学模式调查问卷的均值、标准差、p值和效应量d：积极型与保守型

续表

在电磁学预习报告中，积极型学生与保守型学生对课堂教学过程中明确提出运用类比法，比值定义法等科学方法满意度均分均超过4.0分，认为这种方式可以增加对物理概念规律的理解。对电磁学演示教学实践课，觉得老师安排的进演示实验室让他们动手做实验比单观看老师课堂演示好，觉得老师安排的实验与理论想结合，课堂内容形式丰富很好，使大学物理课堂不再刻板，对这2个选项的均分也均超过4.0分。

根据Cohend的定义[6]，效应量d为0.2是较小的效应量；d为0.5是中等的效应量；d为0.8是较大的效应量。受到样本量大小的影响，有时即使反映差异显著性的p值大于0.05，但两组样本仍可以存在中等程度的差异，因此，我们认为d大于0.5的效应量仍然具有中等程度的差异，如表2所示：

表2 教学模式的显著差异：积极型与保守型(Cohen d均>0.5)

对于混合教学模式，积极型与保守型学生的满意度都比较高，但是还存在一些显著差异。特别在力学阶段报告对力学知识的梳理中，以及翻转课堂让学生从自己介绍比从老师的角度，自己收获大这两个选项。结合这两个问题我们对学生进行了访谈，最主要的原因是因为学生都认可这些教学方式，但是因为大学物理课对非物理专业学生来说是一门非专业课，所以绝大部分学生学习这门课程的态度是抱着能通过的心态，不太愿意多花时间在这门课上，这从提交报告的积极性上能明显判断出来。很多同学是因为把报告成绩算作平时成绩，才会积极主动提交。这样的心态同样反映在其他一些问题中，这反映了这类学生对待大学物理的学习态度。因此，在以后的教学过程中，我们应加强对学生认识大学物理课程重要性的教育。

此外，在对混合教学模式的认可度上，学生普遍认为翻转课堂让学生走上讲台能锻炼学生的能力，适当增加拓展课程内容很有必要。认为课堂教学过程中明确提出运用类比法，比值定义法等科学方法，可以增加对物理概念规律的理解。还有，觉得老师安排的实验与理论相结合，课堂内容形式丰富，使大学物理课堂不再刻板。

3 研究结果分析

在问卷中，我们就混合教学模式的3种方式也设置了开放性问题，部分同学的回答如下：

“从准备报告的过程来看，我做的是PPT，做PPT是一件不容易的事情，在做的过程中，我需要考虑到整个内容的结构顺序，以便讲出来大家能够理解。引入和搭桥的过程尤为不易。可能也正是过程的不易，才让我对这部分知识印象深刻吧。此次PPT制作考验了我的自主学习能力和思考能力——自主查阅论文、整理论文、对知识的理解与消化以及对怎样将这部分知识更好地和同学共享的思考。通过PPT展示，我也看到了，对同一话题，不同的同学也会有不一样的切入点和讲解思路，这种不同的思路和方法，给了我启发，让我能够在阅读课本时从不同的角度收获不一样的体会。”

“在自己动手操作后，对于实验有了更加清晰和具体的体会，对实验现象背后的原理也更加好奇，在做实验报告时有了更加不同的体会。比起仅仅只是看视频或者文字讲述，亲手做后对于原理的体会更加深刻，在寻找资料的过程中，拓展了课堂上可能没有涉及的部分，以及加深了对抽象概念的理解和记忆。实验课生动有趣，对于各种各样现象及背后的原理更加好奇，好奇心是最好的老师，让我对大学物理电磁学部分有了更多探索的兴趣。对于课堂上的内容也有了更进一步的理解，使需要记忆的部分不再仅仅停留于代数部分，公式变得具象化了。总的来说，是一节别开生面，富有趣味的体验课，非常幸运能够拥有这样一节实验课。”

“……亲自动手做一做，自己去找装置，确实和老师上课说的一样，自己亲手做实验和看老师做，看视频，看flash动画都不同，比如说即使在之前看过多次的静电引流，当看到用毛皮摩擦过的塑料棒使得水流偏转时，还是非常的激动，这节课中做的实验的原理可能会很长时间不会忘记了。”

本学期的班级学生中，有近1/3为上海生源学生，其中绝大部分学生高中没有选修物理。但是这些学生绝大部分课堂参与度很高，积极参与讨论、发言，积极完成报告，并且课后能积极主动与老师交流。在进行学生积极型与保守型分类时，这部分学生绝大部分被分到积极型中。另外，期中考试内容主要是力学与电磁学部分，这些内容与高中物理结合比较紧密；期末考试内容主要为振动与波与光学部分。所以为了检查教学效果，我们把非上海生源与上海生源的学生期中考试与期末考试成绩分别进行独立样本t检验，如表3所示，从p值与效应量d值均可以看出，期末考试的显著性差异明显比期中考试小。

表3 期中、期末考试成绩对比分析

总的来说，混合教学模式、学生提前准备、准备过程包括自主查阅相关材料、整理材料、提出个人观点、梳理材料。学生学习到的不仅仅是课堂上所需要讨论的知识，还有自主学习和思考的能力。组织个别准备充分的同学上台汇报，对于上台的几位同学是个锻炼。对于在台下听别人汇报的同学来说，也会接受到不同的思路和思考方式，甚至会有完全相反的一些看法，进而促进台下同学更加全面地了解和看待所需要学习的内容。

4 总结与展望

让学生准备阶段报告或预习报告，多个同学对同一主题(如库仑定律)进行不同角度的切入，提供了理解库仑定律的多种途径，有助于厘清库仑定律本身的发展历程及其与万有引力定律的异同。这在普通的传授型课堂中是很难做到的(由于时间限制、各思路的直接程度不同等原因)。对于万有引力定律与库仑定律之间的关系，同学们分别从历史先后、定律发展的逻辑、物理的角度阐述，由于偏重不同，得出的结论也不尽相同。但其共同点被多次强调突出了：库仑定律是建立在万有引力定律基础上的。在理解库仑定律时，既不能否认它与万有引力定律的相似性应有内在逻辑联系，也不能简单地把“牛顿力”换做“静电力”、把“质点”换做“点电荷”这样做代换。两个定律描述的是相互独立、完全不同的物理量之间的不同作用关系。”

翻转课堂的教学方式不像传统的教学课堂，是一种以学生为中心的教学模式，注重个性化学习。学生提前准备，准备过程包括自主查阅相关材料、整理材料、提出个人观点、梳理材料。学生学习到的不仅仅是课堂上所需要讨论的知识，还有自主学习和思考的能力。组织个别准备充分的同学上台汇报，对于上台的几位同学是个锻炼。对于在台下听别人汇报的同学来说，也会接受到不同的思路和思考方式，甚至会有完全相反的一些看法，进而促进台下同学更加全面地了解和看待所需要学习的内容。有的同学说：“从我个人的感受来看，翻转课堂极大帮助了我对于概念的理解，从概念的由来到定义再到应用，这次的自主性学习都令我印象深刻。几乎达到了“过目不忘”的效果。考前复习这部分知识也相当的轻松。而且这部分知识是基础，此次翻转课堂也帮助了我对后面的知识的理解。”

在电磁学演示实践环节，让学生完成课后“学习任务单”是很重要的一个环节。学生在完成任务单时，尤其是涉及实验与大学物理知识的关系的时候会回头去看老师的实验讲义，从中整理出与实验相关的内容，并且能够比较有效地构建物理知识间的联系。如有的同学写道：“通过这次实验，我比较具体地认识到了高斯定理的重要性，因为对该实验原理的解释，高斯定理是一切公式和关系的基础。仔细思考的话，其实该实验我还有部分原理未学习，即尖端放电导致空气电离的具体过程，我想这个不是该课程能够学到的，有待我自己去找相关内容阅读。但是在物理学习中，我对这一实验以及它的原理解释涉及到的内容，我会记得更形象。”

通过混合教学模式教学，培养学生具有逻辑思维，有物理思想，能够学以致用，甚至跨学科应用，将物理思维模式深化到解决问题的一步一趋中。