對分課堂在大學物理教學中應用

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摘要：肺炎疫情期間，將對分課堂應用于大學物理線上教學?？偨Y了實施對分課堂的步驟以及設計所討論問題的思路，并以靜電場中高斯定理為例給出了設計的具體問題。將實施效果與上一學期的線下傳統(tǒng)授課進行對比，并就學生對對分課堂的認可情況進行了問卷調查與分析。針對分析結果，為疫情后利用線上線下混合教學模式實施對分課堂提供依據(jù)，并提出改進策略。

關鍵詞：對分課堂；混合式教學；大學物理；問卷調查；高斯定理

2020年上半年，由于肺炎疫情的暴發(fā)，全國各地的高?；径疾捎镁€上教學模式來進行授課[1]。利用傳統(tǒng)授課方式進行線上教學，最大的弊端是：老師容易一個人激情澎湃地自說自話，而真正跟隨老師思路在走的學生卻較少。原因很簡單：教師看不見學生，缺少直接交流，對學生的吸收反饋難以把握，互動成為難點；學生沒有了聽課的氛圍，缺少了老師的督促，容易在聽課中走神，甚至徹底放棄聽課。而大學物理，由于其理論性較強、推導較多，對學生有一定難度，故更易導致線上教學的弊端放大，從而嚴重影響教學效果。鑒于此，作者決定改變直接線上授課的傳統(tǒng)方式，利用對分課堂來進行嘗試與探索。對分課堂是2014年張學新教授綜合傳統(tǒng)講授式課堂和討論式課堂各自的優(yōu)勢所提出的一種新型教學模式，其核心是：把一半課堂時間分配給教師講授，另一半分配給學生以分組討論的形式進行交互式學習。其把教學在時間上清晰地分為教師講授、內(nèi)化吸收和討論三個過程，簡稱PAD課堂。其關鍵創(chuàng)新在于把講授和討論的時間錯開，讓學生在課后有時間自主安排學習，進行個性化的內(nèi)化吸收[2-3]。顯然，對分課堂的這一特點，對實施線上教學恰好是有利的。它既便于督促學生課后自主學習、發(fā)揮其主觀能動性，同時又可通過討論交流來了解學生的掌握情況，及時對不清楚的地方、理解困難的地方進行有針對性地引導思考與進一步講解，避免了老師“一言堂”，讓課堂相對而言變得更有生機。

一、對分課堂在大學物理線上教學中的應用

（一）對分課堂實施步驟

在實際操作中，由于每部分授課內(nèi)容的難易不同，作者并未將每周授課內(nèi)容都嚴格按照時間進行對分，即一半講授、一半討論，但保留了對分課堂的核心思想———即教師講授與學生對該部分內(nèi)容內(nèi)化吸收后的討論一定錯開進行。具體實施步驟如下：在每周星期一，先通過qq群本周的學習內(nèi)容要求（包括教學目標、教學重難點、內(nèi)容提要以及要思考討論的問題）、ppt課件、作業(yè)題。然后，將每周2次的大學物理授課（每次2個課時）大致進行對分。第1次課，主要讓學生按照學習內(nèi)容的要求、線索較有目的地去看慕課（這里選擇中國大學MOOC上同濟大學的電磁學部分）；課后，思考回答學習內(nèi)容要求中提出的問題，對幕課和教學資料、教材上的相關內(nèi)容進行自我內(nèi)化吸收、鞏固記憶，最后再寫出學習筆記并上交。之所以選擇慕課，是由于其講授簡潔，同樣的基本內(nèi)容授課時間只有實際授課時間的三分之一到四分之一，相對而言重點更為突出，適合給學生打基礎。第2次課，利用qq群引導學生就周一的問題進行線上相關討論，拓寬理解、加深記憶；課后，再讓學生獨立完成本周布置的作業(yè)題，并于周末前上交。作業(yè)題評講，選擇每周一評。目的是讓學生對每周的學習內(nèi)容及時進行鞏固、復習，將所有疑問盡早解決，錯誤盡早糾正，一步一個腳印地來學習。評講時間，選擇在上交作業(yè)后的下一周第1次課的新課授課前。評講方式為由老師選擇作業(yè)題批改中比較典型的一些錯誤，或一些比較新穎的解題方法，將它們截圖后利用qq群展示給學生，讓大家一起主動找錯、糾錯，展開討論。一般作業(yè)評講不超過1節(jié)課；而剩下的1節(jié)課，由學生自行看幕課上的新課內(nèi)容。如因評講導致新的慕課內(nèi)容不能看完，那么由學生課余找時間自行補上。

（二）對分課堂中所討論問題的設計

在對分課堂的實施中，教師的核心任務主要是所討論問題的設計，以及對學生討論的引導、總結。而問題的設計，又是影響討論開展質量、學生學習效果的重要因素。為了調動學生參與對分課堂討論的積極性，在設計討論題目時，教師應因材施教，選擇與授課班級多數(shù)學生能力水平相匹配的難度。題目設計最好從簡單、基礎的問題入手，讓學生通過聽課、看資料即能找到、歸納出答案，以此先讓討論能夠進行，營造出良好的討論氛圍，調動起大家的積極性。然后，再逐步將問題深入、展開。同時，盡量把復雜的問題拆分成簡單、明確的多個小問題，必要時給予一定提示，以讓更多學生有能力參與其中。針對某些授課內(nèi)容，還可最后再提供一些與實際、與前沿相結合的開放式問題，讓學生去調研更多資料，對所學進行綜合應用，拓寬知識面、激發(fā)學習動力、提高學習能力。此外，在設計問題時，教師還應重視對新物理量的引入、新定理的推導。只有基本概念、基本理論理解通透，掌握了推導方法，才能談應用。以此來糾正多數(shù)學生常常知其然不知其所以然，只習慣利用定理直接套例題，通過刷題來學學物理的錯誤方法。下面，就以靜電場部分高斯定理一節(jié)為例，給出該周的問題設計。高斯定理，其重要性不言而喻。同時，運用類比的方法，以高斯定理為基礎來學習穩(wěn)恒磁場部分的安培環(huán)路定理，還可起到事半功倍、舉一反三的效果。但由于這部分內(nèi)容的理論性強、比較抽象，對學生而言具有一定難度。故結合上述設計問題的基本思想，設計時作者更加側重學生對新物理量的引入、定理的推導等基本概念與定理的理解與思考。該部分設計的問題一共15個，具體如下：問題1：如何約定電場線與某點電場強度的方向？哪個公式表示其大小關系？問題2：電場線的特點描述以及相關證明思路？問題3：電場強度通量的物理意義？用什么符號表示？標量還是矢量？定義公式為何?問題4：面元方向如何約定？閉合曲面的正方向如何約定？問題5：高斯定理，是探求什么之間關系的定理？它是借助什么定律，利用什么性質來推導的？問題6：推導高斯定理的思路是從哪些模型逐步導出的？其對應的高斯面如何選??？這種推導思路具有什么特點？問題7：高斯定理揭示出靜電場是個什么性質的場？問題8：高斯面上各點的電場強度與哪些電荷有關？穿過高斯面的電場強度通量與哪些電荷有關？問題9：高斯定理可用來解決哪些問題？問題10：應用高斯定理求電場強度分布時，是否需要場源電荷一定具有某種對稱分布？如果場源電荷分布不具有對稱性，高斯定理還成立嗎？問題11：應用高斯定理求電場強度分布時，高斯面的選擇依據(jù)是什么？高斯面必須閉合嗎？問題12：應用高斯定理求電場強度分布時，簡述解題步驟？問題13：我們常用高斯定理來求解哪三種電荷分布模型的電場強度分布？它們所選的高斯面各自為什么形狀？問題14：如帶電模型是有限長的均勻帶電圓柱，那么求它激發(fā)的電場強度分布，可以用高斯定理嗎？簡述原因。問題15：這里的高斯定理是真空中的表達形式，那么有介質的情況下，已推出的這個高斯定理的表達式變不變？高斯定理還成立嗎？

二、對分課堂在大學物理線上教學中的實施效果分析

下面，就大學物理（二）線上實施對分課堂與上學期大學物理（一）線下傳統(tǒng)授課進行對比分析。授課對象不變，均為本校19級電子信息科學與技術專業(yè)的本科生，共79人（含2名未修大學物理一的轉專業(yè)學生）。

（一）期末考試成績對比

大學物理（一）采用線下閉卷考試，大學物理（二）采用線上閉卷考試（幕課+騰訊會議）。結果顯示：采用線上對分課堂后，學生卷面平均分明顯提高，從52分增加到68分，而占比最集中的分數(shù)段也從60分段（29.1%）上升到70分段（30.4%）。其中，90分數(shù)段的占比從0%提高到5.1%，80分數(shù)段的占比從2.4%提高到7.6%，而30分以下的低分學生占比則從21.85%下降到0%。這表明，采用此法后，學生整體掌握情況更好，優(yōu)良率提高較多，低分段的考生占比也大幅下降。但由于兩次考試的方式并不統(tǒng)一，故其成效還有待進一步驗證。

（二）授課教師主觀感受對比

相比傳統(tǒng)線下授課，針對教師的提問，線上對分課堂中學生經(jīng)常主動參與課堂發(fā)言、討論的人數(shù)明顯增多，從原來的幾人上升到十幾人、二十幾人。傳統(tǒng)課堂的討論常常會因為沒有足夠多的學生持續(xù)參與而最終冷場、終止，但線上對分課堂的討論幾乎沒有出現(xiàn)過這種情況。討論常常會因你發(fā)一條信息、我發(fā)一條信息而進行得比較熱烈，有同學甚至覺得怎么這么快一節(jié)課就過去了，有意猶未盡之感。此外，從回答問題的質量看，相比傳統(tǒng)線下授課，對分課堂的質量更高。以上，均間接反映出更多學生對知識的掌握情況得以提高，參與積極性得以增強。當然，線上教學中也發(fā)現(xiàn)，如果不采用qq群讓學生輸字、截圖等來討論，而是讓他們打開麥克風語音討論，則依然會出現(xiàn)討論冷場的局面。這也反映出學生對專業(yè)知識語言組織能力的欠缺，一定程度影響了其對對分課堂的參與度。

（三）針對學生預習和復習投入情況的問卷調查結果對比

為了更進一步掌握線上實施對分課堂后學生的學習投入程度，作者在學期末利用騰訊問卷對授課班級（79人）做了一份自愿的匿名問卷調查。最終完整填報人數(shù)為60人，占比75.9%。剩下未參與問卷的約1/4占比的學生，對本課程的學習參與度與興趣應該不高。從學生預習的情況看（單選）：采用線下對分課堂后，基本都會預習的學生占比從8.3%提高到20%，偶爾會預習的學生占比維持在55%，而不會預習的學生占比從33.3%下降到25%。從學生何時進行一次較系統(tǒng)的復習情況看（單選）：每次課后會復習的學生占比從1.7%提高到10%，每周末會復習的學生占比從13.3%提高到18.3%，每章結束會復習的占比從18.3%提高到25%，而考試前才復習的占比則從63.3%下降到46.7%。由此可見，采用線上對分課堂后，部分學生在學習過程中的投入增加，自學能力得以提高，學習過程也更為循序漸進地進行，期末突擊應付考試的學生占比有所下降。雖離期望值還有一些距離，但整體在朝好的方向發(fā)展。

三、學生對大學物理線上實施對分課堂認可度問卷調查結果分析

以下數(shù)據(jù)仍然來自上述匿名問卷。

（一）學生對不同授課方式的喜好度分析

從學生對不同授課方式的喜好看（單選）：選擇只老師詳細講授的占10%；選擇以老師詳細講授為主，偶爾隨機讓學生討論或回答問題的占15%；選老師課前給出每周學習內(nèi)容要求，并提出系列問題，然后課堂上詳細講授，讓學生帶著問題聽課，偶爾隨機讓學生討論或回答課前布置的問題的占45%；選擇采用對分課堂方式授課的占比為26.7%；選不管哪種方式都不重要，反正都是自己有空了慢慢看書的占3.3%。由此可見，大部分學生對老師直接講授的依賴度還是比較高，占到70%（10%+15%+45%）；喜歡利用對分課堂來討論和回答問題的學生只占26.7%；而認為哪種授課方式都不重要，習慣自己有空才來補學的占3.3%。如將剩余未參加問卷那1/4占比的學生也歸屬到第三類，那么折算后，對老師講授依賴度高的學生占53.2%，喜歡利用對分課堂討論回答問題的學生占20.3%，對授課方式不關注的學生占26.6%。即從學生的意愿看，還是超過一半的學生更喜歡傳統(tǒng)的授課方式；喜歡利用對分課堂的學生僅占約1/5。

（二）學生對回答提問方式的喜好分析

此題選用多選形式。選除了老師自問自答以外的任何回答方式都不喜歡的占比為10%；選喜歡不抽個體，采取集體回答方式的占比為23.3%；選喜歡采取讓個體自愿主動回答提問的方式的占比達55%（如無人主動，老師自己講）；選喜歡采取抽同學回答方式的占比僅5%；認為集體回答、主動回答、抽人回答，都可以的占33.3%。這表明，多數(shù)學生不太喜歡抽人回答的方式，而集體回答和主動回答的方式則因不會讓自己處于被動地位而更受歡迎。

（三）學生從對分課堂中討論發(fā)言的獲益分析

此題選用多選形式。調查結果表明：選擇可督促自己學習的占比為38.3%；選擇可培養(yǎng)自己表達能力的占比為40%；選擇有助于發(fā)現(xiàn)自己哪兒沒搞懂、哪兒理解有誤的占比為63.3%；選擇可利于活躍課堂氣氛，避免沉悶、打瞌睡的占比為51.7%；而認為沒啥好處，還是老師講更好的占比僅為8.3%。由此可見，絕大多數(shù)學生認為，通過對分課堂中的討論發(fā)言，有助于提高學習效果與自身能力。

（四）影響學生參與課堂討論發(fā)言的原因分析

此題選用多選形式。調查結果表明：認為課堂討論發(fā)言對學習效果沒多少提高、浪費時間，不如老師直接講的占比為10%；由于自己沒怎么學，從而無法參與討論發(fā)言的占比為11.7%；由于沒太學懂，發(fā)言不知怎么說清楚的占比為51.7%；不好意思，害怕說錯或表述不清的占比為53.3%；如果大家發(fā)言都不積極，我也不發(fā)言、免得當另類的占比為11.7%；覺得問題簡單，沒必要討論發(fā)言的占比為0%。由此可見，學生不愿主動參與討論回答的最主要原因還是對自己發(fā)言的正確性、語言表達的流暢性等沒有信心。當然，也有部分學生是因為懶惰、不愿思考，不愿課后多花時間與精力去學習，所以不能參與討論。只希望老師能把重要結論直接告知，這樣最省心。

四、對分課堂在大學物理線上線下混合式教學中的實施改進策略

通過上述將對分課堂應用于大學物理線上實踐教學以及問卷分析可以發(fā)現(xiàn)：此法一定程度提高了教學質量，激發(fā)了學生學習興趣，提高了其自主學習能力，對學生的學習也有一定督促與推進作用。鑒于此，當疫情結束，恢復正常線下授課之后，對分課堂依然值得推廣。然而，問卷分析結果也指出，雖然絕大部分學生都認可對分課堂的良好效果與自身獲益，但愿意參與對分課堂的學生比例并不高，這也使得對分課堂的優(yōu)勢未能充分發(fā)揮。這一方面源于學生學習的依賴性、惰性，另一方面也說明前述對分課堂的具體實施策略尚有不足。故下一步，擬結合線上教學與線下教學各自的優(yōu)勢，將對分課堂用于其中，并針對實踐教學與問卷分析中所揭示的問題，做如下改進：第一，將線上對分課堂中觀看其他學校老師慕課的環(huán)節(jié)，替換成授課老師線下課堂上親自講授。由于慕課上老師的授課對象和我們實際的授課對象有所差異，故替換后，結合授課對象的實際基礎與接受能力，講授將更具有針對性；同時，面授也更能促進師生間的交流。此外，老師同樣可以將自己的講授錄成視頻，在授課結束后上傳到線上平臺（如qq群或對分易），方便學生對課堂上未完全消化的內(nèi)容進行回看。而中國大學慕課上的各種資源，則根據(jù)學生自身的需求，可做選看、補充。第二，在開展線下討論之前，增加對學生整體內(nèi)化吸收情況的隨堂在線測評。老師先在課堂上1-3道針對上一次面授課內(nèi)容中基本概念、基本應用的選擇題，讓學生通過手機微信，進入對分易的在線練習來進行選擇作答。這樣做的好處是：一方面，在線練習成績直接按所設比例值計入平時成績，學生能實時看見自己得了多少分，對其有一定鞭策作用，那么內(nèi)化吸收的過程相對會完成得更好，而這也是學生能否較高質量參與討論的先決條件；另一方面，學生選擇完之后，老師馬上可以看見各個選項的選擇占比，便于短時間內(nèi)對學生整體內(nèi)化吸收情況進行較為全面的掌握，對哪些問題需要更進一步講解、討論有更好的把控。第三，將學生的課堂討論情況納入平時成績考核，以激勵所有學生積極參與對分課堂，克服其依賴性與惰性。然而，由于課堂時間的限制，不可能讓每位同學都參與發(fā)言后給予成績評定，再結合問卷中發(fā)現(xiàn)學生更喜歡自愿回答與主動回答的模式，故可采用小組選代表來匯報課前布置的問題。小組按照寢室來劃分，將所有問題預先分配到每個小組，而代表發(fā)言的成績則作為小組所有成員的討論成績。這樣一來，既便于學生以寢室為單位進行課前預習、課后內(nèi)化吸收，同時學生的準備也會更充分，發(fā)言也能更自信、更流暢，參與度可得到提高。問題的整體回答質量，預期應該比隨機抽取同學回答更高，討論冷場的局面也可避免。而榜樣的引領效應，還有利于良好學習氛圍的建立。第四，將每周老師評講作業(yè)，改成小組匯報的形式，讓其作為課堂討論的另一個內(nèi)容。先讓學生在規(guī)定時間內(nèi)把作業(yè)上傳到對分易，然后開展互評?；ピu結束后，讓學生把本小組互評中對所分配作業(yè)題遇到的解法進行匯總，給出多種正確解法，指出遇到的錯誤。而老師，只隨機抽查學生的作業(yè)與互評，并在作業(yè)討論后進行必要的總結。第五，每小組討論匯報完畢后，針對其中一些問題，老師課堂上開啟對分易的搶答功能，讓有更多其他想法的學生參與到討論中來。通過手機搶答的好處在于，學生不知道有沒有其他同學和自己競爭，不會受其他一些因素的干擾而影響其是否選擇發(fā)言。此外，作為獎勵，搶答且回答正確的學生，平時成績可以加分。第六，鼓勵學生在對分易的討論區(qū)自由發(fā)言。學生可提出自己的某些疑問，其他同學幫忙解決。由于這種討論模式可以輸文字，可以截圖，學生更易于接受，參與討論可能會更積極。同樣，討論區(qū)的發(fā)言情況，也可作為平時成績來加分。

五、結束語

對分課堂相對于教師單純講授的傳統(tǒng)課堂有著明顯的優(yōu)勢，也更能提高學生的綜合能力與學習積極性。雖然都是采用對分課堂，但純粹的線上教學和線上線下混合教學還是有所差異，故仍需通過進一步實踐來檢驗和優(yōu)化所提實施方案，以讓該授課模式發(fā)揮更大的作用。

參考文獻：

[1]教育部高等學校大學物理課程教學指導委員會，教育部高等學校物理學類專業(yè)教學指導委員會，教育部高等學校天文學類專業(yè)教學指導委員會，等.關于肺炎疫情防控期間物理類課程線上教學的調查報告[J].物理與工程，2020，30（2）：14-24.

[2]陳宏.武警院?！按髮W物理”課程“對分課堂”理論初探[J].黑龍江教育（高教研究與評估），2019（10）：57-58.

[3]梁宏.對分課堂教學模式在大學物理教學中應用的可行性分析[J].電腦知識與技術，2017，13（18）：124-125.

作者:張章 單位:西華師范大學物理與空間科學學院