基于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動力的大學(xué)理科教學(xué)改革

陳毅湛 曾慶光 趙麗特 李遠興 楊為家

(五邑大學(xué)應(yīng)用物理與材料學(xué)院 廣東 江門 529020)

1 引言

在科技高度發(fā)展的今天，高等教育有著越來越重要的位置.特別是大學(xué)理科教學(xué)在當今高等教育中占據(jù)愈加重要的地位.很多教育專家都從不同角度對大學(xué)理科教學(xué)進行多方位的研究.在20世紀60年代，Benjamin S. Bloom 從教育分類的形式出發(fā)，提出理解、應(yīng)用、分析、推理、創(chuàng)造的教學(xué)方法比記憶式的教學(xué)方法，更能促進高層次的教育，促進學(xué)生掌握知識[1].在21世紀初，各高等教育學(xué)專家紛紛提出了各種有效的教學(xué)方法改革，比如 DeeL. Fink 的一體化課程設(shè)計，將教學(xué)目標、教學(xué)策略和教學(xué)評估進行有效整合[2，3].B.J. Millis 和 M.J. Prince 提出一種基于活動和反思的互動式教學(xué)模式[4，5]，該教學(xué)模式也正好吻合了 Benjamin S. Bloom 的教學(xué)分類理論.W. E. Cashin 和 S.D. Brookfield提出高效率講義及高效率課堂討論等教學(xué)模式，從課堂角度出發(fā)進行改革，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果[4，6，7，8].University of British Columbia (UBC) 在高等教育理科教學(xué)過程中也提出了多方面的教學(xué)改革方法，比如提升學(xué)生學(xué)習(xí)動力，團隊學(xué)習(xí)等不同方法[9,10].

我們團隊目前參加了在加拿大英屬哥倫比亞大學(xué)(UBC)進行的為期半年的大學(xué)理科教學(xué)研討.在此過程中，本文從 Benjamin S. Bloom 的課程教學(xué)目標式出發(fā)，結(jié)合教學(xué)目標、教學(xué)策略和教學(xué)評估一體化教學(xué)過程，通過互動式、課堂討論、分組學(xué)習(xí)、可視化教學(xué)等模式，提升大學(xué)理科的教學(xué)水平.筆者探索了一種基于多維度、互動式教學(xué)模式，旨在提升學(xué)生學(xué)習(xí)動力的教學(xué)方法.

2 國外教學(xué)研討學(xué)習(xí)

自 2018 年 9 月 3 日抵達加拿大溫哥華后，在 UBC 研修學(xué)習(xí)了6個月.主要研修內(nèi)容分為課堂觀課、教學(xué)法講座、學(xué)術(shù)英語、自主學(xué)習(xí)活動、課外考察、微格教學(xué)、課程重新設(shè)計以及集體教學(xué)反思.下面主要從課堂觀課和教學(xué)法講座兩方面進行探討.

2.1 課堂觀課

項目組將筆者和其他5位均從事大學(xué)物理教學(xué)的國內(nèi)兄弟院校的教師(西安科技大學(xué)張欣、湖南理工學(xué)院羅良、廊坊師范學(xué)院張振奎、湖北工業(yè)大學(xué)鄧罡、重慶大學(xué)吳小志)安排在一個學(xué)習(xí)小組，集中安排物理課程的觀課學(xué)習(xí).

我們物理組安排的觀課課程是《Introduction to Physics》，這門課在國外也叫 PHY100，是一門基礎(chǔ)的大學(xué)物理課程，是非物理專業(yè)和非工科學(xué)生的基礎(chǔ)課，適合低年級本科學(xué)生.并且這門課程的主要內(nèi)容是：運動學(xué)、力學(xué)和熱學(xué)這幾部分.主講教師(Instructor)是一名年輕有活力的教師 Jared Strang.

(1)在教學(xué)過程中，充分體驗了教學(xué)內(nèi)容的深度和應(yīng)用價值，特別針對物理教學(xué)，這是一門基礎(chǔ)的廣泛知識性的基礎(chǔ)理論課.其中包括熱學(xué)、力學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)及近代物理學(xué).每個內(nèi)容都和產(chǎn)業(yè)息息相關(guān).在 UBC 的教學(xué)內(nèi)容里，他們一個學(xué)期 48 個學(xué)時的學(xué)習(xí)，只針對力學(xué)和熱學(xué)，而我們在國內(nèi)是要上力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)這3個部分，由于電磁學(xué)部分占了一半的學(xué)時.換言之，UBC的教學(xué)進度是國內(nèi)的一半.但在授課深度上深了很多，這個比國內(nèi)教學(xué)內(nèi)容的廣而泛有提高，特別是在內(nèi)容上針對各種應(yīng)用開展，把理論和應(yīng)用結(jié)合起來，而不是脫節(jié)，這對學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)就更有吸引力了.課程內(nèi)容或習(xí)題很多涉及生活中的例子，如通過熱傳導(dǎo)分析多種材料(玻璃窗子、木頭墻壁等)對房子保暖效果的影響、通過熱輻射分析溫室(Green House)效應(yīng)等，給學(xué)生直觀印象是物理有用(Physics Works)，這點非常值得我們借鑒.可見這對工程專業(yè)學(xué)生就更有激勵了.

(2)充分利用互動環(huán)節(jié).首先采用 iClicker 選擇答案，學(xué)生上課前事先在網(wǎng)上閱讀課程相關(guān)資料(文檔和視頻)，網(wǎng)絡(luò)上有各學(xué)生預(yù)習(xí)和答題的記錄，這是學(xué)生成績的一部分.預(yù)習(xí)要求所有相關(guān)知識點，課堂上絕大部分是以“習(xí)題+講解”形式完成整個課堂，這種課堂模式有點像講解習(xí)題，跟“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)模式有點類似.習(xí)題冊(Worksheet)是課前教師發(fā)給學(xué)生的.課上的習(xí)題基本分為兩類：一類是選擇題，每個選課的學(xué)生有自己的答題器iClicker，可以通過答題器將答案發(fā)送到教師的電腦，然后教師可以通過投影儀呈現(xiàn)學(xué)生的答題情況，了解學(xué)生的掌握程度，學(xué)生先單獨選出自己的答案，然后,選擇不同答案的同學(xué)百人比會顯示出來.另一類是大型計算題(Material-rich)，這些題目信息量大，有一定難度，教師會先將問題分解，在給出完整解答之前，分解出一些和題目相關(guān)的基本知識點，如選擇題，讓學(xué)生們進行理解.隨后，通過幻燈片將教師在紙上的解題過程呈現(xiàn)在屏幕上.每道題結(jié)束后會安排學(xué)生提問并解答.iClicker 回答可以看出學(xué)生的出勤率，也可以看出學(xué)生對知識的掌握程度.這種采用 iClicker 的學(xué)習(xí)方式也可以有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并且快速檢查學(xué)生的學(xué)習(xí)效果.

其次，很注重課堂上學(xué)生之間的交流.前面采用 iClicker 是促使教師、知識、學(xué)生之間建立橋梁，而團隊討論(Check with your neighbor) 也就注重學(xué)生之間的交流學(xué)習(xí)了.這種方式可以讓學(xué)生加深理解知識，提高學(xué)習(xí)氛圍，也在間接之中激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動力.個人覺得國內(nèi)在教學(xué)改革上可以推廣激勵學(xué)生的兩種方法——采用 iClicker 選擇答案和學(xué)生之間在課堂上短時間互相交流.

(3)教師把大量的時間放在準備材料和視頻教學(xué)上.首先這種以練習(xí)為主的課堂教學(xué)是需要有一個專門的教學(xué)改革團隊完成一些教學(xué)環(huán)節(jié)的準備工作.這是需要大量的準備資料的環(huán)節(jié)，從收集、整理、分類、分析都需要大量的人員來完成該項工作.所以，在 UBC 有著一個專門由學(xué)校組建的教授團隊，總負責(zé)該項教學(xué)改革的工作，還要有相應(yīng)的輔助機構(gòu)完成視頻、題目、動畫等的收集.其次，這里充分利用助教的協(xié)作.助教可以幫教師發(fā)放資料，協(xié)助教師進行演示實驗，在做題過程中有問題幫忙答疑，協(xié)助講解題目等.一個容納約300名學(xué)生的教室，必須有兩個以上的助教進行教學(xué)輔助，而助教也可以通過教學(xué)實際鍛煉得到很好的成長.

再次，由于基礎(chǔ)理論課是在一個大教室上課，這對投影、板書、音響等都有較高的要求.特別是教師的解題板書，基本采用在紙上講解，通過投影轉(zhuǎn)換到投影儀上，可以說是非常完善的多媒體教學(xué)系統(tǒng).解決了很多由于板書不清晰造成視覺效果差的問題.

最后，在準備教學(xué)資料時，非常重視實驗演示(Demo).比如聲波隨相位干涉實驗，通過實驗儀器，現(xiàn)場把聲波強度改變的效果播放給學(xué)生觀察，這種現(xiàn)場演示實驗給學(xué)生的印象是很深刻的.當然這也需要專門的團隊來輔助完成.這些細致完善的教學(xué)資源的準備，也很好地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

(4) 在觀課過程中，我們發(fā)現(xiàn) UBC 大學(xué)對教學(xué)改革的投入，對資金、團隊、設(shè)備、理論的投入是巨大的.這里有一流的教授參與組建教學(xué)改革團隊，包括各學(xué)科的教授們，也有一些勇于改革創(chuàng)新的一線上課教師.這里還有諾貝爾物理獎、化學(xué)獎獲得者，組建統(tǒng)籌一系列教學(xué)改革.其中，Brett Gilley 老師是 Carl Wieman 理科教育提升計劃中(The Carl Wieman Science Education Initiative，Cwsei)的核心成員，雖然他的專業(yè)不是物理學(xué)科，但他提出互動式教學(xué)的教學(xué)模式，給我們的印象很深刻.他靈活地采用演示實驗、交流互動、實際案例分析等手段，充滿激情的授課時刻影響學(xué)生，能夠深深吸引學(xué)生的注意力.這種活動性教學(xué)模式，充分地激發(fā)學(xué)生對學(xué)習(xí)的興趣.這里要特別提一下， UBC 大學(xué)多年來一直開展提升本科生理科教育水平的教研項目.該項目包含4個方面：確定學(xué)生需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容、科學(xué)評價學(xué)生的真實學(xué)習(xí)情況、采用指導(dǎo)方法和課程與有效技術(shù)及教育研究去達到需要的學(xué)習(xí)成效，推廣和采用有效的教學(xué)模式和方法.

2.2 教學(xué)法講座

教學(xué)法的講座基本是UBC教學(xué)有關(guān)的研究和實踐.為了幫助我們更好地沉浸在相關(guān)的教學(xué)學(xué)術(shù)活動中，項目組安排了 Sunita Chowrira作為我們的學(xué)術(shù)導(dǎo)師，幫助我們更快地適應(yīng)后面的教學(xué)學(xué)術(shù)活動.

(1)學(xué)術(shù)導(dǎo)師Sunita Chowrira教授的 “UBC Science one-An Innovative to Teaching Science”，這個 Science One 是一個非常有挑戰(zhàn)的教學(xué)改革課題.具體實施方式是，針對大一的學(xué)生，通過申請和選拔 100 名優(yōu)秀的學(xué)生，在未來兩年課程學(xué)習(xí)中，不分專業(yè)的開展數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物、計算機課程的科學(xué)理論學(xué)習(xí).這是一種全方位的理科背景學(xué)習(xí)模式，并且由 UBC 最有經(jīng)驗的教師授課.通過數(shù)據(jù)分析，對照其他沒參加該項目的學(xué)生，該Science One 學(xué)生的學(xué)習(xí)成績非常優(yōu)秀.

(2)Javel Iqbal教授的“Co-operative Educa-tion Program” 這是一個針對大學(xué)實踐教學(xué)的很好例子，和我們國內(nèi)大學(xué)開展“3+1”實踐教學(xué)改革很類似.在UBC 的本科教學(xué)過程中，有著 5 年制的學(xué)制模式.在這期間，學(xué)生可以申請 1 年半實習(xí)機會，并且時間安排非常合理.形式是多樣的，特別是針對實習(xí)單位的國際化，這方面做得很出色.這也不得不提，這個項目是有著一系列教師和職員組建成的全校的管理團隊.該團隊每年為在校的工程及科學(xué)背景的大三大四學(xué)生提供 1 500 個實習(xí)單位，其中還不乏國際著名企業(yè).該團隊的管理細致化、合理化、國際化是非常值得我們借鑒的.

(3)Pawel M. Kinder教授提出的 “What and how students learn through Porblem Based Learning(PBL) and Case Based Learning” 這個課題主要針對新型教學(xué)方法的探索.相比普通課堂教學(xué)模式，該模式是針對某個實驗或課題，學(xué)生自主搜索資料，自主學(xué)習(xí).

(4) Brett Gilley 的 “Active Learning and Research Based Instructional Strategies”.這個是非常有趣的教學(xué)改革模式，也深深體現(xiàn)在我們的觀課課堂教學(xué)上.Brett Gilley老師是Carl Wieman理科教育提升計劃中( The Carl Wieman Science Education Initiative，CWSEI)的核心成員，他提出活動性教學(xué)的教學(xué)模式.他靈活地采用演示實驗、交流互動、實際案例分析等手段，充滿激情的授課時刻影響學(xué)生，能夠深深吸引學(xué)生們的注意力.其中體會最深的是 UBC 以學(xué)生為中心，全方位促進學(xué)生主動學(xué)習(xí)的教學(xué)模式在全體教師的教學(xué)過程中得到了廣泛應(yīng)用.

3 激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動力的教學(xué)模式探索

通過對 UBC 大學(xué)理科教學(xué)的課堂觀課及教學(xué)法講座等方面的學(xué)習(xí)，我們針對目前在國內(nèi)所從事的大學(xué)理科教學(xué)進行了一些改革探索.下面對旨在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動力的教學(xué)方法，如多維度教學(xué)、互動式教學(xué)等進行探究.

3.1 在教學(xué)目標上進行改革

根據(jù) Benjamin S. Bloom 教學(xué)設(shè)計過程可以分為3大部分：課程目標、教學(xué)策略及教學(xué)反饋.本文提出以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，針對學(xué)生學(xué)習(xí)過程進行分類，在教學(xué)上的各個環(huán)節(jié)對教學(xué)策略和教學(xué)反饋展開分析，提出旨在提高學(xué)生學(xué)習(xí)動力的大學(xué)理科教學(xué)模式.

我們建立一個合理課程教學(xué)目標，該教學(xué)目標是圍繞著學(xué)生掌握課堂相關(guān)的知識，為學(xué)生后續(xù)專業(yè)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ).而在國內(nèi)大學(xué)理科教學(xué)過程中，我們發(fā)現(xiàn)普遍存在一個教學(xué)時間短、教學(xué)任務(wù)重的現(xiàn)象，即廣而泛.該教學(xué)模式對專業(yè)性越來越強的今日，顯得有點不太適應(yīng).在目前國際較為完善的高等學(xué)校理科教學(xué)理念中，是一種教學(xué)目標較為集中，結(jié)合應(yīng)用，具有一定深度的教學(xué)目標.這個恰恰是一種體現(xiàn)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動力的教學(xué)模式，讓學(xué)生集中精力，把基本理科理論掌握，促進專業(yè)知識的學(xué)習(xí).所以，建立一種簡而深的大學(xué)理科教學(xué)模式可以促進學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

3.2 在教學(xué)策略上進行改革

在教學(xué)策略上，我們把教學(xué)過程分成了多個模塊進行改革.目前在國內(nèi)大學(xué)理科教學(xué)過程中，主要存在課前學(xué)生沒有對知識進行初步了解，學(xué)習(xí)資料只限于書本上，這在目前互聯(lián)網(wǎng)發(fā)達的今天，是嚴重滯后了.在上課前，我們可以把學(xué)習(xí)資料，包括講義和相關(guān)的演示資料發(fā)給學(xué)生，并要求學(xué)生下載相關(guān)的學(xué)習(xí)資料和相關(guān)應(yīng)用背景資料.促進學(xué)生對所學(xué)知識的了解，增強其學(xué)習(xí)的興趣，激發(fā)其對基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)探索的動力.

同樣在課堂教學(xué)過程中，我們大學(xué)理科教學(xué)策略經(jīng)常存在較為單一的教學(xué)模式，常常以教授書本知識為主.往往忽略了多種教學(xué)策略的使用，促使學(xué)生多維度、互動式、討論式學(xué)習(xí).圖1為激勵學(xué)生學(xué)習(xí)的多維度教學(xué)模式.

圖1 激勵學(xué)生學(xué)習(xí)的多維度教學(xué)模式

基于目前教學(xué)活動的多樣化，在教學(xué)過程中，邀請優(yōu)秀學(xué)生作為助理教師(TA)，協(xié)助教師完成教學(xué)活動.在課堂教學(xué)過程中，增加課堂互動式教學(xué)環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生對教師提出的問題積極思考，尋求解決難點問題的思路，在師生交流互動中突破教學(xué)難點問題.把理論知識轉(zhuǎn)化為可視化內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)活力.通過學(xué)生分組討論模式，教師作為課堂的組織者，讓學(xué)生通過討論學(xué)習(xí)，互相交流，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)活力.通過適時的小題練習(xí)和課堂演示，如翻轉(zhuǎn)課堂模式，對學(xué)生所學(xué)知識進行測試，比如增加一個選擇控制器(Clicker)，促使學(xué)生即時反饋對知識的理解掌握情況，檢查學(xué)習(xí)效果.這種靈活的互動式教學(xué)形式，可以大大激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動力.

3.3 在教學(xué)評估上進行改革

教學(xué)評估也是一個非常重要的教學(xué)環(huán)節(jié).在國內(nèi)的大學(xué)理科教學(xué)過程中，往往忽略了教學(xué)評估的教學(xué)環(huán)節(jié).學(xué)生學(xué)習(xí)的反饋正是在該過程中展示出來.我們在課后應(yīng)增加合理的答疑環(huán)節(jié)、適當?shù)淖鳂I(yè)練習(xí)以及相關(guān)的測試模式.本文提出一種二步法的考試方法.該方法針對常規(guī)個人考試，增加了團隊考試，該團隊考試是一種創(chuàng)新模式,可以有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)的活力.同時，建立一種高效的反饋機制，對教學(xué)進行了合理的反饋.

4 結(jié)束語

總之，在加拿大 UBC 大學(xué)這6個月的研修學(xué)習(xí)中，讓我們學(xué)習(xí)到一些實用的教學(xué)方法，特別是針對科學(xué)理論教學(xué)的內(nèi)容、上課模式、教學(xué)準備等方面進行提升，進而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性(Motivate).同時讓筆者領(lǐng)略了加拿大的文化氣息，提高自己的國際化視野.還收獲了很多先進的教學(xué)模式，結(jié)合我們國內(nèi)現(xiàn)有的教學(xué)實踐進行對比，我們可以借鑒和提升高等教育理科教學(xué)的教學(xué)水平.同時，非常感謝國家留學(xué)基金委給予我們在 UBC 學(xué)習(xí)提升的機會，感謝 UBC 項目組的各位老師及教學(xué)改革教授們的辛勤付出.