閉環(huán)式教學(xué)模式在《固體物理》中的實踐和探索*

石 薇 許廣智 李一杰 張成園

(遼寧大學(xué)物理學(xué)院 遼寧 沈陽 110036)

谷 卓

(石家莊鐵道大學(xué)數(shù)理系 河北 石家莊 050053)

李永慶

(遼寧大學(xué)物理學(xué)院 遼寧 沈陽 110036)

目前, 國內(nèi)諸多高?，F(xiàn)行的主要課堂教學(xué)模式是一種把教師作為教學(xué)環(huán)節(jié)主體的灌輸式教學(xué)模式.長期在這種教學(xué)模式的培養(yǎng)下, 學(xué)生普遍存在知識記憶不牢固, 知識結(jié)構(gòu)不明確, 發(fā)現(xiàn)問題以及解決問題的能力不足等特點[1].這些問題的存在將會導(dǎo)致學(xué)生邏輯思維不夠活躍, 且創(chuàng)新能力較低.如何解決這些問題, 一直是高校理工科專業(yè)教師思考的問題.現(xiàn)如今, 高等教育已經(jīng)進入了智慧教學(xué)時代, 針對以上問題, 教學(xué)團隊以固體物理為試點課程, 從教學(xué)資源、課程內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)考核等多方面探索教學(xué)改革的新思路新方法.同時借助慕課、雨課堂等智慧教學(xué)平臺, 構(gòu)成“建立教學(xué)資源儲備庫、線上線下融合教學(xué)、課后線上答疑、依托科研項目促進知識吸收升華、全學(xué)習(xí)過程考核評價、線上收集學(xué)生反饋并完善修改課程內(nèi)容”的高效閉環(huán)教學(xué)模式, 探索科學(xué)教學(xué)方法與手段, 重點解決學(xué)生在固體物理課程學(xué)習(xí)過程中對教學(xué)內(nèi)容理解困難和創(chuàng)新思維訓(xùn)練不足的問題, 從而提升物理專業(yè)學(xué)生的整體培養(yǎng)水平.

固體物理是物理學(xué)類專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課程, 是物理學(xué)的重要分支.其教學(xué)目標是通過對該課程的學(xué)習(xí), 使學(xué)生構(gòu)建出晶體內(nèi)微觀粒子(如電子、原子等)運動的立體化物理圖像, 掌握粒子的運動規(guī)律, 并樹立起它與晶體宏觀性質(zhì)的物理聯(lián)系, 為進一步學(xué)習(xí)和研究與固體物理學(xué)相關(guān)的各種科學(xué)問題建立起初步的理論基礎(chǔ)[2].講授該門課程既要追求數(shù)學(xué)、物理上的嚴謹性, 保證知識的深度和理論的高度, 使學(xué)生具備系統(tǒng)而完整的固體物理學(xué)的理論框架, 同時, 還要不斷豐富課程的教學(xué)內(nèi)容, 拓寬學(xué)生的視野.同時, 這門課程也重在培養(yǎng)學(xué)生嚴密的邏輯思維能力, 通過物理模型的建立和不斷修正來應(yīng)用理論解釋物理現(xiàn)象的產(chǎn)生, 使學(xué)生能樹立起辯證唯物主義的世界觀, 增強學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)并達到培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力和創(chuàng)新意識的教學(xué)目標.

本文以固體物理為試點改革課程, 通過對固體物理的育人目標、閉環(huán)式教學(xué)模式的研究內(nèi)容、教學(xué)成效展開討論, 探討閉環(huán)式教學(xué)模式在固體物理中的實踐成果.

1 固體物理學(xué)的育人目標

固體物理學(xué)是人類在了解認識大自然的過程中形成的一門學(xué)科, 是多種相關(guān)學(xué)科的理論基礎(chǔ).《固體物理》既有很強的理論性, 又和生活實際緊密相連, 對學(xué)生知識儲備、素質(zhì)和能力的培養(yǎng)具有十分重要的作用[3].現(xiàn)如今, 高校理工科專業(yè)的發(fā)展目標是培養(yǎng)出能夠主動適應(yīng)當前社會的新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新經(jīng)濟發(fā)展的學(xué)生.因而物理學(xué)專業(yè)培養(yǎng)目標就建立在注重培養(yǎng)學(xué)生具有良好的物理學(xué)理論基礎(chǔ)和實驗素養(yǎng)上, 使學(xué)生了解物理學(xué)領(lǐng)域的理論前沿、最新的發(fā)展動態(tài)和高新技術(shù)的應(yīng)用前景.培養(yǎng)學(xué)生具有較強的創(chuàng)造力和繼續(xù)學(xué)習(xí)能力, 塑造學(xué)生具有勇于創(chuàng)新、適應(yīng)性強的優(yōu)良品質(zhì).在學(xué)習(xí)的過程中, 拓寬視野, 使知識立體化, 掌握科學(xué)的研究方法, 最終使學(xué)生成長為能夠進行初步的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用科學(xué)研究的物理學(xué)專門人才.

2 閉環(huán)式教學(xué)模式的研究內(nèi)容

在以往《固體物理》的教學(xué)過程中, 采取的教學(xué)模式主要是教師講, 學(xué)生被動地聽, 最終以期末考試一張試卷一錘定音.慢慢就發(fā)現(xiàn), 學(xué)生在上課時不能積極地投入到聽課環(huán)節(jié)中, 分心走神成為常態(tài), 缺乏和教師的有效互動, 疲于思考, 而是把所有精力放在了期末復(fù)習(xí)的背題、刷題中[4], 缺乏對物理理論的深入思考, 這也導(dǎo)致了教師在講課時逐漸缺少激情, 惡性循環(huán).教師在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新與協(xié)作意識中起主導(dǎo)作用, 因而筆者所在教學(xué)團隊本著“以學(xué)生為中心”的教育教學(xué)理念, 進行了閉環(huán)式教學(xué)模式探索, 具體包括以下6個方面：

(1)建立教學(xué)資源儲備庫,強力夯實教學(xué)基礎(chǔ)

教學(xué)資源是教學(xué)活動環(huán)節(jié)的重要組成部分之一, 教學(xué)團隊在以學(xué)生為主體的教學(xué)目標指引下, 對學(xué)生已具有的知識體系、接受知識的能力以及學(xué)生個體差異進行主動了解, 在這個基礎(chǔ)之上積極儲備豐富的教學(xué)資源, 建立了知識點覆蓋全面的習(xí)題庫、案例庫及熱點知識庫, 精心制作了中英文PPT, 設(shè)計了隨堂測試, 選配了多種教具模型, 積累了豐富的flash動畫和視頻素材.

(2)拓寬教學(xué)渠道,融合發(fā)展線上線下教學(xué)

國家教育部指出：要努力推進信息技術(shù)在教育教學(xué)中的整合, 鼓勵在教學(xué)中廣泛應(yīng)用信息技術(shù)手段.教學(xué)團隊充分利用“互聯(lián)網(wǎng)+”的優(yōu)勢, 在我校固體物理的課程教學(xué)中實踐了采用“雨課堂”“釘釘”“線下”等多種教學(xué)方法并行的混合式教學(xué).課前準備預(yù)習(xí)課件并借助在線教學(xué)平臺進行推送, 通過預(yù)設(shè)問題督促學(xué)生養(yǎng)成預(yù)習(xí)的好習(xí)慣；課堂以舊知識為鋪墊, 以生活、科學(xué)故事或工程實例為引導(dǎo), 引出新知識點, 達到科學(xué)復(fù)習(xí)和激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情的目的.采取提問式教學(xué)方式, 層層拆解問題, 幫助學(xué)生理清思路, 適時組織分組討論, 提高學(xué)生課堂參與度, 增強學(xué)習(xí)效果.積極開展反轉(zhuǎn)課堂, 鼓勵并引導(dǎo)學(xué)生進行逆向思維, 課后通過慕課平臺推送章節(jié)習(xí)題, 幫助學(xué)生解決重點難點問題.如此將課前預(yù)習(xí)、課堂講授、課后復(fù)習(xí)充分結(jié)合起來, 使整個教學(xué)體系形成了線上線下的有機融合.

(3)提供日常在線輔導(dǎo),減少學(xué)生學(xué)習(xí)障礙

在學(xué)生學(xué)習(xí)的過程中, 教師能提供及時的指導(dǎo)和答疑將會對學(xué)生學(xué)習(xí)有很大幫助, 這是有效教學(xué)必不可少的要素, 也是教學(xué)過程彌足珍貴的環(huán)節(jié)[5].師生廣泛參與日常教與學(xué)的環(huán)節(jié), 應(yīng)該貫穿于教學(xué)活動的始終.我們主動向?qū)W生公開了微信等溝通渠道, 并建立課程群, 隨時隨地解答學(xué)生發(fā)來的專業(yè)問題.學(xué)生遇到的疑難問題可以隨時得到解決, 避免了以往學(xué)生在課后不能及時聯(lián)系到教師, 專業(yè)問題堆積導(dǎo)致厭學(xué)的問題.這一環(huán)節(jié)得到了學(xué)生的一致好評.

(4)實現(xiàn)“教科”互動,培養(yǎng)特色鮮明的創(chuàng)新人才

教師在教學(xué)過程中將前沿性知識與課程內(nèi)容相結(jié)合為學(xué)生講授, 將科研成果反哺于教學(xué)可使科研成果得到進一步傳播和再生, 充分發(fā)揮科學(xué)研究的價值[6]；教學(xué)過程是師生雙向活動, 加強與學(xué)生的互動, 激發(fā)學(xué)生的主動性和能動性, 有利于活躍學(xué)生思維, 而學(xué)生活躍的思維也有利于科研的發(fā)展, 能使學(xué)生學(xué)到更多、更前沿的知識.“教科融合”的真正意義在于教會學(xué)生如何學(xué)習(xí), 如何發(fā)現(xiàn)新知識, 做到創(chuàng)新, 有利于培養(yǎng)有能力有意愿的學(xué)生成為特色鮮明的拔尖創(chuàng)新人才.教學(xué)團隊所有教師在教學(xué)過程中,主動選拔有能力有意愿的學(xué)生參加各自的實驗小組, 引導(dǎo)學(xué)生開展科學(xué)研究和創(chuàng)新設(shè)計, 并以學(xué)年論文和畢業(yè)設(shè)計的形式完成“教科”互動.通過“教科”互動, 學(xué)生了解和掌握了科研的一般規(guī)律, 充分發(fā)揮自身創(chuàng)新能力, 為以后從事科學(xué)研究或相關(guān)工作奠定了基礎(chǔ), 實現(xiàn)課程教學(xué)的二次升華.

(5)改革考核機制,注重過程性評價

傳統(tǒng)考核方式或是以最終期末考試試卷一錘定音[4], 或是用學(xué)生的出勤及作業(yè)情況為平時成績,再結(jié)合期末考試給出學(xué)生的最終成績.但無論哪種方法都只注重到了對于理論知識的考核, 忽略了對學(xué)生的整個學(xué)習(xí)過程的考核, 因此在類似考核方式下, 很多學(xué)生不注重整個教學(xué)周期中的學(xué)習(xí)過程, 只是在期末考試前進行突擊學(xué)習(xí), 臨時抱佛腳就可以通過考試.而實際上, 整個學(xué)期中那些認真鉆研課程內(nèi)容的學(xué)生獲得知識及能力提升, 相比試卷考核內(nèi)容要多得多, 這是傳統(tǒng)考核方式無法反映出來的.因此,我們實踐了多方式的全程化的考核方式, 建立了考試題庫, 隨機抽取考試試題；建立形成性評價的考核改革模式, 目前我校也在全校推進形成性評價機制.我們將線上統(tǒng)計的課堂答題情況、章節(jié)作業(yè)、課堂小測以及期中考試在最終成績中的占比，由原來的20%提升至40%, 主要體現(xiàn)知識與創(chuàng)新的評價、學(xué)習(xí)能力與態(tài)度的評價等要素[7]. 整體考核環(huán)節(jié)弱化死記硬背、公式記憶等考核模式, 強化對理解問題、解決問題能力的考核. 如此便減輕了期末考試的壓力, 倒逼學(xué)生加強重視整個學(xué)習(xí)過程, 整體提升知識學(xué)習(xí)運用能力.

(6)及時收集反饋,補充完善授課內(nèi)容

課上根據(jù)學(xué)生互動情況及時與學(xué)生就課程內(nèi)容進行交流.課下, 定期制作不記名調(diào)查問卷, 線上收集學(xué)生意見.同時, 借助“雨課堂”平臺, 學(xué)生可以在課后對理解不深或有疑問的知識點按動“不懂”按鈕, 教師整理收集學(xué)生不懂的知識點, 再次進行補充講解.根據(jù)學(xué)生的反饋信息, 合理優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、制定教學(xué)計劃, 實現(xiàn)閉環(huán)式教學(xué).這種模式能夠有效提升學(xué)生的參與感, 調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性.

3 試點課程的教學(xué)成效

在國家創(chuàng)新型人才需求較大的背景下, 探索出一條更為合理的適用于物理專業(yè)、乃至所有理工科專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)途徑是當前教育的重任.閉環(huán)式教學(xué)模式實施以來, 受到物理專業(yè)學(xué)生的普遍歡迎和好評, 學(xué)生對固體物理、量子力學(xué)等專業(yè)課程產(chǎn)生了濃厚的興趣, 同時學(xué)生對課堂知識的吸收轉(zhuǎn)化率也得到了大幅提高.該教學(xué)模式的實行, 激發(fā)了學(xué)生們的學(xué)習(xí)熱情, 使學(xué)生樂于積極思考、愿意不斷探索, 學(xué)生總體學(xué)習(xí)成績有了較大提升, 同時涌現(xiàn)了一批表現(xiàn)出色的學(xué)生, 僅2021年, 我院物理專業(yè)就有24人升學(xué)至中國科學(xué)院大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)等國內(nèi)一流科研院所和高等院校繼續(xù)深造, 占物理學(xué)專業(yè)畢業(yè)生總數(shù)的31.2%.總之, 閉環(huán)式教學(xué)能不斷完善學(xué)生的知識結(jié)構(gòu), 提升學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量, 提高學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力, 是富有成效、特色鮮明、具有良好輻射性的一種教學(xué)模式.

4 結(jié)論

“建立教學(xué)資源儲備庫、線上線下融合教學(xué)、課后線上答疑、依托科研項目促進知識吸收升華、全學(xué)習(xí)過程考核評價、線上收集學(xué)生反饋并完善修改課程內(nèi)容”六位一體的高效閉環(huán)教學(xué)模式, 實現(xiàn)了“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念, 完成了傳統(tǒng)的以“教師教授為主”的模式向以“學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主”的模式轉(zhuǎn)變, 為增強學(xué)生學(xué)習(xí)興趣, 提升教育質(zhì)量, 提高學(xué)生能力和綜合素質(zhì)提供了有利抓手, 取得了顯著的教學(xué)效果, 是一套易操作、易推廣的教學(xué)模式.在取得成效的同時, 我們也清醒地認識到, 任何一種教學(xué)模式都需要在教學(xué)過程中, 根據(jù)學(xué)生實際情況, 反復(fù)實踐, 不斷錘煉, 適時調(diào)整, 才能更加成熟和完善.