基于SPOC的大学物理课程混合式教学设计——以驻波为例

基于SPOC的大学物理课程混合式教学设计——以驻波为例

李静,邓建杰,周林,张慧,张静,胡毅,游泳

北京理工大学珠海学院 广东省珠海市 519088

摘要：为了适应信息化时代学生学习特点，提高大学物理教学效果，通过基于SPOC的大学物理混合式教学模式,强调以学生为中心、注重过程性评价的原则对课程进行整体设计。在总设计思路的指导下以驻波为例从学情分析、教学目标、学习目标、导学案、三阶段测评等方面设计实施方案，调动了学生学习主动性与参与度，更全面了解学生学习动向并及时调整教学策略，最终形成可持续改进的教学过程。

关键词：SPOC 导学案 教学设计

基金项目：2020年北京理工大学珠海学院校级教改项目“基于SPOC的大学物理混合式教学研究与实践—教学设计研究与实践”（项目编号2020003JXGG）

   继2012年开始MOOC掀起了教学改革的风潮，随后SPOC（Small Private Online Course，小规模限制性在线课程）教学模式应运而生，它是建立在MOOC基础上的一种翻转课堂，学生借助MOOC平台上的资源进行线上学习，线下在课堂上通过老师的讲解、同学互动、课堂测验等形式检验自学效果加强自主学习意识，有效地结合了MOOC和传统教学的优势，调动了学生学习主动性，加强了师生、生生之间的互动。

随着“互联网+”时代的到来以及疫情带来的机遇和挑战，学习环境发生了极大的变化，新时代大学生在获取知识、接受知识方面也有了不同的要求，比如对新鲜事物有很大的好奇心，又具有更喜欢碎片化学习的习惯，传统的课堂讲课模式需要改变[1]，2020年5月，教育部高等教育司司长吴岩在教育部新闻发布会上指出:“我们再也不可能、也不应该退回到疫情发生之前的教与学状态，因为融合了'互联网+智能+技术’的在线教学已经成为中国高等教育和世界高等教育的重要发展方向[2]。目前国内已经有很多学校采取了这种有效的教学模式[3-6]，比如同济大学等高校已经摸索出了一些行之有效的方法。但是，与同济大学相比，我校是应用型本科大学，学生培养目标和学生学习习惯还是有很大差异的。经过三年的不断摸索，利用本校教师在超星平台建立的省级精品在线开放课程，我们已经完成了一套比较适合应用型本科类大学的大学物理混合式教学设计方案。

1 大学物理混合式教学总体教学设计思路 图1

首先，大学物理课程设计的总体设计本着以成果为导向、以学生为中心、注重形成性评价、可持续改进的线上线下混合式教学为指导思想来展开，以切实达到能够提高学生的学习参与度，变被动为主动，加强师生、生生间的互动，实时关注学生学习动向，调
整教学策略，来提高教学质量培养新时代人才的需求。

其次，总体教学设计以大学物理的课程地位、学情分析为出发点，依据本校学生的习得特点来制定预期教学目标，并将教学目标分为知识、能力、价值三个层次。预期学习成果与预期教学目标是相呼应的，同时又要从学生角度依据实际出发进行预设。在教学目标和学习成果确定好的前提下再来设定教学内容，并遵循物理的学科特点、发展规律、系统性，以及教育部高等教育大学物理教学指导委员会设定的课程指导为参考。为适应信息化时代学生碎片化学习特点采用基于SPOC的线上线下相结合的教学模式，在教学方法上不拘泥于单一模式，比如问题启发式、探究式、任务驱动式、讲授式等等相结合，最大程度上调动学生的学习主动性，并且帮助教师通过超星学习平台及时得到学生的学习情况反馈，完善课程考核体系，不再单一的以期末成绩论成败，同时也能适时的反馈教学环节出现的问题，并及时进行调整。

最后，教学设计的各个环节之间并不是相互独立的，而是具有承上启下的关联的，比如教学模式和教学内容的选择依据预期教学目标和预期学习成果来设定，同时教学模式和教学方法的实行过程中又能体现预期教学目标和预期学习成果过的合理性，这样在整个教学设计的实施过程中可以使得各个环节形成一个有效的、可持续改进的闭环，以达到真正能够提高教学质量的目标。

2 以驻波为例的教学设计方案

2.1学情分析

驻波是大学物理课程中振动和波动部分的重要内容之一，在介绍驻波之前已经讲授了振动的叠加、机械波的传播原理、波的干涉等内容。日常生活中古筝、琵琶、笛子、萧等管弦乐器的音调设计就是应用驻波原理。在工程上，建筑物声场和桥梁设计也与驻波密切相关。同时驻波理论是“激光原理与应用”、“工程电磁场理论”等课程的重要理论基础，这些课程又是物理类、电气工程及自动化、测控技术与仪器等专业的核心课程[7]。

我校是以理工科专业为主的应用型本科院校，大多数学生来自省内，物理学基础相对不高，但是对未知事物充满了好奇，如何能透过表象看到物理本质，如何能把理性的物理公式和感性的生活认知联系起来，则需要教师加以引导，尤其是需要通过简单有效并且生活化的实例来加强学生对这一部分内容的直观感受[8]。处在网络发达的信息时代学生更适应碎片化学习，学生的抽象思维能力薄弱，需要教师结合演示实验、数值模拟动画等多元化的教学方法，给学生以视觉和感知上的冲击，带领学生把物理模型理想化并转化成数学语言，再进行理论分析才能更好回归到生活实际。

2.2教学目标、预期学习成果

从知识方面，掌握驻波的形成条件，理解驻波的形成过程并分析驻波特点（波腹、波节以及中间各点的振动规律等），学会建立驻波方程，能够将获得的驻波方程和演示实验观察到的驻波特点一一对应。

从能力方面，应该与学生的专业相结合，通过对实例比如激光谐振腔、噪声污染监测等的分析，让学生学会根据实际问题建立物理模型，对所学物理原理在工程技术中的应用有一定的认识。

从价值方面，中国古代的编钟、鱼洗等都是利用了驻波原理，通过这些生动的实例让学生感受古人的智慧。喷气式飞机的马赫环、利用NASA数据研究人员发现了地球磁层边缘的驻波等科学实例可以激发学生学习的动力和紧迫感。

2.3
教学模式、方法

图2 基于spoc借助超星学习通的线上线下混合式教学设计——驻波

教学模式采用基于SPOC的线上线下混合式教学，主要通过学习通完成线上学习和课堂互动，具体操作流程见图２。本节课采用的教学方法主要通过实验演示法激发学生学习兴趣和对现象的直观认识，问题驱动法提高课堂参与度，理论讲授法体现物理知识的严谨性，数值模拟动画培养学生从感性到理性的认知能力。

2.4教学活动

2.4.1课前

学习通发布预习通知，包括导学案、线上学习任务点及截止时间。导学案主要起到导学、导思、导练的作用，从驻波的重难点分析到学习方法，从课前预习需要掌握的知识到课后需要思考的问题，从知识的理论分析方法到工程应用范围，都在导学案中给出说明。线上学习任务点包括在线开放课程视频、预习测验、阅读文献、提出一个预习问题等。教师实时关注学生线上学习进度（比如学习通统计的学生视频观看反刍比反映了知识点的难易度）和预习测验完成质量，调整线下教学过程。学生通过测验检查不足，反复学习反复测评，整理预习疑难问题。

2.4.2课中

教师首先复习波的干涉知识，通过吉他弹奏的手法和调弦方法引出驻波概念，评价学生预习情况。然后邀请学生上台协助完成驻波演示实验，引导学生分析驻波特点、形成条件，发布线上分组讨论话题“给出入射波和反射波波函数，利用波函数给出驻波中某一介质质元的振动方程”，通过组长汇报总结得出驻波方程，老师总结讨论结果强调驻波是波的干涉，其本质就是两列相干波在干涉点引起振动的叠加，再借助学习通“选人”或“抢答”的方式启发学生利用获得的驻波方程解释实验观察到的驻波特点。最后介绍弦乐器的本征频率与驻波的关系，与课题引入中吉他调弦的问题相呼应，并加以介绍编钟、飞机的马赫环等知识启发学生，最后发布课堂练习检验学习效果。对于学生来说带着预习疑问来上课，通过参与课堂互动答疑解惑、获取新知。

2.4.3课后

教师学习通发课后布作业。学生参与作业互评提高学习参与度和对知识点的巩固。课后思考一：比较鱼洗水面的驻波和绳子上驻波的异同，从而将一维驻波延伸至二维驻波的认识，并推荐学生阅读北京大学穆良柱老师关于《鱼洗之谜》的视频。课后思考二：驻波中的“驻”字的含义？可以从波形、相位、能量等角度展开思考[9]。同时在学习通提供教师在各种期刊上收集的前沿应用供学生学习，拓展知识面。

2.5课程考核评价

课程考核除期末考试以外，更注重对学生整个学期表现的过程性考核，学生的所有表现都可以通过学习通记录下来，主要体现在三阶段测评（课前、课中、课后测验）和平时互动表现。视频观看完成度、课前测验、签到、课堂互动和课后测验分别占平时成绩的30%、15%、5%、15%和30%，回答课前预习问题、课中测验、随堂练习、选人、抢答等环节的表现都记录到课堂互动成绩中，课后作业中除课后测验外还包含知识点思维导图、课外阅读小论文等。

通过问卷调查，有79.7%的学生表示对采取线上线下混合的教学模式表示非常满意或满意，线上学习中视频观看、随堂练习、互动等构成的平时成绩与期末考试成绩表现出了正相关性，经过几年的教学实践我们跟踪本校材料学院不同年级相同专业学生的学习成绩，通过对比学生平时成绩标准差从18.16降到7.2，总评成绩标准差从13.12讲到11.01。

3 结束语

大学物理中驻波这一讲的教学设计围绕线上线下的教学模式展开，贯穿以学生为中心的设计宗旨，结合多种教学方法和线上线下互动提高学生的参与度，教学内容设计上遵循认知规律，贴合应用型本科院校学生的学习特点，拓展应用上注重选取适当的思政元素融入课堂，育人与育才并举。课程考核贯穿整个教学活动中，能对预期学习成果给出及时反馈，同为后续的教学安排给出有效指导。

参考文献

1安宇. 为什么传统的课堂讲授模式需要改变[J].物理与工程，2018年，28（6）：21～23.

2吴岩.教育部新闻发布会[N].潇湘晨报.2020-05-14(2)

3刘海兰，顾牧，吴天刚，等.“大学物理”课程在线混合式教学的改革与实践～.物理与工程[J]，2020，30（4）：3-11，25.

4刘红兵,熊汗溱,章世嗄,王爱星.基于SPOC的“大学物理"混合式教学探索与实践——以东华理工大学为例.东华理工大学学报[J],2019,38(1):85-87,91.

5于淑云，刘建强．基于SPOC的翻转课堂教学模式在大学物理教学中的应用[J].物理与工程，2016，26(Z1)：143．146