对分课堂在大学物理教学中应用

摘要：肺炎疫情期间，将对分课堂应用于大学物理线上教学。总结了实施对分课堂的步骤以及设计所讨论问题的思路，并以静电场中高斯定理为例给出了设计的具体问题。将实施效果与上一学期的线下传统授课进行对比，并就学生对对分课堂的认可情况进行了问卷调查与分析。针对分析结果，为疫情后利用线上线下混合教学模式实施对分课堂提供依据，并提出改进策略。

关键词：对分课堂；混合式教学；大学物理；问卷调查；高斯定理

2020年上半年，由于肺炎疫情的暴发，全国各地的高校基本都采用线上教学模式来进行授课[1]。利用传统授课方式进行线上教学，最大的弊端是：老师容易一个人激情澎湃地自说自话，而真正跟随老师思路在走的学生却较少。原因很简单：教师看不见学生，缺少直接交流，对学生的吸收反馈难以把握，互动成为难点；学生没有了听课的氛围，缺少了老师的督促，容易在听课中走神，甚至彻底放弃听课。而大学物理，由于其理论性较强、推导较多，对学生有一定难度，故更易导致线上教学的弊端放大，从而严重影响教学效果。鉴于此，作者决定改变直接线上授课的传统方式，利用对分课堂来进行尝试与探索。对分课堂是2014年张学新教授综合传统讲授式课堂和讨论式课堂各自的优势所提出的一种新型教学模式，其核心是：把一半课堂时间分配给教师讲授，另一半分配给学生以分组讨论的形式进行交互式学习。其把教学在时间上清晰地分为教师讲授、内化吸收和讨论三个过程，简称PAD课堂。其关键创新在于把讲授和讨论的时间错开，让学生在课后有时间自主安排学习，进行个性化的内化吸收[2-3]。显然，对分课堂的这一特点，对实施线上教学恰好是有利的。它既便于督促学生课后自主学习、发挥其主观能动性，同时又可通过讨论交流来了解学生的掌握情况，及时对不清楚的地方、理解困难的地方进行有针对性地引导思考与进一步讲解，避免了老师“一言堂”，让课堂相对而言变得更有生机。

一、对分课堂在大学物理线上教学中的应用

（一）对分课堂实施步骤

在实际操作中，由于每部分授课内容的难易不同，作者并未将每周授课内容都严格按照时间进行对分，即一半讲授、一半讨论，但保留了对分课堂的核心思想———即教师讲授与学生对该部分内容内化吸收后的讨论一定错开进行。具体实施步骤如下：在每周星期一，先通过qq群本周的学习内容要求（包括教学目标、教学重难点、内容提要以及要思考讨论的问题）、ppt课件、作业题。然后，将每周2次的大学物理授课（每次2个课时）大致进行对分。第1次课，主要让学生按照学习内容的要求、线索较有目的地去看慕课（这里选择中国大学MOOC上同济大学的电磁学部分）；课后，思考回答学习内容要求中提出的问题，对幕课和教学资料、教材上的相关内容进行自我内化吸收、巩固记忆，最后再写出学习笔记并上交。之所以选择慕课，是由于其讲授简洁，同样的基本内容授课时间只有实际授课时间的三分之一到四分之一，相对而言重点更为突出，适合给学生打基础。第2次课，利用qq群引导学生就周一的问题进行线上相关讨论，拓宽理解、加深记忆；课后，再让学生独立完成本周布置的作业题，并于周末前上交。作业题评讲，选择每周一评。目的是让学生对每周的学习内容及时进行巩固、复习，将所有疑问尽早解决，错误尽早纠正，一步一个脚印地来学习。评讲时间，选择在上交作业后的下一周第1次课的新课授课前。评讲方式为由老师选择作业题批改中比较典型的一些错误，或一些比较新颖的解题方法，将它们截图后利用qq群展示给学生，让大家一起主动找错、纠错，展开讨论。一般作业评讲不超过1节课；而剩下的1节课，由学生自行看幕课上的新课内容。如因评讲导致新的慕课内容不能看完，那么由学生课余找时间自行补上。

（二）对分课堂中所讨论问题的设计

在对分课堂的实施中，教师的核心任务主要是所讨论问题的设计，以及对学生讨论的引导、总结。而问题的设计，又是影响讨论开展质量、学生学习效果的重要因素。为了调动学生参与对分课堂讨论的积极性，在设计讨论题目时，教师应因材施教，选择与授课班级多数学生能力水平相匹配的难度。题目设计最好从简单、基础的问题入手，让学生通过听课、看资料即能找到、归纳出答案，以此先让讨论能够进行，营造出良好的讨论氛围，调动起大家的积极性。然后，再逐步将问题深入、展开。同时，尽量把复杂的问题拆分成简单、明确的多个小问题，必要时给予一定提示，以让更多学生有能力参与其中。针对某些授课内容，还可最后再提供一些与实际、与前沿相结合的开放式问题，让学生去调研更多资料，对所学进行综合应用，拓宽知识面、激发学习动力、提高学习能力。此外，在设计问题时，教师还应重视对新物理量的引入、新定理的推导。只有基本概念、基本理论理解通透，掌握了推导方法，才能谈应用。以此来纠正多数学生常常知其然不知其所以然，只习惯利用定理直接套例题，通过刷题来学学物理的错误方法。下面，就以静电场部分高斯定理一节为例，给出该周的问题设计。高斯定理，其重要性不言而喻。同时，运用类比的方法，以高斯定理为基础来学习稳恒磁场部分的安培环路定理，还可起到事半功倍、举一反三的效果。但由于这部分内容的理论性强、比较抽象，对学生而言具有一定难度。故结合上述设计问题的基本思想，设计时作者更加侧重学生对新物理量的引入、定理的推导等基本概念与定理的理解与思考。该部分设计的问题一共15个，具体如下：问题1：如何约定电场线与某点电场强度的方向？哪个公式表示其大小关系？问题2：电场线的特点描述以及相关证明思路？问题3：电场强度通量的物理意义？用什么符号表示？标量还是矢量？定义公式为何?问题4：面元方向如何约定？闭合曲面的正方向如何约定？问题5：高斯定理，是探求什么之间关系的定理？它是借助什么定律，利用什么性质来推导的？问题6：推导高斯定理的思路是从哪些模型逐步导出的？其对应的高斯面如何选取？这种推导思路具有什么特点？问题7：高斯定理揭示出静电场是个什么性质的场？问题8：高斯面上各点的电场强度与哪些电荷有关？穿过高斯面的电场强度通量与哪些电荷有关？问题9：高斯定理可用来解决哪些问题？问题10：应用高斯定理求电场强度分布时，是否需要场源电荷一定具有某种对称分布？如果场源电荷分布不具有对称性，高斯定理还成立吗？问题11：应用高斯定理求电场强度分布时，高斯面的选择依据是什么？高斯面必须闭合吗？问题12：应用高斯定理求电场强度分布时，简述解题步骤？问题13：我们常用高斯定理来求解哪三种电荷分布模型的电场强度分布？它们所选的高斯面各自为什么形状？问题14：如带电模型是有限长的均匀带电圆柱，那么求它激发的电场强度分布，可以用高斯定理吗？简述原因。问题15：这里的高斯定理是真空中的表达形式，那么有介质的情况下，已推出的这个高斯定理的表达式变不变？高斯定理还成立吗？

二、对分课堂在大学物理线上教学中的实施效果分析

下面，就大学物理（二）线上实施对分课堂与上学期大学物理（一）线下传统授课进行对比分析。授课对象不变，均为本校19级电子信息科学与技术专业的本科生，共79人（含2名未修大学物理一的转专业学生）。

（一）期末考试成绩对比

大学物理（一）采用线下闭卷考试，大学物理（二）采用线上闭卷考试（幕课+腾讯会议）。结果显示：采用线上对分课堂后，学生卷面平均分明显提高，从52分增加到68分，而占比最集中的分数段也从60分段（29.1%）上升到70分段（30.4%）。其中，90分数段的占比从0%提高到5.1%，80分数段的占比从2.4%提高到7.6%，而30分以下的低分学生占比则从21.85%下降到0%。这表明，采用此法后，学生整体掌握情况更好，优良率提高较多，低分段的考生占比也大幅下降。但由于两次考试的方式并不统一，故其成效还有待进一步验证。

（二）授课教师主观感受对比

相比传统线下授课，针对教师的提问，线上对分课堂中学生经常主动参与课堂发言、讨论的人数明显增多，从原来的几人上升到十几人、二十几人。传统课堂的讨论常常会因为没有足够多的学生持续参与而最终冷场、终止，但线上对分课堂的讨论几乎没有出现过这种情况。讨论常常会因你发一条信息、我发一条信息而进行得比较热烈，有同学甚至觉得怎么这么快一节课就过去了，有意犹未尽之感。此外，从回答问题的质量看，相比传统线下授课，对分课堂的质量更高。以上，均间接反映出更多学生对知识的掌握情况得以提高，参与积极性得以增强。当然，线上教学中也发现，如果不采用qq群让学生输字、截图等来讨论，而是让他们打开麦克风语音讨论，则依然会出现讨论冷场的局面。这也反映出学生对专业知识语言组织能力的欠缺，一定程度影响了其对对分课堂的参与度。

（三）针对学生预习和复习投入情况的问卷调查结果对比

为了更进一步掌握线上实施对分课堂后学生的学习投入程度，作者在学期末利用腾讯问卷对授课班级（79人）做了一份自愿的匿名问卷调查。最终完整填报人数为60人，占比75.9%。剩下未参与问卷的约1/4占比的学生，对本课程的学习参与度与兴趣应该不高。从学生预习的情况看（单选）：采用线下对分课堂后，基本都会预习的学生占比从8.3%提高到20%，偶尔会预习的学生占比维持在55%，而不会预习的学生占比从33.3%下降到25%。从学生何时进行一次较系统的复习情况看（单选）：每次课后会复习的学生占比从1.7%提高到10%，每周末会复习的学生占比从13.3%提高到18.3%，每章结束会复习的占比从18.3%提高到25%，而考试前才复习的占比则从63.3%下降到46.7%。由此可见，采用线上对分课堂后，部分学生在学习过程中的投入增加，自学能力得以提高，学习过程也更为循序渐进地进行，期末突击应付考试的学生占比有所下降。虽离期望值还有一些距离，但整体在朝好的方向发展。

三、学生对大学物理线上实施对分课堂认可度问卷调查结果分析

以下数据仍然来自上述匿名问卷。

（一）学生对不同授课方式的喜好度分析

从学生对不同授课方式的喜好看（单选）：选择只老师详细讲授的占10%；选择以老师详细讲授为主，偶尔随机让学生讨论或回答问题的占15%；选老师课前给出每周学习内容要求，并提出系列问题，然后课堂上详细讲授，让学生带着问题听课，偶尔随机让学生讨论或回答课前布置的问题的占45%；选择采用对分课堂方式授课的占比为26.7%；选不管哪种方式都不重要，反正都是自己有空了慢慢看书的占3.3%。由此可见，大部分学生对老师直接讲授的依赖度还是比较高，占到70%（10%+15%+45%）；喜欢利用对分课堂来讨论和回答问题的学生只占26.7%；而认为哪种授课方式都不重要，习惯自己有空才来补学的占3.3%。如将剩余未参加问卷那1/4占比的学生也归属到第三类，那么折算后，对老师讲授依赖度高的学生占53.2%，喜欢利用对分课堂讨论回答问题的学生占20.3%，对授课方式不关注的学生占26.6%。即从学生的意愿看，还是超过一半的学生更喜欢传统的授课方式；喜欢利用对分课堂的学生仅占约1/5。

（二）学生对回答提问方式的喜好分析

此题选用多选形式。选除了老师自问自答以外的任何回答方式都不喜欢的占比为10%；选喜欢不抽个体，采取集体回答方式的占比为23.3%；选喜欢采取让个体自愿主动回答提问的方式的占比达55%（如无人主动，老师自己讲）；选喜欢采取抽同学回答方式的占比仅5%；认为集体回答、主动回答、抽人回答，都可以的占33.3%。这表明，多数学生不太喜欢抽人回答的方式，而集体回答和主动回答的方式则因不会让自己处于被动地位而更受欢迎。

（三）学生从对分课堂中讨论发言的获益分析

此题选用多选形式。调查结果表明：选择可督促自己学习的占比为38.3%；选择可培养自己表达能力的占比为40%；选择有助于发现自己哪儿没搞懂、哪儿理解有误的占比为63.3%；选择可利于活跃课堂气氛，避免沉闷、打瞌睡的占比为51.7%；而认为没啥好处，还是老师讲更好的占比仅为8.3%。由此可见，绝大多数学生认为，通过对分课堂中的讨论发言，有助于提高学习效果与自身能力。

（四）影响学生参与课堂讨论发言的原因分析

此题选用多选形式。调查结果表明：认为课堂讨论发言对学习效果没多少提高、浪费时间，不如老师直接讲的占比为10%；由于自己没怎么学，从而无法参与讨论发言的占比为11.7%；由于没太学懂，发言不知怎么说清楚的占比为51.7%；不好意思，害怕说错或表述不清的占比为53.3%；如果大家发言都不积极，我也不发言、免得当另类的占比为11.7%；觉得问题简单，没必要讨论发言的占比为0%。由此可见，学生不愿主动参与讨论回答的最主要原因还是对自己发言的正确性、语言表达的流畅性等没有信心。当然，也有部分学生是因为懒惰、不愿思考，不愿课后多花时间与精力去学习，所以不能参与讨论。只希望老师能把重要结论直接告知，这样最省心。

四、对分课堂在大学物理线上线下混合式教学中的实施改进策略

通过上述将对分课堂应用于大学物理线上实践教学以及问卷分析可以发现：此法一定程度提高了教学质量，激发了学生学习兴趣，提高了其自主学习能力，对学生的学习也有一定督促与推进作用。鉴于此，当疫情结束，恢复正常线下授课之后，对分课堂依然值得推广。然而，问卷分析结果也指出，虽然绝大部分学生都认可对分课堂的良好效果与自身获益，但愿意参与对分课堂的学生比例并不高，这也使得对分课堂的优势未能充分发挥。这一方面源于学生学习的依赖性、惰性，另一方面也说明前述对分课堂的具体实施策略尚有不足。故下一步，拟结合线上教学与线下教学各自的优势，将对分课堂用于其中，并针对实践教学与问卷分析中所揭示的问题，做如下改进：第一，将线上对分课堂中观看其他学校老师慕课的环节，替换成授课老师线下课堂上亲自讲授。由于慕课上老师的授课对象和我们实际的授课对象有所差异，故替换后，结合授课对象的实际基础与接受能力，讲授将更具有针对性；同时，面授也更能促进师生间的交流。此外，老师同样可以将自己的讲授录成视频，在授课结束后上传到线上平台（如qq群或对分易），方便学生对课堂上未完全消化的内容进行回看。而中国大学慕课上的各种资源，则根据学生自身的需求，可做选看、补充。第二，在开展线下讨论之前，增加对学生整体内化吸收情况的随堂在线测评。老师先在课堂上1-3道针对上一次面授课内容中基本概念、基本应用的选择题，让学生通过手机微信，进入对分易的在线练习来进行选择作答。这样做的好处是：一方面，在线练习成绩直接按所设比例值计入平时成绩，学生能实时看见自己得了多少分，对其有一定鞭策作用，那么内化吸收的过程相对会完成得更好，而这也是学生能否较高质量参与讨论的先决条件；另一方面，学生选择完之后，老师马上可以看见各个选项的选择占比，便于短时间内对学生整体内化吸收情况进行较为全面的掌握，对哪些问题需要更进一步讲解、讨论有更好的把控。第三，将学生的课堂讨论情况纳入平时成绩考核，以激励所有学生积极参与对分课堂，克服其依赖性与惰性。然而，由于课堂时间的限制，不可能让每位同学都参与发言后给予成绩评定，再结合问卷中发现学生更喜欢自愿回答与主动回答的模式，故可采用小组选代表来汇报课前布置的问题。小组按照寝室来划分，将所有问题预先分配到每个小组，而代表发言的成绩则作为小组所有成员的讨论成绩。这样一来，既便于学生以寝室为单位进行课前预习、课后内化吸收，同时学生的准备也会更充分，发言也能更自信、更流畅，参与度可得到提高。问题的整体回答质量，预期应该比随机抽取同学回答更高，讨论冷场的局面也可避免。而榜样的引领效应，还有利于良好学习氛围的建立。第四，将每周老师评讲作业，改成小组汇报的形式，让其作为课堂讨论的另一个内容。先让学生在规定时间内把作业上传到对分易，然后开展互评。互评结束后，让学生把本小组互评中对所分配作业题遇到的解法进行汇总，给出多种正确解法，指出遇到的错误。而老师，只随机抽查学生的作业与互评，并在作业讨论后进行必要的总结。第五，每小组讨论汇报完毕后，针对其中一些问题，老师课堂上开启对分易的抢答功能，让有更多其他想法的学生参与到讨论中来。通过手机抢答的好处在于，学生不知道有没有其他同学和自己竞争，不会受其他一些因素的干扰而影响其是否选择发言。此外，作为奖励，抢答且回答正确的学生，平时成绩可以加分。第六，鼓励学生在对分易的讨论区自由发言。学生可提出自己的某些疑问，其他同学帮忙解决。由于这种讨论模式可以输文字，可以截图，学生更易于接受，参与讨论可能会更积极。同样，讨论区的发言情况，也可作为平时成绩来加分。

五、结束语

对分课堂相对于教师单纯讲授的传统课堂有着明显的优势，也更能提高学生的综合能力与学习积极性。虽然都是采用对分课堂，但纯粹的线上教学和线上线下混合教学还是有所差异，故仍需通过进一步实践来检验和优化所提实施方案，以让该授课模式发挥更大的作用。

参考文献：

[1]教育部高等学校大学物理课程教学指导委员会，教育部高等学校物理学类专业教学指导委员会，教育部高等学校天文学类专业教学指导委员会，等.关于肺炎疫情防控期间物理类课程线上教学的调查报告[J].物理与工程，2020，30（2）：14-24.

[2]陈宏.武警院校“大学物理”课程“对分课堂”理论初探[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2019（10）：57-58.

[3]梁宏.对分课堂教学模式在大学物理教学中应用的可行性分析[J].电脑知识与技术，2017，13（18）：124-125.

作者:张章 单位:西华师范大学物理与空间科学学院