互动式课堂教学模式的探索——基于自主研发的“课堂表决器”在大学物理课程教学中的运用

陈 菁 张文杰 张 立

(北京林业大学理学院，北京 100083)

互动式课堂教学模式的探索
——基于自主研发的“课堂表决器”在大学物理课程教学中的运用

陈 菁 张文杰 张 立

(北京林业大学理学院，北京 100083)

大学基础课课堂教学模式以及教学质量评价存在不同程度的问题，因此实现课程教学质量的实时监测十分必要。基于北京林业大学自主研发“课堂表决器”互动电子答题投票系统，在校级精品课程物理学A中开展了互动反馈式教学试验研究。教学实践表明，学生和教师能以便捷的方式实现课堂互动并得到实时的反馈信息。课后，通过学生调查问卷对教学效果进行了分析和总结。

课堂表决器；课堂互动反馈式教学；教学方法；人才培养

国家一直倡导办好人民满意的高等教育，努力提高大学生的学习能力、创新能力，全面提高人才培养质量。但目前教师讲授新知识前，对学生是否已经掌握已学的知识没有前测；讲授新知识后，因为没有实时的监测和反馈机制，教师无法及时得到学生的反馈信息，课上只能“按部就班”开展教学活动，造成学生的知识漏洞积攒越来越多，学生的学习兴趣越来越低，甚至有的学生直接放弃了课程的学习[1-4]，因此笔者认为实现课程教学质量的实时监测十分必要。其具有以下优点：①它能将传统课堂中教师“1对N”的互动，转化成为师生间“1对1”的互动交流，大大提高了学生学习的主动性与实效性，同时也能让学生体验合作、探究的乐趣和发现、创新的愉悦。②对于教师而言，课上能及时调整自己的教学进度和深度；课下通过及时反思和互动系统的存档数据可以进行教学质量评价，并根据学生的实际情况，调整自己的教学方式和方法，开展因人施教、有的放矢的教学活动。③教师还可以通过团队交流，找出课堂教学活动的优缺点，矫正和完善自己的教学活动，提高教学效率。④教师还可依据反馈信息掌握学生的出勤率、平时课堂表现等情况，进而实现成绩的综合评定。

一、自主研发“课堂表决器”的必要性

(一)大学物理课程教学及课程考核存在的问题

英国著名高等教育理论学者罗纳德·巴尼特在《高等教育理念》中指出“当今世界高等教育面临诸多困难”。因为“高等教育的直接客户是成年人，而且是自愿参与”，大学生或成年人的特征是成熟，他们会对自己的学习方向、兴趣爱好、努力程度、未来目标做出判断，而不完全依赖教师的教诲。但是，目前很多高校教师却仍然沿用传统的高等教育理念和方式进行教学。以普通高校通识性必修基础课大学物理为例，基础课多是大班教学(学生超过100人)，并且教学模式多以多媒体教学为主，在课程教学过程中，教师会按照教学大纲，使用PPT开展教学活动，学期末组织考试，根据笔试决定学生的学习成绩。从教师角度看，教学质量的好坏主观上决定于教师的教学认真程度，客观上决定于学生的评价、督导教师的督导、同行的评价。

单从教学模式上看，多媒体课堂教学在激发学生学习兴趣和活跃课堂教学气氛方面起着积极的作用。然而，大学物理课程内容本身复杂难懂，如果课堂教学模式仅是语言的讲授和内容的展示，那么不仅形式单调乏味，而且很难确保所有学生积极参与教师精心设计的课堂活动。这就必然导致学生会根据自己的理解能力学习：有的学生会认真听课，按照教师的要求完成作业，并参加考试，成绩较好；有的学生会失去学习兴趣，在正常的学习时间做自己的事情，如玩手机、睡觉或逃课，成绩较差。所以从学生角度上看，教学质量的好坏主观上决定于学生的学习认真程度，客观上决定于学生的考试成绩。

笔者分别站在教师和学生的角度评价教学质量时发现，上述教学模式不可避免地会导致教学质量的一个巨大误差。无论多认真的教师都会面对没有学习兴趣的学生，学生会沿用小学生应试教育的学习方法，考试前死记硬背知识，而学期末的考试成绩和学生评价也只能反映教学质量的大体情况。另外，由于学生人数众多，教师不可能顾及到所有学生的个体差异，又因为教学课时的限制，师生间的交流沟通会明显不足，教学的实际效能以及教学质量的真实情况得不到及时的反映。因此，如何使教师及时有效地获得学生掌握新知识程度的反馈意见，如何保持学生注意力持续集中，如何在课堂上真正实现教师与学生之间的互动和合作学习，是摆在教师面前急需解决的问题，而这其中一项重要的举措就是要在课堂教学中对教学质量进行实时监控。

(二)自主研发的“课堂表决器”运用于大学物理课程教学的必要性

在大学物理课程教学中，北京林业大学自主研发了“课堂表决器”，并开展了互动式教学活动，让课堂“动”起来。这种大学物理课堂互动电子答题投票系统，由JSPPC端、数据库和Andriod客户端3部分组成。基于Andriod系统的问卷调查(答题)客户端适用于所有Andriod智能手机，在问卷系统的JSPPC端，调查者(问题者)可以自行设计问卷或题目，题型包含单选题、多选题、问答题等，调查者(问题者)编译完问卷后即可发布问卷。被调查者(答题者)可以对问卷作答，并提交问卷和反馈信息，同时发布该问卷的调查者即可查看问卷统计结果。

在大学物理课堂教学中，“课堂表决器”可以让学生借助手机以选项或数字的形式回答课堂问题，并通过记录、统计、评分等多种形式，为教师和学生及时提供反馈意见，将传统教学“1对多”的课堂模式，变成了“1对1”的课堂模式。该教学方式的优点如下：①强调师生的互动、问题的反馈，使教师的教学活动成为具有目标指向性和针对性的指导，不仅增强了师生间的交流互动，使学生的注意力更多地投入到课堂教学中，提高了学生的学习效率，而且还能使教师借助“课堂表决器”后台软件的支持，及时收集学生的学习情况，动态地调整教学方式和进度，从根本上提高了教学质量[5]。②课堂上使用“课堂表决器”的教学过程非常注重学生个性的发展，无论是喜欢举手回答问题的学生还是不希望引起别人关注的学生，每位学生都有自己的想法——想提出问题或回答问题。“课堂表决器”有效地解决了教师和学生之间互动交流的难题。

课堂上，学生人手一个“课堂表决器”，教师在教学课件或者黑板上随时出题，学生即时回答，答题结束后立刻呈现统计结果，对与错的比例、谁答对谁答错等信息一目了然；又或者在某个章节结束时，教师预先编辑好复习试卷，利用“课堂表决器”对学生知识点掌握情况进行评测，并保存学生的分数、作答情况等统计数据，作为学生平时成绩。这种做法更注重考核学生知识掌握的过程，并促使学生平时努力学习，避免了期末“一考定终身”的考核方式。对学生而言，“课堂表决器”的应用使学生从被动接受知识转变为主动探索知识，教学形式新颖、生动、有趣。此外，“课堂表决器”的应用还可以消除学生对课堂测试的恐惧心理和回答问题时的害羞心理，切实提高了课堂教学效果。

二、基于“课堂表决器”的运用构建大学物理课程互动式课堂教学模式

笔者在大学物理A课堂上使用了互动式课堂教学模式，并对这一教学模式做了深入的实践研究。例如，静电场中的高斯定理，对其理解和应用一直是一个难点，如何通过教学设计把复杂难懂的问题变得具体明了，是笔者需要解决的问题。笔者利用“课堂表决器”设计了互动式课堂教学模式，其主要环节如下[6]。

(一)教师设置问题，引发学生自主思考

互动式教学模式一般采用提问的方式提出问题，并引发学生的学习和思考，使学生很快进入到学习过程中。比如，教师在讲授高斯定理这一章节内容时，虽然教师通过理论推导得出高斯定理，但学生对高斯定理包含的概念往往存在混淆的现象。因此，笔者设计了相对应的、以多项选择题和判断题为主的概念测试题，用于探查学生的错误概念，并引导学生深入地探究。

笔者以高斯定理为例，提出问题，见图1。判断题：将点电荷q2从A点移动到B点，点P的电场强度是否发生变化?穿过高斯面S的电通量有否发生变化？把题目显示在投影仪屏幕上，首先教师确认学生对题目没有歧义后，给学生1～2分钟的思考时间；其次学生在独立思考的基础上得出自己的答案，并利用手机提交答案(字母A为“是”，字母B为“否”)；最后“课堂表决器”互动电子答题投票系统接

图1 高斯定理示意图

收到所有学生的答案后，将集体反馈的答案呈现在屏幕上，并生成答案分布的柱形图。由于屏幕不显示答案是由哪位学生给出的，所以这不仅保护了学生答题的积极性，避免了抄袭现象的发生，而且还保证了信息的准确性。

(二)学生小组讨论，开展合作学习交流

对于上面的题目，学生的回答正确率分别是53%和45%。笔者利用“课堂表决器”互动电子答题投票系统，使学生对问题产生冲突，形成思维碰撞。当学生从大屏幕上看到自己的答案与很多学生不一样时，自然就想要去讨论和探讨，这时教师把高斯定理重新在大屏幕上展示出来，并对问题的重点部分作出少许提示后，让学生分组进行讨论。讨论是在自愿和小范围(邻近座位的学生之间)进行的，平均需要2～3分钟。学生讨论之后，会反思自己和别人的观点，深化和修正原有的观点和看法，当被要求再次发送个人答案时，笔者发现这道题的正确率分别从之前的53%、45%升至75%、68%。为什么正确率会出现如此明显的提升呢？其实，这一教学目的就是让学生在与其他学生讨论、交谈中发现那些他们没有真正理解的东西，引发他们的进一步思考，并且把问题朝着深入、深度学习的阶段发展。在讨论中，学生阐述个人的看法和观点，质疑对方的，并反省自己的。学生之间互动学习的过程是一个冲突、商讨和精炼的学习过程[6]。

(三)教师鼓励学生发言，并进行及时总结、评价和有效反馈

教师要鼓励小组选出代表发言，阐述他们判断的理由，并在学生发言时认真听取学生的判断依据，揣测学生的思维方式，及时指出学生概念理解上的盲点和误区。同时，当学生发言说出解决问题的重要要素时，教师还要做出相应的归纳和总结。

在这一阶段，教师和学生的互动反馈不应仅停留在对答案的判断是否正确上，而是要引导学生展开积极的思考、阐述判断的根据，逐步把正确的答案以及教学内容的重要知识点展示出来。比如，对于上述题目，第一问的答案应该是“P点电场强度发生变化”，教师要着重强调“高斯定理表明的是闭合高斯面的电场强度通量与面内电荷的关系”，指出“虽然电场强度通量只与面内电荷有关，但电场强度通量和电场强度不是一个概念，高斯面上的电场强度为所有电荷产生的总电场强度”问题；对于第二问，学生说“根据高斯定理，电场强度通量只与面内电荷的代数和有关，与面外电荷无关，因此无论面外的q2如何移动或带电量大小如何变化，都应该和高斯面上的电场强度通量没有关系，所以电场强度通量不会改变”，教师要及时做出“电场强度通量只与面内电荷有关，与面外电荷无关”的总结，并把该要点在黑板上记录下来。在学生理解了问题的答案后，教师还可以继续设定问题进行提问：“如果把q2移入面S内，并且可以处于面内不同位置，那么点P的电场强度和穿过高斯面S的电通量会不会有变化？如果有变化，将会有什么变化？”学生经过之前的小组讨论后，面临新问题时，能表现出比以往更强的自信心，能够很沉稳地回答教师提出的问题。学生回答，“老师已经分析了高斯面上的电场强度是所有电荷产生的总电场强度，因此将q2移入面S内的不同位置，使得q2与点P的相对位置发生改变，点P的电场强度当然会随之发生改变；但是根据高斯定理，电场强度通量只与高斯面所包围的电荷的代数和有关，与闭合曲面的形状还有面内电荷的分布没有关系，所以将q2移入面S内的不同位置时，只要q2带电量不变，电场强度通量就不会发生变化”。教师在学生回答完毕后总结：“通过任一闭合曲面的电场强度通量，只与该曲面所包围的电荷的代数和有关，而与闭合曲面的形状无关，也与面内电荷的分布无关”。

在这段教学设计中，教师需要注意的是无论学生回答正确与否，都要尊重发言的学生，鼓励他们主动思考、勇敢说出自己的想法，并及时对学生的回答作出分析和评价，目的是增强学生的成就感，促使学生积极地参与到课堂教学互动活动中。

(四)教师根据信息反馈及时调整教学内容

利用互动反馈技术，学生学习的整体情况可以迅速、准确地反馈给教师，从根本上解决了传统课堂教学中信息单向传输的问题。教师可以从学生答题分布柱形图中获得学生对知识理解的详细情况，并以此为依据，调整下一步教学的进度和深度。教师还可以采取将课堂答题准确率与课后作业量相挂钩的教学策略，答题情况好，说明学生在课堂内已基本掌握本次课程的知识点，则不布置或少布置课后作业；答题情况不好，说明学生的知识存在薄弱环节，则应布置相应的课后作业，完善学生的知识。笔者发现，该策略的实施提高了学生课堂的注意力，使学生答题正确率逐步上升[6-7]。

三、大学物理课程实施互动式课堂教学模式的效果

为如实地反映互动式课堂教学模式的实施情况，更好地评价教学效果，笔者设计了包括学生满意度、教学实施环节、评价体系等24项问题的调查问卷，题目设置力求覆盖全部教学环节[8]，该调查问卷也是在“课堂表决器”互动电子答题投票系统中完成的。调查问卷共发放145份，回收145份，回收率达到100%，其中有效问卷137份，问卷有效率达94.5%，调查结果分析如下。

首先，学生学习兴趣不高、时间投入不足是非物理专业的大学物理课程普遍存在的问题。众所周知，学生是否喜欢一门课程，与授课教师以及授课方法密切相关。互动式课堂教学模式改变了师生之间的关系，使学生成为了学习的主体[6]。调查显示，90%的学生愿意配合教师的教学工作，希望通过自主探究、与同伴合作、与教师之间互动交流获取知识，希望教师是学习的促进者，多注重教学方式的更新；超过50%的学生认为好的教师、好的课堂应该具有灵活的教学方式，并希望开展多种多样的课堂教学活动。

其次，调查发现，绝大多数学生喜欢并能够接受这种互动式课堂教学模式。互动式课堂教学模式包含和谐的师生互动、生生互动、学习个体与教学中介的互动，强化了人与环境的交互影响，并能产生良好的教学共振和协同效应，有利于教学质量的整体提升。58%的学生认为在这个课堂教学活动中自己的主动思考能力和主动学习能力得到了提高，41%的学生认为这样的教学模式使自己的语言表达能力得到了有效的锻炼。

第三，互动式课堂教学过程被设计为一个不断的设疑、破疑、再疑的过程，它引导学生的思路，形成思维的波澜，因此课堂提问就成为教学过程中的必须环节[9]。调查发现，在传统课堂教学中，面对教师的提问，37%的学生选择“被动应付”，24%的学生选择“回答‘不会’”，18%的学生选择“根本不想回答并借机躲避”。可以看出，学生在长期的应试教育制度下，已经养成了教师讲课、学生被动听课的习惯。然而，关于“课堂上是否愿意与同学讨论”的调查中，笔者发现大部分学生是非常希望“和同学一起讨论”“认真思考、进行比较、斟酌后争取得出最确切的答案”的。这说明，学生之间的交流更具有协商性[6]。在小组讨论时，由于学习气氛轻松，学生敢于说出自己的观点、争论问题，并且在与别人共享知识和经验的同时，也很好地拓展了思维[10-11]。另外，小组讨论前后，题目正确率的提高也说明经过学生之间的讨论、解决问题，学生对概念理解更加深刻，对新知识掌握的效果也更好。同时，使用“课堂表决器”进行提问，不针对任何一名特定的学生，在某种程度上也消除了学生对教师提问产生的恐惧心理，能够真实、高效、实时地反映课堂教学效果，让授课教师对教学情况作到心中有数、有的放矢，切实提高了课堂教学效果。

总之，设计这种“课堂表决器”实时监测反馈系统的目的是希望学生的学习能力和教师的教学水平得到提高，从而助力基础课程教学方法的改革和人才培养模式的创新。它的推广与应用将给课堂教学注入新的活力，弥补传统课堂教学交流互动效果监测不足之弊端。

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(责任编辑 孙艳玲)

2013年北京市高等学校教育教学改革项目(面上项目)“理科基础课程教学质量的实时监测”，项目编号2050205。