蔡天芳 趙紅敏 韓 靜

(1北京交通大學(xué)理學(xué)院物理系,北京 100044;2美國(guó)俄亥俄州州立大學(xué)物理系 43210)

課堂無(wú)線(xiàn)應(yīng)答系統(tǒng)在創(chuàng)建探究課堂中的研究與實(shí)踐

蔡天芳1趙紅敏1韓 靜2

(1北京交通大學(xué)理學(xué)院物理系,北京 100044;2美國(guó)俄亥俄州州立大學(xué)物理系 43210)

課堂無(wú)線(xiàn)應(yīng)答系統(tǒng)是一套具有統(tǒng)計(jì)分析能力的互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng).其在美國(guó)十多年的應(yīng)用歷史表明,該系統(tǒng)在營(yíng)造課堂互動(dòng)氛圍、激發(fā)學(xué)生探索熱情、提高學(xué)生成績(jī)等方面都具有良好的效果.本文將簡(jiǎn)要介紹課堂無(wú)線(xiàn)應(yīng)答系統(tǒng)的發(fā)展歷程及其在美國(guó)的教學(xué)實(shí)踐研究,最后介紹北京交通大學(xué)應(yīng)用此系統(tǒng)創(chuàng)建探究課堂的教學(xué)過(guò)程和教學(xué)效果.

課堂無(wú)線(xiàn)應(yīng)答系統(tǒng);探究課堂;合作學(xué)習(xí)

1 課堂無(wú)線(xiàn)應(yīng)答系統(tǒng)發(fā)展歷程

在傳統(tǒng)的課堂上,無(wú)論教師多么努力營(yíng)造活躍氣氛,大部分學(xué)生仍沒(méi)有真正參與到知識(shí)的探究中來(lái).因此教育工作者一直在尋求一種能使學(xué)生積極參與其中的教學(xué)方法,以改變僅僅由教師灌輸知識(shí)的被動(dòng)的傳統(tǒng)課堂學(xué)習(xí)狀態(tài).

隨著教育改革的推進(jìn),研究型教學(xué)在美國(guó)快速發(fā)展,并最終成為主流教育模式,與之相適應(yīng)的互動(dòng)課堂、自主探究及合作學(xué)習(xí)的教學(xué)模式得以普及.在研究型教學(xué)中,教師的角色不再是權(quán)威的傳道者,而是課堂的引導(dǎo)者,其任務(wù)在于激發(fā)學(xué)生的探索熱情和創(chuàng)新能力,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主探究、合作學(xué)習(xí),并最終獲得知識(shí),學(xué)生的角色由聽(tīng)眾轉(zhuǎn)為課堂的主體,不再由教師直接將知識(shí)灌輸給他們,而是必須通過(guò)自己的思考和探究以及和同學(xué)們進(jìn)行交流研討等方式自主地獲得知識(shí).同儕教學(xué)法(Peer Instruction,PI)就是這種教育模式的一個(gè)重要典范[1,2].

在眾多科學(xué)教育領(lǐng)域中,物理教育研究是發(fā)展最快的學(xué)科.20世紀(jì)90年代,美國(guó)教育研究者對(duì)于如何在物理課堂中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究學(xué)習(xí),尤其是如何在大學(xué)基礎(chǔ)物理課(課堂人數(shù)一般超過(guò)100人)的課堂進(jìn)行探究學(xué)習(xí)進(jìn)行了很多積極的探索.起初,美國(guó)課堂中主要使用答題板(Flashcard),答題板就是類(lèi)似電視節(jié)目里觀眾投票用的那種卡片作為互動(dòng)平臺(tái).教師通過(guò)一系列引導(dǎo)問(wèn)題來(lái)與學(xué)生互動(dòng),問(wèn)題一般是圍繞一個(gè)物理概念而設(shè)計(jì)的單項(xiàng)選擇題.學(xué)生經(jīng)過(guò)自主探究或小組研討后,將其得出的答案寫(xiě)在答題板上,舉牌來(lái)回應(yīng)教師的問(wèn)題.這種方式極大地提高了學(xué)生的探索熱情和課堂參與度.

隨著教育信息化的發(fā)展,一種基于無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)的互動(dòng)課堂平臺(tái),即課堂無(wú)線(xiàn)應(yīng)答系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng) Clicker系統(tǒng))應(yīng)運(yùn)而生[3].在這個(gè)互動(dòng)平臺(tái)中,每個(gè)學(xué)生都分配有一個(gè)無(wú)線(xiàn)答題器(圖1),用以取代答題板.學(xué)生通過(guò)按動(dòng)無(wú)線(xiàn)答題器上的數(shù)字鍵,把教師給出的互動(dòng)問(wèn)題的答案在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)提交到教師的計(jì)算機(jī)中,計(jì)算機(jī)收集到所有的反饋信息之后,將對(duì)反饋信息的統(tǒng)計(jì)結(jié)果以柱狀圖的形式立即呈現(xiàn).這個(gè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果既包含了班級(jí)同學(xué)的整體信息,也包含了個(gè)體信息.在大班課堂中,教師可以完全掌握每個(gè)同學(xué)對(duì)知識(shí)的掌握程度,根據(jù)柱狀圖顯示的信息,教師可以隨時(shí)調(diào)整下一步的教學(xué)計(jì)劃.這種動(dòng)態(tài)的教學(xué)方式體現(xiàn)了以學(xué)生為本的教學(xué)理念,使教學(xué)節(jié)奏隨學(xué)生的接受程度而變化,課時(shí)的分配也將會(huì)更加合理.

圖1 答題器

研究表明[4],從學(xué)習(xí)過(guò)程而言,Flashcard和Clicker一樣有效,Clicker的優(yōu)勢(shì)在于:學(xué)生一旦選定一個(gè)答案,就不能隨意更改,所以他們必須思考清楚,并且能夠站起來(lái)維護(hù)自己的觀點(diǎn).這個(gè)過(guò)程是同儕教學(xué)(PI)方法的核心,課堂無(wú)線(xiàn)應(yīng)答系統(tǒng)使同儕教學(xué)法在大班教學(xué)中的實(shí)現(xiàn)成為可能.此外Clicker不僅了解學(xué)生當(dāng)時(shí)的答題狀況,而且可以記錄學(xué)生的每一次表現(xiàn),將歷次課堂的真實(shí)數(shù)據(jù)記錄并做保存.教師可以準(zhǔn)確跟蹤每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài),對(duì)整個(gè)班級(jí)進(jìn)行教學(xué)策略上的調(diào)整和改進(jìn).

2 Clicker系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能

Clicker是以單向無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ),支持課堂師生互動(dòng)的教學(xué)系統(tǒng).它由無(wú)線(xiàn)電發(fā)射器、接收器以及驅(qū)動(dòng)軟件三部分組成.在實(shí)現(xiàn)互動(dòng)的教學(xué)過(guò)程中,除了上述的軟件和硬件之外,教師還必須精心構(gòu)建一個(gè)行之有效的探究應(yīng)答題庫(kù),為學(xué)生提供課堂研究平臺(tái),引導(dǎo)學(xué)生的獨(dú)立思考、同學(xué)間的合作學(xué)習(xí)以及師生間的互動(dòng).題目的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)是課堂應(yīng)答無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)研究的主要課題,它將直接影響這種互動(dòng)教學(xué)模式的教學(xué)質(zhì)量.

該系統(tǒng)主要可以實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)功能:

1)提高課堂效率,激發(fā)學(xué)生興趣.在課堂上通過(guò)探究答題方式學(xué)習(xí),使得幾乎所有學(xué)生都參與到知識(shí)的探究中來(lái).

2)跟蹤學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)程.教師可以從學(xué)生的投票情況,實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地了解學(xué)生對(duì)課堂內(nèi)容的掌握程度,方便教師及時(shí)調(diào)整教學(xué)思路.

3)節(jié)約教師的時(shí)間、精力.教師不需要挨個(gè)點(diǎn)名讓學(xué)生回答問(wèn)題,就可以同時(shí)知道整個(gè)大班的學(xué)習(xí)狀態(tài).同時(shí)還可以用來(lái)快速點(diǎn)名,原本需要十幾分鐘點(diǎn)名的時(shí)間在一分鐘之內(nèi)就可以完成,方便大課堂的教學(xué)管理.

4)方便教學(xué)評(píng)估.無(wú)論是課堂點(diǎn)名管理,還是課堂中間小測(cè)驗(yàn),或是習(xí)題教學(xué)都可方便記錄歷次課堂的真實(shí)數(shù)據(jù)并做保存.同時(shí)也是教師進(jìn)行教學(xué)研究和科學(xué)研究很好的輔助工具.

3 Cliker系統(tǒng)在美國(guó)課堂教學(xué)中的應(yīng)用

美國(guó)哈佛大學(xué)的Eric Mazur教授設(shè)計(jì)了應(yīng)用課堂無(wú)線(xiàn)應(yīng)答系統(tǒng)(Clicker)的同儕教學(xué)法(PI),在他的研究中發(fā)現(xiàn)那些應(yīng)用Cliker進(jìn)行PI教學(xué)的班級(jí)比傳統(tǒng)教學(xué)的班級(jí)的歸一化增益(Normalized gain)提高了兩倍以上.在俄亥俄州州立大學(xué)的研究顯示,與傳統(tǒng)課堂相比,學(xué)生更喜歡上應(yīng)用Cliker,而且學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)也有效地得到提高.表1和圖2分別給出俄亥俄州州立大學(xué)的學(xué)生對(duì)使用課堂無(wú)線(xiàn)應(yīng)答系統(tǒng)的評(píng)價(jià)以及對(duì)他們學(xué)習(xí)成績(jī)的影響[6].結(jié)果顯示:大部分同學(xué)喜歡在課堂中使用Clicker,學(xué)生認(rèn)為這有助于他們對(duì)物理概念的深入理解,可以提高他們的成績(jī).Clicker在總體上對(duì)學(xué)生有幫助,但是對(duì)男女生的幫助程度不同,對(duì)女生的幫助效果總體上來(lái)說(shuō)比對(duì)男生的幫助效果要明顯;在不用Clicker班級(jí),女生的表現(xiàn)總體來(lái)說(shuō)略遜于男生,而在使用Clicker的班級(jí),女生和男生的表現(xiàn)基本持平.

表1 學(xué)生對(duì)課堂應(yīng)答系統(tǒng)的態(tài)度調(diào)查(贊同度從-2到+2)

圖2 不同學(xué)期Clicker班級(jí)和非Clicker班級(jí)男女生分?jǐn)?shù)的對(duì)比(左圖為使用Cliker的班級(jí),右圖為傳統(tǒng)班級(jí),淺灰柱為女生,深灰柱為男生)

4 Cliker系統(tǒng)在北京交通大學(xué)物理課堂教學(xué)中的應(yīng)用

在國(guó)內(nèi),Clicker系統(tǒng)的應(yīng)用和相關(guān)課題研究幾乎是空白,只有極少數(shù)的學(xué)校在小班級(jí)做了初步的嘗試[7].自2009年春季開(kāi)始,北京交通大學(xué)物理系通過(guò)與美國(guó)俄亥俄州州立大學(xué)合作,引進(jìn)課堂無(wú)線(xiàn)應(yīng)答系統(tǒng)應(yīng)用于大學(xué)物理課程的教學(xué)過(guò)程中(學(xué)生人數(shù)150人),并與美國(guó)俄亥俄州州立大學(xué)進(jìn)行比較教學(xué)實(shí)驗(yàn),測(cè)試Clicker系統(tǒng)對(duì)中國(guó)學(xué)生的教學(xué)效果,并試圖通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究探索出一套適合中國(guó)學(xué)生和教師的Clicker互動(dòng)教學(xué)模式,以及與此適應(yīng)的題目設(shè)計(jì)方法、教學(xué)策略和評(píng)估手段.

在兩個(gè)學(xué)期的使用過(guò)程中,我們發(fā)現(xiàn)使用Clicker的班級(jí),學(xué)生的出勤率明顯高于不使用Clicker的班級(jí).從學(xué)生對(duì)課堂無(wú)線(xiàn)應(yīng)答系統(tǒng)的調(diào)查中(如表2所示)可以看到,大部分學(xué)生喜歡這樣的教學(xué)方式,并認(rèn)為Clicker能夠更好地幫助他們掌握理解物理概念.

表2 學(xué)生對(duì)課堂無(wú)線(xiàn)應(yīng)答系統(tǒng)的態(tài)度調(diào)查

使用效果總結(jié)為:

1)出勤率高:使用Clicker的班級(jí)比不使用Clicker的班級(jí)出勤率高出20%;

2)學(xué)習(xí)興趣提高:面對(duì)每一個(gè)應(yīng)答問(wèn)題,幾乎所有的同學(xué)都參與了討論和投票.在互相討論之后學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握有了更進(jìn)一步的提高.問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果表明,83%學(xué)生喜歡這樣的教學(xué)方式,并認(rèn)為Clicker能夠更好地幫助他們掌握理解物理概念.

3)成績(jī)提高:在使用Clicker進(jìn)行大學(xué)物理教學(xué)的班級(jí)比平行班成績(jī)提高9%.(國(guó)外的大部分研究表明,他們的成績(jī)提高幅度更大,因?yàn)槲倚３醮问褂?經(jīng)驗(yàn)不足,相信以后的結(jié)果會(huì)更好.)

5 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前,“質(zhì)量工程”的實(shí)施,對(duì)本科教學(xué)提出了更新、更高的要求.即進(jìn)一步深化教學(xué)改革,提高教學(xué)質(zhì)量,特別強(qiáng)調(diào)要努力提高學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力.這種創(chuàng)新能力的培養(yǎng)應(yīng)該始終貫穿在我們的日常教學(xué)中.從知識(shí)的獲取途徑來(lái)看,學(xué)生由被動(dòng)接受知識(shí)到主動(dòng)探索獲取知識(shí),這是創(chuàng)新能力、創(chuàng)新行為培養(yǎng)的必經(jīng)之路,而Clicker在課堂教學(xué)中的應(yīng)用為這條必經(jīng)之路提供了很好的平臺(tái).相比美國(guó)已經(jīng)進(jìn)行了十多年時(shí)間的Cliker教學(xué)研究,對(duì)于教育體制、課堂環(huán)境與美國(guó)不同的中國(guó)的高校而言,需要我們?cè)絹?lái)越多的高校教師加入到Clicker課堂無(wú)線(xiàn)應(yīng)答系統(tǒng)的教學(xué)模式研究中來(lái),應(yīng)用Clicker交互式課堂的教育研究必將會(huì)成為新技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)研究的重要課題!

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2010-01-31)