蔡天芳 趙紅敏 韓 靜

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

課堂無線應答系統在創(chuàng)建探究課堂中的研究與實踐

蔡天芳1趙紅敏1韓 靜2

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

課堂無線應答系統是一套具有統計分析能力的互動教學系統.其在美國十多年的應用歷史表明,該系統在營造課堂互動氛圍、激發(fā)學生探索熱情、提高學生成績等方面都具有良好的效果.本文將簡要介紹課堂無線應答系統的發(fā)展歷程及其在美國的教學實踐研究,最后介紹北京交通大學應用此系統創(chuàng)建探究課堂的教學過程和教學效果.

課堂無線應答系統;探究課堂;合作學習

1 課堂無線應答系統發(fā)展歷程

在傳統的課堂上,無論教師多么努力營造活躍氣氛,大部分學生仍沒有真正參與到知識的探究中來.因此教育工作者一直在尋求一種能使學生積極參與其中的教學方法,以改變僅僅由教師灌輸知識的被動的傳統課堂學習狀態(tài).

隨著教育改革的推進,研究型教學在美國快速發(fā)展,并最終成為主流教育模式,與之相適應的互動課堂、自主探究及合作學習的教學模式得以普及.在研究型教學中,教師的角色不再是權威的傳道者,而是課堂的引導者,其任務在于激發(fā)學生的探索熱情和創(chuàng)新能力,引導學生進行自主探究、合作學習,并最終獲得知識,學生的角色由聽眾轉為課堂的主體,不再由教師直接將知識灌輸給他們,而是必須通過自己的思考和探究以及和同學們進行交流研討等方式自主地獲得知識.同儕教學法(Peer Instruction,PI)就是這種教育模式的一個重要典范[1,2].

在眾多科學教育領域中,物理教育研究是發(fā)展最快的學科.20世紀90年代,美國教育研究者對于如何在物理課堂中引導學生進行探究學習,尤其是如何在大學基礎物理課(課堂人數一般超過100人)的課堂進行探究學習進行了很多積極的探索.起初,美國課堂中主要使用答題板(Flashcard),答題板就是類似電視節(jié)目里觀眾投票用的那種卡片作為互動平臺.教師通過一系列引導問題來與學生互動,問題一般是圍繞一個物理概念而設計的單項選擇題.學生經過自主探究或小組研討后,將其得出的答案寫在答題板上,舉牌來回應教師的問題.這種方式極大地提高了學生的探索熱情和課堂參與度.

隨著教育信息化的發(fā)展,一種基于無線傳輸技術的互動課堂平臺,即課堂無線應答系統(簡稱 Clicker系統)應運而生[3].在這個互動平臺中,每個學生都分配有一個無線答題器(圖1),用以取代答題板.學生通過按動無線答題器上的數字鍵,把教師給出的互動問題的答案在規(guī)定的時間內提交到教師的計算機中,計算機收集到所有的反饋信息之后,將對反饋信息的統計結果以柱狀圖的形式立即呈現.這個統計結果既包含了班級同學的整體信息,也包含了個體信息.在大班課堂中,教師可以完全掌握每個同學對知識的掌握程度,根據柱狀圖顯示的信息,教師可以隨時調整下一步的教學計劃.這種動態(tài)的教學方式體現了以學生為本的教學理念,使教學節(jié)奏隨學生的接受程度而變化,課時的分配也將會更加合理.

圖1 答題器

研究表明[4],從學習過程而言,Flashcard和Clicker一樣有效,Clicker的優(yōu)勢在于:學生一旦選定一個答案,就不能隨意更改,所以他們必須思考清楚,并且能夠站起來維護自己的觀點.這個過程是同儕教學(PI)方法的核心,課堂無線應答系統使同儕教學法在大班教學中的實現成為可能.此外Clicker不僅了解學生當時的答題狀況,而且可以記錄學生的每一次表現,將歷次課堂的真實數據記錄并做保存.教師可以準確跟蹤每個學生的學習動態(tài),對整個班級進行教學策略上的調整和改進.

2 Clicker系統主要實現的功能

Clicker是以單向無線通信網絡為基礎,支持課堂師生互動的教學系統.它由無線電發(fā)射器、接收器以及驅動軟件三部分組成.在實現互動的教學過程中,除了上述的軟件和硬件之外,教師還必須精心構建一個行之有效的探究應答題庫,為學生提供課堂研究平臺,引導學生的獨立思考、同學間的合作學習以及師生間的互動.題目的設計、開發(fā)是課堂應答無線系統研究的主要課題,它將直接影響這種互動教學模式的教學質量.

該系統主要可以實現以下幾個功能:

1)提高課堂效率,激發(fā)學生興趣.在課堂上通過探究答題方式學習,使得幾乎所有學生都參與到知識的探究中來.

2)跟蹤學生學習進程.教師可以從學生的投票情況,實時準確地了解學生對課堂內容的掌握程度,方便教師及時調整教學思路.

3)節(jié)約教師的時間、精力.教師不需要挨個點名讓學生回答問題,就可以同時知道整個大班的學習狀態(tài).同時還可以用來快速點名,原本需要十幾分鐘點名的時間在一分鐘之內就可以完成,方便大課堂的教學管理.

4)方便教學評估.無論是課堂點名管理,還是課堂中間小測驗,或是習題教學都可方便記錄歷次課堂的真實數據并做保存.同時也是教師進行教學研究和科學研究很好的輔助工具.

3 Cliker系統在美國課堂教學中的應用

美國哈佛大學的Eric Mazur教授設計了應用課堂無線應答系統(Clicker)的同儕教學法(PI),在他的研究中發(fā)現那些應用Cliker進行PI教學的班級比傳統教學的班級的歸一化增益(Normalized gain)提高了兩倍以上.在俄亥俄州州立大學的研究顯示,與傳統課堂相比,學生更喜歡上應用Cliker,而且學生的學習成績也有效地得到提高.表1和圖2分別給出俄亥俄州州立大學的學生對使用課堂無線應答系統的評價以及對他們學習成績的影響[6].結果顯示:大部分同學喜歡在課堂中使用Clicker,學生認為這有助于他們對物理概念的深入理解,可以提高他們的成績.Clicker在總體上對學生有幫助,但是對男女生的幫助程度不同,對女生的幫助效果總體上來說比對男生的幫助效果要明顯;在不用Clicker班級,女生的表現總體來說略遜于男生,而在使用Clicker的班級,女生和男生的表現基本持平.

表1 學生對課堂應答系統的態(tài)度調查(贊同度從-2到+2)

圖2 不同學期Clicker班級和非Clicker班級男女生分數的對比(左圖為使用Cliker的班級,右圖為傳統班級,淺灰柱為女生,深灰柱為男生)

4 Cliker系統在北京交通大學物理課堂教學中的應用

在國內,Clicker系統的應用和相關課題研究幾乎是空白,只有極少數的學校在小班級做了初步的嘗試[7].自2009年春季開始,北京交通大學物理系通過與美國俄亥俄州州立大學合作,引進課堂無線應答系統應用于大學物理課程的教學過程中(學生人數150人),并與美國俄亥俄州州立大學進行比較教學實驗,測試Clicker系統對中國學生的教學效果,并試圖通過實驗教學研究探索出一套適合中國學生和教師的Clicker互動教學模式,以及與此適應的題目設計方法、教學策略和評估手段.

在兩個學期的使用過程中,我們發(fā)現使用Clicker的班級,學生的出勤率明顯高于不使用Clicker的班級.從學生對課堂無線應答系統的調查中(如表2所示)可以看到,大部分學生喜歡這樣的教學方式,并認為Clicker能夠更好地幫助他們掌握理解物理概念.

表2 學生對課堂無線應答系統的態(tài)度調查

使用效果總結為:

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

2)學習興趣提高:面對每一個應答問題,幾乎所有的同學都參與了討論和投票.在互相討論之后學生對知識的掌握有了更進一步的提高.問卷調查結果表明,83%學生喜歡這樣的教學方式,并認為Clicker能夠更好地幫助他們掌握理解物理概念.

3)成績提高:在使用Clicker進行大學物理教學的班級比平行班成績提高9%.(國外的大部分研究表明,他們的成績提高幅度更大,因為我校初次使用,經驗不足,相信以后的結果會更好.)

5 結束語

當前,“質量工程”的實施,對本科教學提出了更新、更高的要求.即進一步深化教學改革,提高教學質量,特別強調要努力提高學生的創(chuàng)新精神和實踐能力.這種創(chuàng)新能力的培養(yǎng)應該始終貫穿在我們的日常教學中.從知識的獲取途徑來看,學生由被動接受知識到主動探索獲取知識,這是創(chuàng)新能力、創(chuàng)新行為培養(yǎng)的必經之路,而Clicker在課堂教學中的應用為這條必經之路提供了很好的平臺.相比美國已經進行了十多年時間的Cliker教學研究,對于教育體制、課堂環(huán)境與美國不同的中國的高校而言,需要我們越來越多的高校教師加入到Clicker課堂無線應答系統的教學模式研究中來,應用Clicker交互式課堂的教育研究必將會成為新技術應用于教學研究的重要課題!

[1] A.P.Fagen,C.H.Crouch,and E.Mazur.Peer Instruction:Results from a range of classroom,Phys.Teach.2002,40,206

[2] C.H.Crouch and E.Mazur.Peer Instruction:Ten years of experience and results.A m.J.Phys.2001,69,970

[3] Clicker Resouse Guide:Carl Wieman Science Education Initiative University of British Columbia ,http://www.cwsei.ubc.ca/resources/instructor_guidance.htm

[4] Lasry,N.Clickers or flashcards:Is there really a difference.Phys.Teacher,2008,46,242～244

[5] DAVIDJ.NICOL,JAMEST.BOYLE,Peer Instruction versus Class-wide Discussion in Large Classes:a comparison of two interaction methods in the wired classroom Studies in Higher Education.2003,28(4):457

[6] N.W.Reay,Pengfei Li,and Lei Bao.Testing a new voting machine question methodology.A m.J.Phys.2008,76(2):171

[7] 張勇,惲瑛等.應用 Voting Machine構建研究型、互動型的雙語物理課堂的研究與實踐[J].大學物理,2008,27(2):54～57

2010-01-31)