2020年春季学期是一个特殊的学期，为预防新冠肺炎的传播，教育部2月4日发布《关于在疫情防控期间做好普通高等学校在线教学组织与管理工作的指导意见》^[1]，北京师范大学提出“延期开学不停课，多元教学保质量”的倡议。北京师范大学“物理化学”团队经过精心部署和准备，于2月24日如期开课，探索并实践了以MOOC^[2]授课为基础、以学生学习为中心、以教师辅导为支撑的远程教学。

因为涉及大量的物理概念和数学推导，“物理化学”向来是学生公认的最难的一门课，即使是在传统课堂，学生也常有畏惧感，而本学期的开篇章节又是难中之难的“统计热力学”。为了能让学生迎难而上、积极主动参与到线上学习当中，并达到和课堂教学一样的学习效果，我们设计了复合式远程教学方案，包括课前预习、课上观看MOOC视频、实时在线练习、教师答疑、课后反思提问等环节(图1)。经过三周的教学实践，学生普遍反映这样的网上学习有更大的自主性，有更多的思考时间，自我管理能力有很大提升，对知识的掌握也更加扎实。我们以“统计热力学基础”这一章为例，具体介绍教学设计、教学过程和教学效果。

线上学习的特点是教师对课堂节奏的掌控弱化，而主导者变为学习者本人，学习者通过目标设定、认知调节、寻求帮助以及自我评估等策略完成学习目标。因此，在设计教学内容和教学方式时，我们有三点考虑：1)教学内容比传统课堂精炼，但同时要保证教学质量，不比传统课堂降低要求；2)教师不再满堂讲解，而是设计和开展多环节活动，能够调动学生的学习热情，并和学生有充分的即时交流和互动，提供更多的关怀，对学生的问题和作业等给予更及时的反馈；3)远程教学方式力求便捷，不额外增加教师授课和学生在线学习的技术难度。

基于这三点考虑，我们选择以MOOC授课为主要教学方式，要求但不限定学生在课堂时间观看北京师范大学录制的“物理化学”MOOC^[2]指定章节，鼓励学生在观看期间在线提问。为了了解学生在线学习情况，我们还在大学MOOC网站建立了幕课堂，可以查看每位学生的学习内容和学习时间。

MOOC课程的特点是精炼、例题少，对初学者来说不够具体，因此我们加强了课前预习要求，教师提前将电子版讲义和课件发给学生，要求学生自主预习并做笔记，在线提问。

课上观看MOOC视频后，教师发布即时在线练习题，检查学生自学情况，并起到督促学生按时上网课的作用。课堂的另一个环节是教师在线总结本节课主要内容，回答学生在预习和观看MOOC视频过程中提出的问题，以配音PPT文件传给学生，限时学习。教师与学生进行小组讨论，及时了解每一位学生的感受、遇到的困难以及对远程教学的意见和建议。

课后布置适量作业，要求学生按时拍照提交。同时每节课布置一到两道有启发性的思考题，鼓励学生在线讨论。

在远程教学工具的选择方面，我们尽量使用教师和学生都熟悉的在线软件：微信群^[3]和雨课堂^[4]。微信群用于布置学习任务，上传预习课件和作业，回答学生提出的简单问题，上传配音版的总结和答疑PPT，分小组进行视频通话。雨课堂同步发布学习任务，上传预习课件，方便手机内存不多或没有电脑的学生在线学习。雨课堂还用于做在线练习，教师也可以在雨课堂即时回答学生观看MOOC中提出的问题。配音版的总结和答疑PPT是实时雨课堂授课的备选方案，由教师提前录制好，若遇到雨课堂网络不畅，可以随时发给学生。实际教学中学生反映，因为配音版PPT是提前录制的，文字和语音搭配讲解，详细且清晰，和雨课堂配合使用，答疑效果特别好。录制好的PPT在分辨率和回看播放方面也优于雨课堂。

虽然在网络发达的时代，线上学习是大势所趋，但在这个特殊时期大范围开展线上教学，对教师和学生都是一个挑战，需要充分准备和适应。为了尽早适应线上授课和学习，助教协助教师提前两周建立微信群，和所有选课学生取得联系，教务处也将学生名单导入雨课堂。提前一周教师在微信群和雨课堂发布开课通知(图2a)，说明教学内容和教学方式，明确学习任务和考核要求，提供在线学习网址链接和应用软件安装方法。在正式上课前，我们还和学生进行了在线测试，保证每个学生都能正常登陆MOOC网站和长江雨课堂。

预习环节。每次上课前两天，教师在微信群发布本次课程通知，具体说明学习内容、活动安排、目标要求等(图2b)，同时上传预习资料(讲义和课件)。预习环节要求学生做笔记，不懂的地方做标记，在微信群提问。通常学生会在上课前一天晚上预习，提出各种问题(图3a)，教师和助教随时收集整理问题。对于简单的问题，教师会直接在群内回复(图3b)；对于复杂的问题，教师会做成有文字和图片并配音的答疑PPT(图4)，第二天正式上课期间发给学生。

教学环节1：MOOC。上课前5分钟，教师在微信群发提醒通知，督促学生准时到大学MOOC网站看指定章节的视频(图5)。教师可以在慕课堂实时查看每位学生在线情况(图6)，随时提醒学生上线学习。MOOC一节课的视频时间一般只有20分钟，教师通常建议学生结合课件看视频，自主做课件中的例题，推导一些重要公式，有问题随时留言。在此环节，教师继续整理学生的问题，录入答疑PPT或准备在雨课堂讲解，但一般不在微信群直接回复，避免学生看视频时分心。该环节学习时长45–50分钟。

教学环节2：在线练习。教师开启长江雨课堂语音直播，用雨课堂和微信发送通知，进行“开门考”。每节课出3–4道选择题，考查学生对基本概念的理解，检查学生的预习和MOOC学习效果，同时也可查看出勤(图7a)。针对学生的答题情况(图7b)，教师做分析讲解，加深学生对概念的理解。如果教师没来得及将学生在MOOC环节提出的问题录入到答疑PPT，会在雨课堂讲解。该环节时长10–20分钟。

教学环节3：总结与答疑。教师在微信群上传语音版总结和答疑PPT，学生在线或下载学习。该环节时长30–40分钟。虽然MOOC视频是授课教师本人的讲解的，讲义也是授课教师本人撰写的，但学生通过自学获得的初期知识往往是分散的，教师通过简短的总结能够非常有效地帮助学生将零散的知识系统化、条理化，加深理解。例如在总结热力学函数和分子配分函数的关系时，教师会强调应该掌握的方法和内容，让学生了解重点和难点(图4a)。而在总结系综概念时，教师把玻尔兹曼状态平均法和吉布斯系综平均法放到一起，一一比较它们的思想、适用条件、数学表示的异同，帮助学生建立完整的认知(图4b)。

在答疑中，教师除了直接回答学生提出的问题，还会根据学生的疑问出一道“彩蛋”思考题，请学生通过查阅资料和讨论来回答。例如，学生问“为什么平动能级n不可以取0，谐振子能级的n为什么可以取0”，教师回答后，补充问学生“刚性转子的量子数l可以取0吗？为什么？(图4c)”通常学生在看到答疑之后，会展开激烈的在线讨论，有的学生会表现出豁然开朗的释然，有的会提出更深刻的问题，激发新一轮讨论。

答疑环节还可以扩展学生的知识面。例如在MOOC中，当我们讲玻尔兹曼分布公式时，只泛泛提及用到了拉格朗日不定乘子法，虽然展示了数学推导过程，但学生对变分的概念是完全陌生的。在学生已经自学的基础上，我们在答疑环节顺水推舟介绍了泛函的概念，再引入变分的概念(图4d)，学生立刻豁然开朗，纷纷在雨课堂发弹幕表示明白了，隔着屏幕都能感受到他们的喜悦。

教学环节4：小组交流。每节课的最后10分钟，教师与一组学生进行语音或视频交流，了解每位学生、特别是在微信群中不经常发言的学生的学习情况，询问他们的学习感受、遇到的问题和困难、对教学内容和教学方式的意见和建议，做出及时回应和改进。例如，有学生提出忘记了微积分，手边又没有资料，有些公式自己不会推导，因此理解困难。教师下课后随即将常用微积分公式表发到群中，学生受到激励后学习的热情明显提升，更愿意主动参与到提问和讨论中。

复习环节。与传统课堂一样，教师每节课布置主观题作业，要求学生完成后按时以图片格式上传到雨课堂，教师和助教在线批改(图7c)。每章结束后，教师还提供补充阅读材料，鼓励学有余力的学生扩展学习。

虽然教师对课堂的掌控时间从线下教学的90分钟变为线上教学的10–20分钟，但由于线上数据丰富，更易于了解教学效果，也有助于教师及时调整教学内容与方式来提高教学效果。我们从学生的学习参与度、知识掌握度、学习投入度，以及学生反馈分析了线上学习的教学效果。

1)学习参与度。学生参加线上学习的情况可以通过慕课堂的学习人数和学习时长，以及雨课堂的签到人数和答题人数的统计数据查看(图6和图7)。开课三周以来，两个平行班(小班28人，大班97人)每次上课都能达到满勤，学生的学习积极性很高。

2)知识掌握度。学生对知识的掌握程度主要反映在课上客观题和课后主观题的答题情况。“统计热力学基础”这一章单选题的正确率能达到90%，多选题达到75%，主观题的正确率也能达到80%。考虑到学生是完全独立地完成在线练习，他们对知识的掌握程度基本令人满意。

3)学习投入度。在线学习过程中，学生提出了大量问题，反映出他们能够真正投入到自主学习中，并进行深入思考。“统计热力学基础”是8学时的课程，小班学生提出了近50个不同的问题，大班学生提出了近70个问题；小班参与提问和讨论的人数约占总选课人数的60%，大班约占40%。线上的提问人数和数量都远超出传统课堂，而且班级差距缩小，反映出学生能以更平等的身份进行学习。学生的问题和建议也非常广泛，而且不乏细致与深刻。例如，关于物理量的符号表示形式，有学生建议不要把波矢、弹簧系数和玻尔兹曼常数都用k来表示，容易混淆；关于概念的准确性，学生问最可几分布就是出现概率最高的分布这么简单定义的吗，有没有更严格的定义；关于物理量的含义，有学生问既然拉格朗日不定因子β的物理意义是通过和理想气体热力学能比较来确定的，那有没有不能用β = 1/(k_BT)的例子；关于理论的应用，问系综方法怎么能用于研究真实化学反应。线上学习营造了更加开放的学习环境，能够让学生更加投入，也有利于锻炼他们的批判性思维。

4)学生反馈。经历三周的在线学习，学生普遍反映能够适应这种复合型的远程教学模式，学会了充分运用网络资源进行学习，自学能力得到提高，也能够通过学生的提问和教师的答疑来不断补充自己对每个知识点的理解。图8是在线授课和学生自学的场景，以及学生反馈的学习心得。基础好的学生觉得教师提供的资料可以理解课程内容，但想要对内容有一个深入的了解还是不够的，表现出“吃不饱”的情况。而物理和数学基础不太好的学生，学习起来比较吃力，他们更希望教师能够像在传统课堂一样详细地讲解公式的推导过程、例题的演算。学生的分化比传统课堂明显，需要教师设计弥补方案(见第4小节)。

从以课堂为中心到以学习为中心的环境变化对教师和学生都提出了新的要求和挑战。对教师来说，从掌控者变为设计者和指导者，教师要根据学情和网络条件适时调整教学活动的安排和内容。例如，在MOOC网站出现更新延迟的状况时，教师要及时提供备选素材，让学生能按时学习；实时在线课堂出现拥堵时，教师要适当调整活动顺序。教师面临的最大挑战是要跟随学生的预习和学习节奏，并根据学生提出的问题整理每节课的总结和答疑内容，课件随时更新，工作量远大于传统课堂。在远程教学中，教师和学生之间缺少面对面的交往，教师更要注重和学生的情感沟通，要时常在线为学生鼓劲加油，提供必要的资料、答复和个性化建议，还要特别关注沉默的学生，以小组讨论的形式做到和每位学生都有互动。

对学生来说，必须自主通过目标设定、认知调节、寻求帮助以及自我评估等策略完成学习目标。自我管理能力强的学生会很快适应这种开放的学习方式，甚至很享受这种有更大的自主性、更多的思考时间和自主掌控节奏的学习体验；但对自我约束能力不强、基础薄弱的学生，学习效果欠佳，他们有一定的挫败感。为此，我们目前为每一章都预留了两学时的真实课堂时间，正式开学后，教师将会在课堂上再次梳理主要内容，同时安排更多的面对面答疑时间。

在疫情期间，线上教学发挥了特有的优势，我们“物理化学”这门课也取得了非常好的教学效果。但上面的分析也让我们意识到，远程教学还不能完全取代传统课堂教学。在远程教学中，教师和学生都投入了大量的时间和精力，如果教师的教学工作量和学生的学习量增加，这样的教与学的方式可能会变成负担。然而，这种以学习为中心的教学方式和传统教学形成了很好的互补，适当在传统课堂中引入以学习者为中心的教学方式，会大大丰富学生获取信息的渠道和方式，培养他们的自主学习能力，锻炼批判性思维。

在抗击新冠疫情期间，我们综合利用中国大学MOOC、雨课堂、微信群等网络平台和工具，开展了以MOOC授课为基础、以学生学习为中心、以教师辅导为支撑的“物理化学”远程教学。从学生的学习参与度、知识掌握度、学习投入度以及主观反馈和感受来看，这种复合式的线上教学方式取得了较好的教学效果，在疫情期间发挥了“在线自主学习”的优势。因此，在今后的教学实践中，宜将线上学习与传统教学有机互补，可在传统课堂教学中适当安排线上开放式学习环节，引导学生充分利用丰富的网络资源和信息化工具进行学习，激发学生主动学习的兴趣，培养学生的自学能力，从而提高学生的思辨和创新能力。