翻转课堂教学模式在大学物理实验教学中的应用

宋海珍，付 玲

(南阳师范学院 物理与电子工程学院，河南 南阳 473061)

翻转课堂教学模式在大学物理实验教学中的应用

宋海珍，付 玲

(南阳师范学院 物理与电子工程学院，河南 南阳 473061)

翻转课堂是通过将传统课堂知识传递与知识内化2大阶段颠倒，实现对传统课堂教学进行变革的教学模式.针对大学物理实验的特点，分析了大学物理实验课程中存在的问题，探讨了基于“微课”的大学物理实验翻转课堂教学模式，并对实施关键点进行详细阐述，以达到提高教学效果和培养学生实践创新能力的目的.

翻转课堂；微课；大学物理实验

大学物理实验是对理工科院校学生进行科学实验基本训练的一门独立的必修基础课程，是学生进入大学后接受系统实验方法和实验技能训练的开始，是后续各专业实验训练的重要基础[1].通过课程学习，不仅使学生受到严格系统的实验技能训练，掌握科学实验的基本知识、方法和技巧，更重要的是培养学生敏锐的观察力、动手能力和创新能力，培养学生理论联系实际特别是与当代科技发展相结合的综合能力.因此，大学物理实验在适应科技发展与社会进步对人才需求方面有着不可替代的作用.传统的大学物理实验教学模式是学生课前依据实验教材写预习报告，课上教师讲解目的原理、示范操作过程及注意事项，学生逐步重复实验、测量数据、验证现象及处理结果.这种模式忽视了学生的主体性，学习中的问题也不能得到及时有效地解答，互动性差，达不到课程教学目标.翻转课堂是针对学生个性化差异而设计的教学模式[2-3]，它克服了传统教学的弊端.具体来说就是课前教师创建并发布视频，学生在课外观看视频回答问题，实现知识传递；课中教师采用问题导入与个别辅导相结合，师生面对面交流，讨论问题、解决问题、内化知识、完成实验；课后反思拓展，实现知识巩固.翻转课堂就是在线学习与面对面学习相结合的混合教学模式.当前随着“微课”融入教学的开展，为大学物理实验课程翻转提供了支持，使翻转成为可能[4-6].本文构建并实践了基于“微课”的大学物理实验翻转课堂教学模式.

1 大学物理实验教学中存在的问题

1.1 课程资源粗糙，难以保证教学质量

目前学生的预习报告和总结复习主要依靠文字教材及网络上的资源平台信息，粗糙的课程资源数量庞大、良莠不齐，且与仪器型号、配置不一定吻合，故耗时而效率低.教学资源中缺少针对性强的精品微视频，缺少仪器设备的构造、性能、应用演示平台，缺少与实验有关的实际应用简介，缺少与当前高新技术关系的扩展.学生预习目标不明确，对原理、概念、过程没有清楚、透彻、全面的理解.预习时目中无物，不能互动实验过程，复习时心中无物，不能重现实验过程，课外学习遇到问题不能得到及时互动解决.课程资源粗糙、设备套数有限，严重地制约了学生创新实践能力的提高，影响了实验教学质量.

1.2 教学模式单一，学生学习较为被动

传统大学物理实验是以教师为主体的传统式教学，教师讲解示范，学生按步骤机械地被动重复实验[7].如果讲解时间长，留给学生操作的时间就短；如果讲解时间短，学生每做一步就问一步，不能把握全局.实际操作过程中遇到问题立即找教师，遇到实验失败立即找教师，不愿知道原因，也不知道如何找原因.教师为了能在规定时间内完成实验，不得不帮助学生完成操作.学生失去了独立思考、解决问题、锻炼动手能力的好机会，学习始终处于被动状态.

1.3 交流互动少，无法满足个性化学习的需要

在课外学习时，学校面对所有理工科参加实验的学生，没有平台让生与生、生与师随时随地交流，教师精力有限也不允许随时随地交流，学生遇到问题无法及时得到解决.在课内学习时，学生几乎没有主动地、深层次地提出问题并交流，都是实验中出现异常现象时为得到实验结果而进行的浅层次交流.只要教师能尽快把仪器调试正常出现实验结果，学生就会感激满意，他们不愿意听分析原因.在使用教材、教学模式、教学步骤相同的情况下，无法满足学生个性化学习的需求，知识技能内化的深层次教育不可能实现.

2 基于“微课”的翻转课堂特点

翻转课堂是通过将传统课堂知识传递与知识内化两大阶段颠倒，实现对传统课堂教学进行变革的教学模式.其内涵包括课前知识传递、课中知识内化和课后知识巩固3部分内容.课前学生借助于教师制作的“微视频”和指定阅读材料，进行探索完成知识建构，实现知识传递.课中教师解决学生问题，组织参与合作性学习，交流分享学习经历与成果，帮助学生完成知识内化，实现课堂翻转.课后应用是课堂的延伸，通过总结与反思，改变应用环境及条件，拓展知识应用范围，实现知识的深化和巩固[8-9].

2.1 教学资源变粗糙为精炼

教师在对教材、内容、仪器、学生深入分析的基础上，整合教学内容，确定知识点，精心设计录制“微课视频”，使教学资源从信息的海洋中(精品课程视频、开放课程视频、文字资料等)解放出来，变为“微课视频”与指定阅读资料相结合的精细简练教学资源.

2.2 突破局限满足个性化学习的需求

“微课视频”表现为内容精、时间短、容量小，教师通过电脑和网络就可以发送，学生利用手机就可以方便地接收下载，教师还可以通过实验微信群及时了解学生学习时的问题及进度，以便有针对性地交流引导.“微课视频”打破了时间、空间、内容的局限，使学生随时随地都可以学习不同内容的知识.“微课视频”中设置的不同问题可以满足不同层次学生的需求.“微课视频”把易复制的理论讲解移出课堂，让应用性实践性内容进入课堂，对于实验课，可以大大延长动手操作时间，使动手操作更深入更全面.每个学生可尝试不同仪器设备的操作进行完整实验，对出现的问题能够进行深入思考，对实验全局的把握度就更高.“微课视频”的融入突破了传统实验教学的局限，使学生个性化学习的需求得到满足.

2.3 学生变被动学习为主动学习

翻转课堂中教师不再占据课堂，一味地传授知识，而是变成了策划者、导演和学生的学习伙伴.学生成为课堂中学习的主体、主角和主人，可以自由思考、积极发言、充分展示.师生关系从原来的从属关系变为平等互动、友好合作的伙伴关系，师生交流、生生交流更畅通愉快.

3 基于“微课”的翻转课堂教学模式

3.1 制作“微课视频”，完成课前知识传递

制作“微课视频”是翻转课堂的基础.翻转课堂“微课视频”的特点是短小精悍，每个视频都是针对某个特定问题的学习，有较强的针对性，查找起来也比较方便.视频时长约15 min，在学生注意力比较集中的时间内，符合学生认知规律.视频最后紧跟4～5个测试题，帮助学生及时进行检测，对学习情况做出判断.大学物理每个实验都是1个知识点，可以制作1个视频.制作原则是从学习者角度思考实验内容，以问题为导向，逐步培养学生的观察能力、动手能力和实践创新能力.每个视频由教师讲解、PPT辅助和仪器现场演示来完成，内容包括：实验背景、仪器介绍、设计思想和测试作业4部分，主要解决“为什么做”“根据什么做”“怎样做”“效果如何”的问题.例如“气垫导轨法验证牛顿第二定律”实验视频：在实验背景中，以野牛气垫船登录作战视频引入课题，介绍了气垫技术的产生、发展和应用.在仪器介绍时，演示了气垫导轨、MUJ-6D电脑通用计数器的性能、特点及使用方法.在设计思想中，给出了导轨水平和倾斜2种验证牛顿第二定律的设计思想，进而用2道思考题引导学生学习根据现有的仪器设计不同的实验内容，使学生不仅会做实验，而且会设计实验.2道思考题是：1)若考虑气垫对滑块的黏滞力，怎样设计实验寻找黏滞力与滑块速度的关系？2)以此为基础，你能设计出测量滑动摩擦系数和静摩擦系数的实验吗？最后给出4道测试作业，检测学生对知识的掌握程度：1)在导轨调平中，除了用静态和动态定性判断水平外，你能根据电脑通用计数器性能想出定量判断水平的办法吗？怎样进行操作实现你的想法？2)在导轨调平中，若导轨长度方向不是水平，怎样影响实验结果？若导轨宽度方向不是水平，怎样影响实验结果？你用什么办法减小影响？3)倾斜法测量时，滑块从高处下滑与滑块从低处上滑，在实验中对实验结果有无影响？为何？4)倾斜法测量时，你怎样设计测量表格？“气垫导轨法验证牛顿第二定律”微课视频截图如图1所示.

图1 “气垫导轨法验证牛顿第二定律”微课视频截图

在进实验室前1周发给学生“微课视频”，学生可以在任何时候任何地方与任何同学一起讨论学习.学生借助“微课视频”和指定阅读材料(主要是实验教材)，完成知识传递后，要完成测试作业.拿到合格成绩后方可进入实验室，以确保学生有准备地参与新课堂.教师要随时关注学生的学习进度、动态、问题讨论，但并不判断对错，以免影响学生讨论，并观察学生表现，结合测试作业，给出学生预习成绩.

3.2 讨论解决问题，完成课上知识内化

有效组织课堂活动是翻转课堂的关键.翻转课堂活动的要旨是解决各种问题，教师备课中考虑如何设置问题、设置什么样的问题及解决问题的各种方案是重点.这些问题可以是理论上的也可以是实践中的，可以是预习中的也可以是事先有针对性设计的，可以是课内完成实验的也可以是课外应用产生的.教师在解决问题的过程中，参与交流、控制进度、引导讨论、诱发创造力，完成知识内化的目标.“气垫导轨法验证牛顿第二定律”实验设计的问题：1)当前速度最快的气垫船是哪国制造？时速是多少？当前载重最大的气垫船是哪国制造的？载重量是多少？我国气垫技术研制与应用现状是怎样的？2)怎样用气垫导轨测量滑块的速度和加速度？3)怎样调试轨道水平？你有几种方法定量判断轨道水平，理论根据是什么？考虑空气黏滞力作用，用正、反向加速度相等判断水平是最佳方案吗？你还能想到哪些方法补偿黏滞力的影响，提高实验精度？4)测试作业问题辨析.

课堂教学过程分2个阶段：1)学生进实验室后，对所有仪器设备进行尝试操作，熟悉仪器原理、性能及需注意的事项，对实验整体有一定的把握.教师强调安全要领，在实验课中，强调安全及设备使用重点不仅利于保障学生人身安全，也使学生掌握正确的实验设备使用方法，进而减少设备损耗.气垫导轨实验中，要避免滑块内表面与轨道表面直接摩擦碰撞.2)集体讨论与分组实验.每个大组20人进行集体讨论，每个小组2人进行独立实验.集体讨论中，采用问题导向法，即由教师提出问题，展开多项答案，供学生选择发表看法，针对每种看法，教师学生一起进行评价.对于性格内向不善发言的学生，采用互动为先适时激烈的办法，即引导其主动与其他学生互动，并在中间关注鼓励这些学生，让其参与互动并保持热情.教师要控制进度、把握方向、适当引导、拨乱反正，使学生得出正确结论.分组独立实验中，实现具体操作、设计表格、记录数据、判断结果的目标.一个人操作仪器，另一个人记录数据，也可以互换角色，分工合作共同完成实验.2个人一组的好处就是遇到实验异常现象可以互相讨论，在无法解决时再寻找教师帮助，提高学生的合作能力、思考能力和创新能力.教师对实验操作中遇到的问题及时指导，对具有代表性的问题进行统一讲解，观察和记录每位学生的表现，并计入操作成绩.

3.3 反思拓展应用，实现课后知识巩固

反思拓展应用是翻转课堂的延伸.反思可以强化学生对知识的理解，拓展可以开阔学生的视野，应用可以使学生在不同环境不同条件下举一反三应用知识唤醒创造力.尤其是课内研讨不充分的案例、问题，必将延伸到课后，经过辨析，实现知识巩固.如针对实验中的误差，如何改进实验？如果改变实际应用的环境和条件，怎样设计实验？同样的仪器设备，你还能设计出其他物理规律的验证实验或研究性实验吗？ “气垫导轨法验证牛顿第二定律”实验的反思问题：1)若考虑气垫对滑块的黏滞力，如何改进实验减小测量误差？(提示：补偿法)2)若改变该实验某个条件(如改变下滑的初速度、滑块上附加砝码个数、导轨的倾斜度)，在不考虑阻力和考虑阻力2种情况下，研究对加速度有什么影响？3)一般情况下，加速度的实验值和理论值相比应该大些还是小些？4)利用现有仪器，你能设计出动量守恒、机械能守恒的验证性实验吗？你能设计出研究谐振动特性的实验吗？5)具体分析本实验产生误差的各种原因.

教师除了提供给学生实际应用环境及条件，检验学生的理论联系实际解决问题的能力外，还要结合“预习测试”成绩、“实际操作”成绩和“实验报告”成绩，对学生进行过程性评价和形成性评价.更要反思“微课视频”、课堂问题设定、对话引导设计、问题解决途径等方面的特点与不足，为后期的视频资源开发、翻转课堂教学积累经验，提供借鉴.

4 结束语

翻转课堂教学是对传统课堂教学的颠覆，它把灌输式教学变为“主导+主体”教学，课堂知识学习变成了课堂问题解决，实现了优质教学资源的整合、开发、共享，提高了人才培养质量，在理工科院校实验课程中实施翻转课堂是切实可行的.但并不是任何环境、任何学生、任何教师都适合翻转课堂教学模式.翻转教学要求教师具有超前的教育观念、高超的教学能力、娴熟的教学技术以及对专业知识的掌握必须具有更大的深度和广度.翻转教学要求学生必须具有一定的自控能力、自学能力和信息技术应用能力.只有如此，翻转课堂才能达到最好的教学效果.

[1] 吴海英.《大学物理实验》改革的几点建议[J].大学物理实验,2015，28(1):101-103.

[2] 刘海红.美国大学社会科学领域课程的翻转课堂教学模式探索[J].中国高教研究，2016(8)：89-92.

[3] 单畅，戴心来，崔春阳.基于ipad的高校演播室翻转课堂教学模式探索[J].中国教育信息化，2016(8):34-37.

[4] 宋海珍，何朝政.微课在地方本科院校大学物理实验教学中的应用[J].南阳师范学院学报，2016,15(3):61-68.

[5] 吴肖，熊建文.基于翻转课堂的大学物理实验教学模式及支撑平台的研究[J].物理实验,2015,35(10):11-14.

[6] 刘玲.翻转课堂与小组合作学习带给物理实验教学的新活力[J].物理实验，2016，36(3)：37-41.

[7] 于涛.当代大学物理实验教学方法改革探讨[J].大学物理实验,2015,28(1):119-122.

[8] 倪燕茹.地方本科院校大学物理实验课程融合“慕课”教学模式必要性思考[J].大学物理实验， 2015，27(6):118-120.

[9] 赵丽特，王喜建，范海陆，等.数字化网络化的大学物理实验教学改革探讨[J].大学物理实验，2015，28(1):113-115.

[责任编辑：郭 伟]

Application of flipped classroom model in teaching of college physics experiments

SONG Hai-zhen, FU Ling

(College of Physics and Electronics Engineering, Nanyang Normal University, Nanyang 473061, China)

Flipped classroom was a reform of conventional classroom teaching by reversing traditional knowledge transfer in classroom and knowledge internalization.In this paper, the problems in college physics experiment curriculum were analyzed and the features of flipped classroom model were presented basing on micro-lecture for the teaching of college physics experiments.The key points of the implement process of flipped classroom were elaborated, and the results showed that the application of this model could significantly enhance the teaching efficiency and improve students’ practice abilities.

flipped classroom; micro-lecture; college physics experiments

2016-12-05；修改日期：2017-03-06

教育部高等学校物理教指委项目(No.JZW-15-LX-03);河南省教师教育项目(No.2015-JSJYZD-045，2016-JSJYYB-076);南阳师院教学项目资助

宋海珍(1963-),女,河南南阳人,南阳师范学院物理与电子工程学院教授, 学士，主要研究方向为分析力学及实验物理.

G642.423

B

1005-4642(2017)05-0036-04