翻转课堂和互动教学在物理基础课程中的实践

潘小青 侯春菊

(江西理工大学理学院，江西 赣州 341000)

翻转课堂和互动教学在物理基础课程中的实践

潘小青 侯春菊

(江西理工大学理学院，江西 赣州 341000)

翻转课堂和互动教学是互联网普及与信息技术融合下现代教育的热点。本文探讨了翻转课堂的实施条件，介绍了互动教学的作用。结合物理实验课程的特点，在微课设计上将实验项目的原理、方法、应用、仪器结构与工作原理、操作示范、数据处理等进行模块化处理，编制测试问题，在SPOC平台实施翻转课堂教学。而在学时多的大学物理课堂教学中则通过设计分段式的课堂测试题，通过互动教学软件实现有效的课堂互动，并借助“雨课堂”混合式教学工具参与两门物理基础课程的课外辅导。最后比较了不同教学形式下课程考试的结果。

翻转课堂；互动教学；物理实验；大学物理；雨课堂

互联网的普及和信息技术在各行业的广泛应用，使得教育领域正发生着一场深刻的变革。随着MOOC的兴起，各种新的教学模式不断出现，“翻转课堂”(Flipped Class)、同伴教学法(Peer instruction)、“可汗学院”,等等，一时间大量的教育信息如潮水般涌入，使得一些教师迷失了方向，到底应该何去何从？墨守成规显然无法适应时代的要求，跟风随大流又力所难及，如何做到既能保存传统教学的优点，又能恰当地运用信息技术和互联网优势与课程教学适度融合，使教学效果最大化才是作为教育工作者应该思考和实践的课题。

在很多教师投身做微课和采用诸如“翻转课堂”等新的教学方式的时候，有必要先考察这些新教学方式的起源、特点和适用条件，再结合不同课程的特点适度运用。教学过程中应该忌讳的是忘却教学的初心，盲目为“翻转”而翻转，追求形式的潮流，却对课程内容应该传达出的学科思想和方法弃置一旁。鉴于此，本文先探讨目前一些新兴教学模式的特点及应用环境，再结合大学物理和物理实验课程各自的特点，分别采用不同的教学方式，通过一年多的教学实践，初步分析其教学效果。

1 翻转课堂与互动教学概述

1.1 翻转课堂概述

翻转课堂的产生背景源于学生，首先是学习的主体即学生无法根据各自的特点安排自己的学习进度。教学过程中总是存在学生课堂上接受能力与教师讲课节奏不合拍的现象。有的学生很快能理解教师所讲内容，而另有一些学生却总希望教师重复几遍才勉强理解；还有的学生由于各种原因错过了一些课堂时间。其次是教师没有足够的时间在课堂上照顾到全体学生的学习差异。在这种环境下，教师考虑将课堂教学的知识点以精练的方式录制视频提供给学生，方便学生根据自身需要来查看[1]。于是有了亚伦和乔森纳两位资深教师一年的合作，将所有课程内容录制成视频转变成课前的家庭作业，而反过来将以前课后的作业和问题提前到课堂中，所以从某种意义上并非是课堂翻转，而是课堂的前置。综观翻转课堂实施的成功案例，其实施的条件大致如下：

(1) 有根据教学目标、教学规律并以学生为中心进行教学设计且结构良好的微课视频。这意味着教师必需教学经验丰富，投入大量精力按照教学规律设计教学过程，录制教学视频；

(2) 学生课前投入时间与课堂时间至少保证1∶1的时间比例。如果学生不能保证在课前按规定看完教学视频和课程测试，课堂中难于融入课堂讨论和完成课堂作业。

(3) 有科学合理的课程评估机制。传统的课堂教学主要还是终结评价，一考定成绩，这给了很多学生混课的机会，实施翻转课堂后应该采用过程性评价与终结性评价结合的方式评定学生成绩，这样才能比较完整反映出学生对课程的理解程度。

1.2 互动教学反馈简介

科学地教学要达到的目标是学生积极主动的学习，这可以通过以学习者为中心的教学设计、科学的课堂评估和反馈等来实现。“以学习者为中心” 的课堂评估既有学习成绩记录，更关注学生学习的生成，形成及时的反馈机制，通过师生有效的互动和反馈，最终达到评估促进学习的目的[2]。教育学的研究表明学生在课堂中一般集中精力听课的时间大约15分钟，因此课堂教学需要间断性的互动，使教与学达到应有的效果[3]。

为有效获得学生练习情况，需要合适的方式获取课堂测试的结果，这就是互动教学反馈系统。互动教学反馈系统可分为两大类：一类是实时课堂教学反馈，另一类是基于网络教学平台的互动反馈。通过互动教学反馈系统能够即时反馈课堂信息，实现问题测试、投票、问卷调查等。教师通过实时反馈信息调整教学策略，学生通过参与进行自我评估和调整学习，实现更高水平的认知[4,5]。课堂交互反馈系统的使用,又为教学模式的改革和教育研究提供了新的思路、方法和工具。

2 翻转课堂与互动教学实施

2.1 翻转课堂在物理实验课程中的实现

如前所述，要成功实施翻转课堂需要教师和学生均投入大量的时间，对于课程内容和学时较多且难度较大的课程，未必合适。而对于像物理实验这类实验课程，却是天然适宜的。原因是：首先物理实验课程要求预习实验并撰写预习报告，其次教师在课堂上讲解的时间通常在15～30分钟，实验过程全部由学生完成，课后还需撰写实验报告。而实验预习中学生如何能做到对实验仪器和实验过程有初步的理解是教师在课前希望学生达到的。最后，实验课程的评估长期是以过程性评估为主，终结性考试为辅。因此我们在物理实验教学中首先着手翻转课堂教学。

(1) 前期准备：信息技术与课程融合不只是信息技术在教育中的应用，更是信息技术支持下的教育理念的转变[6]。要在物理实验课中实施翻转课堂，首先需要制作适宜学生课前预习、课堂实验、课后报告的微课视频。微课内容分实验简介、实验原理、实验仪器、实验操作和数据处理五大模块，其中的实验仪器和操作部分采用现场仪器操作，将实验主要过程和出现的实验现象通过录制的视频呈现，使学生在预习时对实验仪器和实验过程有基本的了解。微课制作中虽然主要是将实验课堂中要讲解的内容提前，但相对于实验指导书它的明显优势是可以通过更多的图像和声音详述实验的原理、方法、应用、动态显示实验仪器结构和工作原理、实验操作过程等。为检验预习效果，完成微课制作后，针对每一项目编辑实验测试题，测试题的形式主要是客观题，每次测验随机抽取5～8道题，学生可以自测最多3次，自测后可查看答案，让学生形成对实验的正确理解。

(2) 实施过程： 对实验试点班学生每个实验的课前预习要求通过观看微课进行，老师课堂中不再讲解，只针对性提问和强调注意事项。微课最初通过QQ群上传和下载，后在SPOC课程云平台上线。2017年开始面向全校开放，但对非试点班学生不做任何具体要求，可以自主选择是否观看教学视频及进行自测。一学期结束后统计使用情况，发现上线学生总数为246人(本学期开课学生数为1280)，平均每人登录约20次，在线平均时长约12小时。

2.2 互动教学在大学物理中的应用

大学物理课程教学内容目前主要以课堂讲授为主，要改变以往以教师为中心的课堂授课模式到以学生为中心的学习课堂学习模式，我们在大学物理教学中引入基于信息技术支持的课堂互动反馈系统丰富课堂教学功能。使用教学反馈系统需要根据教学内容设计课堂测试问题，课堂问题一般是概念测试或理解应用类型。课堂测试模式是将一堂课分成若干教学阶段进行，问题提出时机根据学生听课注意力减弱的时间来定，一般每10分钟左右设定一道课堂练习题。系统后台记录详细的答题数据，包括学生答题时间、答案信息，而课堂上现场显示答题分布，老师、学生能实时看到全班答题情况[5]。

“雨课堂”是MOOC平台"学堂在线"推出的基于Power Point和微信的混合式教学工具[7]。鉴于物理课程需要课外辅导，在全校物理课程教学中使用“雨课堂”平台辅助教学。方法是老师将上课的PPT课件及辅导资料以PPT格式上传到“雨课堂”平台，学生进入相应班级后可随时随地观看课件，对课件有疑问可以报告教师进行个别答疑。

3 实施效果

3.1 翻转课堂在物理实验中应用分析

通过对采用微课和不采用微课进行实验教学的学生问卷调查，学生自评实验预习良好率在试点班为100%，普通班为80%。实验操作过程试点班主要通过观看微课视频和两人小组合作完成，而普通班70%的学生依赖老师示范操作完成实验。在课外试点班学生用于实验预习和报告撰写的时间平均比普通班的多约30分钟。试点班学生参加校级物理实验竞赛获奖率采用微课教学前约20%，采用微课教学后提高到约50%。图1为本学期校物理实验竞赛获奖同学的竞赛成绩对比图。图中横坐标为实验操作分(满分50)，纵坐标为实验理论考试分(满分100)。其中实验组为实验试点班，对比组为普通班，自选组为普通班又在SPOC平台观看视频的同学。需要说明的是，实验操作部分的内容对普通班是近考试两周内完成的实验，而试点班是考试五周前完成的实验。图1看出无论是实验理论还是实验操作的平均成绩都是试点班较普通班高些。而对既观看微课视频又在上课时由老师详细讲解的自选组同学则单项和总体平均分均高于试点班，大约说明微课与传统教学结合进行实验教学效果会更佳。

图1 物理实验竞赛成绩对比

3.2 互动教学在大学物理教学中应用效果

通过在试点班试用互动教学系统，发现课堂氛围较以往大为活跃。绝大部分学生在答题环节能认真思考、互相讨论、踊跃答题，课堂打瞌睡情况明显减少，而该班大学物理课程的成绩也较往届有更大的相对优势，具体数据分析如下。

表1为互动教学系统采用之前，14级两个平行的40人小班大学物理历次测验和期末成绩。两个班级为从全校理工科专业选拔的综合成绩较好的同学组成的志远班，分别由两位资深教师采用传统教学方式教学，同步进行分段的课程测验。

表1 14级大学物理历次考试成绩对比

表1数据显示试点班与对照班相比基础略好，历次测验考试成绩都略高一点，但没有明显优势，可能说明两个不同教学风格的教师对“好学生”的影响不会太大。

表2中15级试点班全程采用了互动教学系统与课堂练习结合进行大学物理教学，其他教学方式均不变化，两个班级的老师与14级相同。

从数学成绩和第一次单元测验的结果可大致推测对照班的数学基础和高中物理基础应略优于试点班。但对于新的大学物理内容的掌握，则是采用互动教学模式的试点班学生学习效果明显优于对照班。图2分别描绘了15级4次大学物理考试的成绩分布，分数按由低到高的次序排列，大致可以看出采用互动教学的时间越长，课程学习效果优势似乎越明显。其中物理一和电学的两次考试难度较大，而实验班的成绩在各分数段均高于对照班。在难度较小的物理二考试中，实验班的明显优势在于中、低分数段同学的分数明显高于对照班。

3.3 混合式教学实施效果

物理实验SPOC平台不仅用于实验教学，也用于省大学生物理创新竞赛中实验竞赛的辅导。参加省赛的学生可以登录平台下载微课，在非实验环境下一样可以回顾实验原理、方法和过程，从而加深对物理实验的理解和提高应用能力。雨课堂则主要用于省物理创新竞赛中的大学物理辅导。对物理有兴趣且有志于参赛的同学通过雨课堂辅导平台，可以查看往届竞赛的大学物理试题和答案，根据自身特点安排复习。

表2 15级数学物理历次成绩对比

(a)

(b)

(c)

(d)

通过混合使用多种教学方式，使本校在省物理创新竞赛中的成绩逐年提高。我省的物理创新竞赛由大学物理理论考试和物理实验操作两部分组成。2014年没有实验微课，我校竞赛成绩名列全省第五。2015年采用微课辅导实验竞赛，使得竞赛的实验成绩名列全省第二，总的竞赛成绩名列全省第三。2016年继续采用微课辅导实验竞赛，增加用雨课堂辅导大学物理，在省物理创新竞赛中总成绩位列全省第一。

综上所述，将信息技术融入大学物理基础课程教学中，需要将不同的技术特点与课程的性质相结合，根据不同的教学目标进行教学设计，才能达成良好的教学效果。

[1] 伯格曼,萨姆斯.翻转课堂与慕课教学：一场正在到来的教育变革[M].北京：中国青年出版社，2014.11.

[2] Jo Handelsman, Miller S, Pfund C. Scientific Teaching[M]. New York： W.H.Freeman and Company, 2007.

[3] 马祖尔,朱敏.同伴教学法[M].陈险峰译.北京：机械工业出版社，2011.7.

[4] 吴天刚，左娜，张睿，等．基于大学物理教学的互动式电子书教材的设计[J].物理与工程，2017，27(2)：26-31． Wu Tiangang, Zuo Na, Zhang Rui, et al. The design of interactive electronic textbooks based in the college physics teaching[J]. Physics And Engineering, 2017，27(2)：26-31．(in Chinese)

[5] 骆正新,陆雯绮,王祖源.基于WiFi-SMS的互动反馈系统的设计与应用[J].现代教育技术，2015，25(01)：114-119. Luo Zhengxin, Lu Wenqi, Wang Zuyuan. Design and application of interactive feedback system based on WiFi and short message[J]. Modern Education Technology, 2015，25(01)： 114-119. (in Chinese)

[6] 马宁生,李军.移动学习中的物理实验微课程结构设计[J].物理实验，2016，36(11):23-27. Ma Ningsheng, Li Jun. Structural design of physics experiment micro-course for mobile learning[J]. Physics Experimentation, 2016， 36(11): 23-27. (in Chinese)

[7] 臧晶晶,郭丽文.滴水成雨—走进雨课堂[J].信息与电脑,2016(8):235-236. Zang Jinjin, Guo Li wen. Dripping rain-come into rain class[J]. China Computer and Communication, 2016(8): 235-236. (in Chinese).

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PRACTICE OF FLIPPED CLASSROOM AND INTERACTIVE TEACHING IN PHYSICS FOUNDATION CURRICULUM

Pan Xiaoqing Hou Chunju

(College of Science, JiangXi University of Science and Technology, Ganzhou Jiangxi 341000)

Flipped classroom and interactive teaching is a fusion of modern education under the popularization of Internet and information technology.The implementation condition of the flipped classroom and the function of interactive teaching are introduced in the paper . Combining the characteristics of the experimental physics course, the classroom was reversed. The principle, method, application, instrument structure and working principle, operation demonstration, test questions and data processing of the experimental project were carried out in the micro-lesson design. In view of more lessons of college physics, effective classroom interaction was played through interactive teaching software by way of the design section of the test problem.“rain class” of blending learning tool is applied in after-school tutoring in both college physics and experimental physics. In the end, test scores were compared in the implementation of different teaching form.

flipped classroom； interactive teaching； experimental physics； college physics； information technology

2017-06-16

江西省重点教改课题(JXJG-16-7-2)。

潘小青，女，教授.主要从事大学物理和物理实验的教学研究，panxqecit@163.com。

潘小青，侯春菊. 翻转课堂和互动教学在物理基础课程中的实践[J]. 物理与工程，2017，27(5)：77-80,83.