基于“翻转课堂”模式在工科大学物理实验教学中的应用

刘斌 ，郭连生 ，范闪闪 ，张旭

（1.河北工业大学，人工智能与数据科学学院；2河北工业大学，本科生院；3河北工业大学理学院，天津 300401）

全国高校教师网络培训中心组织专家于2014年初发布《中国高校微课白皮书》，并发行《慕课》《微课》和《公开课》一套三册图书。

翻转课堂是指重新调整课堂内外的时间，将学习的决定权从教师转移给学生。在翻转课堂教学模式下，能够节省课堂内的宝贵时间，使学生更专注于主动的基于项目的学习，共同研究解决问题，从而获得更深层次的理解。翻转课堂模式是大教育运动的一部分，它与混合式学习、探究性学习、其他教学方法和工具在含义上有所重叠，都是为了让学习更加灵 活、主动，让学生的参与度更强。

1 翻转课堂实施的基础——微视频

微课是指运用信息技术按照认知规律，呈现碎片化学习内容、过程及扩展素材的结构化数字资源。“微课”的核心组成内容是课堂教学视频（课例片段），既有别于传统单一资源类型的教学课例、教学课件、教学设计、教学反思等教学资源，是在其基础上继承和发展起来的一种新型教学资源。

物理实验教学知识点众多，有背景知识、调节方法、使用方式、具体原理等，需要有不同类型的微视频来支撑“翻转课堂”模式的教学，主要分为以下四类。

（1）预习类视频。

传统学习模式学生只能对着讲义中的几张实验仪器图片发挥自己的想象，没有任何感性的认知，往往由于预习难度太大失去兴趣，而微视频可以提供直观的仪器展示，相当于给每个学生配一名教师。比如，杨氏模量实验，光学放大的原理难以掌握，学生预习之后知道有个术语叫作光杠杆，具体仪器是什么样子，怎么工作，他们完全理解不了。看了录制的教学视频后，学生们理解变得很容易，因为动态的演示提供了清晰直观的影像，再配合讲解声音，而且可以随时暂停，反复观看，大大提高了预习效果。

（2）调节方法类视频。

这些视频是针对在传统课堂上需要重复讲解演示的知识点，如游标卡尺、千分尺的使用方法，回路法连接电路，分光计的调整，天平的调平，迈克尔逊的调节等。这类知识点步骤较多，关注细节，稍微落下一个环节，就不能调好仪器，影响测量。这类知识点机械的重复性的讲解也增加了教师的疲劳感，所以制作成微视频，一方面可以手把手教授学生操作方法，另一方还可以缓解教师的工作强度，提升课堂教学的有效时间。

（3）背景介绍类视频。

这类视频主要侧重于物理学史的背景、某些技术等介绍。比如，密里根油滴实验、迈克尔逊测量波长、弗兰克赫兹实验，这些是获得诺贝尔奖的实验，当时实验的实施过程可以当作一个故事，把这些故事的来龙去脉做成视频，可以大大提升学生学习的兴趣。还有一类适合介绍的工程技术，如全息照相技术、模拟法的应用、霍尔传感器技术这些与工科背景有关，可以当成技术介绍，把这些技术的具体应用介绍给学生，来开阔学生的工程视野。

（4）原理展示类视频。

这类视频侧重于抽象的不容易理解的知识点。比如光学实验里面的双棱镜干涉原理、牛顿环产生的条件、分光计测量最小偏向角等。光学实验展示困难，利用动画技术、PPT动态技术可以完美的呈现光线的走向，演示具体的成像过程，充分突出了物理学科实验先行的特点，便于学生理解其原理。

2 “翻转课堂”授课实施

翻转课堂视频配合翻转课堂进行教学，有其自身的特点：第一，教学视频短小精悍；第二，教学信息清晰明确，要有很强的带入感；第三，重新建构学习流程；第四，复习检测方便快捷。

以霍尔元件测量磁场实验为例，提供如下问题：（1）霍尔元件电子的偏转方向由哪些因素决定？（2）霍尔电压的计算公式？（3）测量霍尔电压时产生的四种附属效应？（4）不等位电势如何测量？（5）霍尔元件本质是磁电式传感器，制作转速表的原理？其中问题（1）和问题（2）属于初级问题，预习之后应该能够回答上来，属于课堂提问的范围，可以检查学生预习的情况。问题（3）和问题（4）属于中级目标，对学生的思考能力提出了要求，四种附属效应后面的本质是什么？不等位电势能不能测量，怎样测量？需要在深入理解本实验的基础之上才能回答出来，需要探究霍尔电压产生的本质，进而通过自己所学的测量电压的方法解决实际问题。问题（5）属于高级目标，要求学生在熟悉霍尔元件本质基础上，查询相关的专业书籍，了解学习霍尔元件测量转速的原理，进而设计出测量方法，真正能从基本原理出发与实际工程应用搭起桥梁，学会具体的应用方法，做到原理、元件、具体设计、实际应用相结合，锻炼学生的解决实际问题的能力。

基于教学微视频的翻转课堂，把实验课的自主权交给学生，学生不但能够完成实验数据的测量，还进一步对实验现象及其原因进行分析、验证、总结。不同程度的学生都能在课堂上得到最大程度的收获，这种方式优于普通教学方式。

3 “翻转课堂”授课的几点反思

3.1 实验类课程非常适合微视频教学

传统实验教学中存在着一些问题：首先课堂时间有限，在有限的时间内要求理解实验原理、熟悉实验仪器、完成数据测量，时间紧任务重，导致学生变得浮躁，在进行实验时，往往追求尽快得出实验结果，而不再去探索实验中出现的物理问题及其原因；其次在实验演示时，由于班级教学中学生人数多，教师的演示很难让每位学生都观看清楚，需要在实验过程中个别辅导，由于一个教师对着多名学生，不能及时辅导到每一位学生，有些学生等不及，就选择了去和其他同学合作，甚至抄数据。

提供微视频，可以让每个学生都能接受到演示的效果，能在课下轻松地掌握实验方法，打破了仪器的神秘感、陌生感，学生学习起来变得容易、可行，而实验操作成功的喜悦又给了学生强大的成就感，学生变得喜欢操作，形成良性的增长效应。微视频还可以暂停、重复观看，这些固有的特性相当于教师多次的示范演示，就是利用现代化的信息技术给每个学生配了一位教师，使得稀缺的教育资源最大化地利用了。

3.2 实验微视频拍摄注意问题

实验微视频的主体是实验仪器，制作微视频时要突出。如果把教师、黑板等出现在画面当中，学生关注度会被分散。这是“翻转课堂”的教学视频与传统的教学录像作为不同之处。

3.3 线下课堂学习情况监控困难

提供给学生视频资料，学生能否真正观看视频，有没有播放视频而没有在显示终端前面观看的现象，目前没有好的方法进行监控。有例子就是学生打开视频之后，去干别的事情，从技术监测的反馈来说是看了，但是真实情况是根本没看，所以观看视频或者PPT过程很难把握。

3.4 重视网络课堂不是否定第一课堂，而是作为第一课堂的补充

翻转课堂本身就是一个授课模式的改变，利用互联网技术突破学习的时空界限，但在教学过程中不能夸大到万能的境界。首先我们不能在第一课堂上面全程让学生讨论，需要教师更加细致的引导，需要选择更好的授课内容，搭配合理、重点突出。打个比方，就像是做鱼一样，我们做出了各种形式——煎炒烹炸，菜的内容是没有变，还是鱼，不喜欢鱼的还是不会吃。其次有的课程凭借网络课堂大量推送习题，课堂上就是做题，没有任何引导传授过程，美其名曰翻转课堂，其本质还是题海战术，只是变本加厉的刷题。这种授课方式激发不了学生任何兴趣，只是徒增学生的怒火，这也不是我们教学改革的方向。

在翻转课堂实施过程中，授课内容是根本的。你怎么讲解重点，如何起承转合，怎么让学生方便掌握，怎么让学生提高动手能力，怎么让学生解决实际工程问题，这是最核心的内容，传统课堂始终是第一位的，加大力度研究新时代的第一课堂教学，善于利用网络学习、线下学习，只能两者互相配合，才能发挥出翻转课堂最强大的力量。

4 结论

在目前“大云物移”新时代下，如何利用信息技术提升教学水平成为研究热点。“互联网+”成为各种可能，在教学过程中微视频有利于大学物理实验教学中知识点分解，有助于学生对教学内容的理解，从而使学生能够轻松学习，保持学习的积极性。基于微视频的翻转课堂，把实验课的自主权交给学生，学生不但能够完成实验数据的测量，还进一步对实验现象及其原因进行分析、验证、总结。翻转课堂的实施，也有利于教师因材施教，学生实现个性化的学习。不同程度的学生，都能在课堂上得到收获，这种方式教学方式有自己的优势，考虑线下学习与第一课堂相配合，才能发挥出新型教学模式的优势。