翻转课堂在力学课程中的尝试与探究

刘燕 王斌

[摘 要] 力学是物理学本科专业的基本理论知识体系中的第一个知识领域，即机械运动现象与规律。在学习过程中，由于课时限制，学生无法在课堂内完全掌握教学内容，对于实验部分而言，实验教学很难形成完整、系统的学习链;因此，将翻转课堂模式应用于力学教学，既有利于学生提前预习，又有利于师生互动交流，同时能够充分培养学生学习的积极性和主动性，促进学生学习效率的大幅度提高。

[关键词] 翻转课堂;力学课程;教学尝试;教学开发

[基金项目] 2017年度西华师范大学教改项目“力学的‘第二课堂教学模式探索”（Xjjgxh20177241）

[作者简介] 刘 燕（1982—），女，四川新都人，硕士，讲师，主要从事力学教学工作及非线性动力学与控制方面的研究;王 斌（1996—），男，湖南湘潭人，西华师范大学物理与空间科学学院2015级物理学本科生，研究方向为学科教学。

[中图分类号] G642.3    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）36-0246-03    [收稿日期] 2020-04-02

物理学本科专业的理论知识体系包括七个知识领域，其中力学是第一个知识领域，即机械运动现象与规律。而大学开设的第一组基础物理实验就是力学实验，它既是大学物理教学的开端，又是后续实验课程的基础，它有利于加深学生对物理规律的认识，培养学生的基本实验技能;让学生掌握基本的实验方法，养成良好的实验习惯，培养初步的科学素养。目前传统的教学模式主要从预习、课堂教学、复习、作业练习、考试等关键环节进行，但是有些环节存在一些瑕疵。例如：由于课时限制，教师大部分时间充当“主角”，而学生的“舞台”时间置于末尾。同时，对于实验部分而言，实验教学又很难形成完整、系统的学习链。首先，学生依靠书本描述，很难开展实验预习、复习和操作训练，热学实验教学示范中心每年承接大量学生实验，时数巨大的教学任务影响了实验预习考核及评判、考试，尤其是动手操作考试，造成考试评判标准不具客观性和唯一性，同时存在凭印象打分、成绩因教师而异的现象，这样的考试严重影响学生的积极性。

翻转课堂即将课堂内外的时间进行调整，把学习的决定权从教师转移给学生。在翻转课堂模式下，学生能够最大程度发挥主动性，并与教师、同学共同研究解决疑难问题，从而获得更深层次的理解。教师占用課堂的时间由传统模式下的整节课转变为10分钟左右，尤其强调学生在课前完成自主学习。学生可以通过教学视频、听播客、阅读电子书，在网络上与别的同学讨论，查阅需要的材料进行学习。在课后，学生自主复习整理，及时向教师进行课堂反馈;教师则采用讲授法和协作法来满足学生的需要以及促成他们的个性化学习，其目标是为了让学生通过实践获得更真实的学习。

将翻转课堂运用于力学课程教学，既有利于学生提前预习，又有利于师生互动交流;既有利于将大部分“舞台”时间交还给学生，又有利于教师在大众教学的模式下对学生进行特色最大化、优势最大化的教育教学。

一、力学课程翻转课堂设计方案

（一）课前准备及课前自主学习

1.根据物理学专业人才培养模式，将力学课程分成几大模块。模块1：物理学和力学基本知识点;模块2：质点运动学;模块3：动量、牛顿运动定律、动量守恒定律;模块4：动能和势能;模块5：角动量;模块6：万有引力定律;模块7：刚体力学;模块8：振动;模块9：波动和声。

2.对应相关实验如下：长度测量;固体和液体的密度测定;重力加速度的测定（单摆法）;在气垫导轨上测量速度和加速度;牛顿第二定律的验证;谐振动的研究;转动惯量和切变模量的测量;扭摆法测定刚体转动惯量;杨氏弹性模量的测量;弦线振动的研究;复摆。

3.根据模块知识制作视频、PPT、相关教程资料等提供给学生，通过互联网给学生布置课前预习任务，供学生完成课前预习。同时，根据每一个模块的内容和知识点提前在互联网上设置3～5个题目，大约10～15分钟时间完成，学生完成后及时交给老师，老师可以根据学生完成具体时间点、时间长度和正确率等分析学生对知识点的掌握情况，根据知识点的掌握程度调整上课讨论内容，提高上课时间的有效利用率。学生在完成测试题后，设置测试疑问专栏，让学生总结自己对该知识点课前的疑惑，标注疑问知识点，在课堂上教师进行全面解答。

（二）课中学习

1.课堂上教师把上课主动权交给学生，让学生以小组讨论的形式完成知识探究，同时要求老师加入课程讨论，并对学生进行有效指导。

2.经过课前知识传递，学生已基本掌握知识要点，教师即可充分利用课堂时间与学生进行课堂探讨。在课上，教师已根据疑问专栏与课前测评创建针对性问题，以小组形式对教师提出的问题或者小组想解答的课前测评遗留问题开展课堂讨论。经过小组共同探究问题、解决问题，实现探究性学习，使课堂真正做到“以学生为主体，以教师为主导”，实现教育目的。在课堂最后10分钟进行教学效果测评，以达到课堂教学目的。根据检测结果，教师对翻转课堂及时进行调整与改进，为下次课做好充分准备。

3.为促进教学更加先进化、高效性，教师采取融入TPACK（整合技术的学科教学知识）理念的翻转课堂教学模式，即以技术为手段，颠倒知识内化和知识教授顺序，实现信息技术与课堂的结合。TPACK理念更加有助于翻转课堂的进行。

（三）课后复习和总结

1.根据学生在知识点方面掌握的实际出相关练习题，由学生完成，通过学生完成具体时间、时间长度和正确率等分析学生对相关知识点的掌握情况。

2.如果课前是初步认知学习，课中是有效掌握学习，那么课后就是对知识进行巩固和内化学习。在翻转课堂的教学模式中，教师可以尝试采取学生自我总结的方式，从学生获取知识程度得到课堂反馈。比如在掌握一定教学制作技能后，学生根据学习内容制作相应的课件。在制作过程中，学生可以借助网络平台和教师进行交流，教师也可以借此为学生进行辅导。这不仅解决了传统教学的限制，也使教师能得到及时反馈，同时促进师生关系的良好发展。另外，在课后任务完成后，学生可以将制作成果通过教学平台进行上传，教师通过该平台进行归纳总结，并了解学生潜在的问题，改进教学方案。

二、翻转课堂在力学课程中的应用

以周衍柏版本《理论力学》中第一章第四节的“牛顿第三定律”为例，对传统教学与翻转课堂教学模式进行对比。

（一）传统课堂

1.课前根据教材自主预习。

2.课中。

（1）情景导入。结合科幻图片，展示宇宙飞船起飞情况，播放第14届国际泳联世界游泳锦标赛选手蛙泳与自由泳过程片段。通过以上活动向学生提问：为什么火箭能够被发射，选手通过游泳能够前进？

（2）新课教学。教师根据学生出现的误区进行纠正，并带着学生的疑问进入新课。教师配合多媒体课件展示视频：锦标赛蛙泳选手脚部运动简构图、嫦娥四号探月从地球起步过程。教师向学生提问，让学生进行讨论，分析出作用力与反作用力的含义，即一个物体a对另一个物体b施加一个作用力，同时，物体b也会对物体a施加一个反作用力。接下来，教师让学生分组进行探究性实验，找出作用力与反作用力大小关系。学生利用弹簧测力计做相互连线对拉以及松开的实验，观察两个弹簧测力计的示数大小，对作用力与反作用力大小进行比较、总结;再让学生缓慢松开弹簧，观察得出作用力与反作用力具备同时性。接下来观看幻灯片给出的案例：自由泳运动员的脚步动作与蛙泳运动员的脚部运动过程。教师边提问边交流，分析总结得出：作用力与反作用力的反向性，并以板书形式画出示意图，体现作用力与反作用力在一条直线上。最后进入互动环节，每两位同学为一组，进行伸掌对推，并向学生提问：在一个小组中，感觉到推力的是一人还是两个人？教师结合学生的探讨与交流，让学生得出结论：作用力与反作用力作用在两个互相作用的不同物体上。

（3）牛顿第三定律。在分析以上“三要素”条件之后，教师邀请一位同学进行作用力与反作用力的总结，并根据学生的回答情况进行总结，引导出本节课的核心牛顿第三定律。

（4）作用力与反作用力跟平衡力的区别。联系本章节前面所学的平衡力，以桌面上的水杯为例，讨论平衡力与作用力反作用的区别。教师再对照表格向学生呈现各个力之间的异同，相同点为大小相等，不同点为方向相反、同一直线上前者作用在两个物体上，具备同种性质、同时性，但不可求合力，作用效果不可抵消;后者作用在一个物体上，而是否同时、是否同种性质具有不确定性，合力为零，作用效果相互抵消。教师对本堂课进行总结，归纳本节课的重点、难点，进行课后习题布置。

3.课后学生自主复习，按时完成课后作业。

（二）翻转课堂

1.課前。

（1）学生根据教师下发的教学视频，用时15～20分钟进行如下学习：观看“长征三号丙”运载火箭的发射过程，观看第14届国际泳联世界游泳锦标赛选手蛙泳与自由泳过程。通过以上活动向学生提问：为什么会出现几种与作用力和反作用力有关的现象？感知作用力与反作用力在科技时代中的表现，尝试再自行列举给了作用力就可以得到反作用力的效果。

（2）以的蛙泳运动员为例分析作用力与反作用力：一个物体a对另一个物体b施加一个作用力，同时物体b也会对物体a施加一个反作用力。

（3）揭示作用力与反作用的关系。利用弹簧测力计相互连线对拉以及松开的实验，总结出作用力和反作用力的大小，具备可等性、同时性。邀请学生进行氢气球漏气模拟，观察球口底部水面波动情况，从中总结作用力与反作用力的方向具备反向性且在一条直线上。以自由泳运动员为例，总结出作用力与反作用力作用在两个物体上。

（4）概括总结牛顿第三定律。在两个物体之间，其作用力与反作用力具有大小可等性、反向性、作用在同一直线上。

（5）将教案设计的3～5个课后练习题穿插于视频中，让学生进行受力分析与完成受力示意图。

2.课中。

（1）学生分组实验。用两个弹簧测力计对拉，观察弹簧测力计示数的大小，以及各个分段时间内两个弹簧示数的大小变化，表示出作用力与反作用力的关系。

（2）师生互动环节。教师以3个学生为示范，其中2个学生分别用相等的力气在左右两侧拉中间的同学，中间位置的同学未有大幅度晃动。教师引导学生进行小组讨论，分析3个同学受到的力，哪些是作用力与反作用力，哪些是平衡力，作用点如何，总结平衡力与本节知识的异同之处。

（3）学生分组进行交流，回顾本节课所学的知识，各组分派代表进行总结。不同小组之间进行互补、交流。

3.课后。自主整理课堂笔记，向教师提出课堂反馈。

（三）小结

对比两种教学模式，翻转课堂将传统课堂的新课基本知识部分排放于课前，为课堂中介绍本节课的重点、难点以及掌握目标增加了更多时间，弥补了传统课堂存在的时间不足、教师拖堂的不足。此外，传统课堂基本为“教师传达、学生接受”的教学模式，而翻转课堂将“学生主角”与“教师编导”充分结合，既达到了教学目标，也培养了学生的主观能动性，开拓了学生的思维发散空间。

三、结论

在力学课程方面，翻转课堂教学模式实现了网络授课，网上递交批改作业、成绩管理、智能统计，微课等;在实验部分实现了实验教学排课、学生自主选课、递交批改实验报告、成绩管理、智能统计等功能，丰富了教学辅助手段，细化了各项管理，进一步提高了实验教学的开放性和交互性。翻转课堂教学模式对学生而言，学生从被动变为主动为主，极大地提高自学能力，课堂气氛从沉闷场面转变为小组讨论模式的活跃场面，加强了学生获取知识的途径。对教师而言，教师从传授者变成引导者、教学活动的组织者，成为导师型的教师。因此，翻转课堂教学模式在力学课程教学过程中的使用是非常有意义的。

参考文献

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