翻转课堂在基础物理专业实验教学中的应用研究

高 静，徐天赋

(燕山大学 理学院 河北省微结构材料物理重点实验室，河北 秦皇岛 066004)

翻转课堂是国内外改革的一股热潮，为我国的教育改革提供了一个很好的新思路。翻转课堂的实质是从被动学习转向主动学习，其核心特征是主动学习与教育技术的结合[1-3]。目前，基于翻转课堂教学的实践和研究涉及到基础教育、职业教育-高等教育以及成人教育等各个阶段，不仅应用于理工学科，在人文学科也有很多成功案例[4-7]。由多媒体技术和教育技术驱动的这场教学革新，采用教学视频替代教师讲授，实现了知识传播手段的升级，为课堂教学拓展了时空。而此时的教学方法和内容若不与时俱进，也就无法实现教学效果的突破和超越[8,9]。

基于基础物理实验课程，对翻转课堂教学进行了探索实践，构建了基于微信平台的翻转课堂教学模式，并通过调查问卷分析总结这种网络学习对课堂教学的作用和影响，为高校开展实验课程的翻转课堂教学提供一定的参考。

1 传统教学模式中存在的问题

1.1 教学模式单一，学生被动学习

传统教学模式主要以学生课下预习实验讲义；课堂教师讲解示范，学生按部就班操作；课后按照要求进行实验数据处理的形式来完成。这种教学模式存在的缺点有：(1)学习资料形式单一枯燥，没有仪器实物图和具体操作仪器图作参照，可能有时候学生理解起来不透彻，甚至对实验项目内容一知半解；(2)实验学时有限，而课堂讲解占用了较多时间，导致学生动手操作、实验观察测量的时间大大缩短，对问题进行思考、研究不到位；(3)课后师生很少互动，缺乏交流讨论的平台，对学生学习该实验后的掌握情况并不十分了解，缺少实验反馈。

1.2 基础性、验证性实验项目多，缺少设计性实验内容

目前开设的实验基本为基础性和验证性项目，虽然有助于学生巩固所学的理论知识，但是缺少设计性实验环节，学生被动学习，独立思考的部分较少，学生的自主性和创新性受到限制，教学效果欠佳。

2 翻转课堂教学模式特点

2.1 教师角色转变

在翻转课堂教学模式中，教师的角色发生了变化，教师不再是核心地位的传授者，学生成了学习的中心，这给学生更多地机会和时间进行思考、交流、探讨，也增加了师生间的互动交流，让教师能更多的倾听学生的意见、建议和反馈信息[10,11]。当学生遇到难以解答的问题时，教师再指导一定的探究思路，帮助学生锻炼高阶思维能力。

2.2 课堂内外时间重新分配

在翻转课堂教学模式中，学生课前学习微视频，自主学习完成新知识的认知和理解；课堂上进行师生、生生之间的答疑、讨论、探究、协作，实现对新知识的内化、巩固和应用，有效避免了“满堂灌”和“填鸭式教学”[12]。

2.3 学生角色转变

在翻转课堂教学模式中，学生的角色也发生了改变，由被动地接受知识转变为主动吸收知识。教师将实验教学微视频发送给学生，学生可以随时、随地观看，学习起来更轻松自由，减少了学生的紧张感、疲劳感和厌倦感。遇到不明白的地方，学生可以反复观看，直至达到自己的学习要求，这使学生能够根据自己的学习需要来控制自己的学习进度，有利于提升自主学习能力。

3 翻转课堂教学设计

为了改善传统教学模式中存在的问题，结合微信独特的优势，研究基于微信公众平台的翻转课堂教学模式，以逐步提高基础物理专业实验的教学效果。在做各教学环节设计前，首先需要对翻转课堂教学模式进行构建，如图1所示。

图1 翻转课堂教学模式结构图

3.1 微课设计

微课作为翻转课堂的重要组成部分，直接决定课前知识传递效果，影响课堂上教学活动的设计，从而影响最后的教学效果[13]。微课主要以实验教学微视频为主，并包括多媒体课件、文献等扩展学习资源，是服务于课堂教学的一个环节。

在实验课前预习环节，教师将制作好的实验教学微视频提供给学生，方便学生课下学习。设计实验教学微视频，时长5～10分钟，要求对核心知识点、教学活动进行讲解。实验课程重点是实验过程，因此在制作实验微视频时注意将实验操作细节和重难点更加精细录制。为了使学生可以获得更好的课程体验，在课程制作中配合语音讲解，并辅以字幕，加入轻松愉快的背景音乐，增强微课学习效果。在微视频制作的最后环节，提前准备好实验课程数据处理作业、思考题，以便于学生进行课后学习。

此外，根据教学大纲的要求和教学的需要，经过严格的教学设计，以知识点为中心建立导航结构多媒体课件，辅助前期教学。多媒体课件不仅可以在实验内容的学习上提供良好的交互控制，而且可以运用适当的教学策略来指导学生学习。值得注意的是，在设计课件前，需要对学习者特征和学习内容进行分析准备工作[14]。任何课件都不是广泛适用的，专业背景、思维模式、认知结构和学习习惯不同，则课件制作时也应该具有针对性，更好地体现出“因材施教的个别化教学”，符合学生的学习规律，提高学习效果。

准备与实验相关的选学资料，即与实验相关但属于扩展内容或者较难部分的文献、网络资源等资料作为进阶学习资料，此部分与设计性实验内容相对应。将各种学习资源分享给学生，可提高学生的学习效率和获得感，并促进学生反思性学习与团队协作精神。

3.2 建立微信公众号

微信因具有较好的用户体验，传播速度快，开发成本低，智能手机支持等特点，逐渐被应用于高校教学改革中[15]。建立微信学习平台，将制作的实验教学微视频、多媒体课件、选学资料等发布到平台上供学生随时点击学习，从而支持微课翻转课堂学习。首先设计好“页面模板”，接着在“自定义菜单”处对页面上的菜单进行功能确定，微信公众平台首页的3项“自定义菜单”分别设置为实验视频、多媒体课件、拓展资料。每个一级菜单下包含相应的实验项目内容，但是，由于每个一级菜单下的子菜单最多可创建5个，而实验项目数为8个，所以在设计界面时，将两个实验名称合并为一个子菜单，即焦距测定与单缝、等厚与迈克耳逊、分光仪与超声光栅、双棱镜与偏振光。然后，在子菜单下设置动作，选择“跳转网页”，选择“从公众号图文消息”选项，在跳出的“选择图文消息”窗口选择“页面模板”，点选对应的实验项目并确定，完成对指定“页面模板”的调用。最后，在设置好每个页面菜单后，进行“保存并发布”就完成了微信公众平台的编辑。这样，在公众号页面，只要点选菜单就可转到指定的实验项目页面了。此外，通过微信公众平台所提供的数字统计和分析功能，可对学生进行跟踪，查看学习情况，保证教学的时效性。

3.3 课堂学习

在实验课堂上课环节，教师先以提问或小组讨论的方式，对学生进行测评，掌握学生对实验教学微视频、多媒体课件及其他拓展学习资料的学习情况。教师对重点问题和难点问题进行集中教学讲解、演示，对知识进行系统梳理。学生根据课前自主学习中遇到的问题进行提问交流讨论，教师做出总结并答疑解惑；学生也可以在课堂上讨论自己的学习心得和自主学习的有实际应用的文献资料，加深对实验理论知识的理解，拓展思维广度，而不是机械的按照要求做实验、写报告。最后，教师指导学生实验操作，进一步巩固实验过程，布置数据处理作业。

为了解决传统模式中基础性、验证性实验项目多，缺少设计性实验内容的问题，根据教学内容，增开设计性实验环节。给出一个题目，让学生结组自主搜索文献资料，设计实验方案并实施，扩展和创建深度知识，最后对实验结果进行整理分析，撰写实验研究报告。这个过程有助于培养与提高学生的科学实验素养，主动研究探索和团队协作的精神。探究式实验方案设计的好坏、学生的参与程度也直接影响着翻转课堂构建深度知识的实现。

3.4 课后作业和学习反馈

课后，学生根据原理公式和测量的实验数据，进行计算处理，完成实验总结和误差分析。对于设计性实验，学生以小组的形式完成设计性实验研究报告，除了包括实验目的、实验仪器、实验原理、实验内容、数据记录表格、实验数据处理外，还包括实验方案可行性分析、实验难点和参考文献。

通过微信的通讯功能，基于其文字、图片、语音交互、对讲交互方式对学生进行个性化指导，实现师生间一对一的交流沟通。基于微信的群组功能，建立讨论组，通过与学生交流实验过程中遇到的问题、操作的错误及实验的实际应用等，教师解答疑惑并启发学生的发散思维。为了达到更高的教学质量，制作合适的测试题目，向学习该专业实验的学生发出调查问卷，加以研究分析，对授课方式和学习平台进行优化改进。

4 结 语

针对目前普通物理专业实验传统教学方法中存在的问题，本文构建了基于微信公众平台的翻转课堂模式，借助智能手机作为移动学习终端，完成知识学习、内化和教学角色的翻转。为了解决传统模式中缺少设计性实验内容的问题，根据教学内容，增开设计性实验环节，让学生结组自主搜索文献资料，设计实验方案并实施，扩展和创建深度知识。翻转课堂教学模式是普通物理专业实验课程教学的一次改革与尝试，增强了实验的趣味性，有利于提高教学效果。当然，教学方法应当持续改进更新，进一步促进教学模式优化、升级，这需要教育工作者们孜孜不倦地钻研、探索，提高高校人才的培养质量。