翻转课堂与现场实践结合的大学物理实验教学模式探索——以近代物理实验“光电效应法测普朗克常数”为例＊

肖郑颖，林金忠，李阳娟

（莆田学院工程实训中心，福建 莆田351100）

随着近年来信息技术的日新月异，“翻转课堂”作为一种新的教学模式冲击着传统课堂教学模式。学生对知识的掌握包括两个阶段：信息传递和吸收内化。传统课堂担负着信息传递的首要任务，教师课堂讲授，学生接受知识，课后学生通过作业习题完成吸收内化，从而完成教与学。而翻转课堂则是在信息技术帮助下，学生课前通过视频等形式，课前自学完成信息传递过程，课堂则成为讨论、互动、协作探究、答疑的场所，完成吸收内化。

大学物理实验是理工科学生在本科阶段实践课程的开端，担负着培养学生基本实验操作技能、基本数据分析和处理能力的重要任务。传统的大学物理实验课堂一般是教师先对实验原理、步骤、注意事项、数据处理方法等进行讲解，余下时间由学生进行实践操作。翻转课堂则将讲解部分提前到课前预习部分完成，学生观看视频并完成在线考核后进入实验室，课堂讨论以学生为主，通过师生互动的形式进行实验拓展，讨论完成后进行实践操作。

本文通过大学物理实验中具体的教学实例，探索翻转课堂与现场实践相结合的教学模式，比较传统课堂和翻转课堂在教学过程中的差异，寻求更好激发学生学习兴趣、促进思考、培养动手能力和创新能力的有效途径。

1 新模式下“光电效应法测普朗克常数”教学实例

1.1 设计整体思路

光电效应法测普朗克常数实验是大学物理实验中近代物理实验的内容，实验在爱因斯坦著名的光电效应方程的基础上，帮助学生建立光量子的概念，在对光电流特性理解的基础上，测量出不同单色光的截止电压，进一步求出普朗克常数。学生通过验证爱因斯坦的光电效应方程，了解光电效应的内在规律，对光的量子性有了形象的理解和认识，同时掌握图解法求得物理量的数据处理方法。学生在掌握实验原理，了解实验仪器的基础上，建立待测物理量与仪器测量量之间的联系，最终通过合适的数据处理方法获得实验结果，有效地培养学生的科学素养。

1.2 实施步骤

实施步骤如表1 所示。

表1 物理实验翻转课堂教学模式的实施步骤

1.2.1 课前准备

1.2.1.1 线上课程准备

在授课前，教师需要将“光电效应法测普朗克常数”的教学视频录制好，并放上学习平台。光电效应法测量普朗克常数实验操作并不复杂，难点在于对爱因斯坦光电效应方程的理解，了解光电流、截止频率、截止电压之间的联系。因此线上视频部分，要将原理讲透彻，这样学生在实际进行实验时，才能明白测出的截止电压和普朗克常数之间关系。在重点难点处，设置在线测试作为考核点，以问题激发学生思考，更好地掌握知识点。在本实验中可设计为与重要物理概念相关，如截止电压、光电效应方程中各物理量概念等，帮助学生进一步明确实验原理。

具体视频录制要点如表2 所示，视频录制可采用实物讲解拍摄和电脑屏幕讲解录制结合的方式完成，最后通过剪辑软件完善教学视频。

表2 视频录制要点

1.2.1.2 组织线上教学

教师根据教学进度在课前安排学生进入教学平台学习本实验知识点，学生在完成线上视频的学习并完成考核点作业后，方可进入实验室进行实验，学习平台可导出学生课前预习成绩以供教师参考。

1.2.1.3 师生交流

学生如果预习中对某些知识点存在疑问，可在线上提问，教师可以线上答疑，同时对于常出现的疑问，教师可以通过授课视频讲解。

1.2.2 课堂组织

1.2.2.1 翻转课堂

学生在课前已观看在线课程视频，并已完成考核点测试，进入实验室后，将传统大学物理实验授课中用于讲解实验原理、实验操作、注意事项的这一部分时间用于翻转课堂的组织。翻转课堂通过问题来驱动教学开展，可以先由教师在在线视频的最后提出若干问题。例如“普兰克常数在量子力学中扮演什么角色？”“还有什么方法可以测量普朗克常数？”“光电效应是如何发现的？”学生课前分组，每组就一个问题查阅资料，课上就这些问题开展讨论。同时，也可由学生就相关问题提出疑问，在课堂中进行广泛讨论。

1.2.2.2 现场实践

讨论结束后，则由学生自主进行实验。教师根据学生实验情况，及时将实验中出现的问题反馈给学生。

1.2.3 课后反馈

1.2.3.1 课后巩固

课后，学生在教学平台上上传实验报告。教师可直接在教学平台上批改实验报告，批改情况可及时反馈给学生。

1.2.3.2 课后交流若学生在实验报告撰写过程中出现问题，同样可以通过学习平台答疑。教师也可以通过教学平台发布作业和考核。

2 效果反思

2.1 恰当的在线视频时长

在使用在线视频之初，是按照教案将该实验的知识点以及操作录制成一个视频放置在学习平台上。但是在线视频的使用过程中发现，大段的视频效果较差，究其原因，一方面，较长的视频学生往往没有耐心观看完，存在拖动和快进的现象；另一方面，学生对其中某一个问题产生困惑需要回看视频时，在视频上来回翻找，效率低。因此在后期对在线视频做了调整，将在线视频分成许多小片段，每个片段设置清晰明确的标题，考核点穿插其中。通过这种方式，学生的观看率明显上升，且学生反馈较好。

2.2 预习效果的提升

在传统的大学物理实验教学中，往往是通过撰写预习报告方式，督促学生预习。而学生在撰写预习报告的时候，常常是实验指导书到实验报告的简单搬运。在他们进入实验室时，脑海中对实验原理及实验方法知之甚少。而在大学物理实验课堂教学中，学生关注更多的是实验步骤的讲解，对实验原理和实验的测量方法不求甚解，这与大学物理实验课程的目的是背道而驰的。

大学物理实验的出发点是学生对物理学科中具有代表性的一些实验现象进行观察和测量，进一步加深对原理的理解。通过在线课程和翻转课堂的形式，将大学物理实验教学的授课方式进行重新规划。免去学生在课前“无脑”地抄写预习报告，采用完成在线视频学习和考核点任务的方式替代。一方面，观看在线视频的形式较为活泼，通过控制视频的合适时长，学生更愿意接受这种“碎片化”的预习方式；另一方面，通过设置多个“考核点”的形式可以检验学生的预习效果。考核点一般设置为实验原理中最能体现物理思想和物理方法的内容，学生通过回看视频，查阅资料，可以初步建立起对该实验项目的基本认识。

此外，学生的物理基础参差不齐，采用传统的授课方式，存在有些学生“跟不上”，有些学生“嫌太慢”，而自主地观看在线视频，对不能理解的地方可以反复回看，也可以对较简单的地方倍速播放，学生可以灵活地掌握课程节奏。但预习效果归根结底是由学生学习的主动性决定的，一方面教师在视频中多用动画、实物展示等方式吸引学生，避免枯燥无味的讲解；另一方面，使用在线平台中的视频播放情况的统计功能，将学生的视频播放情况和考核点的解答情况一并计入平时成绩。

2.3 交互式的教学形式

由于在课前已经完成了对原理、实验方法和注意事项的讲解，因此课堂教学可以更有“广度”。可以通过实验项目衍生至相关的物理学史内容，通过问题导向的讨论形式，将相关物理定理的产生、发展和应用展现在学生面前。

但是这种授课形式对教师的综合能力提出了更高要求，一方面要求教师课前准备素材，查阅资料，吃透相关知识点；另一方面，要求教师提高引导能力，把握课堂讨论的方向，这就对教师的能力提出了更加多元化的要求。

此外，因为大学物理实验面对的是非物理专业的学生，他们在进行大学物理实验时，最经常产生的一个疑问就是这个实验与专业有什么关系。因此，在这个环节，可以结合学生专业，适当扩展一些相关内容，加强课堂教学的应用性和针对性，可以大大提高学生进行实验的积极性。

3 结束语

翻转课堂教学模式引入大学物理实验教学，与传统课堂相比，极大地改变了课程的组织形式，重新定位了师生在课堂中扮演的角色。学生方面，促进学生思考，激发学习兴趣，同时有效培养了自主学习能力和思维能力；教师方面，对教师的课堂组织能力和教学基本功提出了更高要求。翻转课堂投入使用后，仍然需要不断根据教学需要和学生反馈，对在线视频、考核点、翻转课堂讨论点等进行不断调整，不断提高大学物理实验教学质量。