楊 坤 王 博*

(石河子大學理學院 新疆 石河子 832003)

基于翻轉(zhuǎn)課堂的大學物理實驗教學模式的探究

楊 坤 王 博*

(石河子大學理學院 新疆 石河子 832003)

翻轉(zhuǎn)課堂顛覆了傳統(tǒng)教學模式，利用信息技術(shù)和網(wǎng)路教學環(huán)境在課前進行課堂知識的學習，在課堂教學中通過教師的指導完成知識的內(nèi)化，這種教學模式在提高學生的學習興趣、提高課堂教學效果方面都有促進作用．將翻轉(zhuǎn)課堂融合進大學物理教學中，可以彌補實驗教學資源有限、課時不足、簡單模仿等缺點，因此根據(jù)大學物理實驗教學的特點，進行基于翻轉(zhuǎn)課堂教學模式的探究，以期能夠切實提高大學物理實驗教學質(zhì)量．

翻轉(zhuǎn)課堂 教學模式 創(chuàng)新設(shè)計

大學物理實驗是理工科類專業(yè)實驗課程的公共基礎(chǔ)課，是理工科學生系統(tǒng)接受科學實驗方法和技能訓練的開始，旨在培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)和科學實驗技能及能力，培養(yǎng)高素質(zhì)的專業(yè)應(yīng)用型人才．就目前我國大學物理實驗教學情況來看，仍以測量性實驗和驗證性實驗為主，傳統(tǒng)的講授式和模仿性教學模式嚴重抑制了學生對實驗課程本身的興趣，制約了創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)，使得原本充滿探究樂趣的大學物理實驗課程成為不得不開的雞肋課程．借鑒翻轉(zhuǎn)課堂教學理念，結(jié)合大學物理實驗教學的特點，利用信息技術(shù)和網(wǎng)路教學環(huán)境改革傳統(tǒng)大學物理實驗教學模式，促進學生主動學習的積極性，提高實驗課程教學效果．

1 大學物理實驗教學現(xiàn)狀及存在的主要問題

實驗教學是在教師指導下，學生使用相應(yīng)的實驗儀器在實驗室條件下控制變量使實驗對象呈現(xiàn)一定的變化或過程，并觀察和分析事物的具體運動過程，從而把握變化規(guī)律或驗證知識，培養(yǎng)學生的實驗技能和科學探究精神．實驗教學模式能夠聯(lián)系理論與實際，有助于理解和鞏固知識，培養(yǎng)學生的觀察能力、思維能力、創(chuàng)造能力和動手能力．傳統(tǒng)講授式大學物理實驗教學模式目前已經(jīng)不適于應(yīng)用性及創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需求，成為實驗教學改革和實驗教學質(zhì)量提高的阻礙因素．主要表現(xiàn)為以下幾點：

(1)講授式教學方式較為呆板機械，抑制了學生的學習興趣

現(xiàn)行的大學物理實驗教學以講授式為主，課堂講授包括實驗?zāi)康?、原理、器材、操作步驟、注意事項等，占用課堂時間較多，多數(shù)實驗教師甚至為學生演示實驗步驟，學生只需按照教師演示的步驟機械地重復操作，并記錄實驗數(shù)據(jù)完成實驗任務(wù)．這種步驟既定、結(jié)果已知、方法單一的提線木偶式實驗教學很難引起學生對課程本身的重視，不能達到培養(yǎng)學生科學思維方法和動手、探究能力的教學目的．

(2)教學目的以模擬和重復為主，不利于學生創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)

多數(shù)大學物理實驗?zāi)０逶O(shè)置的非常詳細，包括實驗原理、測量儀器、實驗方法、待測物理量及數(shù)據(jù)表格、實驗數(shù)據(jù)的處理等，甚至思考題都已列出，學生做實驗時只需按部就班的重復操作，將實驗報告填寫完整即可完成實驗．因此很少有學生會對實驗提出疑問，這種僵化的、廣播操式的教學模式在很大程度上抑制了學生的主動性，很難激發(fā)學生思維的積極性，不利于學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)．

(3)實驗教學評價方式仍以考核為主，忽略了實驗教學過程的發(fā)展性

現(xiàn)階段大學物理實驗課程學習成績評定由平時成績和期末考核兩部分組成，評價主體主要為實驗考核老師，評價標準以實驗結(jié)果和實驗報告為主要依據(jù)，評價內(nèi)容簡單膚淺，既不涉及對實驗誤差的深入分析和實驗方案的評估，也不包括學生對實驗方法及過程的思考和批判，忽略了學生在大學物理實驗課程中的過程性發(fā)展．

(4)現(xiàn)行實驗課程內(nèi)容陳舊，缺乏設(shè)計性和探究性

目前大學物理實驗教學仍然延續(xù)20世紀末大學物理實驗教學設(shè)定的教學大綱，其教學內(nèi)容基本都是經(jīng)典物理的實驗內(nèi)容，以驗證、模擬和基本測量為主，缺乏設(shè)計性和創(chuàng)新性實驗內(nèi)容．難以滿足新時代大學生對科學實驗的探究需求，也難以達到培養(yǎng)創(chuàng)新性人才的教育目的．

2 翻轉(zhuǎn)課堂的內(nèi)涵及特點

教學模式是建立在一定的教學理論之上、為實現(xiàn)特定的教學目的、將教學的諸要素以特定的方式組合成具有相對穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)、具有可操作性程序的教學模型．翻轉(zhuǎn)課程是一種混合式教學模式，也被稱為“反轉(zhuǎn)課堂式教學模式”．與傳統(tǒng)的課堂教學模式不同，翻轉(zhuǎn)課堂中，學生在課前使用廣泛的教育教學資源完成對課程內(nèi)容的初步學習，課堂教學成為學生與教師、學生與學生之間質(zhì)疑、討論、交流、拓展的互動場所，教師職責轉(zhuǎn)變?yōu)槔斫鈱W生的問題并引導學生運用知識解決問題．翻轉(zhuǎn)課堂教學模式中的學習活動轉(zhuǎn)變?yōu)榘處煛W生、內(nèi)容、媒體、環(huán)境等多因素在內(nèi)的復雜教育行為，真正翻轉(zhuǎn)了“教”與“學”，也徹底改變了教師和學生之間的關(guān)系、地位和作用，使教學發(fā)生了本質(zhì)的變化．

翻轉(zhuǎn)課堂通過對知識傳授和知識內(nèi)化的顛倒安排，對學習過程進行了重新規(guī)劃，將在線學習、面對面教學進行有機整合，將教室內(nèi)的學習拓展到教室外，通過計算機互聯(lián)網(wǎng)，或是通過手機無線網(wǎng)絡(luò)，利用網(wǎng)絡(luò)教學資源如視頻、課件等教學資源在教室外完成初步的學習活動，并在教師的組織下在課堂上完成對知識的反思和應(yīng)用，使教學過程更為靈活，激發(fā)了學生的主動性．

3 翻轉(zhuǎn)課堂教學模式在大學物理實驗課堂教學中應(yīng)用的可行性分析

實驗課程深受廣大教師和學生的喜歡，但實驗教學對教學條件、環(huán)境、學習基礎(chǔ)要求較高，主要表現(xiàn)在：第一，實驗教學要求學生事先對實驗原理、實驗方法和步驟、實驗儀器等進行熟悉和了解，具備與實驗內(nèi)容有關(guān)的理論知識基礎(chǔ)；第二，實驗教學受到實驗室硬件設(shè)施及環(huán)境條件的限制，如儀器精度、實驗室環(huán)境、實驗方法等都會影響實驗過程和結(jié)果；第三，實驗教學課堂時間有限，教師很難對所有學生的疑難問題一一解答和及時處理，另外很多學校的大學物理實驗室并不是開放式實驗室，不能隨時隨地供學生使用，在一定程度上限制了學生學習的自由．

(1)實驗教學與翻轉(zhuǎn)課堂模式的匹配

實驗教學的基本模式是學生在實驗課前了解有關(guān)實驗方法和儀器的內(nèi)容，帶著對實驗過程和內(nèi)容的思考及疑問走進課堂，在教師的指導下進行操作，觀察現(xiàn)象和過程并進行總結(jié)和分析．實驗教學包括理論知識的預先學習、疑問和思考、實驗驗證和發(fā)現(xiàn)、討論答疑、解決問題、分析總結(jié)、課后反思等整個的教學活動．而翻轉(zhuǎn)課堂由關(guān)注單一課堂學習轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)注課前、課上及課后學習活動的全過程，關(guān)注教師、學生、內(nèi)容、媒體、環(huán)境等多因素的復雜教育行為，并轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)注智能診斷系統(tǒng)支持下的、以學生為中心的富媒體環(huán)境以及信息技術(shù)與教學過程的自覺融合．從這個意義上說，大學物理實驗教學模式與翻轉(zhuǎn)課堂教學模式無疑是匹配的．

(2)實驗課程內(nèi)容與翻轉(zhuǎn)課堂教學的契合

美國達特茅斯學院心理與腦科學系的Petitto和Dunbar博士以物理學中的自由落體運動為例做了一個實驗，實驗結(jié)果表明，物理系的學生雖然表現(xiàn)為建立了新的正確的科學概念，但是并沒有重構(gòu)他們的知識，即“正確概念”和前概念之間需要通過不斷反復的碰撞、接觸，完成知識內(nèi)化并最終被學生掌握[1]．從這個角度來看翻轉(zhuǎn)課堂教學模式和實驗教學內(nèi)容的契合：學生通過對視頻及其他資料預先學習并獲得概念，是知識的第一次內(nèi)化，之后進入實驗室再次對所學習的概念和規(guī)律進行驗證和重新發(fā)現(xiàn)，融入了事物的真實發(fā)生過程及知識的實際應(yīng)用情境，在課堂上教師與學生、學生與學生之間討論和互動使學生真正參與進概念的建構(gòu)過程，進行了知識的深度內(nèi)化，從而引導學生改變已有認知結(jié)構(gòu)，激發(fā)正確概念．將實驗教學內(nèi)容融入翻轉(zhuǎn)課堂的教學模式，分化了知識內(nèi)化的難度，增加了知識內(nèi)化的次數(shù)，完成了理論知識加實踐操作的內(nèi)化循環(huán)，從而達成實驗教學的真正目的．

(3)實驗課程與翻轉(zhuǎn)課堂師生關(guān)系特點分析

翻轉(zhuǎn)課堂推崇的是一種漸進式的知識內(nèi)化，關(guān)注學生知識內(nèi)化的條件、過程和深度，這種模式旨在為學生知識內(nèi)化提供較為自由的時空環(huán)境，學生處于絕對的主體地位．而大學物理實驗課程強調(diào)學生在實驗過程中的自主學習、動手操作、主動思考、積極思維、解決問題，教師是學生實驗的組織者、引導者、協(xié)助者、參與者，這一點恰恰符合翻轉(zhuǎn)課堂的師生關(guān)系理念，二者的共通之處在于顛覆教師主導的傳統(tǒng)教學模式，真正意義上實現(xiàn)學生的自主學習．

(4)實驗教學與翻轉(zhuǎn)課堂教學目標一致

翻轉(zhuǎn)課堂通過對學習過程進行重新規(guī)劃，顛倒知識傳授和內(nèi)化的順序，將預先學習與面對面教學進行有機整合，從而達成 “回憶、了解、理解、分析、運用、綜合、評價、創(chuàng)造等”的教學目標，培養(yǎng)學生的自主學習能力與創(chuàng)新能力．現(xiàn)階段大學物理實驗傳統(tǒng)教學模式囿于知識的傳授和技能的訓練，缺失自主探究問題的意識和能力的培養(yǎng)．因此，必須更新教育理念，把學生自主探究問題的意識和能力的培養(yǎng)作為實驗教學改革的核心，在實驗教學體系、教學模式和教學機制等方面進行改革，化被動的實驗為主動的探究實踐，為學生打下堅實的“終身學習”的基礎(chǔ)．

4 基于翻轉(zhuǎn)課堂的大學物理實驗教學的探究

翻轉(zhuǎn)課堂在實施過程中存在許多不確定的影響因素．除了實驗課堂的實際操作和互動外，學生課前自主學習及課后數(shù)據(jù)處理、結(jié)果分析和實驗反思與總結(jié)的有效性也是翻轉(zhuǎn)課堂教學模式能否成功的關(guān)鍵．基于翻轉(zhuǎn)課堂的大學物理實驗教學創(chuàng)新模式，如圖1所示.

圖1 基于翻轉(zhuǎn)課堂的大學物理實驗教學創(chuàng)新模式

(1)基于翻轉(zhuǎn)課堂的大學物理實驗教學模式

基于翻轉(zhuǎn)課堂的大學物理實驗教學模式設(shè)計的基本思路是在信息技術(shù)的環(huán)境中，學生在課前通過觀看教學視頻、查閱資料、與教師同學在線交流等方式進行實驗相關(guān)知識的學習；課堂時間留給學生進行自主操作、互相交流、解決疑問、課后進行數(shù)據(jù)處理、結(jié)果分析及實驗總結(jié)．學生在課前進行自主學習并不代表教師就放棄了課前環(huán)節(jié)，整個教學過程還是在教師的全程設(shè)計和參與之下完成的，只是教師的角色和工作重心發(fā)生了變化：從原來的知識單向輸出者轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶒灮顒拥慕M織者、引導者和促進者．而學生也成為正真意義上的學習者和實驗者．

(2)基于翻轉(zhuǎn)課堂的大學物理實驗教學資源

學習資源就是指教師布置給學生的課前學習資料，比如，最著名的翻轉(zhuǎn)課堂實踐者薩爾曼·可汗(SalmanKhan)——可汗學院 (KhanAcademy)的創(chuàng)始人，在可汗學院的網(wǎng)站上提供了關(guān)于數(shù)學、歷史、物理、化學、生物等很多科目的免費教學短片和課后測驗，學生可以登錄到網(wǎng)上進行學習[2]；FlippedLearningNetworkNing論壇中的來自美國威明頓的Paula認為，學習資源可以不局限于微視頻，還包括文本材料、音頻、視頻資源等等，讓學生根據(jù)自己愛好選擇合適的資源進行學習[3]；因此基于大學物理實驗教學管理平臺，根據(jù)大學物理實驗內(nèi)容設(shè)計翻轉(zhuǎn)式大學物理實驗教學資源支撐系統(tǒng)，是該教學模式的關(guān)鍵，不僅包括課前學習資源如各類視頻、課件及虛擬實驗平臺和各種網(wǎng)絡(luò)資源，包括大學物理實驗室中的各軟硬件資源，如設(shè)備、儀器、操作規(guī)范、注意事項、練習指導等，還包括課后實驗報告的提交、成果展示、即時交流、虛擬操作考試及成績評定等．實驗教學資源須遵循生動有趣并具有較強任務(wù)性，以促進學生的有效學習．

(3)基于翻轉(zhuǎn)課堂的大學物理實驗教學內(nèi)容

大學物理實驗教學課前的自主學習是翻轉(zhuǎn)課堂的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，自主學習的成功與否關(guān)系到實驗內(nèi)容和操作是否能夠順利進行．基于翻轉(zhuǎn)課堂的大學物理實驗教學內(nèi)容的設(shè)計主要指教師設(shè)計幫助學生在課前明確自主學習的內(nèi)容、目標和方法，并提供相應(yīng)的學習資源，包含實驗指南、實驗內(nèi)容、問題設(shè)計、建構(gòu)性學習資源、學習測試、學習檔案和學習反思等多項內(nèi)容，每個學生按照自己的步驟學習，并幫助教師有效地組織起“翻轉(zhuǎn)課堂”．

物理實驗課程的教學內(nèi)容與普通物理課程有所不同，它不僅包括定義、概念、原理等基本知識，還包括物理實驗操作知識，實踐性較強．教師提供的實驗微視頻等資源能夠?qū)W生們進行實驗操作相關(guān)的概念、流程、注意事項、操作規(guī)范的講解，但卻無法提供操練環(huán)境讓學生進行實際練習，因此盡量將課堂時間留給學生自主進行實驗操作和探究，教師觀察學生實驗操作情況糾正操作錯誤、解答疑問、指導學生進行數(shù)據(jù)處理和實驗總結(jié)．

(4)基于翻轉(zhuǎn)課堂的大學物理實驗教學策略

翻轉(zhuǎn)式大學物理實驗教學策略主要有以下幾點.

第一，課前自主學習資源．課前自主學習是以實驗學習資源為基礎(chǔ)的自學活動，具體內(nèi)容包括實驗基礎(chǔ)知識、基本操作技能、數(shù)據(jù)處理方法、實驗結(jié)果分析和總結(jié)、實驗?zāi)芰y試與反饋、實驗拓展與訓練等模塊．教師針對這幾個模塊的學習內(nèi)容，設(shè)定學習提綱，搜集并制作學習視頻，制定學習任務(wù)，并規(guī)定可操作化的學習目標和診斷依據(jù)；

第二，師生、生生交流平臺．主要包括大學物理實驗教學管理系統(tǒng)的交互平臺、實驗博客、實驗論壇和及時通訊工具等，通過交互平臺，學生可以把自己的學習體會、思考和疑問、心得和經(jīng)驗與他人分享，教師也可參與到學生在線的討論和探究，及時掌握學生的學習情況和效果，并有針對性的解答疑問，實現(xiàn)個性化指導；

第三，實驗教學各環(huán)節(jié)的參與和指導．通過在線交流互動平臺參與大學物理實驗學習的各個環(huán)節(jié)提供指導，診斷他們在實驗過程中遇到的問題，提供必要的反饋和指導信息，保證師生的教學活動是一個有效的“環(huán)路”；

第四，實驗學習活動的過程性評價．全程關(guān)注學生的整個學習活動過程，不僅包括學生合理利用信息技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)資源達成對實驗相關(guān)理論知識的理解，學生實驗技能、批判性思維的養(yǎng)成，還關(guān)注對實驗結(jié)果的分析、成果的展示及總結(jié)和實驗本身的反思，即通過整個學習活動對學生從知識到能力到情感態(tài)度價值觀在實驗課程中的表現(xiàn)形成過程性的評價．

基于翻轉(zhuǎn)課堂的大學物理實驗教學模式徹底顛覆了傳統(tǒng)教學模式，利用信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境推動學生自主學習和主動探究，促進了大學物理實驗教學的發(fā)展和教育教學創(chuàng)新．但是，真正推行大學物理翻轉(zhuǎn)課堂教學模式還有很多問題有待解決，如教師和學生對信息技術(shù)的駕馭能力、學生的自主學習習慣，以及實驗室資源和技術(shù)支撐等很多因素都會影響翻轉(zhuǎn)課堂的教學效果，如何在大學物理實驗中貫徹該模式，切實提高教學效果，還需要更多的來自一線實際教學的實踐和探索．

1Petitto,L.A.&Dunbar,K.(2004).NewFindingsfromEducationalNeuroscienceonBilingualBrains,ScientificBrainsandtheEducatedMind.[2012-08-29].http://kieviet.us/transient/PetittoDunbar-BiligualBrainsEducatedMind.pdf

2 可汗學院 .可汗學院首頁.[2013-05-13].https://www.khanacademy.org/

3FlippedNotWorking.[2013-05-13].http://flippedclassroom.org/forum/topics/flipped-not-working?id=4973855%3ATopic%3A101453&page=4#comments

楊坤(1982- )，女，講師，研究方向為高等理科教育及材料物理.通訊作者：王博(1984- )，女，講師，主要研究方向為實驗物理教學.

2016-09-29)