洪錦泉

(閩江學(xué)院 物理學(xué)與電子信息工程系，福建 福州 350121)

翻轉(zhuǎn)課堂在“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)中的應(yīng)用

洪錦泉

(閩江學(xué)院 物理學(xué)與電子信息工程系，福建 福州 350121)

分析翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用于“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)的可行性，以“扭擺法測(cè)量物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量”實(shí)驗(yàn)為例，介紹“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)方法，為翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的推廣應(yīng)用提供參考。

翻轉(zhuǎn)課堂；大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量；教學(xué)改革

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是理工科學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)基本知識(shí)、全面了解實(shí)驗(yàn)方法、掌握實(shí)驗(yàn)技能的開端，也是專業(yè)實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。但目前眾多高校開展大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)存在著學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)不明確、實(shí)驗(yàn)過(guò)程馬虎、實(shí)驗(yàn)效果不佳等弊端。因此，如何改進(jìn)“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程的教學(xué)方法，促進(jìn)學(xué)生自主、有效地學(xué)習(xí)成為研究熱點(diǎn)。起源于美國(guó)的翻轉(zhuǎn)課堂(Flipped Classroom)教學(xué)的出現(xiàn)，給傳統(tǒng)課堂教學(xué)帶來(lái)了挑戰(zhàn)，也將推動(dòng)傳統(tǒng)課堂教學(xué)的變革[1-2]。如何充分運(yùn)用信息技術(shù)的發(fā)展成果，借鑒翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)優(yōu)勢(shì)，傳承與創(chuàng)新信息化背景下的“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)，成為當(dāng)前物理教學(xué)中需要考慮的問(wèn)題[3-5]。本文結(jié)合大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)“轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量”教學(xué)內(nèi)容，采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，揚(yáng)長(zhǎng)避短，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力、效率及創(chuàng)新意識(shí)。

一、 翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用于“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)的優(yōu)越性

將翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用于“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)具有傳統(tǒng)課程教學(xué)無(wú)法比擬的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

1. 課前準(zhǔn)備的便捷性

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)首先需要教師根據(jù)課程內(nèi)容制作視頻供學(xué)生自學(xué)預(yù)習(xí)。在當(dāng)今信息化背景下，教師能夠充分利用網(wǎng)絡(luò)資源搜集教學(xué)材料；學(xué)生不僅能通過(guò)教師制作的視頻了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、思考實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，而且也能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)一步學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)、拓展知識(shí)面。同時(shí)，通過(guò)課前視頻預(yù)習(xí)方式，一方面放寬了學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)條件的限制，他們可以隨時(shí)隨地利用“碎片化”時(shí)間反復(fù)觀看視頻進(jìn)行學(xué)習(xí)；另一方面豐富的視頻內(nèi)容有助于激發(fā)學(xué)生預(yù)習(xí)的興趣與熱情。

2. 學(xué)習(xí)效率的有效性

翻轉(zhuǎn)課堂能夠有效地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。翻轉(zhuǎn)課堂以課前、課中與課后教學(xué)環(huán)節(jié)全方位地強(qiáng)化學(xué)生學(xué)習(xí)，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力。具體體現(xiàn)在：

(1) 課前強(qiáng)化預(yù)習(xí)。學(xué)生在上課前需要根據(jù)視頻中預(yù)留的問(wèn)題提交預(yù)習(xí)報(bào)告，具有強(qiáng)制性。課前預(yù)習(xí)視頻是教師根據(jù)課堂實(shí)驗(yàn)內(nèi)容精心準(zhǔn)備的，具有針對(duì)性，而學(xué)生提交的預(yù)習(xí)作業(yè)基于視頻材料，同樣具有針對(duì)性。

(2) 課中注重引導(dǎo)。教師上課時(shí)無(wú)需重復(fù)視頻內(nèi)容，只需將精力放在解決學(xué)生預(yù)習(xí)作業(yè)中存在的誤區(qū)或者提出的問(wèn)題上，不僅能節(jié)省大量時(shí)間，而且能促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的知識(shí)真正內(nèi)化。

(3) 課后鞏固復(fù)習(xí)。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動(dòng)性，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解與把握，同時(shí)教師的引導(dǎo)也有助于學(xué)生課后總結(jié)與反思學(xué)習(xí)的不足。

3. 教與學(xué)方式的優(yōu)化

與MOOC(大規(guī)模開放在線課程)教學(xué)類似，翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)一步倡導(dǎo)與鞏固“學(xué)生主體、教師主導(dǎo)”的教學(xué)理念，主要體現(xiàn)在教師更專注于“教”的設(shè)計(jì)，而學(xué)生側(cè)重于“學(xué)”的把握[6]。

(1) 有助于教師轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念。以往教師在教學(xué)過(guò)程中，可能過(guò)分注重單向的知識(shí)傳授，而翻轉(zhuǎn)課堂對(duì)教師提出了更高的要求，即課前視頻資料的整理需要有效性與吸引性；課中教學(xué)引導(dǎo)需要充分把握課程講授的重難點(diǎn)，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)誤區(qū)，對(duì)學(xué)生的疑問(wèn)及時(shí)做出回應(yīng)。而這種真正“以學(xué)生為主體”的教學(xué)模式對(duì)教師的教學(xué)水平提出了挑戰(zhàn)。

(2) 有助于改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)一般采取小組學(xué)習(xí)的方式，一方面?zhèn)€體要充分發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，體現(xiàn)個(gè)體在小組中的價(jià)值；另一方面又要注重團(tuán)隊(duì)協(xié)作，充分發(fā)揮團(tuán)隊(duì)力量。同時(shí)，學(xué)生能夠在組內(nèi)討論與課內(nèi)問(wèn)題解答的過(guò)程中獲取學(xué)習(xí)的成就感與滿足感，能夠在自由交流、充分討論的過(guò)程中不斷豐富自身的知識(shí)體系，拓展知識(shí)面。

二、 翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用于“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)的可行性

1. 翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)模式相類似

傳統(tǒng)的“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)，教師要求學(xué)生根據(jù)教材內(nèi)容做好實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的要求做好相關(guān)實(shí)驗(yàn)，最后撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。而翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式是通過(guò)學(xué)習(xí)教師制作的視頻資料，學(xué)生更有針對(duì)性地預(yù)習(xí)；教師通過(guò)學(xué)生的預(yù)習(xí)情況更有效地指導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。因此，“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程適合采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)。

2. 翻轉(zhuǎn)課堂與 “大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)基本要求相統(tǒng)一

教育部高等學(xué)校物理學(xué)與天文學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)、物理基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)制訂的《理工科類大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)基本要求》對(duì)教學(xué)基本內(nèi)容與學(xué)生能力培養(yǎng)作了明確要求，翻轉(zhuǎn)課堂不僅能讓學(xué)生很好地完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，而且通過(guò)教師的問(wèn)題引導(dǎo)及學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作，更有助于培養(yǎng)學(xué)生的分析研究能力及創(chuàng)新能力。

3. 翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)效果好于傳統(tǒng)“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)模式

在當(dāng)前“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)模式下，學(xué)生大多只注重實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)而不注重實(shí)驗(yàn)過(guò)程，學(xué)生的動(dòng)手能力弱，綜合分析能力差，理論與實(shí)踐相脫節(jié)。而翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)更注重學(xué)生的學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)，因而其教學(xué)效果好于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

三、 “大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)

“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)對(duì)教師的教學(xué)設(shè)計(jì)提出了挑戰(zhàn)，不僅要求教師全面把握實(shí)驗(yàn)的重難點(diǎn)，而且要求教師能夠及時(shí)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)做出反饋與回應(yīng)，引導(dǎo)學(xué)生開拓創(chuàng)新。筆者認(rèn)為，“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)可以從以下幾個(gè)方面入手，不斷優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)，促進(jìn)教學(xué)相長(zhǎng)。

1. 優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)

需要改變以往教師講授知識(shí)與學(xué)生做實(shí)驗(yàn)這種教與學(xué)相分離的教學(xué)模式，采用將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容合理劃分成若干個(gè)知識(shí)點(diǎn)、基于問(wèn)題教學(xué)的教學(xué)模式。通過(guò)教師引導(dǎo)與學(xué)生展示相結(jié)合的方式，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的吸引力與學(xué)生學(xué)習(xí)的有效性。

2. 改進(jìn)教學(xué)策略

優(yōu)化的課程結(jié)構(gòu)要求教師使用靈活的教學(xué)策略。實(shí)驗(yàn)教學(xué)一方面注重學(xué)生主體，可以采用問(wèn)題討論、分組評(píng)價(jià)、成果分享、思維拓展等形式進(jìn)行；另一方面注重教師主導(dǎo)，可以采用提問(wèn)、小測(cè)驗(yàn)、作業(yè)布置與分析等形式進(jìn)行。根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容需要使用適宜的教學(xué)策略，實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng)。

3. 注重教學(xué)關(guān)聯(lián)

廣義上的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)應(yīng)該從課堂教學(xué)延伸至課前引導(dǎo)并延續(xù)至課后復(fù)習(xí)階段，因此，教學(xué)設(shè)計(jì)必須注重課前、課中及課后各階段相關(guān)聯(lián)。教師需要從學(xué)生課前學(xué)習(xí)視頻后提交的預(yù)習(xí)作業(yè)中了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并反饋于課堂教學(xué)中，同時(shí)注重課后知識(shí)鞏固的延續(xù)。

4. 深化課程層次

“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)應(yīng)該充分考慮到學(xué)生個(gè)體的差異性。在實(shí)驗(yàn)問(wèn)題設(shè)計(jì)上從易到難；在實(shí)驗(yàn)要求上，從實(shí)驗(yàn)儀器的使用到完整實(shí)驗(yàn)的銜接，再到實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新設(shè)計(jì)。從而使不同層次的學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中獲取知識(shí)，獲得學(xué)習(xí)知識(shí)的滿足感與成就感。

5. 加強(qiáng)能力培養(yǎng)

基于小組學(xué)習(xí)方式，將學(xué)生分為相對(duì)固定的若干組，一方面注重團(tuán)隊(duì)成員發(fā)揮才能，防止濫竽充數(shù)現(xiàn)象；另一方面通過(guò)合理的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，發(fā)揮學(xué)生課內(nèi)外的主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力與合作精神。

四、 “大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實(shí)踐

以《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》(鄢仁文編著，同濟(jì)大學(xué)出版社出版)中“扭擺法測(cè)量物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量”實(shí)驗(yàn)為例，采用翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行教學(xué)。實(shí)驗(yàn)要求采用扭擺法測(cè)量不同形狀物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、驗(yàn)證平行軸定理。實(shí)驗(yàn)器具包括圓筒、圓柱、圓球等不同形狀的物體，驗(yàn)證平行軸定理的細(xì)金屬桿，TH-2型轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試儀，電子天平及游標(biāo)卡尺等。

1． 課前準(zhǔn)備

(1) 分小組研究。翻轉(zhuǎn)課堂采用分組研究的方式進(jìn)行。

(2) 材料準(zhǔn)備。主要是指視頻材料錄制，將本次實(shí)驗(yàn)需要用到的實(shí)驗(yàn)儀器的操作方法、原理及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等事先做成視頻材料(分成3個(gè)6分鐘左右的小視頻)發(fā)送給學(xué)生預(yù)習(xí)。

(3) 問(wèn)題探究。課堂預(yù)習(xí)作業(yè)問(wèn)題的設(shè)置采用由簡(jiǎn)到難、循序漸進(jìn)的方法，包含TH-2型轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試儀的使用、測(cè)量注意事項(xiàng)、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的影響因素等簡(jiǎn)單問(wèn)題，以及采用類比法通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的物理含義(與質(zhì)量在運(yùn)動(dòng)學(xué)中的地位相類似)等相對(duì)較難的拓展思維訓(xùn)練。

(4) 課前預(yù)判。通過(guò)學(xué)生提交的預(yù)習(xí)作業(yè)，了解到學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作相對(duì)較熟悉，但對(duì)測(cè)量圓球直徑等可能影響到實(shí)驗(yàn)精度的測(cè)量誤差考慮不夠周到，同時(shí)對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)較茫然。教師從中選擇設(shè)計(jì)較全面的一組實(shí)驗(yàn)為例對(duì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。

2． 課堂引導(dǎo)

(1) 知識(shí)鞏固。選擇預(yù)習(xí)作業(yè)不夠理想的一組學(xué)生代表講解實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)操作，其他小組對(duì)講解中的問(wèn)題進(jìn)行分析與修正。此過(guò)程中教師要注重問(wèn)題引導(dǎo)。

(2) 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備。選擇對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器操作較熟悉的一組學(xué)生代表講解儀器操作流程，特別是TH-2型轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試儀的操作，分享心得。此過(guò)程采用學(xué)生互評(píng)的方式進(jìn)行，發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性。

(3) 教師講解。教師總結(jié)學(xué)生預(yù)習(xí)報(bào)告及課堂講解中存在的問(wèn)題與誤區(qū)，及時(shí)反饋學(xué)生在預(yù)習(xí)作業(yè)中的突出問(wèn)題，如圓球直徑測(cè)量的注意事項(xiàng)等。在此過(guò)程中，教師對(duì)視頻中已涉及到的原理、操作流程等知識(shí)不再重復(fù)講解。

(4) 案例點(diǎn)評(píng)。以學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課為例，學(xué)生拓展性實(shí)驗(yàn)探究方案如下：沿傾角為θ、斜面長(zhǎng)為s的頂端下落半徑均為R的實(shí)心圓柱(質(zhì)量為m1)與薄壁圓柱筒(質(zhì)量為m2)，測(cè)試兩物體的下滑時(shí)間，就可說(shuō)明轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(J)是描述剛體在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中慣性大小的物理量。J大，從靜止滑落至底端經(jīng)歷的時(shí)間t大；反之，J小則t小。本驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)在于如何盡可能精確地測(cè)量時(shí)間。

請(qǐng)小組學(xué)生代表講解設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)原理，并提出實(shí)驗(yàn)中可能遇到的問(wèn)題。學(xué)生代表介紹，該小組在設(shè)計(jì)時(shí)原本想采用水平方向上用彈簧給予物體初動(dòng)能，但由于兩者時(shí)間相差較短，這種設(shè)計(jì)可能會(huì)由于彈簧形變量不一致而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果精度不高或得不到結(jié)論。與此同時(shí)，其他小組進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，對(duì)該學(xué)生代表講解中存在的問(wèn)題提出解決方案。在其他學(xué)生分析、解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的基礎(chǔ)上，該小組集思廣益，進(jìn)一步補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，完善實(shí)驗(yàn)方案。

(5) 學(xué)生實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在上述討論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，按實(shí)驗(yàn)要求完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。在此過(guò)程中，教師對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作中出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行糾正。

3． 課后復(fù)習(xí)

除完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告外，學(xué)生對(duì)本次實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)心得，包括物理概念、實(shí)驗(yàn)類比(轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與慣性質(zhì)量)、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)、測(cè)量關(guān)鍵，以及可行的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)方案等內(nèi)容以電子文檔的形式在群內(nèi)分享。同時(shí)，分小組輪流將各小組成員的實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)進(jìn)行分類收集并整理成冊(cè)，以供學(xué)生日后復(fù)習(xí)及教師進(jìn)一步改進(jìn)教學(xué)方案參考。

五、 結(jié)語(yǔ)

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)注重學(xué)生主體性的發(fā)揮，讓學(xué)生在問(wèn)題討論和經(jīng)驗(yàn)分享中體驗(yàn)到學(xué)習(xí)知識(shí)的樂(lè)趣與成就，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情及學(xué)習(xí)效率。筆者采用傳統(tǒng)教學(xué)與翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)兩種形式，對(duì)閩江學(xué)院2014級(jí)數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)(師范類)學(xué)生分兩大組進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的學(xué)生在概念理解、動(dòng)手能力、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、發(fā)散性思維方面都收到了良好的效果。

[1] 張潞英,謝嘉寧，陳國(guó)興,等.提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)效果的幾點(diǎn)做法[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2014,27(6)：118-120.

[2] 侯東彪.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課應(yīng)用慕課教學(xué)的幾個(gè)問(wèn)題[J].教育教學(xué)，2014,7(7):207.

[3] 倪燕茹.地方本科院校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程融合“慕課”教學(xué)模式必要性的思考[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2014,27(6)：118-120.

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[5] 張茹，吳高建. 基于翻轉(zhuǎn)課堂模式的工科大學(xué)物理教學(xué)改革實(shí)踐與探索[J]．時(shí)代教育，2014,21(11):200-201.

[6] 洪錦泉,侯秋麗.MOOC對(duì)傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式的啟迪與借鑒[J]．紡織服裝教育，2015,31(2):633-635.

(責(zé)任編輯：吳文英)

2016年福建省中青年教師教育科研項(xiàng)目(JAT160393)；2015年閩江學(xué)院高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目(MJU2015A003)

洪錦泉(1985—)，男，福建南安人，講師，博士研究生，研究方向?yàn)樘?yáng)能發(fā)光。 E-mail:jqhong@mju.edu.cn

G642.0

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2095-3860(2017)01-0073-04