王 力 李貴安 劉 洋 鄭海榮

(陜西師范大學(xué)物理學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院 陜西 西安 710119)

物理實驗是進行科學(xué)探究的主要方法或手段，讓學(xué)生體驗“提出問題、形成猜想和假設(shè)、設(shè)計實驗與制定方案、獲取和處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋，以及對科學(xué)探究的過程和結(jié)果進行交流、評估、反思”的探究過程，是充分而又實在的[1].近年來，全球教育界對核心素養(yǎng)教育發(fā)展方式與實施途徑進行了認真地思考和實踐.在我國，物理學(xué)科核心素養(yǎng)由物理觀念、科學(xué)思維、實驗探究、科學(xué)態(tài)度與責任4個維度共同構(gòu)成，就是要在“以人為本”的核心理念下幫助學(xué)生建立對物理世界的完整理解.同時，教育信息化成為全球教育界的熱點，學(xué)生主體性的凸顯成為當前世界教學(xué)改革的方向，先學(xué)后教理念也逐步滲透于教學(xué)改革之中.在教育信息化和先學(xué)后教理念的推動下，翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)運而生.

筆者針對現(xiàn)行實驗教學(xué)的特點，將翻轉(zhuǎn)課堂與中學(xué)物理實驗相結(jié)合，初步提出基于翻轉(zhuǎn)課堂的中學(xué)物理實驗教學(xué)模式，為靈活開展實驗教學(xué)提供新思路.

1 物理實驗翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)之優(yōu)勢

1.1 給學(xué)生提供了充足的等待時間

傳統(tǒng)物理實驗教學(xué)注重問題“解決”的過程，而問題的“發(fā)現(xiàn)和提出”則顯得微不足道.傳統(tǒng)教學(xué)活動中，教師沒有“耐心”等待學(xué)生自主學(xué)習(xí)，以至于學(xué)生沒有充足的時間進行思考，而被強行帶入問題解決的活動中，易導(dǎo)致“盲目實驗”和“實驗假知”.翻轉(zhuǎn)課堂為學(xué)生創(chuàng)設(shè)發(fā)現(xiàn)問題的情境提供了較多時間，使學(xué)生知其然，知其所以然，比如驗證機械能守恒時“平衡摩擦力”的原因.實驗教學(xué)從以往的“按圖索驥”到基于問題的探究，滿足了學(xué)生自主建構(gòu)問題的時間和空間需求.

1.2 彌補了實驗教科書單一性缺陷

實驗教科書缺乏差異針對性，往往實驗方案單一.一方面，本土資源可能無法達到相應(yīng)的實驗要求，另一方面，學(xué)生自主學(xué)習(xí)引發(fā)的“生成性”問題不能很好解決.經(jīng)研究，“生成課程”的理念在翻轉(zhuǎn)課堂的實踐中得到了生動的體現(xiàn)[2].翻轉(zhuǎn)課堂提供的課前學(xué)習(xí)資源實質(zhì)上擴大了學(xué)生感興趣的范圍，為他們創(chuàng)新原方案、建構(gòu)新知識提供了多種途徑.教師利用微課導(dǎo)學(xué)及延伸資料查閱等形式適時彌補教材中的單一性缺陷，恰當?shù)剡\用翻轉(zhuǎn)課堂實現(xiàn)差異性互補.

1.3 使物理實驗教學(xué)走向“生態(tài)化”

生態(tài)化物理教學(xué)理念是指教師整體協(xié)調(diào)與組織教學(xué)系統(tǒng)內(nèi)外諸多要素，主動開發(fā)潛在資源，充分利用創(chuàng)生資源，營造對學(xué)習(xí)者有意義的真實情境[3].翻轉(zhuǎn)課堂將學(xué)生的實驗探究置于開放性的，與其他共同體、物理環(huán)境和社會環(huán)境不斷互動的系統(tǒng)之中，充分考慮影響實驗教學(xué)的諸多因素，將自制實驗儀器、創(chuàng)新實驗步驟的“非常規(guī)”實驗與生態(tài)化教學(xué)理念相結(jié)合，促進學(xué)生在真實的物理實驗情景中發(fā)揮主體作用和交互作用，有效達成物理實驗教學(xué)目標的要求.

2 中學(xué)物理實驗翻轉(zhuǎn)課堂模式構(gòu)建

筆者結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂理念與中學(xué)物理實驗教學(xué)的特點，初步設(shè)計了基于翻轉(zhuǎn)課堂的中學(xué)物理實驗教學(xué)模式——“互聯(lián)網(wǎng)+實驗教學(xué)”，如圖1所示.

圖1 中學(xué)物理實驗翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式——“互聯(lián)網(wǎng)+實驗教學(xué)”

2.1 學(xué)習(xí)資料準備

正如一些學(xué)校采用的以“學(xué)習(xí)任務(wù)單”“微課”“導(dǎo)學(xué)案”為抓手的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，其實質(zhì)都是為學(xué)生提供課前自主學(xué)習(xí)資料，學(xué)生實驗課前學(xué)習(xí)資料就是教師借助互聯(lián)網(wǎng)為學(xué)生提供的“實驗拆書包”.實驗教學(xué)中教師為學(xué)生量身打造以“循序漸進，激發(fā)興趣”為原則的“實驗拆書包”，包含實驗預(yù)習(xí)導(dǎo)引、微課導(dǎo)學(xué)與檢測、方案設(shè)計與預(yù)驗證、實驗操作指南、延伸資料查閱.

以“利用打點計時器測量勻變速直線運動的加速度”一節(jié)為例，節(jié)選部分內(nèi)容設(shè)計如表1所示的“實驗拆書包”供學(xué)生課前自主學(xué)習(xí).

表1 實驗拆書包部分內(nèi)容設(shè)計

續(xù)表1

2.2 課前自主學(xué)習(xí)

實驗預(yù)習(xí)導(dǎo)引如同“實驗拆書包”的前言和目錄，包括預(yù)習(xí)目標、導(dǎo)學(xué)順序、實驗重難點以及指明線上預(yù)習(xí)部分和線下完成部分，指引學(xué)生帶著明確的目標進入實驗預(yù)習(xí)系統(tǒng).目前已有學(xué)?；贛ATLAB GUI研發(fā)了一套專門的學(xué)生實驗預(yù)習(xí)系統(tǒng)，可將“實驗拆書包”全部置于系統(tǒng)中，方便快捷地傳遞給學(xué)生.

微課導(dǎo)學(xué)涵蓋復(fù)雜儀器、大型設(shè)備的演示、動畫軟件模擬實驗、教師演示實驗，還有一部分無法演示和操作的實驗，比如：實驗對象太大(探索宇宙奧秘)，實驗現(xiàn)象太小(分子的熱運動)，實驗時間太短(火箭發(fā)射)，實驗程度太劇烈(核聚變)，可以利用微視頻傳遞給學(xué)生.微課在“情景”和“問題”的交互中，引導(dǎo)學(xué)生把一般現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為物理問題并及時檢學(xué).

方案設(shè)計與預(yù)驗證是學(xué)生通過導(dǎo)學(xué)內(nèi)容建構(gòu)新的知識體系，設(shè)計出獨特的實驗方案.學(xué)生設(shè)計好實驗方案后，鼓勵利用身邊物品自制實驗器材，也可向?qū)嶒炇姨岢錾暾堖M行預(yù)驗證.此環(huán)節(jié)充分展示學(xué)生差異性,發(fā)揮學(xué)生想象力，也是實驗預(yù)設(shè)性與生成性相融合的體現(xiàn).

實驗操作指南即實驗流程、注意事項及儀器使用的說明.中學(xué)物理實驗探究不是完全自主的探究，此環(huán)節(jié)為實驗方案設(shè)計失敗的學(xué)生提供繼續(xù)探究、歸納總結(jié)的機會.學(xué)生在經(jīng)歷了頭腦風(fēng)暴后再進入實驗操作指南環(huán)節(jié)，在適度引導(dǎo)下最終順利進入實驗室，開啟實踐探究之旅，既降低了探究臺階，也提供了寬松的探究空間.

延伸資料可以是網(wǎng)絡(luò)鏈接的形式，也可以是書籍文獻的名稱，還可以是實驗精品課視頻、實驗創(chuàng)新案例等，供大家多樣化選擇利用.延伸資料查閱是為了滿足學(xué)生探索欲、深化實驗知識、遷移實驗內(nèi)容而設(shè)計的，這部分內(nèi)容為了不增加學(xué)生的負擔，設(shè)置為選學(xué)內(nèi)容.

2.3 實驗操作實踐

實驗操作實踐包括分組實驗、個別指導(dǎo)、成果展示和完成實驗報告4個部分.實驗分組依據(jù)“組間同質(zhì)、組內(nèi)異質(zhì)”的原則，最大程度發(fā)揮成員間的協(xié)同作用.教師要充分相信學(xué)生，開發(fā)教學(xué)中寶貴的人力資源，激勵組內(nèi)優(yōu)秀學(xué)生發(fā)揮任課教師所不能發(fā)揮的作用，營造生生互動、師生互動的良好氛圍.

個別指導(dǎo)與組內(nèi)協(xié)作相結(jié)合.一方面，教師在觀察過程中及時發(fā)現(xiàn)并糾正問題，針對學(xué)生差異性提供個性化指導(dǎo)，實施分層教學(xué).另一方面，教師實時掌握學(xué)生實驗情況，并將典型問題提取出來，到實際課堂中去講解.期間教師靈活運用歸納式、點撥式、追溯式和直授式等指導(dǎo)方法，實現(xiàn)因材施教.

成果展示采用推選小組代表或隨機指定小組的方式進行.展示形式不拘一格，各小組隨堂質(zhì)疑并互助答疑，教師負責督導(dǎo)點評.無論實驗成敗與否，學(xué)生都有展示的權(quán)力，教師要把握好這一機會充分調(diào)動學(xué)生的積極主動性，靈活變通展示形式，加強實驗的情感體驗.

實驗報告在課堂上可只寫出基本框架，數(shù)據(jù)處理和結(jié)論分析后續(xù)逐步完成，以小組為單位提交實驗報告.以“測定電源電阻和電動勢”一節(jié)為例，簡要說明翻轉(zhuǎn)課堂的實驗操作環(huán)節(jié)實施過程，如表2所示.

表2 “測定電源電阻和電動勢”實驗操作環(huán)節(jié)內(nèi)容設(shè)計

2.4 課后評價反饋

課后評價反饋由學(xué)生自評、雙向評價、教學(xué)反思和教師教研4部分構(gòu)成.

首先，教師要幫助學(xué)生養(yǎng)成實驗反思和自評的習(xí)慣，建立學(xué)生自評檔案.學(xué)生可從實驗預(yù)習(xí)情況、實驗操作情況、發(fā)言情況以及與組員進行交流討論的實效情況等方面進行自評，記錄進步之處和改進方向.

其次，強調(diào)評價的雙向性，即評價主體不再只是教師，而是“學(xué)習(xí)共同體”.教師基于實驗方案設(shè)計、實驗操作、數(shù)據(jù)處理與結(jié)論分析等方面對學(xué)生進行評價.學(xué)生的反饋信息通過試題后測(“詳述實驗原理與流程、誤差分析與改進”)、訪談交流(“你喜歡利用物理學(xué)原理解釋生活現(xiàn)象嗎？你的自主學(xué)習(xí)能力提高了嗎？)、問卷(你希望以后的物理實驗教學(xué)采用哪種教學(xué)模式：A 傳統(tǒng)課堂,B 翻轉(zhuǎn)課堂,C其他)等形式收集.

再次，教師及時進行教學(xué)反思.例如，教學(xué)流程的設(shè)計是否達到預(yù)期效果，“實驗拆書包”的制作是否滿足學(xué)生要求等.教師是實驗預(yù)習(xí)資源的提供者，是實驗操作實踐的觀察者，是實驗教學(xué)活動的引導(dǎo)者，教學(xué)反思是對教師角色和作用的反思.

最后，教師教研是基于學(xué)生反饋和教學(xué)反思后進行的教學(xué)交流，為下一步開展實驗教學(xué)提供思路.

3 物理實驗翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的幾點教學(xué)建議

3.1 為學(xué)生提供開放性實驗室

新一輪中學(xué)物理課程改革中，不少學(xué)校啟動了開放實驗室的大膽嘗試.有教師提出將驗證性實驗改為探究性實驗，將陌生的實驗器材改為自制器材，將整齊劃一的實驗室改為“實驗超市”，這一系列的改變最終以開放實驗室的形式展開.學(xué)生可根據(jù)探究需求，自主申請實驗時間和實驗器材，學(xué)校也可安排實驗室開放日，由專門的管理員進行統(tǒng)籌協(xié)調(diào)或建立學(xué)生自主管理制度.開放實驗室為學(xué)生提供補習(xí)機會和創(chuàng)新平臺，更是針對固定課時實驗教學(xué)的突破性變革.

3.2 建立實驗網(wǎng)上學(xué)習(xí)平臺

在慕課等學(xué)習(xí)網(wǎng)站風(fēng)靡全球的影響下，我國也出現(xiàn)了較多針對中學(xué)生的小型學(xué)習(xí)資源共享網(wǎng)站，其中不乏一些實驗內(nèi)容，但是專門針對中學(xué)生的物理實驗預(yù)習(xí)系統(tǒng)卻很罕見.隨著教育資源的平衡發(fā)展，依托高校及基礎(chǔ)教育實驗室的一流教學(xué)體系和資源，將實驗教學(xué)和互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，為教師和學(xué)生提供全新的教學(xué)體驗，這將成為未來實驗預(yù)習(xí)平臺的發(fā)展趨勢.建立實驗網(wǎng)上學(xué)習(xí)平臺無疑是對中學(xué)生學(xué)習(xí)主動性以及教師TPACK水平的考驗.因此，如何建立學(xué)習(xí)平臺，建立何種形式的平臺，仍需進一步實踐探討.

3.3 在實驗情境中評價實驗?zāi)芰?/h3>

翻轉(zhuǎn)課堂模式下，教學(xué)評價的評價難度在于“先學(xué)”過程的不可視化.那么，如何實施翻轉(zhuǎn)課堂模式下的中學(xué)物理實驗教學(xué)評價，是一個需要系統(tǒng)化的過程.我們在翻轉(zhuǎn)課堂模式下進行實驗教學(xué)，相應(yīng)地評價方式也應(yīng)該改進，例如形成性評價和過程性評價相結(jié)合，實驗的即時價值和延時價值都應(yīng)考慮到，不能僅僅著眼于實驗的正誤，對實驗的失敗教師要有寬容之心，為了鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)，應(yīng)加強實驗方案設(shè)計以及實驗創(chuàng)新方面的評價.建立公平恰當?shù)脑u價機制，有助于翻轉(zhuǎn)課堂的實施，確定物理實驗教學(xué)評價指標，更有利于學(xué)生的全面發(fā)展.

4 結(jié)束語

翻轉(zhuǎn)課堂是一種教學(xué)理念，它是師生關(guān)系的重塑和諸多現(xiàn)代教育理論相互融合的體現(xiàn).將翻轉(zhuǎn)課堂理念應(yīng)用于中學(xué)物理實驗教學(xué)，是充分考慮了教與學(xué)的特點而提出的一種中學(xué)物理實驗教學(xué)改革創(chuàng)新嘗試.當然，不能否定傳統(tǒng)實驗教學(xué)中教師的作用，有了傳統(tǒng)教學(xué)中“教師有意義的傳遞”，翻轉(zhuǎn)課堂才不至于流于形式.同時，應(yīng)該意識到，學(xué)生實驗?zāi)芰Φ奶嵘⒉荒芡ㄟ^翻轉(zhuǎn)課堂立竿見影，這是一個從“變革”到“適應(yīng)”再到“常態(tài)”的過程.對于進一步實施本土化研究和精細化應(yīng)用，還需借鑒國際上物理實驗改革的新思路，在課程標準的指導(dǎo)下，與核心素養(yǎng)教育有機結(jié)合，在實踐中不斷調(diào)整，使翻轉(zhuǎn)課堂與中學(xué)物理實驗教學(xué)的結(jié)合真正實現(xiàn)價值.

1 湯玉林,唐挈. 給學(xué)生一個基本完整和全面的物理世界.中國考試，2017(3)：38～44

2 何克抗. 從翻轉(zhuǎn)課堂的本質(zhì)看翻轉(zhuǎn)課堂在我國未來的發(fā)展. 電化教育研究，2014(7)：5～16

3 張偉,郭玉英. 論“非常規(guī)”物理實驗的教學(xué)地位.課程·教材·教法，2007,27(12)：51～56