蔣逢春 吳 杰 王海燕 李俊玉

(鄭州輕工業(yè)大學物理與電子工程學院 河南 鄭州 450000)

2016年，通過一學期的混合式教學，網(wǎng)絡(luò)學習空間平臺參與人數(shù)達到1 255人、活動量總達30多萬次，取得了意想不到的效果，也得到同行的好評[1]．2017年又在愛課程平臺校內(nèi)SPOC繼續(xù)推行在線開放，2018年教育部高等學校大學物理課程教學指導(dǎo)委員會2015年教學研究立項項目“以網(wǎng)絡(luò)學習空間為平臺，大學物理實驗在線學習教學模式的研究”順利結(jié)題， 并獲得優(yōu)秀結(jié)果．同時大學物理實驗及仿真課程被確定為河南省高校精品在線開放課程，如何依托在線開放課程資源，進一步推行翻轉(zhuǎn)課堂教學法，讓學生自主學習，提高課堂教學效率？我們做了有益嘗試．

翻轉(zhuǎn)課堂的兩個關(guān)鍵點：第一，課外真正發(fā)生了深入的學習；第二，高效利用課堂時間進行學習經(jīng)驗的交流與觀點的相互碰撞能夠深化學生的認知[2].

大學物理實驗一般包括課前預(yù)習，課上操作，課后報告幾個環(huán)節(jié)[3]，通常學生課前預(yù)習，上課實驗操作，課下數(shù)據(jù)處理，完成實驗報告，好像和翻轉(zhuǎn)課堂教學法不謀而合．但是由于教師沒有給學生明確的任務(wù)，所以預(yù)習只是流于形式．教師為了能按時完成實驗，只好細致講解一遍，這樣更加重了學生的依賴性，學生的學習積極性沒有充分調(diào)動起來，實驗效果欠佳．近兩年我們開展翻轉(zhuǎn)課堂教學法，取得了意想不到的效果．下面通過實例，談?wù)剬υ撜n程實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂教學的實踐．

1 資源配套建設(shè)

由專業(yè)團隊制作的微課系列經(jīng)過一年的修改完善，已經(jīng)完成20個實驗項目，并上線運行．每個實驗項目視頻資源包括3部分：理論講解、實驗實操、仿真演示．同時有配套的PPT文檔、測驗題和討論題．愛課程平臺上邁克爾孫干涉儀的調(diào)整和使用教學資源目錄如下.

視頻1：邁克爾孫干涉儀的結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)，對應(yīng)PPT1；

視頻2：邁克爾孫干涉儀的原理和應(yīng)用，對應(yīng)PPT2；

視頻3：邁克爾孫干涉儀實驗操作；

視頻4：邁克爾孫干涉儀仿真演示；

同時有配套的預(yù)習測驗題和討論題．

2 網(wǎng)上預(yù)習導(dǎo)學

在線開放學習，資源上傳到愛課程網(wǎng)上，學生通過自主學習．在本學期開課過程中，發(fā)現(xiàn)雖然網(wǎng)上有相應(yīng)資源目錄，但還不夠具體，面對那么多資源，學生無所適從，總希望老師直接回答他的問題．于是我們加以改進，增加了導(dǎo)學環(huán)節(jié)．

具體給出實驗指導(dǎo)，這樣學生就能快速找到自己需要學習的資源，有效節(jié)省時間，提高學習效率，同時培養(yǎng)學生自主學習的能力．

3 仿真模擬訓(xùn)練

大學物理實驗離不開實驗儀器，如何不受時間地點限制，讓學生自主學習完成實驗?zāi)?？仿真實驗解決了這一難題．我們購買了某科技有限公司的《基于組件的大學物理仿真實驗軟件V1.0》，依托中國科技大學的大學物理仿真實驗軟件，學生可以在線模擬實驗，掌握實驗要領(lǐng)和方法[4]．

邁克爾孫干涉儀是一個典型的干涉儀，具有代表性，并且具有現(xiàn)實意義．它設(shè)計精巧，測量精度高,需要耐心細致調(diào)節(jié)，通過仿真實驗可以不計成本，反復(fù)模擬訓(xùn)練，從而熟練掌握操作技巧,為實際操作奠定基礎(chǔ)．

4 翻轉(zhuǎn)課堂設(shè)計

翻轉(zhuǎn)課堂將傳統(tǒng)的課堂教學活動放在課下，學習者利用教師提供的資料自主安排執(zhí)行知識的學習、問題的解決、任務(wù)的完成，其主體地位得以體現(xiàn)，學習更主動、更積極、更有效[5]．

我們的學生來自不同院系、專業(yè)，程度各不相同，對有難度的實驗項目缺乏攻堅克難的主動性，總希望老師細致講解．如何調(diào)動學生的學習積極性？課堂設(shè)計是關(guān)鍵．所以我們改變傳統(tǒng)講授方式，實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂．以邁克爾孫干涉儀的調(diào)整和使用為例，給出具體教學設(shè)計方案．

4.1 教學內(nèi)容

邁克爾孫干涉儀的結(jié)構(gòu)，工作原理及應(yīng)用.

4.2 教學目標

(1)熟悉邁克爾孫干涉儀的結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)方法；

(2)掌握邁克爾孫干涉儀工作原理；

(3)會用邁克爾孫干涉儀測量激光波長；

(4)調(diào)出白光的彩色條紋.

4.3 課前設(shè)計

精心設(shè)計課前自主學習任務(wù)單，如表1所示．提前一周下達，學生通過網(wǎng)上視頻資源自主完成預(yù)習任務(wù)，并把自己的困惑和建議反饋給老師，作為教學設(shè)計的依據(jù)．

表1 課前“自主學習任務(wù)單”

續(xù)表1

4.4 教學過程

實驗課是分組上課，一組10人或者20人，正好實施翻轉(zhuǎn)課堂教學．按照圖1所示流程實施．

圖1 實施翻轉(zhuǎn)課堂流程圖

上課前首先檢查學生預(yù)習情況，通過測驗題檢測學生記憶情況，有針對性講解，大概5 min時間．讓學生掌握邁克爾孫干涉儀的結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)，并正確讀數(shù)．通過仿真軟件可以隨機給出動鏡的位置，讓學生練習讀數(shù)，如圖2所示．

圖2 邁克爾孫干涉儀讀數(shù)系統(tǒng)示例

接著教師提出問題“畫出邁克爾孫干涉儀的光路圖，并講解其原理”．兩人一組交流討論，協(xié)作完成，各組展示自己的作品，代表講述，分析評價，最后教師點評總結(jié)．這個過程考核學生是否真正理解邁克爾孫干涉儀的設(shè)計思路和原理，這是實驗的關(guān)鍵．大概用時15 min．如果能正確畫出光路圖，就基本掌握了它的原理，在此基礎(chǔ)上進一步應(yīng)用．通過課堂討論，學生各抒己見，把他們的疑惑徹底解決．如補償板的作用是什么？去掉它能不能發(fā)生干涉？翻轉(zhuǎn)課堂實況如圖3所示,教師在引導(dǎo)學生思考引力波的發(fā)現(xiàn)和邁克爾孫干涉儀的現(xiàn)實意義．通過這樣的討論開闊了學生的思路，調(diào)動了學生的參與積極性，也提高了學生的探究精神,課堂氣氛一下活躍起來．

圖3 翻轉(zhuǎn)課堂實況

它有哪些應(yīng)用？如何用它測量激光波長？這時學生由被動變?yōu)橹鲃樱J真總結(jié)實驗關(guān)鍵步驟，調(diào)出干涉條紋，測量兩個物理量：動鏡移動位置和對應(yīng)條紋移動數(shù)目，代入公式求出波長，并分析誤差來源．這個過程，教師在一旁起引導(dǎo)作用．

之后可以讓學生進一步調(diào)出白光的彩色條紋． 這一步要求吃透原理并掌握技巧，讓大家互相觀看學習．最后布置拓展作業(yè)，如何測薄片的厚度？

一個實驗3個學時，課堂講解和討論基本上1節(jié)課，剩余2節(jié)學生自主完成實驗，教師檢查數(shù)據(jù)，課后完成實驗報告．從批改實驗報告可以看出這樣的授課方式，寫出的報告更生動，有的放矢．

5 翻轉(zhuǎn)課堂實踐

調(diào)研顯示， “以問題為核心、以任務(wù)為驅(qū)動”的翻轉(zhuǎn)課堂教學模式，深受學生喜愛，通過對比，對應(yīng)班組成績比傳統(tǒng)授課班組成績整體要高不少，它調(diào)動了學生的學習積極性，培養(yǎng)了學生自主學習的能力．目前僅在小范圍實行，條件成熟后有望推廣．

我們的在線開放課程將面對社會開放，按照這個思路推廣應(yīng)用，精心設(shè)計好每個實驗項目，相信我們的實驗課教學效果會大幅提高，學生自主學習的能力會大大增強．

如何兼顧校內(nèi)校外的不同？如何把物理實驗和仿真實驗有機地結(jié)合？如何使翻轉(zhuǎn)課堂教學引向深入？這是一個系統(tǒng)工程，對任課教師提出更高的要求，要想全面實施，還需進一步的探討和實踐．有了前期積累的經(jīng)驗，我們有信心做得更好．