王增旭 李永濤 薛洪濤 張紅光 李 斌

（1.南京郵電大學 理學院，江蘇 南京 210023；2.南京郵電大學 教務處，江蘇 南京 210023）

隨著現代信息技術的飛速發(fā)展,計算機網絡 成為人們接受信息的一種主要方式,網速的迅速提高使得網絡視頻教育成為可能。2004年,薩爾曼·可汗(Salman Khan)將他制作的教學視頻放到網上用于遠程輔導,取得了非常好的教學效果。為了幫助更多學業(yè)有困難的孩子,2006年11月他在YouTube上分享了教學視頻,引起了廣泛的關注。2007年薩爾曼·可汗(Salman Khan)成立了非盈利性質的可汗學院(Khan Academy),網站上的教學視頻包含了各階段和學科的課程,已有上億人次通過網絡進行學習。幾乎與此同時,化學教師喬納森·伯爾曼(Jonathan Bergmann)和亞倫·薩姆斯(Aaron Sams)為了給缺課的學生補課,用屏幕錄像軟件錄制了PPT的演示教學視頻讓學生在家觀看,在課堂上對學生的問題進行答疑解惑,這種教學方法受到學生的廣泛歡迎并得到了推廣[1]。上述教學模式顛覆了傳統的教師課堂授課模式,被稱為“翻轉課堂”(Flipped Classroom)。翻轉課堂的教學模式在美國的大學、中學和小學得到了廣泛的應用,取得了很多的實踐經驗,在我國也有很多學校開始在教學實踐中引入這種教學模式,取得了很好的效果。在當今“互聯網+”的時代背景下,數字化的教育資源如雨后春筍般涌現,必將給傳統的教學模式帶來巨大的沖擊[2]。網絡數字教育資源和課堂教育相結合的教學模式以及由此而產生的混合學習[3-4](Blended Learning)教學模式將成為今后主流的教學模式[5]。

本文分析了南京郵電大學多年來大學物理實驗教學中存在的一些問題,介紹了過去的五年里在物理實驗的教學過程中引入翻轉課堂的教學模式進行的嘗試與探索和取得的經驗,實踐表明這種新興的教學模式在物理實驗教學中效果很好。

一、傳統大學物理實驗教學模式存在的問題

南京郵電大學是一所傳統的理工科院校,學校的學科主要有通信、電子、光電子、計算機和自動化等,大學物理和物理實驗是理工科的基礎必修課,其重要性不言而喻[6]。

物理實驗教學一直沿用傳統的課堂教學模式,雖然多媒體技術被廣泛使用,教室都配備了計算機,投影儀等設備,但是教學模式并沒有發(fā)生實質性的改變[7]。存在以下幾方面問題：

（一）課前預習

課前預習是物理實驗課的必要前提[8],我校的物理實驗課也強制要求學生預習,并以預習報告來確認。但是實際效果并不盡如人意,原因如下：(1)缺乏學習資源,只有教材可以看,學習能力不強的學生達不到預習要求。(2)無處求助,預習中遇到的問題得不到解答。(3)預習報告流于形式,很多學生僅僅是抄書。

（二）課堂教學

理想的物理實驗課堂應該是學生在理解理論知識的基礎上進行實踐,驗證理論并在試錯的過程中鍛煉自己的實踐能力?？墒怯捎陬A習效果達不到要求,給教師帶來了難題。詳盡地講解,教學時間不夠；提綱挈領地講解,學生不得要領；最后為完成教學,實驗課變成教師進行操作演示,學生照著做,教學效果不理想。

（三）課后實驗報告

實驗報告是學生對實驗結果的總結,也是評定成績的主要依據。傳統的教學模式存在以下問題：(1)學生在寫報告的過程中遇到問題、疑惑得不到及時的解答。(2)教師在批改報告時發(fā)現的問題不能及時反饋給學生,因為實驗的輪換是兩周一次,學生拿到批改的實驗報告一般已經是至少兩個星期以后了。綜上所述,問題的根源在于師生之間的“教”與“學”僅限于課堂。

為了能夠幫助學生做好課前預習,從2013年起,筆者開始在課前制作預習課件并通過電子郵件發(fā)給學生,讓他們有更多的學習資源進行預習。2015年開始以QQ群作為平臺實踐翻轉課堂的教學方法。

二、用電子郵件分發(fā)預習課件幫助學生預習

在每次實驗課開始前三天把預習課件發(fā)給學生,課件包含相關物理知識的補充,實驗儀器的照片,還有預習時應該注意的關鍵知識點以及應該思考的問題。顯然,課前預習課件是受學生歡迎的,在預習報告中學生不再是盲目抄書。課堂上教師會就預習課件中要求學生思考的問題提問,從結果看多數學生都是有準備的。在課堂教學方面也做了一些改變：講解之后不再集中學生進行操作演示,讓學生自己去嘗試實驗操作,去試錯并嘗試解決問題,只有當學生自己無法解決問題的時候才給予指導。實踐表明除了課程開始的幾次實驗用時和以前差不多,后面上課用時明顯要比過去少,平均要節(jié)省15～20分鐘。

三、利用QQ群作為平臺實踐大學物理實驗的翻轉課堂教學

在當今網絡信息技術高度發(fā)達的時代,QQ群廣泛被用作公司、團隊和興趣小組等的交流平臺。它可以進行即時交流,簡單方便,沒有費用,適合構成一個便于操作,門檻很低的網絡學習共同體[9-10]。

QQ群的人數設定上限為500人,群文件的空間可達10GB,這完全能夠滿足教學需求。把物理實驗的理論背景知識制作成課件并錄制視頻講解上傳到群文件,在課件中提出預習的思考題,以此來引導學生。作為即時交流平臺,遇到問題的同學可以提問,教師可以及時給予解答。在過去的幾年中,每一級都會有一些學習好的同學熱心地在群里解答問題,對于這些同學教師及時給予贊許和鼓勵,對其他同學也是一種激勵[11]。課后的實驗數據處理常常會遇到各種情況,比如數據記錄有遺漏或者筆誤,處理數據結果錯得離譜；有的學生不知道數據處理的要求,等等,這些問題都需要向教師或者同學求教。教師在課后批改報告時會發(fā)現一些比較典型的錯誤,及時指出并進行點評對于學生來說很必要,把詳細批改指正的報告拍成圖片上傳到群里對學生很有幫助。據粗略估計,約有40%以上的同學參與過群里的實驗話題討論。

圖1是基于QQ群的物理實驗翻轉課堂教學的進程圖,可以看出它比傳統的教學模式互動交流過程要豐富很多。

圖1 基于QQ群的物理實驗翻轉課堂教學流程圖

在物理實驗的數據處理中經常需要用作圖法來分析數據,教學中要求使用坐標紙和鉛筆手工作圖,實際情況是只有少數學生能夠以認真的態(tài)度做出真實正確的圖,很多學生往往隨意地畫圖敷衍老師,導致最后的結果分析未能真正完成而且影響了教學效果,而手工作圖的方法在現代的科學研究中早已經被軟件作圖取代。筆者制作了菜鳥版的Origin使用方法文檔,十幾張使用過程的截圖配以簡單的說明文字,然后上傳到群文件,同時在群空間里上傳了簡化版的軟件。很快就有學生在群里展示了自己做的圖,成功的案例激發(fā)了更多的同學去學習[12],最后約90%的同學都學會了用Origin軟件作圖,實驗報告的數據處理水平大大提高,報告評分得到相應的提高。

四、翻轉課堂帶來的教學上的變化

筆者將過去6年學生成績進行了整理,數據是2012—2017年的教學成績,以此比較翻轉課堂和傳統教學模式下的學生成績。2012—2014年教學方法上的改變主要是通過電子郵件給學生分發(fā)實驗預習課件,并答疑,這種方式并不是受到翻轉課堂思想的啟發(fā),但是也有一定的借鑒意義。2015—2017年筆者在翻轉課堂教學法的啟發(fā)之下建立QQ群進行翻轉課堂的嘗試。筆者任教的班級的專業(yè)每一年都大致相同,為避免差異性,從任教的五個專業(yè)各取一個班的成績做量化分析。由于教學計劃的變動,這里只分析秋季學期的學生做的6次實驗課成績。

（一）平均成績的提升

表1統計了2012—2017年的成績,可以看出翻轉課堂的教學實踐帶來了學生成績顯著的提升,雖然中間有一些波動,但是提升的趨勢是很明顯的,結果在表1和相應的圖2中給出。

表1 2012—2017年各班級總體成績的平均值

圖2 2012—2017年各班級總體成績的平均值

（二）師生在翻轉課堂參與度上的提升

翻轉課堂上的實踐過程中,師生對于翻轉課堂的教學實踐活動的參與度是逐漸提升和深入的,由于群里提問和解答問題的次數難以統計,這里統計了QQ群里面課件的數量,下載次數和平均下載次數,如表2所示。

表2 各教學年QQ群教學文件數、總下載次數和平均下載次數

2016年一個學期的下載次數總和就超過了2015年全年的下載次數總和。

從表2可以看出來文件的下載次數明顯在穩(wěn)步增長,這說明隨著翻轉課堂實踐的進行,學生的參與程度越來越高,對這種教學方式認可度也越來越高。

（三）學生對于教師的評價的提升

表3給出了2012—2017年秋季學期筆者在學校教學管理系統上由學生給出的教學評測,見表3和圖3。

QQ群翻轉課堂的教學模式實現了課前、課中和課后,教師與學生、學生與學生之間多維度的交流溝通；形成了發(fā)現問題、討論問題和解決問題的教學閉環(huán)。

從圖3可以看出自從開始進行翻轉課堂的教學嘗試以來,筆者的學生評測分數有了明顯的提高,呈逐年上行趨勢。

圖3 2011—2017年學生對任課教師的教學評測分數

五、分析和討論

總結過去幾年的教學經驗,可以歸納為以下幾個方面：

第一,翻轉課堂教學模式和傳統的教學方式相比在大學物理實驗的教學中有著明顯的改進和提高,學生的學習成績提升了,課堂完成實驗用的時間減少了,課后實驗報告的質量明顯提升了,這在很多翻轉課堂的實踐中得到了印證[13-15]。

第二,QQ群是很好的交互平臺。近年來出現了各種翻轉課堂教學平臺,如中國大學慕課網,清華大學的雨課堂[16],對于物理實驗這門課,慕課網的師生之間和學生之間的交流沒那么方便,而雨課堂由于實驗課中學生實驗進程以及出現問題的差異性也不太適用。

第三,翻轉課堂的教學模式拉近了師生之間的距離。從開始嘗試翻轉課堂教學3年來,學生QQ好友增加了近70人,師生之間有了更多的交流和相互了解,這對消除因為師生年齡差距而產生的代溝有幫助,對緩解教學矛盾有幫助。

第四,學生的學習熱情提高了。過去幾年筆者每一屆任課的班級都是12個,學生總數在380人左右,而QQ群加入的學生人數每一屆都達到了500人(群人數上限),其中很多是非本人課堂的學生甚至校外的學生,都在群里提問或者請教過問題。

第五,課件的知識產權問題。筆者在使用QQ群進行翻轉教學之后發(fā)現了很多群里的教學課件被學生傳到網上,這些問題有待解決。

翻轉課堂這種新的教學模式與當代信息技術的飛速發(fā)展相適應,移動通訊終端的普及使即時通信無處不在,不受時空的限制。學生的自主學習隨時都可以得到教師的幫助,可以根據自己的情況合理地安排不同知識點的學習力度。通過“互聯網+”的即時互動交流也使教師能夠更準確地掌握學生學習中的盲點,這對于優(yōu)化教學是很有幫助的[17]。筆者所實踐的物理實驗翻轉課堂教學,從形式上講更恰當的說法是一種混合學習。實驗的課堂環(huán)節(jié)不可缺省也無法替代,利用翻轉課堂的模式可以將課堂的時間更高效地用在實驗環(huán)節(jié),教學效果優(yōu)于傳統方法。