尹慶豐 耿宜宏

（1.常州市武進(jìn)區(qū)教師發(fā)展中心，江蘇 常州 213164；2.常州市武進(jìn)區(qū)禮嘉中學(xué)，江蘇 常州 213176；3.江蘇省前黃高級(jí)中學(xué)，江蘇 常州 213161）

仔細(xì)研讀《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》，［1］從2003版到2017版再到現(xiàn)在的2020修訂版，可以發(fā)現(xiàn)，高中物理課程結(jié)構(gòu)越來(lái)越優(yōu)化，教育定位越來(lái)越明確，培養(yǎng)目標(biāo)越來(lái)越注重育人目的.從課程結(jié)構(gòu)與教育定位角度來(lái)看，高中物理課程被分為3個(gè)層次：參加高中物理學(xué)業(yè)水平考試，要學(xué)習(xí)必修模塊共3本書(shū)；如果高考選考物理，要繼續(xù)學(xué)習(xí)選擇性必修3本書(shū)；如果打算參加自主招生或其他深造計(jì)劃，就要進(jìn)一步學(xué)習(xí)3本選修教材.從育人目的來(lái)看，提升學(xué)生綜合素質(zhì)、著力發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)貫穿整個(gè)課程的始終，且以落實(shí)核心素養(yǎng)為中心，精選重組了課程內(nèi)容，增加了難度.

這與現(xiàn)有的教學(xué)模式存在沖突：教學(xué)時(shí)間有限，學(xué)生不能按需學(xué)習(xí)，無(wú)法滿足個(gè)性化分層次學(xué)習(xí)要求，也不能讓學(xué)生體會(huì)物理知識(shí)之美；教學(xué)空間有限，學(xué)生的學(xué)習(xí)環(huán)境缺乏自主性，無(wú)法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也不能讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到物理學(xué)習(xí)之于生活的意義.

為了改變高中物理教學(xué)現(xiàn)狀，筆者認(rèn)為一線教師首先要明確《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》的核心是促進(jìn)每個(gè)學(xué)生得到最大限度的發(fā)展.這就需要教師結(jié)合教學(xué)實(shí)際情況，引入新的教學(xué)理念，轉(zhuǎn)變教學(xué)模式，從而轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，為學(xué)生搭建一個(gè)自主、合作、探究、交往的學(xué)習(xí)平臺(tái)，最終將物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)貫穿于教學(xué)活動(dòng)的全過(guò)程.

1 混合式教學(xué)與翻轉(zhuǎn)課堂的內(nèi)涵界定

1.1 混合式教學(xué)

混合式教學(xué)（Blended Learning），因?yàn)閭?cè)重點(diǎn)各不相同，所以目前國(guó)內(nèi)外專家給出的定義并不統(tǒng)一.筆者認(rèn)為，多種教學(xué)理論的混合、多種教學(xué)方法的混合、多種教學(xué)手段的混合、多種教學(xué)風(fēng)格的混合、多種教學(xué)方式的混合、多種學(xué)習(xí)環(huán)境的混合等，都可以稱之為混合式教學(xué).［2］

1.2 翻轉(zhuǎn)課堂

翻轉(zhuǎn)課堂（Flipped Classroom），又稱為“反轉(zhuǎn)課堂”或者“顛倒課堂”等.基本思路為：將傳統(tǒng)學(xué)習(xí)過(guò)程翻轉(zhuǎn)，由學(xué)習(xí)者利用課外時(shí)間對(duì)知識(shí)點(diǎn)及概念進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，課堂時(shí)間則以教師與學(xué)生的互動(dòng)為主，學(xué)生進(jìn)行匯報(bào)、討論、探究、驗(yàn)證等，教師起到答疑解惑的作用.［3］馮曉英等認(rèn)為，一個(gè)成功的翻轉(zhuǎn)課堂，應(yīng)當(dāng)是“線下主導(dǎo)型、交互協(xié)作式”的混合式教學(xué).［4］

本文在混合式教學(xué)理念的基礎(chǔ)上，引入翻轉(zhuǎn)課堂的模式，將傳統(tǒng)與翻轉(zhuǎn)相融合，線上與線下相融合，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，重新規(guī)劃教學(xué)空間、時(shí)間與內(nèi)容，創(chuàng)造性地開(kāi)展教學(xué)工作，從而提升學(xué)生學(xué)習(xí)效果，培育學(xué)科核心素養(yǎng).

2 基于翻轉(zhuǎn)課堂的混合式教學(xué)設(shè)計(jì)

混合式教學(xué)并不是簡(jiǎn)單的將傳統(tǒng)教學(xué)分割成線上和線下兩部分，它需要對(duì)每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行精心地重構(gòu)性的設(shè)計(jì).例如：如何有效地融合線上與線下的教學(xué)內(nèi)容；如何最大程度地發(fā)揮線上與線下的優(yōu)勢(shì)等等.

基于翻轉(zhuǎn)課堂的混合式教學(xué)，還需要體現(xiàn)“以學(xué)生為中心”的角色轉(zhuǎn)變特征，要能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度與自主性，讓學(xué)生有更多動(dòng)手與體驗(yàn)的機(jī)會(huì)，從而有利于知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)化.因此，筆者構(gòu)思了“基于翻轉(zhuǎn)課堂的混合式教學(xué)設(shè)計(jì)”，如圖1所示.

圖1 基于翻轉(zhuǎn)課堂的混合式教學(xué)設(shè)計(jì)示意圖

由圖1可以看出，整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)包括“傳統(tǒng)課堂”和“翻轉(zhuǎn)課堂”兩部分，“翻轉(zhuǎn)課堂”又可以分為線上和線下兩種形式，但主體都是學(xué)生.整個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)都是基于對(duì)教學(xué)目標(biāo)的精準(zhǔn)分析，［5］包括教材、學(xué)情等，從而確定哪些教學(xué)內(nèi)容適合教師講授，哪些教學(xué)內(nèi)容適合學(xué)生探究.課前在線發(fā)布的教學(xué)資源由教師準(zhǔn)備，包括視頻、網(wǎng)址、技術(shù)參數(shù)等等；課后在線學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)置也由教師提前準(zhǔn)備，并且要建立互動(dòng)平臺(tái)，方便師生、生生在線討論、答疑等.

3 基于翻轉(zhuǎn)課堂的混合式教學(xué)案例

“交變電流”選自人教版選修3-2第5章第1節(jié)，［6］體現(xiàn)了新課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)的選擇性.交變電流在我們的生活中應(yīng)用性較強(qiáng)，但是由于電磁感應(yīng)的特殊性，使得學(xué)生對(duì)于交變電流的本質(zhì)與規(guī)律缺乏深層次理解.

另外，本節(jié)課的授課對(duì)象為普通高中二年級(jí)理科學(xué)生.學(xué)生已有知識(shí)結(jié)構(gòu)包括法拉第電磁感應(yīng)定律、傳感器的應(yīng)用等，同時(shí)學(xué)生通過(guò)兩年的高中物理學(xué)習(xí)過(guò)程，對(duì)物理基本思想（模型建構(gòu)思想）和科學(xué)探究過(guò)程（一般→特殊→一般）有一定的認(rèn)識(shí)，熟知科學(xué)探究方法，具備了基本的觀察、分析、歸納能力.

綜合上述教材與學(xué)情分析，筆者認(rèn)為在“交變電流”這節(jié)課中進(jìn)行“基于翻轉(zhuǎn)課堂的混合式教學(xué)”是有實(shí)際意義的.

3.1 課前準(zhǔn)備

課前準(zhǔn)備采用線上教學(xué)的方式.教師可以針對(duì)不同班級(jí)學(xué)生情況，發(fā)布不同的線上教學(xué)資源，內(nèi)容包括知識(shí)和能力兩個(gè)層面，如圖2所示.

圖2 課前準(zhǔn)備線上教學(xué)資源結(jié)構(gòu)體系圖

課前線上發(fā)布教學(xué)資源，學(xué)生可以選擇學(xué)習(xí)的時(shí)間和地點(diǎn)、學(xué)習(xí)的內(nèi)容和進(jìn)度，還可以控制觀看視頻的速度、次數(shù)以及網(wǎng)絡(luò)資源查找的廣度.這種方式能夠最大程度地給予學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，真正實(shí)現(xiàn)了按需學(xué)習(xí).

3.2 課堂教學(xué)實(shí)施

鑒于高中物理的特點(diǎn)，課堂采用線下教學(xué)的方式.其中，引入部分采用演示實(shí)驗(yàn)，可視化的小燈泡亮度與電流表讀數(shù)，簡(jiǎn)潔直觀，明確概念；在難點(diǎn)“交變電流的產(chǎn)生”中，采用模型建構(gòu)與問(wèn)題導(dǎo)向相結(jié)合的方式，發(fā)揮教師講解的傳統(tǒng)教學(xué)模式優(yōu)勢(shì)；在重點(diǎn)“交變電流的變化規(guī)律”部分，一改以往“傳遞主義”的理論推導(dǎo)，采用探究實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過(guò)定量研究驗(yàn)證并得出結(jié)論，發(fā)揮翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的優(yōu)勢(shì).

3.2.1 體驗(yàn)對(duì)比，明確概念界定

建立電源、電鍵、小燈泡、電流表構(gòu)成的閉合回路.

體驗(yàn)1.電源為干電池供電，見(jiàn)圖3（a）所示.

體驗(yàn)2.電源為手搖發(fā)電機(jī)供電，見(jiàn)圖3（b）所示.

圖3 演示實(shí)驗(yàn)實(shí)物圖

對(duì)比.相同點(diǎn)：小燈泡均能發(fā)光、電流表均有示數(shù).不同點(diǎn)：（a）圖小燈泡發(fā)光穩(wěn)定，（b）圖小燈泡發(fā)光會(huì)閃爍；（a）圖電流表指針?lè)€(wěn)定，（b）圖連接電流表，電流表指針來(lái)回?cái)[動(dòng).

明確概念.（a）圖電流方向不隨時(shí)間變化，稱為直流（DC）；（b）圖電流大小和方向隨時(shí)間做周期性變化，稱為交變電流（AC）.

3.2.2 模型建構(gòu)，分析產(chǎn)生原因

問(wèn)題1.觀察手搖發(fā)電機(jī)有哪些部分組成？

生：大小輪、皮帶、磁鐵、線圈、轉(zhuǎn)軸、手柄等.

問(wèn)題2.手搖發(fā)電機(jī)是如何產(chǎn)生交變電流的？

生：線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng).

問(wèn)題3.這個(gè)問(wèn)題其實(shí)比較復(fù)雜，我們研究復(fù)雜問(wèn)題應(yīng)該從簡(jiǎn)單模型出發(fā).首先，你希望研究怎樣的磁場(chǎng)？

生：勻強(qiáng)磁場(chǎng)最簡(jiǎn)單.

問(wèn)題4.其次，你希望研究多少匝線圈呢？

生：1匝.

問(wèn)題5.你希望研究的線圈是什么形狀？

生：長(zhǎng)方形.

問(wèn)題6.你希望線圈怎么轉(zhuǎn)動(dòng)？

生：勻速轉(zhuǎn)動(dòng).

建立模型.現(xiàn)在讓我們建立一個(gè)滿足你們所有希望的模型：勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，單匝矩形線圈，勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，這就是理想模型.

今天我們就要從單匝矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)為著手點(diǎn)，對(duì)交變電流的產(chǎn)生展開(kāi)研究.

問(wèn)題7.線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，哪些位置比較特殊？

生：一個(gè)周期中，0°、90°、180°、270°、360°為特殊位置，如圖4所示.

問(wèn)題8.在圖4中判斷電流不方便，怎么辦？

圖4 線圈在磁場(chǎng)中逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的特殊位置

生：借助降維處理，將三維圖轉(zhuǎn)變?yōu)槎S圖，如圖5所示.

圖5 線圈在磁場(chǎng)中逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的特殊位置二維圖

問(wèn)題9.請(qǐng)分析這5個(gè)特殊位置電流方向、磁通量、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的變化等，并填寫表1.

生：根據(jù)圖5中所標(biāo)位置及速度方向，可以得到結(jié)果如表1所示.

師：由表1可以看到，當(dāng)線圈平面（S）與磁場(chǎng)（B）垂直時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0，這個(gè)特殊的位置稱為中性面.

表1 特殊位置定性分析表

問(wèn)題10.請(qǐng)?jiān)谧鴺?biāo)紙上定性畫出上述5個(gè)特殊位置的坐標(biāo)，并猜想持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)e-t圖像的形狀.

生：根據(jù)表1，描出5個(gè)特殊位置的點(diǎn)，并猜想作出e-t圖像，如圖6所示.

圖6 e-t圖像（猜想）

圖中，有兩條圖線，一條為折線（虛線），即將5個(gè)點(diǎn)用直線兩兩連起來(lái)；另一條為曲線（實(shí)線），即經(jīng)過(guò)這5個(gè)點(diǎn)的正弦曲線.這是學(xué)生們猜想e-t圖像中出現(xiàn)幾率最高的兩種情況.

3.2.3 實(shí)驗(yàn)探究，驗(yàn)證變化規(guī)律

那么手搖發(fā)電機(jī)的e-t圖像究竟是什么樣的呢？實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn).在該環(huán)節(jié)我們引入了江蘇省前黃高級(jí)中學(xué)耿宜宏教授團(tuán)隊(duì)研制開(kāi)發(fā)的手搖發(fā)電機(jī)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置.

實(shí)驗(yàn)儀器：改進(jìn)后的手搖發(fā)電機(jī)實(shí)驗(yàn)裝置，［7］如圖7所示.在確保磁場(chǎng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)的基礎(chǔ)上，可以通過(guò)改變勵(lì)磁電流I的大小來(lái)改變磁場(chǎng)B的強(qiáng)弱；在3D打印的技術(shù)支持下，可以通過(guò)繞制方式的不同來(lái)改變線圈的橫截面積；通過(guò)線圈的不同組合，可以改變線圈的匝數(shù)；通過(guò)可調(diào)轉(zhuǎn)速且?guī)?shù)顯的電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)桿勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，可以改變不同的轉(zhuǎn)速?gòu)亩淖兘撬俣鹊拇笮?

圖7 改進(jìn)后的手搖發(fā)電機(jī)實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物圖

最后，旋轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生的交變電流通過(guò)360°旋轉(zhuǎn)導(dǎo)電滑環(huán)導(dǎo)出到電壓傳感器，利用DIS實(shí)驗(yàn)軟件記錄交變電流電動(dòng)勢(shì)波形圖，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理.

探究1.調(diào)節(jié)勵(lì)磁線圈電流大小為1.60 A，線圈面積3S、匝數(shù)為250匝、轉(zhuǎn)速為800 r／min，利用DIS軟件中的電壓傳感器記錄產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)波形，得到圖像如圖8所示.

驗(yàn)證1.應(yīng)用數(shù)據(jù)處理中的“擬合”發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)圖線與正弦擬合圖線基本重合（如圖8中所示，粗線曲線為實(shí)驗(yàn)所得，細(xì)線曲線為正弦擬合曲線）.實(shí)驗(yàn)證實(shí)手搖發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流為交變電流，電流的大小與方向呈周期性變化，且證明該交變電流為為正弦式交流電.

圖8 改進(jìn)后的手搖發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形

師：從圖8可以發(fā)現(xiàn)，電動(dòng)勢(shì)的最大值保持不變.那么電動(dòng)勢(shì)的最大值與什么有關(guān)呢？

生：最大值的影響因素可能是磁場(chǎng)強(qiáng)弱、轉(zhuǎn)速大小、線圈面積大小、線圈匝數(shù)等.

探究2.為了節(jié)約時(shí)間，此處為分組實(shí)驗(yàn)，然后進(jìn)行討論，最后得出結(jié)論，整個(gè)過(guò)程全部由學(xué)生完成.現(xiàn)將學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯總，如表2及圖9所示.

圖9 各組定量探究正弦式交變電流電動(dòng)勢(shì)最大值E m影響因素匯總圖

表2 各組定量探究正弦式交變電流電動(dòng)勢(shì)最大值E m影響因素實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總表

驗(yàn)證2.由表2和圖9可以看出，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值與線圈橫截面積、線圈匝數(shù)、磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度和線圈轉(zhuǎn)速都成正比關(guān)系.

綜合探究1和探究2，可以驗(yàn)證得到感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為e=Emsinωt，其中Em為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值，Em=NBSω，此時(shí)線圈垂直中性面.

結(jié)論：線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的電流大小與方向都隨時(shí)間做周期性變化，且其變化規(guī)律滿足正弦函數(shù)，即產(chǎn)生了正弦式交變電流.該電流的大小與線圈匝數(shù)、橫截面積、轉(zhuǎn)速以及磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小都成正比關(guān)系.

3.3 課后拓展

考慮到時(shí)間關(guān)系，課后拓展也采用線上教學(xué)的方式.教師發(fā)布的學(xué)習(xí)任務(wù)同樣包括知識(shí)和能力兩個(gè)層面，如圖10所示.

圖10 課后拓展線上學(xué)習(xí)任務(wù)結(jié)構(gòu)體系圖

圖10 中學(xué)習(xí)任務(wù)分為必做題與選做題，例如帶星號(hào)的任務(wù)為選做內(nèi)容；不同難度的學(xué)習(xí)任務(wù)對(duì)應(yīng)不同的得分值，例如課后習(xí)題就會(huì)設(shè)置成由簡(jiǎn)到難遞進(jìn)的模式，對(duì)應(yīng)的分值也會(huì)從低到高各不相同.教師會(huì)給出A、B、C、D、E 5個(gè)目標(biāo)等級(jí)對(duì)應(yīng)的分值，學(xué)生可以根據(jù)自身能力和需要選擇對(duì)應(yīng)的目標(biāo)等級(jí)，從而確定需要完成的學(xué)習(xí)任務(wù)，真正實(shí)現(xiàn)了個(gè)性化分層次學(xué)習(xí).

4 基于翻轉(zhuǎn)課堂的混合式教學(xué)效果分析

“交變電流”這節(jié)課，傳統(tǒng)的教學(xué)模式是引入概念，然后通過(guò)電磁感應(yīng)理論分析交變電流產(chǎn)生的原因，接著通過(guò)理論推導(dǎo)，得出交變電流的變化規(guī)律，最后介紹一下交變電流的應(yīng)用.過(guò)程中可能會(huì)穿插一些演示實(shí)驗(yàn)，但是總體以教師講授為主.

基于翻轉(zhuǎn)課堂的混合式教學(xué)設(shè)計(jì)的應(yīng)用，使得“交變電流”這節(jié)課充滿了生命力.課前準(zhǔn)備的線上教學(xué)資源，給了學(xué)生極大的學(xué)習(xí)自主性；課后拓展的線上學(xué)習(xí)任務(wù)，給學(xué)生提供了個(gè)性化分層次學(xué)習(xí)的平臺(tái)；線下課堂教學(xué)的時(shí)候，融合傳統(tǒng)教學(xué)與翻轉(zhuǎn)課堂兩種教學(xué)方式，相輔相成，相得益彰，這是本節(jié)課的亮點(diǎn).

筆者對(duì)分別進(jìn)行傳統(tǒng)教學(xué)和混合式教學(xué)的兩個(gè)班級(jí)學(xué)生發(fā)放了調(diào)查問(wèn)卷105份，全部回收并有效，就知識(shí)學(xué)習(xí)與能力提升兩個(gè)層面對(duì)比兩種模式的教學(xué)效果，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖11所示.

由圖11（a）可以看出，在混合式教學(xué)模式下，學(xué)生的課前準(zhǔn)備與課堂討論的參與率有明顯增加，且課前準(zhǔn)備的線上教學(xué)資源發(fā)布，使得學(xué)生對(duì)教學(xué)目標(biāo)更加明確；由圖11（b）可以看出在混合式教學(xué)模式下，融合了對(duì)比、建模、降維、驗(yàn)證等思維能力以及探究能力的培養(yǎng)，學(xué)習(xí)獲得感有大幅度增加，更能體現(xiàn)提升物理學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo).

圖11 教學(xué)效果問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果對(duì)比圖（單位：百分比）

5 結(jié)束語(yǔ)

為了將高中物理課程“育人”的根本目的落到實(shí)處，本文將翻轉(zhuǎn)課堂與混合式教學(xué)相結(jié)合，構(gòu)思了基于翻轉(zhuǎn)課堂的混合式教學(xué)設(shè)計(jì).該教學(xué)設(shè)計(jì)體現(xiàn)了“以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)”的教學(xué)理念，經(jīng)過(guò)“交變電流”的教學(xué)實(shí)踐及教學(xué)效果分析，說(shuō)明傳統(tǒng)與翻轉(zhuǎn)、線上與線下可以在碰撞中融合，在融合中完善，為一線教師展開(kāi)混合式教學(xué)提供了參考.