翻转课堂在中学物理实验教学中的尝试

陈吉利

摘 要：针对中学物理实验预习效果差、教学时间不足、动手机会少等问题，提出中学物理实验教学的翻转课堂模式。该教学模式将学生的被动学习转化为主动学习。为了更好地描述这一教学模式，本文以“探究求合力的方法”的教学设计为例，阐述了翻转课堂的教学设计过程及实施须注意的一些问题。

关键词：翻转课堂；中学物理实验；探究合力方法

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）3-0028-4

翻转课堂是从英语“Flipped Class Model”翻译过来的术语，也被称为“反转课堂式教学模式”，简称翻转课堂或反转课堂。所谓翻转，主要指重新构建了学习流程。在传统的教学模式中，学生通常先在学校里听老师讲课，再课后复习、做作业，然后参加考试。在翻转教学模式中，学生先通过老师制作的教学视频自学，到了课堂上，做一些实践性的练习，并利用学到的知识解决问题。在学生遇到困难时，教师则针对不同学生进行区别化指导。大量实践证明，这种教学模式在激发学生学习兴趣、提高学生自主学习能力等方面有极大的促进作用。

物理实验是中学物理学科的重要教学内容，但在传统实验教学过程中，由于学生在预习实验教材时并没有很好的理解和消化，这就造成学生在课堂实验时需要过多地依赖老师的讲解和演示，但由于实验课时间并不充足，若占用过多的时间进行讲解和演示，学生的动手时间就会很少，从而达不到实验教学的真正目的与效果。翻转课堂正好可以解决这一问题。如果学生在课前通过教学视频的观看、资料的查阅、师生的交流以及模拟实验的演练就能减少教师实验课堂的讲授时间，从而可以留给学生更多的时间进行动手操作及教师的个别指导。

翻转课堂是一种较为理想化的教学模式，在实施过程中也存在一些不确定因素。除教师的课前教学视频外，学生课前自主学习的有效性是决定翻转课堂教学模式能否成功的关键，但这一教学环节恰恰是在教师的视线之外。在教师不在场的情况下，学生是否真正参与了学习？学习的效果如何？教师如何掌握学生的学习情况？这些问题都成为翻转课堂实践者关心的问题。针对物理实验课程的特殊性，笔者将中学物理实验翻转课堂整个教学过程划分为实验前、实验中、实验后3个阶段，框架结构如图1所示。

图1 中学物理实验翻转课堂教学模式结构图

本文将在翻转课堂相关理论的指导下，以高中物理必修一中“探究求合力的方法”课题的教学设计为例，具体阐述翻转课堂的教学实施过程。

1 中学物理实验翻转课堂教学设计案例

1.1 教材分析与目标分析

探究求合力的方法是高中物理新课标（必修1）新增加的探究性实验，其目的是用等效思想探究几个力的合成，进而得到平行四边形定则。

1）教材分析

本章是高中力学的基础，等效思想、平行四边形定则既是这一章的重点，又是难点。矢量的运算法则，是矢量概念的核心内容，又是学习物理学的基础。同时，平行四边形的验证过程，对培养学生严谨的科学态度和科学思维方法也有很重要的作用。

教材是通过演示实验说明合力与分力的等效代替性质，比较直观，容易接受。而演示生活中常见的几种现象（提水、拉伸弹簧，等等），可以使学生对“等效代替”思想有更深入的体验。教材中对于“力的平行四边形定则”是让学生自己动手实验，以探究教学方法来引导学生去寻找共点力与其合力的关系，最终发现结论。本设计通过分小组探究、互相交流的形式进行教学，学生在探究过程中不仅掌握了课本知识，培养了科学探究能力，并从中领悟科学研究的精髓。

2）目标分析

在以往的教学中，实验结论的教学往往只是结论知识的传授，学生被动地接受，很难从多方面培养学生的综合素质。为了体现新课程所倡导的“以人为本”，本设计采取以学生为主体，以问题为中心，以教师为引导，以小组的合作为主要方式，让学生进行简单的实验设计，亲身体验科学实验探究的过程。通过翻转课堂教学模式，要求学生课前自学思考，课中探究学习，培养学生的自学能力和共同协作、相互交流的良好品质；使学生养成善于观察现象、大胆提出问题、敢于猜想和假设的科学修养；提高学生制定计划、进行简单的实验设计和手脑并用的实践能力；使学生体会实验在科学探究中的重要性，增强学生的探索意识。通过实验应达到以下教学目标。

知识与技能

①渗透“等效替代”的物理思想，促使力的平行四边形定则的发现与理解。

②从“代数和”思维到“矢量和”思维的跨越。

③对合力与分力间“等效替代”关系的理解与运用。

过程与方法

①能够通过实验演示归纳出互成角度的两个共点力的合成遵循平行四边形定则。

②培养学生的动手操作能力、物理思维能力、协作能力、创新思维能力、表达能力。

③培养学生设计实验、观察实验现象、探索规律、归纳总结研究问题的方法的能力。

情感、态度与价值观

①培养学生热爱生活、实事求是的科学态度，激发学生探索与创新的意识。

②培养学生合作、交流、互助的精神。

1.2 翻转课堂教学设计过程

教学过程设计依照中学物理实验翻转课堂的过程进行，遵循课前学习资源准备、课前学生自主学习、课堂交流互动与课后反馈评价4个阶段。

1）教师课前资料准备

教师在课前制作翻转课堂支撑系统的学习资源包。

首先，制定实验教学计划，根据教学内容和重难点录制微课视频。

微课的设计可采取两种方式，一种是依据实验的流程，分别制作实验原理、实验操作、数据处理等小视频，另一种是对实验中的重难点单独进行视频制作。为了确保学生的注意力不分散，每个视频时间不宜过长，最好控制在10分钟之内，并且一个视频只针对一个教学内容，教师视频授课语言要生动富有感染力。

笔者在“探究求合力的方法”实验中，一共拍摄了5个微视频。安排如下：

实验器材和原理介绍1个；

实验操作1个；

作图探究1个；

实验注意事项1个；

预习针对性训练1个。

其中，实验器材和原理、注意事项和针对性测试用PowerPoint制作而成，实验操作和作图探究为摄像机拍摄而成。

其次，为了让学生在学习时有系统性，教师在制作翻转课堂学习资料包时需要布置学习任务。学习任务将学习资源、环境和任务按照教师设计的流程组织起来，内容如下：

任务1：目标导入，要求学生观看视频，知道实验器材和实验原理。

任务2：问题猜想，力的合成遵守什么原则。

任务3：演示实验，播放教师录制的微视频，学习实验过程，并通过对实验数据的作图处理，验证学生猜想结果的正确性。

任务4：修正实验过程，通过实验注意事项提醒学生在动手实验时要注意的点。

任务5：虚拟实验，学生在虚拟的实验环境中动手实验。

任务6：针对性的预习测试。

当教师把学习资料包中的内容准备好之后，打包并上传至服务器，学生可在电脑上下载资料进行学习。

2）学生课前自主学习

学生从网络下载资料后，按照学习任务的内容进行学习，同时学生可以进入交流空间和老师及其他同学讨论交流在学习中碰到的疑惑。

学生学习完毕，将对自己的学习做自我评价（评价项目如表1所示），系统也将自动保存学生在虚拟实验操作过程中的错误和问题，以便教师及时掌握学生的学习程度。

表1 实验前自我评价表

3）师生课中交流互动

在课堂上，学生们进行真实的动手实验。教师首先需要交代实验注意事项和本课堂的安排等内容，学生直接进行实验。

通过课前的学习，学生已经基本掌握本次实验的内容和操作过程，并带着自己学习和练习的结果以及学习过程中遇到的一些问题进行实验。在实验操作中，学生直接按照自己的虚拟实验流程进行真实实验，观察真实的实验现象。该模式极大地提高了学生动手实验的动机和效率，加深了学生的印象，同时也大大节省了实验知识学习和实验准备的时间，让学生更专注于对实验操作过程和实验结果的讨论探究。

由于本实验的偶然和系统所带来的误差，教师在一边指导的同时也应密切关注学生在动手操作实验时的一些细节，同时个别问题可以个别解决，并引导学生积极思考，提出更好的实验方案，并进行实验验证。等待大家实验完毕，教师可以组织学生讨论在课前学习中一些有代表性的问题与实际操作中新增的问题，解决大家的疑问。

4）教师课后反馈评价

翻转课堂涉及了学生的自主学习能力、时间管理能力和合作交流能力，因此，传统的笔试评价已不能满足其完整的评价功能。科学的评价系统是实现翻转课堂优势的重要保障，通过评价使学生在课程学习过程中不断地体验进步与成功，认识自我，建立信心。教师同时也在反馈信息中，对自己的教学行为进行反思和调整，促进教学能力的提高。

2 实施翻转课堂必须关注的几个问题

翻转课堂看似简单，但在教学实施中存在不确定因素，如果实施不当，很难达到预期的教学效果。为此，在教学过程中需关注以下问题。

2.1 教师角色的变化

翻转课堂更强调师生间、学生间的互动和个性化的指导。教师要善于把握学生的思维动向，利用正式或非正式的评价，让学生发现自己的进步，帮助学生认识自我，发现潜能，以期待更大的发展。这就需要对教师角色进行重新定位。

从师生关系上，教师从知识传授者转变为学习促进者和引路人。教师应把主要精力放在检查学生对知识的掌握程度上，及时对学生的学习做出一个有指导性的评价。通过建立师生交流平台等方式把教学重心放在如何促进学生学习，成为学生学习的激发者、辅导者、能力及个性的培养者。

从教学与研究的关系来看，教师不仅是教学者，更是研究者。教师在教学过程中要以研究者的心态置身于教学情境之中，以研究者的眼光审视和分析教学理论与教学实践中的各种问题，对自身的行为进行反思，对出现的问题进行探究，对积累的经验进行总结。如案例中教师应考虑如何从学生容易理解的角度制作与处理微视频，如何处理教与学的矛盾冲突，如何创设出适合本校学生的乡土化实验环境，如何进行学生个体化学习过程及结果评价等。

2.2 学生自学能力的提高

在实践中发现，不少人认为翻转课堂就是在课前观看视频，缺乏学生的独立思考。其主要原因是学生缺少自主学习的能力和较强的学习热情。因此，在实验绪论课前应向学生强调，实验课的重心是进行实验探究，每个人都要有责任心去发展自己已有的知识，而不是做知识的被动接受者。这就需要教师引导学生自学时应注意以下几点。

自学前，教师首先要明确提出学习目标，要学什么？怎么学？要解决什么问题？教师可以设置自学提纲，并在自学的各阶段适时点拨暗示，让学生带着任务自学，并记录各自的问题，做好笔记。

自学时，教师可以组织学习小组，培养学生的合作能力。学习小组由教师根据学生的学习程度和性格差异进行合理搭配，人数一般6人左右。小组合作学习中，学生可以讨论、交流碰到的问题，期间教师要随时了解掌握各组的信息动态，需要及时帮助、点拨、指导，使得特殊问题在小组内及时解决，而带有普遍性的问题汇总后，可带到实验课堂上进行解决。

上课时，教师组织学生实验阶段，让学生带着问题进实验室。每次实验，每位学生都带着问题进行操作，力求从中找到答案，但实验受到学生个体差异、环境等影响，会出现不同的差异，这就需要教师指导小组对实验过程及结果进行探讨和研究，使学生达成共识，并解决课前遗留的问题。根据学生的理解与掌握情况，进行必要的进一步拓展和延伸，让学生对这一实验知识的理解更上一层楼。学生通过这一实验环节做到知其然，知其所以然，知其所尽然。

2.3 课堂教学的重新组织

因学生在课前主要利用微课进行碎片化学习，知识较为零散，非常有必要对知识进行梳理，理顺知识点之间的关系。教师通过查看学生课前上交的自学笔记，展示具有示范作用的笔记供学生浏览学习，组织学生谈自学收获和疑问的同时，板书梳理本节课的知识框架，然后展示学生具有代表性的疑问和自测题进行反馈，将问题按照知识点归类。

此环节是为了对翻转课堂的自学阶段进行有效的反馈，分清楚哪些知识点学生已经掌握，哪些还存在问题。这就需要教师花较多的时间和精力对实验课堂教学重新进行组织、改革创新，在提高课堂效率的基础上，开发一些可以提供学生进一步探究的拓展性实验。

3 结束语

中学物理实验的翻转课堂教学模式是一种更高效，给学生更多自主空间的教学模式，满足了大多学生的个性化学习的需求。翻转课堂让学生在课堂上的实验探究时间得到了保证，教学效果良好。

当然，该模式在实际操作中存在着一些不确定的因素，教师应在实践中不断地进行总结、改善和创新，学生也应在开放式的学习环境中积极培养自主学习的能力和自我调控的能力。

参考文献：

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（栏目编辑 李富强）