翻转课堂与小组合作学习带给物理实验教学的新活力——以“力的分解”为例

刘 玲

（复旦大学附属中学，上海200433）



翻转课堂与小组合作学习带给物理实验教学的新活力——以“力的分解”为例

刘 玲

（复旦大学附属中学，上海200433）

摘 要：以“力的分解”为例，在信息技术的支持下，将该课程设计为翻转课堂，学生利用教师制作的力的分解的网页提前预习，学习和掌握力的分解的概念、方法及典型的实例，课程采用小组合作的形式，把学生分为6组，每组学生准备相关实验实例在课堂上交流讨论，通过此过程让学生在学习过程中成为学习的主体，增强学生的科学探究能力、合作与交流能力.

关键词：翻转课堂；力的分解；受力分析

1 翻转课堂的有关概念

翻转课堂作为一种新兴的教学模式，在信息技术的支持下实现了知识传授和知识内化过程的颠倒安排，使学生成为学习过程的主体，让学生自己掌握学习的进度和速度，改变了教师垄断整体课堂信息源而学生处于被动地位的局面，使学生的主动性、创造性得以充分发挥.让学生“先学”，让学生自主地、有个性地学习，教师在已有知识铺垫的情况下“后教”，学生更能在最近发展区完成学习任务，学习更有针对性，“后教”能加深学生对知识认识的深度和实践的广度.

翻转课堂有4个教学环节，即课前知识吸收、课中知识内化、知识巩固和知识应用环节.知识吸收环节就是课前学生提前学习知识点的基本内容、相关自然现象与实验.知识内化、巩固和应用环节就是在课堂交流中，教师组织学生讨论问题.这里还要注意的是，吸收知识的同时，必然有与学生认知相冲突的、暂时不能同化顺应的知识点，那么，课中知识内化环节、巩固环节和应用环节起到至关重要的作用.

翻转课堂采用小实验课题驱动式的教学方法，可以避免传统物理教学只是教师教授的弊端，发挥学生的创造性和创新精神，使物理实验教学能够重现科学探究过程.

2 小组合作学习

把学生按“组内异质、组间同质”的原则，根据性别比例、兴趣倾向、学习水准、交往技能、守纪情况等合理搭配，分成学习小组，每组6人，按六边形桌子围坐，以便启发引导后，学生面对面地进行小组讨论.小组人员分工及分工标准：根据每个人的特长不同进行不同的分工.善于组织活动的学生为组长；善于记录的学生为记录员；善于表达的学生为中心发言人.为了让每一名学生都得到锻炼，定期轮换主发言人，每人都有发言的机会，在主发言人表达之后，如有遗漏，中心发言人可以补充.

在小组合作学习中，教师是全班小组合作学习的组织者和掌控者，是组内研讨的参与者，是小组研讨的引导者.

3 驱动式的实验

知识点中矛盾的揭露和解决必须成为学生活动的中心，教师适时指导学生逐步学会发现问题，从中悟出知识体系的规律，并通过实验，观察、分析和解决问题.教师组织教学的过程就是使教学更符合学生获得知识和提高能力的过程，以自主合作学习的形式促使学生思考和解决问题.翻转课堂的课前课中都以实验为线索，以实验为驱动，学生课前观看实验的视频，并自主设计实验来解决新旧知识的矛盾，通过小组讨论、动手操作和计算，逐步解决问题.

4 “力的分解”的教学过程

以“力的分解”为例，说明翻转课堂和合作性学习是如何带给物理课堂新的活力的.

4.1 制作网页、自主学习

物理教师提前制作“力的分解”一节的网页，主要内容为：力的分解的概念、方法和典型实例，并用力的分解来解释生活中的一些常见的现象.每个小组准备1个力的分解的实验实例在课堂上交流讨论，学生利用网页提前学习相关知识点，以小组为单位将准备的实例形成文档，并上传.

4.2 确定问题，设计教学

教师上课前分析学生上传的文档，针对学生的问题和薄弱点设计相应的教学流程，引导学生在课堂上共同解决问题

4.3 交流合作、解决问题

首先，教师组织学生分为6个小组发言.学生汇报自己小组的实例，抛出学习中遇到的问题，并通过生生合作、师生合作共同解决.

1）第1小组准备的实验是斜面上物体所受重力的分解.小车静止在斜面上，斜面上有1个与斜面垂直的挡板.对于小车受到的重力的分解问题，在传统的教授教学中，教师会告诉学生，小车对斜面有垂直斜面向下压的作用，对挡板有垂直挡板向下压的作用，因此可以把重力沿垂直斜面和垂直挡板的方向进行分解.但是，传统的演示实验中，斜面和挡板的形变是微小形变，学生很难观察到明显的形变.

在翻转教学中，学生自学了该知识点，创造性地用简单的实验器材证明了小车重力的这2个作用.他们用比较软的木板模拟斜面和竖直挡板（如图1所示），在实验过程中，学生可以清楚地观察到软木板的形变.

教师的工作就是在学生充分发言的基础上，对他们的答案进行概括、升华，让学生发现新旧知识的矛盾并加以解决.在这个例子中，已经确定了重力的2个分力的方向，如图2所示，重力G分解为垂直挡板向下的分力Gx和垂直斜面向下的分力Gy，接着，教师引导学生求出2个分力的大小.过O点以重力G为对角线，以垂直于斜面向下和垂直于挡板向下为2个分力的方向，作平行四边形，平行四边形的两条邻边即为2个分力Gx和Gy.由数学知识可得：Gx＝Gsinα，Gy＝Gcosα.

图1 用软木板作斜面和挡板

图2 对斜面上的小球的受力分析

图3 千斤顶

2）第2小组准备的实验是模拟汽车千斤顶实验.当汽车需要换轮胎时，司机将千斤顶（如图3所示）放在车身底盘与地面之间，只需摇动手柄使螺杆OA转动，OA距离会渐渐减小，OC距离就会增大，将汽车车身缓缓顶升.课本中也提到用圆规来体验千斤顶如图4所示.用食指、拇指捏住圆规的一个针脚，另一个有铅笔芯的脚支撑在手掌中心，使OA水平，相当于千斤顶的螺杆，然后在圆规顶部挂上一些不太重的物品，如钥匙等.钥匙对圆规的拉力F（≥G），可分解为沿OB方向的压力FB和沿AO方向的拉力FA.但是，由于圆规的2只针脚是金属制成的，在实验中并不能明显地观察到对OA的拉力和对OB的压力.

这组学生准备的实验器材：1个竖直的由轻的竹竿制成的支架OAB（如图5所示）.这组学生在轻杆OA的A端系有一截橡皮筋，可以通过观察橡皮筋的形变来确定对OA的拉力.挖空了轻杆OB和竖直支架的接触点，即B处，在该处安装了橡皮膜，可以通过橡皮膜的形变来确定对OB的压力.然后在O处挂上重物G，可以明显地看见A处的橡皮筋被拉长，B处的橡皮薄膜被顶出.所以，重力对OA杆有拉的作用，而对OB杆，有压的作用.

图4 用圆规体验千斤顶

图5 模拟千斤顶实验装置

这组学生介绍完他们的实验后，教师及时地引导学生进行总结.如图6所示，重物对支架的拉力F（大小等于G）可分解为沿AO方向的拉力FA和沿OB方向的压力FB，过O点以拉力F为对角线，以AO和OB为2个分力的方向，作平行四边形，平行四边形的2条邻边即为2个分力FA和FB.由数学知识得：FA＝Gtanα，FB＝G／sinα.

图6 模拟千斤顶的受力分析

3）第3小组准备的实验是模拟绳子拉货车的例子.1辆货车陷入路边泥洼中，依靠自身动力无法脱.司机可用钢索将汽车与路边树桩连接拉紧，再在中央系1根绳，横向一拉，车就向前移动一些，再将钢索收紧再拉，如此反复，货车居然被1～2个人拉出了泥洼.但是，学生在实际生活中，找1辆卡车进行体验，不是特别方便.

该组学生设计了如图7所示的实验装置.用1辆玩具消防车模拟卡车，1个重砝码模拟树桩，从实验中，可以清楚地看见：有沿AO方向的拉力和沿BO方向的拉力.同时还采用了弹簧秤来横向拉绳子，这样，横向的拉力可以直接从弹簧秤上读出.

图7 模拟绳子拉货车

4）第4小组准备的实验是1根细线能承受多大的拉力.教材的练习册上也提到了这个小实验：测1根细线（或头发）能承受多大的力，在1根长度已知的细线的中央悬挂着重力已知的重物，然后沿着尺将双手慢慢分开，观察分开到什么距离时线断了，由此就可以计算细线能承受的最大拉力.但这组学生设计了更加直观的实验.在细线下挂了1个已知重量的砝码，在细线的两端上分别连接2个弹簧秤，这样细线上承受的拉力可直接从弹簧秤上读出.当2根细线之间的夹角改变时，弹簧秤的读数也随之改变.

图8 绳子拉货车的受力分析

图9 刀劈物体的受力分析

在这个例子中，由于对两个侧面是压力，学生没有想出直观测压力的实验器材，学生课堂上也表示，他们会继续研究这个问题，像弹簧秤能直观测出拉力一样，他们也想直观地显示刀刃对2个侧面的压力.教师和其他组的学生也对他们的想法给予了鼓励和支持，希望他们早日研究出直观的实验器材.

6）第6组准备的实验是压榨机.某榨汁机的结构如图10所示，其中B为固定铰链，C为质量可忽略不计的滑块，通过滑轮可沿光滑壁移动，D为被压榨的物体.当在铰链A处作用一垂直于壁的较小压力F时，物体D受到较大的压力.这组学生在网上购买了压榨机，直观地演示了压榨机原理.

图10 压榨机

教师引导学生对这个例子进行进一步的讨论.力F的作用效果是对AB和AC两杆产生沿两杆方向的压力，将F沿AB和AC方向进行分解，得到2个分力F1和F2.力F1的作用效果是对C产生水平向左的推力和竖直向下的压力，将力F1沿水平方向和竖直方向分解，得到2个分力Fx和Fy.

图11 压榨机受力分析

5 启 示

1）先学后教，促进学生在最近发展区完成学习任务.

本节课中，学生学习积极性高，在内化知识的基础上完成了知识巩固应用部分，这与翻转课堂的先学后教有很大关系.

再者，物理知识体系庞大且逻辑性强，这些特点导致很多学生反映物理难学，究其原因就是没有做好学习物理的准备，没有跟上教师的思路并及时巩固应用.翻转课堂先学后教的教学方法为教师突破教学难点提供了解决方法，学生通过丰富多彩的网页视频，自主且富有趣味性地提前学习知识点，带着问题进入课堂，在教师的指导下高效地探究物理问题.

2）实验驱动式.翻转课堂的课前课中都以实验为线索，以自主合作学习的形式促使学生思考、解决问题.学生课前观看实验的视频，并自主设计实验来解决新旧知识的矛盾，通过小组讨论、动手操作和动手计算，逐步解决问题.

3）培养了学生善于听取别人的意见的好品质，促进学生的社会性发展和健康个性的养成.要想适应社会，能与别人密切交往，其中重要的一点就是对他人能热心帮助，真诚相待.通过小组合作学习，使学生感到要想使自己在学习上有所收获，必须做到小组之间的每一个成员相互帮助，相互取长补短，虚心听取别人的意见，从而培养了小组成员善于倾听别人的意见，帮助本组成员共同提高的好品质，成为他们在适应社会中所必备的条件.

参考文献：

［1］ 洪进步，于海波.翻转模式下的物理课堂转型：再论科学探究——以阿基米德原理为例［J］.中学物理教学参考，2015（12）：10－14.

［2］ 熊永红，李莉君，杨明，等.快乐学习与教学［J］.物理实验，2015，35（5）：12－15.

［3］ 吴肖，熊建文.基于翻转课堂的大学物理实验教学模式及支撑平台的研究［J］.物理实验，2015，35 （10）：11－14.

［4］ 祁国良，曲胜艳，谭晓春，等.物理演示实验改进之管见［J］.物理实验，2015，35（7）：19－22.

Flipped classroom and cooperative learning groups bring new vitality in physics experiment teaching：A case study of“force decomposition”

LIU Ling
（High School Affiliated to Fudan University，Shanghai 200433，China）

Abstract：With the aid of information technology，the curriculum of force decomposition was redesigned for flipped classroom.Students should preview the webpage about force decomposition and grasp the concept，the method and the typical examples.The students were divided into six groups，and each group prepared a relevant experiment case to discuss in the course.This learning mode made students become the main body in learning process，and enhanced the scientific inquiry ability，cooperation ability and communication skills of students.

Key words：flipped classroom；force decomposition；force analysis

作者简介：刘 玲（1977－），女，四川成都人，复旦大学附属中学一级教师，硕士，主要从事中学物理教学工作.

收稿日期：2016－01－11

中图分类号：G633.7

文献标识码：A

文章编号：1005－4642（2016）03－0037－05

［责任编辑：尹冬梅］