基于翻转课堂的大学物理实验教学模式的探究

杨 坤 王 博*

(石河子大学理学院 新疆 石河子 832003)

基于翻转课堂的大学物理实验教学模式的探究

杨 坤 王 博*

(石河子大学理学院 新疆 石河子 832003)

翻转课堂颠覆了传统教学模式，利用信息技术和网路教学环境在课前进行课堂知识的学习，在课堂教学中通过教师的指导完成知识的内化，这种教学模式在提高学生的学习兴趣、提高课堂教学效果方面都有促进作用．将翻转课堂融合进大学物理教学中，可以弥补实验教学资源有限、课时不足、简单模仿等缺点，因此根据大学物理实验教学的特点，进行基于翻转课堂教学模式的探究，以期能够切实提高大学物理实验教学质量．

翻转课堂 教学模式 创新设计

大学物理实验是理工科类专业实验课程的公共基础课，是理工科学生系统接受科学实验方法和技能训练的开始，旨在培养学生的科学素养和科学实验技能及能力，培养高素质的专业应用型人才．就目前我国大学物理实验教学情况来看，仍以测量性实验和验证性实验为主，传统的讲授式和模仿性教学模式严重抑制了学生对实验课程本身的兴趣，制约了创新性人才的培养，使得原本充满探究乐趣的大学物理实验课程成为不得不开的鸡肋课程．借鉴翻转课堂教学理念，结合大学物理实验教学的特点，利用信息技术和网路教学环境改革传统大学物理实验教学模式，促进学生主动学习的积极性，提高实验课程教学效果．

1 大学物理实验教学现状及存在的主要问题

实验教学是在教师指导下，学生使用相应的实验仪器在实验室条件下控制变量使实验对象呈现一定的变化或过程，并观察和分析事物的具体运动过程，从而把握变化规律或验证知识，培养学生的实验技能和科学探究精神．实验教学模式能够联系理论与实际，有助于理解和巩固知识，培养学生的观察能力、思维能力、创造能力和动手能力．传统讲授式大学物理实验教学模式目前已经不适于应用性及创新型人才培养的需求，成为实验教学改革和实验教学质量提高的阻碍因素．主要表现为以下几点：

(1)讲授式教学方式较为呆板机械，抑制了学生的学习兴趣

现行的大学物理实验教学以讲授式为主，课堂讲授包括实验目的、原理、器材、操作步骤、注意事项等，占用课堂时间较多，多数实验教师甚至为学生演示实验步骤，学生只需按照教师演示的步骤机械地重复操作，并记录实验数据完成实验任务．这种步骤既定、结果已知、方法单一的提线木偶式实验教学很难引起学生对课程本身的重视，不能达到培养学生科学思维方法和动手、探究能力的教学目的．

(2)教学目的以模拟和重复为主，不利于学生创造性思维的培养

多数大学物理实验模板设置的非常详细，包括实验原理、测量仪器、实验方法、待测物理量及数据表格、实验数据的处理等，甚至思考题都已列出，学生做实验时只需按部就班的重复操作，将实验报告填写完整即可完成实验．因此很少有学生会对实验提出疑问，这种僵化的、广播操式的教学模式在很大程度上抑制了学生的主动性，很难激发学生思维的积极性，不利于学生创新意识和创新能力的培养．

(3)实验教学评价方式仍以考核为主，忽略了实验教学过程的发展性

现阶段大学物理实验课程学习成绩评定由平时成绩和期末考核两部分组成，评价主体主要为实验考核老师，评价标准以实验结果和实验报告为主要依据，评价内容简单肤浅，既不涉及对实验误差的深入分析和实验方案的评估，也不包括学生对实验方法及过程的思考和批判，忽略了学生在大学物理实验课程中的过程性发展．

(4)现行实验课程内容陈旧，缺乏设计性和探究性

目前大学物理实验教学仍然延续20世纪末大学物理实验教学设定的教学大纲，其教学内容基本都是经典物理的实验内容，以验证、模拟和基本测量为主，缺乏设计性和创新性实验内容．难以满足新时代大学生对科学实验的探究需求，也难以达到培养创新性人才的教育目的．

2 翻转课堂的内涵及特点

教学模式是建立在一定的教学理论之上、为实现特定的教学目的、将教学的诸要素以特定的方式组合成具有相对稳定的结构、具有可操作性程序的教学模型．翻转课程是一种混合式教学模式，也被称为“反转课堂式教学模式”．与传统的课堂教学模式不同，翻转课堂中，学生在课前使用广泛的教育教学资源完成对课程内容的初步学习，课堂教学成为学生与教师、学生与学生之间质疑、讨论、交流、拓展的互动场所，教师职责转变为理解学生的问题并引导学生运用知识解决问题．翻转课堂教学模式中的学习活动转变为包含教师、学生、内容、媒体、环境等多因素在内的复杂教育行为，真正翻转了“教”与“学”，也彻底改变了教师和学生之间的关系、地位和作用，使教学发生了本质的变化．

翻转课堂通过对知识传授和知识内化的颠倒安排，对学习过程进行了重新规划，将在线学习、面对面教学进行有机整合，将教室内的学习拓展到教室外，通过计算机互联网，或是通过手机无线网络，利用网络教学资源如视频、课件等教学资源在教室外完成初步的学习活动，并在教师的组织下在课堂上完成对知识的反思和应用，使教学过程更为灵活，激发了学生的主动性．

3 翻转课堂教学模式在大学物理实验课堂教学中应用的可行性分析

实验课程深受广大教师和学生的喜欢，但实验教学对教学条件、环境、学习基础要求较高，主要表现在：第一，实验教学要求学生事先对实验原理、实验方法和步骤、实验仪器等进行熟悉和了解，具备与实验内容有关的理论知识基础；第二，实验教学受到实验室硬件设施及环境条件的限制，如仪器精度、实验室环境、实验方法等都会影响实验过程和结果；第三，实验教学课堂时间有限，教师很难对所有学生的疑难问题一一解答和及时处理，另外很多学校的大学物理实验室并不是开放式实验室，不能随时随地供学生使用，在一定程度上限制了学生学习的自由．

(1)实验教学与翻转课堂模式的匹配

实验教学的基本模式是学生在实验课前了解有关实验方法和仪器的内容，带着对实验过程和内容的思考及疑问走进课堂，在教师的指导下进行操作，观察现象和过程并进行总结和分析．实验教学包括理论知识的预先学习、疑问和思考、实验验证和发现、讨论答疑、解决问题、分析总结、课后反思等整个的教学活动．而翻转课堂由关注单一课堂学习转变为关注课前、课上及课后学习活动的全过程，关注教师、学生、内容、媒体、环境等多因素的复杂教育行为，并转变为关注智能诊断系统支持下的、以学生为中心的富媒体环境以及信息技术与教学过程的自觉融合．从这个意义上说，大学物理实验教学模式与翻转课堂教学模式无疑是匹配的．

(2)实验课程内容与翻转课堂教学的契合

美国达特茅斯学院心理与脑科学系的Petitto和Dunbar博士以物理学中的自由落体运动为例做了一个实验，实验结果表明，物理系的学生虽然表现为建立了新的正确的科学概念，但是并没有重构他们的知识，即“正确概念”和前概念之间需要通过不断反复的碰撞、接触，完成知识内化并最终被学生掌握[1]．从这个角度来看翻转课堂教学模式和实验教学内容的契合：学生通过对视频及其他资料预先学习并获得概念，是知识的第一次内化，之后进入实验室再次对所学习的概念和规律进行验证和重新发现，融入了事物的真实发生过程及知识的实际应用情境，在课堂上教师与学生、学生与学生之间讨论和互动使学生真正参与进概念的建构过程，进行了知识的深度内化，从而引导学生改变已有认知结构，激发正确概念．将实验教学内容融入翻转课堂的教学模式，分化了知识内化的难度，增加了知识内化的次数，完成了理论知识加实践操作的内化循环，从而达成实验教学的真正目的．

(3)实验课程与翻转课堂师生关系特点分析

翻转课堂推崇的是一种渐进式的知识内化，关注学生知识内化的条件、过程和深度，这种模式旨在为学生知识内化提供较为自由的时空环境，学生处于绝对的主体地位．而大学物理实验课程强调学生在实验过程中的自主学习、动手操作、主动思考、积极思维、解决问题，教师是学生实验的组织者、引导者、协助者、参与者，这一点恰恰符合翻转课堂的师生关系理念，二者的共通之处在于颠覆教师主导的传统教学模式，真正意义上实现学生的自主学习．

(4)实验教学与翻转课堂教学目标一致

翻转课堂通过对学习过程进行重新规划，颠倒知识传授和内化的顺序，将预先学习与面对面教学进行有机整合，从而达成 “回忆、了解、理解、分析、运用、综合、评价、创造等”的教学目标，培养学生的自主学习能力与创新能力．现阶段大学物理实验传统教学模式囿于知识的传授和技能的训练，缺失自主探究问题的意识和能力的培养．因此，必须更新教育理念，把学生自主探究问题的意识和能力的培养作为实验教学改革的核心，在实验教学体系、教学模式和教学机制等方面进行改革，化被动的实验为主动的探究实践，为学生打下坚实的“终身学习”的基础．

4 基于翻转课堂的大学物理实验教学的探究

翻转课堂在实施过程中存在许多不确定的影响因素．除了实验课堂的实际操作和互动外，学生课前自主学习及课后数据处理、结果分析和实验反思与总结的有效性也是翻转课堂教学模式能否成功的关键．基于翻转课堂的大学物理实验教学创新模式，如图1所示.

图1 基于翻转课堂的大学物理实验教学创新模式

(1)基于翻转课堂的大学物理实验教学模式

基于翻转课堂的大学物理实验教学模式设计的基本思路是在信息技术的环境中，学生在课前通过观看教学视频、查阅资料、与教师同学在线交流等方式进行实验相关知识的学习；课堂时间留给学生进行自主操作、互相交流、解决疑问、课后进行数据处理、结果分析及实验总结．学生在课前进行自主学习并不代表教师就放弃了课前环节，整个教学过程还是在教师的全程设计和参与之下完成的，只是教师的角色和工作重心发生了变化：从原来的知识单向输出者转变为实验活动的组织者、引导者和促进者．而学生也成为正真意义上的学习者和实验者．

(2)基于翻转课堂的大学物理实验教学资源

学习资源就是指教师布置给学生的课前学习资料，比如，最著名的翻转课堂实践者萨尔曼·可汗(SalmanKhan)——可汗学院 (KhanAcademy)的创始人，在可汗学院的网站上提供了关于数学、历史、物理、化学、生物等很多科目的免费教学短片和课后测验，学生可以登录到网上进行学习[2]；FlippedLearningNetworkNing论坛中的来自美国威明顿的Paula认为，学习资源可以不局限于微视频，还包括文本材料、音频、视频资源等等，让学生根据自己爱好选择合适的资源进行学习[3]；因此基于大学物理实验教学管理平台，根据大学物理实验内容设计翻转式大学物理实验教学资源支撑系统，是该教学模式的关键，不仅包括课前学习资源如各类视频、课件及虚拟实验平台和各种网络资源，包括大学物理实验室中的各软硬件资源，如设备、仪器、操作规范、注意事项、练习指导等，还包括课后实验报告的提交、成果展示、即时交流、虚拟操作考试及成绩评定等．实验教学资源须遵循生动有趣并具有较强任务性，以促进学生的有效学习．

(3)基于翻转课堂的大学物理实验教学内容

大学物理实验教学课前的自主学习是翻转课堂的关键环节，自主学习的成功与否关系到实验内容和操作是否能够顺利进行．基于翻转课堂的大学物理实验教学内容的设计主要指教师设计帮助学生在课前明确自主学习的内容、目标和方法，并提供相应的学习资源，包含实验指南、实验内容、问题设计、建构性学习资源、学习测试、学习档案和学习反思等多项内容，每个学生按照自己的步骤学习，并帮助教师有效地组织起“翻转课堂”．

物理实验课程的教学内容与普通物理课程有所不同，它不仅包括定义、概念、原理等基本知识，还包括物理实验操作知识，实践性较强．教师提供的实验微视频等资源能够对学生们进行实验操作相关的概念、流程、注意事项、操作规范的讲解，但却无法提供操练环境让学生进行实际练习，因此尽量将课堂时间留给学生自主进行实验操作和探究，教师观察学生实验操作情况纠正操作错误、解答疑问、指导学生进行数据处理和实验总结．

(4)基于翻转课堂的大学物理实验教学策略

翻转式大学物理实验教学策略主要有以下几点.

第一，课前自主学习资源．课前自主学习是以实验学习资源为基础的自学活动，具体内容包括实验基础知识、基本操作技能、数据处理方法、实验结果分析和总结、实验能力测试与反馈、实验拓展与训练等模块．教师针对这几个模块的学习内容，设定学习提纲，搜集并制作学习视频，制定学习任务，并规定可操作化的学习目标和诊断依据；

第二，师生、生生交流平台．主要包括大学物理实验教学管理系统的交互平台、实验博客、实验论坛和及时通讯工具等，通过交互平台，学生可以把自己的学习体会、思考和疑问、心得和经验与他人分享，教师也可参与到学生在线的讨论和探究，及时掌握学生的学习情况和效果，并有针对性的解答疑问，实现个性化指导；

第三，实验教学各环节的参与和指导．通过在线交流互动平台参与大学物理实验学习的各个环节提供指导，诊断他们在实验过程中遇到的问题，提供必要的反馈和指导信息，保证师生的教学活动是一个有效的“环路”；

第四，实验学习活动的过程性评价．全程关注学生的整个学习活动过程，不仅包括学生合理利用信息技术及网络资源达成对实验相关理论知识的理解，学生实验技能、批判性思维的养成，还关注对实验结果的分析、成果的展示及总结和实验本身的反思，即通过整个学习活动对学生从知识到能力到情感态度价值观在实验课程中的表现形成过程性的评价．

基于翻转课堂的大学物理实验教学模式彻底颠覆了传统教学模式，利用信息技术和网络环境推动学生自主学习和主动探究，促进了大学物理实验教学的发展和教育教学创新．但是，真正推行大学物理翻转课堂教学模式还有很多问题有待解决，如教师和学生对信息技术的驾驭能力、学生的自主学习习惯，以及实验室资源和技术支撑等很多因素都会影响翻转课堂的教学效果，如何在大学物理实验中贯彻该模式，切实提高教学效果，还需要更多的来自一线实际教学的实践和探索．

1Petitto,L.A.&Dunbar,K.(2004).NewFindingsfromEducationalNeuroscienceonBilingualBrains,ScientificBrainsandtheEducatedMind.[2012-08-29].http://kieviet.us/transient/PetittoDunbar-BiligualBrainsEducatedMind.pdf

2 可汗学院 .可汗学院首页.[2013-05-13].https://www.khanacademy.org/

3FlippedNotWorking.[2013-05-13].http://flippedclassroom.org/forum/topics/flipped-not-working?id=4973855%3ATopic%3A101453&page=4#comments

杨坤(1982- )，女，讲师，研究方向为高等理科教育及材料物理.通讯作者：王博(1984- )，女，讲师，主要研究方向为实验物理教学.

2016-09-29)