高中物理游戏化翻转课堂教学模式设计与应用——以“匀变速直线运动与汽车行驶安全”为例

文∣王骏威 皮飞鹏

翻转课堂由于可以提高课堂教学的效率并促进深度学习而得到了广泛的应用[1]，同时研究也发现[2][3]，由于中小学生的自制力比较差，加上课前教学资源以教学视频为主，较为单一，学生的课前学习效果很难保证，从而影响了翻转课堂的教学质量。针对这个问题，本文将游戏化学习与翻转课堂相结合，设计应用游戏化翻转课堂提高高中物理课堂教学质量的方案。

一、游戏化学习与游戏化翻转课堂

关于游戏化学习，Deterding等[4]将其定义为：将游戏设计元素应用于非游戏情境中。牛玉霞等认为[5]，游戏化教学是借鉴游戏的设疑、挑战、自主等理念，把教学目标隐藏于游戏活动中，根据学习者的特征以及教学内容，采取相应的游戏化教学策略，使学习者在放松的状态下，从乐趣中获得知识、提高技能和陶冶情操。

课前学习是翻转课堂的前提与关键，游戏化翻转课堂较传统的翻转课堂而言，其主要不同在于课前学习阶段以教育游戏的方式来完成学生的自主学习。该模式借助了教育游戏的趣味性和教育性来调动学生课前学习的积极性，再根据课前游戏完成程度来确定课堂的教学目标，进行有意义的知识构建。在整个教学活动中，教育游戏资源始终贯穿整个流程，它不仅可以在课前排查学生的知识漏洞，也可以在课堂巩固学生的学习知识。

游戏化翻转课堂有重要的意义。首先，翻转课堂强调学生的学习自主性，激发学生学习自主性正是游戏的优势。其次，翻转课堂注重学生在课堂中的协作与互动学习，而游戏的加入能营造团队协作的课堂氛围；并且，游戏的反馈信息能为翻转课堂的教学目标设定提供依据，从而进一步提升课堂质量。最后，翻转课堂为游戏化教学提供新的环境，它能将游戏学习置于课前活动，有效地解决了游戏教学占用大量课堂时间的问题。

二、游戏化学习理念下翻转课堂教学模式

基于以上对游戏化翻转课堂的讨论，结合传统翻转课堂教学模式，本文设计了游戏化翻转课堂的教学模式，如图1所示。

图1 游戏化翻转课堂教学模式

(一)课前活动的构建与组织

1.前期分析

在设计游戏之前，要进行学情分析和教材内容分析。学情分析要突出以学生为中心的理念，分析学生的知识基础和认知发展水平；教材内容分析要理解教学的知识基础、教学目标和教学重难点等。

2.游戏设计与开发

游戏化学习的关键词是学习，要把握好游戏与教育的关系。游戏内容要服从于教学目标并保证科学性；游戏应适合学习者的认知特征并有良好的游戏体验。我们推荐的游戏开发软件QT Creator 5，它具有不需联网、打包方便、多媒体功能强大等特征。

3.学生独立游戏与学习

每个学生都有一台电脑与游戏资源包先独立进行游戏闯关，遇到问题时的解决途径有三种，根据资源包里的“学习帮助”自主解决、小组讨论、求助老师。

4.小组讨论与总结

组内学生需要将自己在解题过程中的亮点与疑惑展示出来，小组进行游戏学习总结，并由一名学生代表小组在课上与全班同学进行分享。

(二)课中活动安排

1.学生展示与分享

课中要让学生有足够的时间进行展示和交流，分享游戏中的成功体验,也就是分享解决问题的方法，从而让学生感知自己的学习成果、发展其学习成就感，而听众也能获得不同的思考方式。

2. 答疑解难、接受挑战

学生分享交流时，教师应该是参与者与指导者，避免课堂活动偏离教学主题。教师既要解答学生的疑难，又要根据分享内容进行提问，让学生在接受挑战中深化对知识的理解。

3. 教师引导与总结

交流分享之后，教师可以准备一些问题进行引导讨论，扩展学生思路，培养其思维能力。如果是习题课教学，应该布置一两道相关的习题，让学生在新的情境中学会迁移知识、深化学习。课堂最后，教师应该引导学生进行知识归纳，将知识内化。

(三)课后活动安排

课堂结束之后，学生在教师的引导下进行自我总结，完成教师布置的练习题或者完善笔记。同时，教师也对其实施过程进行反思，为下一轮游戏化翻转课堂教学的进行做好准备。

三、高中物理游戏化翻转课堂教学案例

以粤教版物理必修一“匀变速直线运动与汽车行驶安全”为例，介绍我们自主设计的多款高中物理运动学教育游戏的教学设计与应用。

(一)课前活动的构建与组织

1.教学目标设定

粤教版高中物理必修一“匀变速直线运动与汽车行驶安全”是前两章内容的整合与提升，也是本章前三节内容的总结性例题和习题课。我们将本节课的教学目标设定为：掌握匀变速直线运动的规律，通过情境来培养学生实际分析能力，通过多媒体(游戏、动态演示)的方式来培养学生学习物理的兴趣和增强自信心。

2.游戏资源开发

根据教学目标，我们设计开发了教育游戏“奔跑的小车”，其图形界面如图2所示，分为五个板块。板块一显示游戏关卡的题目，游戏玩家在板块二根据游戏关卡的题目填入信息，“开始”按键用于演示运动过程，板块五是系统显示两车相遇的时间。

图2 游戏界面

游戏具体过程如下。当游戏玩家答题正确时，系统会弹出消息框“恭喜你”，同时根据答题信息演示小车的运动过程、计算相遇时间与展示两小车的运动图像，如图3所示。否则，系统将会显示“非常遗憾，答题错误”。

图3 运动图像

3.学生操作游戏与小组总结

课前每名学生要独自进行游戏闯关，住宿生在学校机房进行，完成之后在线下进行小组总结交流；走读生在家完成游戏，教师提供线上交流平台，如微信群等。[6]总结的内容包括游戏过程中的学习心得、闯关秘籍或疑惑，由小组制作汇报材料。

(二)课中活动阶段

1.“交流与分享”环节

课堂上首先由学生分小组分享课前学习成果，内容和形式可以比较灵活，如图4、图5所示。有的学生通过解题的形式分享了游戏闯关的方法，例如游戏关卡中涉及“速度相等”“发生相遇”等临界点的难点问题；有的学生根据游戏关卡的某个知识点，课后自行收集材料、整理思路，并对全班进行总结性的分享，例如对汽车二次相遇的相关问题的总结(什么情况下会发生二次相遇、发生二次相遇时如何解题等)。

图4 学生的分享界面

图5 学生的分享材料

2.“答疑与挑战”环节

学生在此环节可以就游戏中遇到的疑问与困难请教教师和同学，也可以接受教师和同学的挑战。教师应提前准备相关的题库，包括更高层次的游戏关卡、对某个知识点的理解等，例如“为什么速度相等时两车相距最近或者最远”“如果涉及‘反应时间’，你怎么理解”等。本研究采用的“挑战”方式是提出难度更高的游戏关卡，如图6、图7所示，游戏关卡的内容改编自高考题，涉及的知识点包含了“相遇问题”和“图像问题”等，希望借此形式来促进学生之间的协作学习，让学生在新的情境中学会迁移知识，实现深化学习。

图6 学生的挑战关卡界面

图7 学生的挑战关卡

3.“引导与总结”环节

课堂的最后，教师需要引导学生根据教学目标进行归纳总结，可以在教师引导下全班集体归纳，也可以在教师指导之后分小组归纳。

【知识归纳】

(1)追及与相遇：同一时刻到达同一位置。但是，相遇不代表两车行驶的距离一致，还需要考虑汽车的初始距离。

(2)速度相等的临界点：速度相等往往是两车能否追上的临界条件，因为速度相等是两车距离最近或者最远的临界点。

(3)图像分析：v-t图像中的斜率代表汽车的加速度，图像围成的面积代表汽车行驶的位移，两线交点代表速度相等。

(4)反应时间和反应距离：反应时间是人从发现情况到采取行为的时间间隔。在该段时间内，汽车仍然保持原来的运动状态，此段距离即为反应距离。

(三)课后反思

教学实践发现，为了保证课堂活动不偏离主题，教师最好在课堂分享环节前对分享者进行指导。教师可以提出一个难度适中的开放性题，以营造一个能让学生在团队中合作、深入探讨的课堂氛围。

四、教学实践效果

(一)学生的课堂参与度显著提高

在广东省惠州市某重点中学高一进行的教学实践中，参与学生有36名，在教学实践前后采用尹忠泽的“课堂参与度问卷”[7]进行了学生课堂参与度调查。配对样本T检验发现，课堂参与度的均分由原来的45.81增至50.03(sig<0.001)，这说明实施游戏化翻转课堂教学后，学生的课堂参与度有显著提高。

(二)学生欢迎游戏化翻转课堂教学模式

教学实践之后对学生的问卷调查表明，86.11%的学生喜欢我们的这种教学模式，80.56%的学生认为会因为这种教学模式而喜欢上物理课，69.44%的学生认为采用这种教学模式会让他们学得更好，这些结果初步表明我们的教学实践是成功的，受到了学生的普遍欢迎。

五、结语

课前学习的效果和有效课堂的构建是翻转课堂教学的关键。课前环节用闯关游戏替代教学视频激发学生学习兴趣，提高课前学习的成效；课中环节通过交流分享、答疑挑战和引导总结等环节达成教学目标。这种游戏化翻转课堂强调“以乐促思，思乐结合”，让学生在喜欢的学习方式下进行思考，在思考的过程中感受学习的乐趣。 教学实践发现，这种模式受到了学生的普遍欢迎，显著提高了学生的课堂参与度，增强了学生学好物理的信心。当然在游戏化翻转课堂教学中，游戏只是教学的辅助手段，游戏设计要切合教学目标，教师要根据教学目标灵活调整教学流程。