基于学习进阶的翻转课堂在公安院校物理学课程教学中的运用——以“力矩转动定律”为例

沈洁

（四川警察学院 四川泸州 646000）

一、问题的提出

物理学是一切自然科学的基础。作为新时代公安院校的大学生掌握适当的物理知识，了解基础理论对于科技兴警、改革强警目标具有重要意义。然而我们发现，在公安院校大学物理教学中，由于教学模式陈旧，课堂往往停留在教师讲授灌输，学生被动接收，课堂气氛沉闷，教学效果欠佳，这也成为广大公安院校物理课程乃至通识课程的教学痛点之一，如何进行教学改革创新成为当下新工科教学的一大课题。

翻转课堂也称颠倒课堂，利用翻转课堂，教师通过对课堂时间的重新规划，将传统的知识传授与知识内化过程进行翻转，通过改变传统教学中的师生角色，实现了对传统教学模式的革新［1］。自2011 年翻转课堂理念引入国内，它强调突显学习者主体地位，注重培养学生自主探索的教学模式十分契合高校通识课程的教学需求，所以其一经提出，许多教师便着手研究并开展课堂实践。上海交通大学是最早一批将翻转课堂代入大学物理课堂并进行教学实践的院校，如董占海（2014 年）总结了翻转课堂的课前、课中、课后三个环节开展的教学活动，并通过教学实验给出了大学物理翻转课堂的教学评价方法［2］；陈小平、陈晓露等人研究了MOOC 对翻转课堂的建设启示［3］［4］，此后的研究倾向翻转课堂技术手段的革新，比如SPOC、微课、MOOC 平台的发展带来的新模式，文献领域主要集中于研究大学物理实验的翻转应用。公安院校关于翻转课堂的研究开始于2015 年，赵新彬提出了翻转课堂为公安法学教育改革提供契机，并分析了其挑战与改革措施［5］；董久玲［6］、郁军海［7］等人研究了翻转课堂在大学英语、逻辑等通识教育课程的应用，而王欢［8］、左馥［9］等人研究了翻转课堂在刑事诉讼法、公安应用写作等专业课程中的教学模式设计，给公安教学改革指明了新方向。公安院校针对翻转课堂的研究大多集中在课程教学实践上，内容主要是结合公安院校背景分析了公安院校翻转课堂的利弊与措施。这些研究推进了翻转课堂在公安院校的教学改革，但相关研究还大有拓展空间。翻转课堂的本土化已持续多年，其效果褒贬不一，在实践之中也出现了一些瓶颈。笔者在文献研究的基础上，尝试将学习进阶理论引入翻转课堂，并结合公安院校教学实践，对翻转课堂的教学设计再次细化，为大学物理的教学改进提供新思路。

二、公安物理课程翻转课堂现状及其原因分析

目前，公安院校翻转课堂的实施主要分为三个阶段，第一阶段为课前组织，即课前教师录制微课或指定MOOC 为主要形式的学习资源，学生在课前完成教学视频等的观看学习，随后完成相应交流与练习。第二阶段是课中实施，在课堂上老师引导学生独自探索、协作探究、互动交流、成果展示等活动［10］。第三是课后强化阶段，一般通过课后作业的形式终到达知识巩固、深度内化的目的。翻转课堂模式在高校早已司空见惯，但是教学效果却不尽人意，究其原因有以下三点：

（一）翻转适应度问题

大学物理课程作为公安院校公安技术类专业重要的基础课程，其概念构建起的知识体系较为完善，拆分微课内容较为容易，但是理解概念只是大学物理教学大纲的要求之一，概念的来源、概念之间的整合关系、公式的验证推导、实验操作及运用等都需要学生具备较为厚实的数学物理基础与逻辑思维能力。对于大学物理微课环节而言“提不出问题反而是最大的问题”，学生普遍反映看得懂概念，但遇到数学问题就难以自学，较多的挫败感最终导致“翻不动”的现象，物理课程目前只能对部分章节进行翻转试点。

（二）信息化技术支撑问题

翻转课堂是一种基于信息技术发展下的产物，它包括微课视频设计与开发、信息化教学平台的搭建、教学效果反馈数据统计以及物理课堂环境的设计，因此它不仅是一种教育问题还是一种技术问题［11］。近几年四川警察学院着手搭建“智慧校园”平台，大力促进信息化教学手段，雨课堂、蓝墨云、学习通等学习平台广泛应用于课堂教学中，物理课程在翻转的基础上，积极运用学习通平台，但由于实践周期不长，超星学习通后台数据较少，翻转效果分析不到位，教学反哺效果欠佳。

（三）高素质教师培训问题

部分教师们在翻转时往往依赖于自身经验，如微课的制作，有的教师只是将上课内容再复述一遍，录制视频供学生课前学习，对于时间长短的把控，内容的分解，讲授的重点，微课后的检测，想要达到的效果等都缺乏科学有效的规划。再则，微课在打破知识体系，方便学生学习的同时也必然会带来另一个弊端：知识碎片化。碎片化的知识虽短时间符合学生的心理认识，但长期的教学容易导致学生思维混乱，知识结构不牢固，不利于物理系统学习。最后，课堂组织环节看似将主动权交给学生，可实际上更需要教师发挥其主导地位，否则有课堂秩序容易混乱或者出现另一个极端：课堂氛围死气沉沉，翻转形式流于表面。

综上，翻转课堂在为公安物理课程带来课堂革命，产生积极影响之时，也需要认真研究规划。翻转课堂绝不是经验教学，它更需要教师遵循知识内化基本原理，根据学情、课情分析，选择恰当的教学策略。教师想通过翻转课堂模式从根本上实现教与学的互换，提升高校课堂教学质量，首先要做的是以教育学理论武装头脑，对课程进行科学系统的规划，明确教学起点，瞄准教学终点。笔者认为，学习进阶的终点即为培养学生核心素养，可作为优化翻转课堂的重要理论支撑。

三、理论契机：学习进阶为优化翻转课堂提供新思路

2004 年，美国国家研究理事会（National Research Council）上，史密斯（Carol Smith）等学者代表在“基础教育阶段科学学业成就评价委员会”报告中，第一次提到学习进阶（Learning Progressions）一词，并给出了学习进阶的定义，即“学生在学习某一核心概念的过程中，所遵循的一系列逐渐复杂的思维路径［12］。此后，学习进阶被广大学者深入研究并广泛运用于科学教育各领域，如课程规划、教学设计、学业评价与教师培训等方面。我国对学习进阶的研究与应用起步较晚，目前仍处于探索阶段。2010 年刘恩山教授与张颖之博士提出学习进阶围绕核心概念构建出概念发展进程的理念，以及在教学中如何准确阐述概念，并提出教学应从记忆事实转变为理解概念，通过事实性知识帮助学生理解核心概念［13］。2013年西南大学的范增博士将高中物理力、热、光、电等核心概念进行了梳理，并对“能量守恒”等几个核心概念行了学习进阶研究［14］。郭玉英教授团队则在2012 年首次强调科学概念体系的整合与进阶发展对我国课程设计的重要性，并在16 年给出了科学概念理解的发展层级模型和基于学习进阶的科学教学设计模型［15］。随后何春生［16］、王锕［17］等学者相继开启了应用学习进阶进行课堂教学设计和实证的研究，取得了令人瞩目的成果。

完整的学习进阶一般包括五个要素，即：进阶终点、进阶维度、成就水平、各水平的学业表现以及测评工具［18］，基于学习进阶的教学设计强调教学系统设计，即大单元设计，首先梳理核心概念搭建进阶维度，预设进阶起点与终点，再根据学生的认知水平以及对核心概念的认知发展过程将学习进阶划分为不同的发展阶段，分别对应概念教学过程的发展层级。本文将采用结合郭玉英学者对概念的进阶发展层级模型［19］，如表1。

表1 概念的进阶发展层级模型

梳理第二章“刚体的转动”内容，笔者结合公安院校教学实践，构建了“刚体的转动”统摄下的基于核心概念的进阶维度，如图1。

图1 刚体的转动概念进阶

本节内容的核心概念为力矩与转动定律，对核心概念从现有认知状态到期望达成的终点间的5个进阶层级现列表展出。如下表2、表3。

表2 力矩学习进阶层级划分

表3 转动定律学习进阶层级划分

四、教学改进路径

（一）以学习进阶核心概念指导微课程，明确学生进阶起点

翻转课堂中的“翻转”二字强调的是学生课前掌握基础知识，课内再对其内化吸收，而课前学习的核心便是微课，所以精心设计微课尤其重要。一个好的微课一般具备知识精炼、时间简短、结构完整、制作精良等要求，那如何对物理体系中的知识点进行“破壁”、优选微课内容呢？学习进阶中核心概念给出了方向，核心概念作为一个个的知识脉冲，具有科学的浓缩性，十分符合微课单元节的需求。此外，微课作为一个个单元体，将知识进行了碎片化，而学习进阶属于纵向研究的范式亦可打破此顾虑。将搭建好的核心概念的概念进阶图作为思维导图，在课前利用信息化平台进行发布，学生清楚地知道自己进阶到了的哪一个维度，下一步该去向哪里，无形中将知识点进行串联。最后微课成效需要监管，一般需要设置相应的作业练习和在线答疑等反馈环节，习题形式应多样化，开放式思考题最佳，设计选项、答案要有梯度，结合进阶发展层级模型中的层级设计提问，明确学生进阶起点，教师通过掌握微课学习情况，为下一步的课堂做出更有针对性的安排。

（二）以学习进阶发展层级设计课堂讨论，促进学生完成进阶目标

传统的翻转课堂主要围绕学生课前视频学习内容进行，趋向于学生分组收集疑问、组织讨论，教师或学生则在最后做发言总结，形式上集体讨论，实际上个体化学习的状态［20］。在大学物理课堂上，由于学科存在一定难度，参与讨论时往往仅限于个别积极的同学，部分学生出现“云里雾里”“不知所云”的情况，认为还不如直接听老师讲授收获的多。究其原因实际是教师在将课堂环节主导权全权交于学生所造成，缺乏对课堂有效的设计与组织。教师在翻转的课堂上要善于创立情境、组织协作讨论、利用会话交流等要素充分发挥学生的主体性、能动性，引导学生去挖掘、思考和解决问题。结合进阶层级设计进阶情境，多以开放性题目设计课堂提问，选择题选项体现各层级要素，让学生以辩论赛的形式阐述其选择原因，激发学生的学习动机和思考能力，开拓学生的思维。利用“最后5 分钟”小组协作方式阐述本节课的内容与收获，以期提高学生总结和言语表达的能力。课后作业也采用分层作业形式，分为必做题与选做题，学生可根据自己掌握程度选择不同题目进行作答，引导学生一步步到达进阶终点。

（三）以信息化软件搭建测量平台，为教学效果提供依据

由于疫情影响，各大信息化教学平台加速发展，它们为线上学习提供教学资源的同时，也成为分析教学的数据“金矿”。笔者在教学实践中借助慕课与超星学习通平台，利用学习通软件设置微课程任务点，既有效监管学生观看情况，又方便统计分析测试结果。对于多班教学实践，可根据分析结果选出平行班与实验班，开展教学改革实践活动。在课堂讨论阶段，教师根据课前学生不同的学习进阶起点，利用学习通小组讨论提前进行分组，以2019级刑事科学技术3区队为例，全班分为10 个小组，每组5～6 人，每组尽量涵盖不同起点的同学。评分机制采用小组互评分数占50%，教师评分占50%，课堂穿插抢答，手机摇一摇抽人等环节。课后利用投票或问卷调查功能及时收集学生课堂反馈，一节课下来，学习通软件后台记录了整节课的开展情况与学生参与得分，同时在学生端保留了所有课程资料与讨论，可供学生随时随地进行复习，及时查漏补缺。每节课后教师登录学习通后台查看学生的平时表现情况，对不活跃群体、有挂科风险的同学及时进行沟通与警告。期末时一键统计学生的平时成绩，平时成绩有理有据，真正做到过程化考核，为教学诊断、问题干预和教学决策提供重要参照。