翻轉課堂在“大學物理實驗”課程教學中的應用

洪錦泉

(閩江學院 物理學與電子信息工程系，福建 福州 350121)

翻轉課堂在“大學物理實驗”課程教學中的應用

洪錦泉

(閩江學院 物理學與電子信息工程系，福建 福州 350121)

分析翻轉課堂應用于“大學物理實驗”課程教學的可行性，以“扭擺法測量物體轉動慣量”實驗為例，介紹“大學物理實驗”翻轉課堂教學模式的教學設計、教學方法，為翻轉課堂教學模式的推廣應用提供參考。

翻轉課堂；大學物理實驗；轉動慣量測量；教學改革

大學物理實驗是理工科學生系統學習實驗基本知識、全面了解實驗方法、掌握實驗技能的開端，也是專業實驗和創新實驗的基礎。但目前眾多高校開展大學物理實驗存在著學生實驗目標不明確、實驗過程馬虎、實驗效果不佳等弊端。因此，如何改進“大學物理實驗”課程的教學方法，促進學生自主、有效地學習成為研究熱點。起源于美國的翻轉課堂(Flipped Classroom)教學的出現，給傳統課堂教學帶來了挑戰，也將推動傳統課堂教學的變革[1-2]。如何充分運用信息技術的發展成果，借鑒翻轉課堂的教學優勢，傳承與創新信息化背景下的“大學物理實驗”課程教學，成為當前物理教學中需要考慮的問題[3-5]。本文結合大學物理實驗“轉動慣量的測量”教學內容，采用翻轉課堂教學模式，揚長避短，提高學生學習的內驅力、效率及創新意識。

一、 翻轉課堂應用于“大學物理實驗”課程教學的優越性

將翻轉課堂應用于“大學物理實驗”課程教學具有傳統課程教學無法比擬的獨特優勢。

1. 課前準備的便捷性

翻轉課堂教學首先需要教師根據課程內容制作視頻供學生自學預習。在當今信息化背景下，教師能夠充分利用網絡資源搜集教學材料；學生不僅能通過教師制作的視頻了解實驗內容、思考實驗問題，而且也能夠通過網絡資源進一步學習相關知識、拓展知識面。同時，通過課前視頻預習方式，一方面放寬了學生對學習條件的限制，他們可以隨時隨地利用“碎片化”時間反復觀看視頻進行學習；另一方面豐富的視頻內容有助于激發學生預習的興趣與熱情。

2. 學習效率的有效性

翻轉課堂能夠有效地提高學生的學習效率。翻轉課堂以課前、課中與課后教學環節全方位地強化學生學習，提升學生學習的內驅力。具體體現在：

(1) 課前強化預習。學生在上課前需要根據視頻中預留的問題提交預習報告，具有強制性。課前預習視頻是教師根據課堂實驗內容精心準備的，具有針對性，而學生提交的預習作業基于視頻材料，同樣具有針對性。

(2) 課中注重引導。教師上課時無需重復視頻內容，只需將精力放在解決學生預習作業中存在的誤區或者提出的問題上，不僅能節省大量時間，而且能促進學生學習的知識真正內化。

(3) 課后鞏固復習。翻轉課堂教學能夠激發學生學習的積極性與主動性，加深學生對知識的理解與把握，同時教師的引導也有助于學生課后總結與反思學習的不足。

3. 教與學方式的優化

與MOOC(大規模開放在線課程)教學類似，翻轉課堂進一步倡導與鞏固“學生主體、教師主導”的教學理念，主要體現在教師更專注于“教”的設計，而學生側重于“學”的把握[6]。

(1) 有助于教師轉變教學觀念。以往教師在教學過程中，可能過分注重單向的知識傳授，而翻轉課堂對教師提出了更高的要求，即課前視頻資料的整理需要有效性與吸引性；課中教學引導需要充分把握課程講授的重難點，了解學生的學習誤區，對學生的疑問及時做出回應。而這種真正“以學生為主體”的教學模式對教師的教學水平提出了挑戰。

(2) 有助于改變學生的學習方式。翻轉課堂教學一般采取小組學習的方式，一方面個體要充分發揮自身優勢，體現個體在小組中的價值；另一方面又要注重團隊協作，充分發揮團隊力量。同時，學生能夠在組內討論與課內問題解答的過程中獲取學習的成就感與滿足感，能夠在自由交流、充分討論的過程中不斷豐富自身的知識體系，拓展知識面。

二、 翻轉課堂應用于“大學物理實驗”課程教學的可行性

1. 翻轉課堂與傳統“大學物理實驗”課程教學模式相類似

傳統的“大學物理實驗”課程教學，教師要求學生根據教材內容做好實驗預習，按照實驗指導書的要求做好相關實驗，最后撰寫實驗報告。而翻轉課堂教學模式是通過學習教師制作的視頻資料，學生更有針對性地預習；教師通過學生的預習情況更有效地指導學生完成實驗任務。因此，“大學物理實驗”課程適合采用翻轉課堂教學。

2. 翻轉課堂與 “大學物理實驗”課程教學基本要求相統一

教育部高等學校物理學與天文學教學指導委員會、物理基礎課程教學指導分委員會制訂的《理工科類大學物理實驗課程教學基本要求》對教學基本內容與學生能力培養作了明確要求，翻轉課堂不僅能讓學生很好地完成實驗內容，而且通過教師的問題引導及學生的團隊協作，更有助于培養學生的分析研究能力及創新能力。

3. 翻轉課堂的教學效果好于傳統“大學物理實驗”課程教學模式

在當前“大學物理實驗”課程教學模式下，學生大多只注重實驗數據而不注重實驗過程，學生的動手能力弱，綜合分析能力差，理論與實踐相脫節。而翻轉課堂教學更注重學生的學習能力培養，因而其教學效果好于傳統的實驗教學模式。

三、 “大學物理實驗”翻轉課堂教學設計

“大學物理實驗”翻轉課堂教學對教師的教學設計提出了挑戰，不僅要求教師全面把握實驗的重難點，而且要求教師能夠及時對學生的學習做出反饋與回應，引導學生開拓創新。筆者認為，“大學物理實驗”翻轉課堂教學可以從以下幾個方面入手，不斷優化教學設計，促進教學相長。

1. 優化課程結構

需要改變以往教師講授知識與學生做實驗這種教與學相分離的教學模式，采用將實驗內容合理劃分成若干個知識點、基于問題教學的教學模式。通過教師引導與學生展示相結合的方式，調動學生的學習興趣，提高實驗教學的吸引力與學生學習的有效性。

2. 改進教學策略

優化的課程結構要求教師使用靈活的教學策略。實驗教學一方面注重學生主體，可以采用問題討論、分組評價、成果分享、思維拓展等形式進行；另一方面注重教師主導，可以采用提問、小測驗、作業布置與分析等形式進行。根據實驗內容需要使用適宜的教學策略，實現教學相長。

3. 注重教學關聯

廣義上的翻轉課堂教學應該從課堂教學延伸至課前引導并延續至課后復習階段，因此，教學設計必須注重課前、課中及課后各階段相關聯。教師需要從學生課前學習視頻后提交的預習作業中了解學生的學習情況，并反饋于課堂教學中，同時注重課后知識鞏固的延續。

4. 深化課程層次

“大學物理實驗”課程教學應該充分考慮到學生個體的差異性。在實驗問題設計上從易到難；在實驗要求上，從實驗儀器的使用到完整實驗的銜接，再到實驗改進與創新設計。從而使不同層次的學生在實驗過程中獲取知識，獲得學習知識的滿足感與成就感。

5. 加強能力培養

基于小組學習方式，將學生分為相對固定的若干組，一方面注重團隊成員發揮才能，防止濫竽充數現象；另一方面通過合理的競爭機制，發揮學生課內外的主動性，培養學生的創新能力與合作精神。

四、 “大學物理實驗”翻轉課堂教學實踐

以《大學物理實驗》(鄢仁文編著，同濟大學出版社出版)中“扭擺法測量物體轉動慣量”實驗為例，采用翻轉課堂進行教學。實驗要求采用扭擺法測量不同形狀物體的轉動慣量、驗證平行軸定理。實驗器具包括圓筒、圓柱、圓球等不同形狀的物體，驗證平行軸定理的細金屬桿，TH-2型轉動慣量測試儀，電子天平及游標卡尺等。

1． 課前準備

(1) 分小組研究。翻轉課堂采用分組研究的方式進行。

(2) 材料準備。主要是指視頻材料錄制，將本次實驗需要用到的實驗儀器的操作方法、原理及實驗內容等事先做成視頻材料(分成3個6分鐘左右的小視頻)發送給學生預習。

(3) 問題探究。課堂預習作業問題的設置采用由簡到難、循序漸進的方法，包含TH-2型轉動慣量測試儀的使用、測量注意事項、轉動慣量的影響因素等簡單問題，以及采用類比法通過設計實驗驗證轉動慣量的物理含義(與質量在運動學中的地位相類似)等相對較難的拓展思維訓練。

(4) 課前預判。通過學生提交的預習作業，了解到學生對實驗操作相對較熟悉，但對測量圓球直徑等可能影響到實驗精度的測量誤差考慮不夠周到，同時對復雜問題的實驗設計較茫然。教師從中選擇設計較全面的一組實驗為例對設計性實驗進行探究。

2． 課堂引導

(1) 知識鞏固。選擇預習作業不夠理想的一組學生代表講解實驗原理及實驗操作，其他小組對講解中的問題進行分析與修正。此過程中教師要注重問題引導。

(2) 實驗準備。選擇對實驗儀器操作較熟悉的一組學生代表講解儀器操作流程，特別是TH-2型轉動慣量測試儀的操作，分享心得。此過程采用學生互評的方式進行，發揮學生的主動性。

(3) 教師講解。教師總結學生預習報告及課堂講解中存在的問題與誤區，及時反饋學生在預習作業中的突出問題，如圓球直徑測量的注意事項等。在此過程中，教師對視頻中已涉及到的原理、操作流程等知識不再重復講解。

(4) 案例點評。以學生設計實驗課為例，學生拓展性實驗探究方案如下：沿傾角為θ、斜面長為s的頂端下落半徑均為R的實心圓柱(質量為m1)與薄壁圓柱筒(質量為m2)，測試兩物體的下滑時間，就可說明轉動慣量(J)是描述剛體在轉動過程中慣性大小的物理量。J大，從靜止滑落至底端經歷的時間t大；反之，J小則t小。本驗證實驗的難點在于如何盡可能精確地測量時間。

請小組學生代表講解設計思路、設計原理，并提出實驗中可能遇到的問題。學生代表介紹，該小組在設計時原本想采用水平方向上用彈簧給予物體初動能，但由于兩者時間相差較短，這種設計可能會由于彈簧形變量不一致而導致實驗結果精度不高或得不到結論。與此同時，其他小組進行點評，對該學生代表講解中存在的問題提出解決方案。在其他學生分析、解決實驗問題的基礎上，該小組集思廣益，進一步補充實驗關鍵環節，完善實驗方案。

(5) 學生實驗。學生在上述討論學習的基礎上，按實驗要求完成相應的實驗任務。在此過程中，教師對學生實驗操作中出現的問題及時進行糾正。

3． 課后復習

除完成實驗報告外，學生對本次實驗課的學習心得，包括物理概念、實驗類比(轉動慣量與慣性質量)、實驗注意事項、測量關鍵，以及可行的設計性實驗方案等內容以電子文檔的形式在群內分享。同時，分小組輪流將各小組成員的實驗心得體會進行分類收集并整理成冊，以供學生日后復習及教師進一步改進教學方案參考。

五、 結語

翻轉課堂教學注重學生主體性的發揮，讓學生在問題討論和經驗分享中體驗到學習知識的樂趣與成就，從而提高學生的學習熱情及學習效率。筆者采用傳統教學與翻轉課堂教學兩種形式，對閩江學院2014級數學與應用數學專業(師范類)學生分兩大組進行測驗，結果發現，采用翻轉課堂教學的學生在概念理解、動手能力、實驗報告、發散性思維方面都收到了良好的效果。

[1] 張潞英,謝嘉寧，陳國興,等.提高大學物理實驗課教學效果的幾點做法[J].大學物理實驗，2014,27(6)：118-120.

[2] 侯東彪.大學物理實驗課應用慕課教學的幾個問題[J].教育教學，2014,7(7):207.

[3] 倪燕茹.地方本科院校大學物理實驗課程融合“慕課”教學模式必要性的思考[J].大學物理實驗，2014,27(6)：118-120.

[4] 房毅,張先梅,鐘菊花,等.基于“慕課”的物理類微課程設計探索[J]．物理與工程,2014,24(3):61-63.

[5] 張茹，吳高建. 基于翻轉課堂模式的工科大學物理教學改革實踐與探索[J]．時代教育，2014,21(11):200-201.

[6] 洪錦泉,侯秋麗.MOOC對傳統課堂教學模式的啟迪與借鑒[J]．紡織服裝教育，2015,31(2):633-635.

(責任編輯：吳文英)

2016年福建省中青年教師教育科研項目(JAT160393)；2015年閩江學院高等教育教學改革研究項目(MJU2015A003)

洪錦泉(1985—)，男，福建南安人，講師，博士研究生，研究方向為太陽能發光。 E-mail:jqhong@mju.edu.cn

G642.0

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2095-3860(2017)01-0073-04