翻轉課堂和互動教學在物理基礎課程中的實踐

潘小青 侯春菊

(江西理工大學理學院，江西 贛州 341000)

翻轉課堂和互動教學在物理基礎課程中的實踐

潘小青 侯春菊

(江西理工大學理學院，江西 贛州 341000)

翻轉課堂和互動教學是互聯網普及與信息技術融合下現代教育的熱點。本文探討了翻轉課堂的實施條件，介紹了互動教學的作用。結合物理實驗課程的特點，在微課設計上將實驗項目的原理、方法、應用、儀器結構與工作原理、操作示范、數據處理等進行模塊化處理，編制測試問題，在SPOC平臺實施翻轉課堂教學。而在學時多的大學物理課堂教學中則通過設計分段式的課堂測試題，通過互動教學軟件實現有效的課堂互動，并借助“雨課堂”混合式教學工具參與兩門物理基礎課程的課外輔導。最后比較了不同教學形式下課程考試的結果。

翻轉課堂；互動教學；物理實驗；大學物理；雨課堂

互聯網的普及和信息技術在各行業的廣泛應用，使得教育領域正發生著一場深刻的變革。隨著MOOC的興起，各種新的教學模式不斷出現，“翻轉課堂”(Flipped Class)、同伴教學法(Peer instruction)、“可汗學院”,等等，一時間大量的教育信息如潮水般涌入，使得一些教師迷失了方向，到底應該何去何從？墨守成規顯然無法適應時代的要求，跟風隨大流又力所難及，如何做到既能保存傳統教學的優點，又能恰當地運用信息技術和互聯網優勢與課程教學適度融合，使教學效果最大化才是作為教育工作者應該思考和實踐的課題。

在很多教師投身做微課和采用諸如“翻轉課堂”等新的教學方式的時候，有必要先考察這些新教學方式的起源、特點和適用條件，再結合不同課程的特點適度運用。教學過程中應該忌諱的是忘卻教學的初心，盲目為“翻轉”而翻轉，追求形式的潮流，卻對課程內容應該傳達出的學科思想和方法棄置一旁。鑒于此，本文先探討目前一些新興教學模式的特點及應用環境，再結合大學物理和物理實驗課程各自的特點，分別采用不同的教學方式，通過一年多的教學實踐，初步分析其教學效果。

1 翻轉課堂與互動教學概述

1.1 翻轉課堂概述

翻轉課堂的產生背景源于學生，首先是學習的主體即學生無法根據各自的特點安排自己的學習進度。教學過程中總是存在學生課堂上接受能力與教師講課節奏不合拍的現象。有的學生很快能理解教師所講內容，而另有一些學生卻總希望教師重復幾遍才勉強理解；還有的學生由于各種原因錯過了一些課堂時間。其次是教師沒有足夠的時間在課堂上照顧到全體學生的學習差異。在這種環境下，教師考慮將課堂教學的知識點以精練的方式錄制視頻提供給學生，方便學生根據自身需要來查看[1]。于是有了亞倫和喬森納兩位資深教師一年的合作，將所有課程內容錄制成視頻轉變成課前的家庭作業，而反過來將以前課后的作業和問題提前到課堂中，所以從某種意義上并非是課堂翻轉，而是課堂的前置。綜觀翻轉課堂實施的成功案例，其實施的條件大致如下：

(1) 有根據教學目標、教學規律并以學生為中心進行教學設計且結構良好的微課視頻。這意味著教師必需教學經驗豐富，投入大量精力按照教學規律設計教學過程，錄制教學視頻；

(2) 學生課前投入時間與課堂時間至少保證1∶1的時間比例。如果學生不能保證在課前按規定看完教學視頻和課程測試，課堂中難于融入課堂討論和完成課堂作業。

(3) 有科學合理的課程評估機制。傳統的課堂教學主要還是終結評價，一考定成績，這給了很多學生混課的機會，實施翻轉課堂后應該采用過程性評價與終結性評價結合的方式評定學生成績，這樣才能比較完整反映出學生對課程的理解程度。

1.2 互動教學反饋簡介

科學地教學要達到的目標是學生積極主動的學習，這可以通過以學習者為中心的教學設計、科學的課堂評估和反饋等來實現。“以學習者為中心” 的課堂評估既有學習成績記錄，更關注學生學習的生成，形成及時的反饋機制，通過師生有效的互動和反饋，最終達到評估促進學習的目的[2]。教育學的研究表明學生在課堂中一般集中精力聽課的時間大約15分鐘，因此課堂教學需要間斷性的互動，使教與學達到應有的效果[3]。

為有效獲得學生練習情況，需要合適的方式獲取課堂測試的結果，這就是互動教學反饋系統。互動教學反饋系統可分為兩大類：一類是實時課堂教學反饋，另一類是基于網絡教學平臺的互動反饋。通過互動教學反饋系統能夠即時反饋課堂信息，實現問題測試、投票、問卷調查等。教師通過實時反饋信息調整教學策略，學生通過參與進行自我評估和調整學習，實現更高水平的認知[4,5]。課堂交互反饋系統的使用,又為教學模式的改革和教育研究提供了新的思路、方法和工具。

2 翻轉課堂與互動教學實施

2.1 翻轉課堂在物理實驗課程中的實現

如前所述，要成功實施翻轉課堂需要教師和學生均投入大量的時間，對于課程內容和學時較多且難度較大的課程，未必合適。而對于像物理實驗這類實驗課程，卻是天然適宜的。原因是：首先物理實驗課程要求預習實驗并撰寫預習報告，其次教師在課堂上講解的時間通常在15～30分鐘，實驗過程全部由學生完成，課后還需撰寫實驗報告。而實驗預習中學生如何能做到對實驗儀器和實驗過程有初步的理解是教師在課前希望學生達到的。最后，實驗課程的評估長期是以過程性評估為主，終結性考試為輔。因此我們在物理實驗教學中首先著手翻轉課堂教學。

(1) 前期準備：信息技術與課程融合不只是信息技術在教育中的應用，更是信息技術支持下的教育理念的轉變[6]。要在物理實驗課中實施翻轉課堂，首先需要制作適宜學生課前預習、課堂實驗、課后報告的微課視頻。微課內容分實驗簡介、實驗原理、實驗儀器、實驗操作和數據處理五大模塊，其中的實驗儀器和操作部分采用現場儀器操作，將實驗主要過程和出現的實驗現象通過錄制的視頻呈現，使學生在預習時對實驗儀器和實驗過程有基本的了解。微課制作中雖然主要是將實驗課堂中要講解的內容提前，但相對于實驗指導書它的明顯優勢是可以通過更多的圖像和聲音詳述實驗的原理、方法、應用、動態顯示實驗儀器結構和工作原理、實驗操作過程等。為檢驗預習效果，完成微課制作后，針對每一項目編輯實驗測試題，測試題的形式主要是客觀題，每次測驗隨機抽取5～8道題，學生可以自測最多3次，自測后可查看答案，讓學生形成對實驗的正確理解。

(2) 實施過程： 對實驗試點班學生每個實驗的課前預習要求通過觀看微課進行，老師課堂中不再講解，只針對性提問和強調注意事項。微課最初通過QQ群上傳和下載，后在SPOC課程云平臺上線。2017年開始面向全校開放，但對非試點班學生不做任何具體要求，可以自主選擇是否觀看教學視頻及進行自測。一學期結束后統計使用情況，發現上線學生總數為246人(本學期開課學生數為1280)，平均每人登錄約20次，在線平均時長約12小時。

2.2 互動教學在大學物理中的應用

大學物理課程教學內容目前主要以課堂講授為主，要改變以往以教師為中心的課堂授課模式到以學生為中心的學習課堂學習模式，我們在大學物理教學中引入基于信息技術支持的課堂互動反饋系統豐富課堂教學功能。使用教學反饋系統需要根據教學內容設計課堂測試問題，課堂問題一般是概念測試或理解應用類型。課堂測試模式是將一堂課分成若干教學階段進行，問題提出時機根據學生聽課注意力減弱的時間來定，一般每10分鐘左右設定一道課堂練習題。系統后臺記錄詳細的答題數據，包括學生答題時間、答案信息，而課堂上現場顯示答題分布，老師、學生能實時看到全班答題情況[5]。

“雨課堂”是MOOC平臺"學堂在線"推出的基于Power Point和微信的混合式教學工具[7]。鑒于物理課程需要課外輔導，在全校物理課程教學中使用“雨課堂”平臺輔助教學。方法是老師將上課的PPT課件及輔導資料以PPT格式上傳到“雨課堂”平臺，學生進入相應班級后可隨時隨地觀看課件，對課件有疑問可以報告教師進行個別答疑。

3 實施效果

3.1 翻轉課堂在物理實驗中應用分析

通過對采用微課和不采用微課進行實驗教學的學生問卷調查，學生自評實驗預習良好率在試點班為100%，普通班為80%。實驗操作過程試點班主要通過觀看微課視頻和兩人小組合作完成，而普通班70%的學生依賴老師示范操作完成實驗。在課外試點班學生用于實驗預習和報告撰寫的時間平均比普通班的多約30分鐘。試點班學生參加校級物理實驗競賽獲獎率采用微課教學前約20%，采用微課教學后提高到約50%。圖1為本學期校物理實驗競賽獲獎同學的競賽成績對比圖。圖中橫坐標為實驗操作分(滿分50)，縱坐標為實驗理論考試分(滿分100)。其中實驗組為實驗試點班，對比組為普通班，自選組為普通班又在SPOC平臺觀看視頻的同學。需要說明的是，實驗操作部分的內容對普通班是近考試兩周內完成的實驗，而試點班是考試五周前完成的實驗。圖1看出無論是實驗理論還是實驗操作的平均成績都是試點班較普通班高些。而對既觀看微課視頻又在上課時由老師詳細講解的自選組同學則單項和總體平均分均高于試點班，大約說明微課與傳統教學結合進行實驗教學效果會更佳。

圖1 物理實驗競賽成績對比

3.2 互動教學在大學物理教學中應用效果

通過在試點班試用互動教學系統，發現課堂氛圍較以往大為活躍。絕大部分學生在答題環節能認真思考、互相討論、踴躍答題，課堂打瞌睡情況明顯減少，而該班大學物理課程的成績也較往屆有更大的相對優勢，具體數據分析如下。

表1為互動教學系統采用之前，14級兩個平行的40人小班大學物理歷次測驗和期末成績。兩個班級為從全校理工科專業選拔的綜合成績較好的同學組成的志遠班，分別由兩位資深教師采用傳統教學方式教學，同步進行分段的課程測驗。

表1 14級大學物理歷次考試成績對比

表1數據顯示試點班與對照班相比基礎略好，歷次測驗考試成績都略高一點，但沒有明顯優勢，可能說明兩個不同教學風格的教師對“好學生”的影響不會太大。

表2中15級試點班全程采用了互動教學系統與課堂練習結合進行大學物理教學，其他教學方式均不變化，兩個班級的老師與14級相同。

從數學成績和第一次單元測驗的結果可大致推測對照班的數學基礎和高中物理基礎應略優于試點班。但對于新的大學物理內容的掌握，則是采用互動教學模式的試點班學生學習效果明顯優于對照班。圖2分別描繪了15級4次大學物理考試的成績分布，分數按由低到高的次序排列，大致可以看出采用互動教學的時間越長，課程學習效果優勢似乎越明顯。其中物理一和電學的兩次考試難度較大，而實驗班的成績在各分數段均高于對照班。在難度較小的物理二考試中，實驗班的明顯優勢在于中、低分數段同學的分數明顯高于對照班。

3.3 混合式教學實施效果

物理實驗SPOC平臺不僅用于實驗教學，也用于省大學生物理創新競賽中實驗競賽的輔導。參加省賽的學生可以登錄平臺下載微課，在非實驗環境下一樣可以回顧實驗原理、方法和過程，從而加深對物理實驗的理解和提高應用能力。雨課堂則主要用于省物理創新競賽中的大學物理輔導。對物理有興趣且有志于參賽的同學通過雨課堂輔導平臺，可以查看往屆競賽的大學物理試題和答案，根據自身特點安排復習。

表2 15級數學物理歷次成績對比

(a)

(b)

(c)

(d)

通過混合使用多種教學方式，使本校在省物理創新競賽中的成績逐年提高。我省的物理創新競賽由大學物理理論考試和物理實驗操作兩部分組成。2014年沒有實驗微課，我校競賽成績名列全省第五。2015年采用微課輔導實驗競賽，使得競賽的實驗成績名列全省第二，總的競賽成績名列全省第三。2016年繼續采用微課輔導實驗競賽，增加用雨課堂輔導大學物理，在省物理創新競賽中總成績位列全省第一。

綜上所述，將信息技術融入大學物理基礎課程教學中，需要將不同的技術特點與課程的性質相結合，根據不同的教學目標進行教學設計，才能達成良好的教學效果。

[1] 伯格曼,薩姆斯.翻轉課堂與慕課教學：一場正在到來的教育變革[M].北京：中國青年出版社，2014.11.

[2] Jo Handelsman, Miller S, Pfund C. Scientific Teaching[M]. New York： W.H.Freeman and Company, 2007.

[3] 馬祖爾,朱敏.同伴教學法[M].陳險峰譯.北京：機械工業出版社，2011.7.

[4] 吳天剛，左娜，張睿，等．基于大學物理教學的互動式電子書教材的設計[J].物理與工程，2017，27(2)：26-31． Wu Tiangang, Zuo Na, Zhang Rui, et al. The design of interactive electronic textbooks based in the college physics teaching[J]. Physics And Engineering, 2017，27(2)：26-31．(in Chinese)

[5] 駱正新,陸雯綺,王祖源.基于WiFi-SMS的互動反饋系統的設計與應用[J].現代教育技術，2015，25(01)：114-119. Luo Zhengxin, Lu Wenqi, Wang Zuyuan. Design and application of interactive feedback system based on WiFi and short message[J]. Modern Education Technology, 2015，25(01)： 114-119. (in Chinese)

[6] 馬寧生,李軍.移動學習中的物理實驗微課程結構設計[J].物理實驗，2016，36(11):23-27. Ma Ningsheng, Li Jun. Structural design of physics experiment micro-course for mobile learning[J]. Physics Experimentation, 2016， 36(11): 23-27. (in Chinese)

[7] 臧晶晶,郭麗文.滴水成雨—走進雨課堂[J].信息與電腦,2016(8):235-236. Zang Jinjin, Guo Li wen. Dripping rain-come into rain class[J]. China Computer and Communication, 2016(8): 235-236. (in Chinese).

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PRACTICE OF FLIPPED CLASSROOM AND INTERACTIVE TEACHING IN PHYSICS FOUNDATION CURRICULUM

Pan Xiaoqing Hou Chunju

(College of Science, JiangXi University of Science and Technology, Ganzhou Jiangxi 341000)

Flipped classroom and interactive teaching is a fusion of modern education under the popularization of Internet and information technology.The implementation condition of the flipped classroom and the function of interactive teaching are introduced in the paper . Combining the characteristics of the experimental physics course, the classroom was reversed. The principle, method, application, instrument structure and working principle, operation demonstration, test questions and data processing of the experimental project were carried out in the micro-lesson design. In view of more lessons of college physics, effective classroom interaction was played through interactive teaching software by way of the design section of the test problem.“rain class” of blending learning tool is applied in after-school tutoring in both college physics and experimental physics. In the end, test scores were compared in the implementation of different teaching form.

flipped classroom； interactive teaching； experimental physics； college physics； information technology

2017-06-16

江西省重點教改課題(JXJG-16-7-2)。

潘小青，女，教授.主要從事大學物理和物理實驗的教學研究，panxqecit@163.com。

潘小青，侯春菊. 翻轉課堂和互動教學在物理基礎課程中的實踐[J]. 物理與工程，2017，27(5)：77-80,83.