基于翻轉課堂的中學物理實驗教學模式探究

王 力 李貴安 劉 洋 鄭海榮

(陜西師范大學物理學與信息技術學院 陜西 西安 710119)

物理實驗是進行科學探究的主要方法或手段，讓學生體驗“提出問題、形成猜想和假設、設計實驗與制定方案、獲取和處理信息、基于證據得出結論并作出解釋，以及對科學探究的過程和結果進行交流、評估、反思”的探究過程，是充分而又實在的[1].近年來，全球教育界對核心素養教育發展方式與實施途徑進行了認真地思考和實踐.在我國，物理學科核心素養由物理觀念、科學思維、實驗探究、科學態度與責任4個維度共同構成，就是要在“以人為本”的核心理念下幫助學生建立對物理世界的完整理解.同時，教育信息化成為全球教育界的熱點，學生主體性的凸顯成為當前世界教學改革的方向，先學后教理念也逐步滲透于教學改革之中.在教育信息化和先學后教理念的推動下，翻轉課堂應運而生.

筆者針對現行實驗教學的特點，將翻轉課堂與中學物理實驗相結合，初步提出基于翻轉課堂的中學物理實驗教學模式，為靈活開展實驗教學提供新思路.

1 物理實驗翻轉課堂教學之優勢

1.1 給學生提供了充足的等待時間

傳統物理實驗教學注重問題“解決”的過程，而問題的“發現和提出”則顯得微不足道.傳統教學活動中，教師沒有“耐心”等待學生自主學習，以至于學生沒有充足的時間進行思考，而被強行帶入問題解決的活動中，易導致“盲目實驗”和“實驗假知”.翻轉課堂為學生創設發現問題的情境提供了較多時間，使學生知其然，知其所以然，比如驗證機械能守恒時“平衡摩擦力”的原因.實驗教學從以往的“按圖索驥”到基于問題的探究，滿足了學生自主建構問題的時間和空間需求.

1.2 彌補了實驗教科書單一性缺陷

實驗教科書缺乏差異針對性，往往實驗方案單一.一方面，本土資源可能無法達到相應的實驗要求，另一方面，學生自主學習引發的“生成性”問題不能很好解決.經研究，“生成課程”的理念在翻轉課堂的實踐中得到了生動的體現[2].翻轉課堂提供的課前學習資源實質上擴大了學生感興趣的范圍，為他們創新原方案、建構新知識提供了多種途徑.教師利用微課導學及延伸資料查閱等形式適時彌補教材中的單一性缺陷，恰當地運用翻轉課堂實現差異性互補.

1.3 使物理實驗教學走向“生態化”

生態化物理教學理念是指教師整體協調與組織教學系統內外諸多要素，主動開發潛在資源，充分利用創生資源，營造對學習者有意義的真實情境[3].翻轉課堂將學生的實驗探究置于開放性的，與其他共同體、物理環境和社會環境不斷互動的系統之中，充分考慮影響實驗教學的諸多因素，將自制實驗儀器、創新實驗步驟的“非常規”實驗與生態化教學理念相結合，促進學生在真實的物理實驗情景中發揮主體作用和交互作用，有效達成物理實驗教學目標的要求.

2 中學物理實驗翻轉課堂模式構建

筆者結合翻轉課堂理念與中學物理實驗教學的特點，初步設計了基于翻轉課堂的中學物理實驗教學模式——“互聯網+實驗教學”，如圖1所示.

圖1 中學物理實驗翻轉課堂教學模式——“互聯網+實驗教學”

2.1 學習資料準備

正如一些學校采用的以“學習任務單”“微課”“導學案”為抓手的翻轉課堂教學模式，其實質都是為學生提供課前自主學習資料，學生實驗課前學習資料就是教師借助互聯網為學生提供的“實驗拆書包”.實驗教學中教師為學生量身打造以“循序漸進，激發興趣”為原則的“實驗拆書包”，包含實驗預習導引、微課導學與檢測、方案設計與預驗證、實驗操作指南、延伸資料查閱.

以“利用打點計時器測量勻變速直線運動的加速度”一節為例，節選部分內容設計如表1所示的“實驗拆書包”供學生課前自主學習.

表1 實驗拆書包部分內容設計

續表1

2.2 課前自主學習

實驗預習導引如同“實驗拆書包”的前言和目錄，包括預習目標、導學順序、實驗重難點以及指明線上預習部分和線下完成部分，指引學生帶著明確的目標進入實驗預習系統.目前已有學?；贛ATLAB GUI研發了一套專門的學生實驗預習系統，可將“實驗拆書包”全部置于系統中，方便快捷地傳遞給學生.

微課導學涵蓋復雜儀器、大型設備的演示、動畫軟件模擬實驗、教師演示實驗，還有一部分無法演示和操作的實驗，比如：實驗對象太大(探索宇宙奧秘)，實驗現象太小(分子的熱運動)，實驗時間太短(火箭發射)，實驗程度太劇烈(核聚變)，可以利用微視頻傳遞給學生.微課在“情景”和“問題”的交互中，引導學生把一般現象轉化為物理問題并及時檢學.

方案設計與預驗證是學生通過導學內容建構新的知識體系，設計出獨特的實驗方案.學生設計好實驗方案后，鼓勵利用身邊物品自制實驗器材，也可向實驗室提出申請進行預驗證.此環節充分展示學生差異性,發揮學生想象力，也是實驗預設性與生成性相融合的體現.

實驗操作指南即實驗流程、注意事項及儀器使用的說明.中學物理實驗探究不是完全自主的探究，此環節為實驗方案設計失敗的學生提供繼續探究、歸納總結的機會.學生在經歷了頭腦風暴后再進入實驗操作指南環節，在適度引導下最終順利進入實驗室，開啟實踐探究之旅，既降低了探究臺階，也提供了寬松的探究空間.

延伸資料可以是網絡鏈接的形式，也可以是書籍文獻的名稱，還可以是實驗精品課視頻、實驗創新案例等，供大家多樣化選擇利用.延伸資料查閱是為了滿足學生探索欲、深化實驗知識、遷移實驗內容而設計的，這部分內容為了不增加學生的負擔，設置為選學內容.

2.3 實驗操作實踐

實驗操作實踐包括分組實驗、個別指導、成果展示和完成實驗報告4個部分.實驗分組依據“組間同質、組內異質”的原則，最大程度發揮成員間的協同作用.教師要充分相信學生，開發教學中寶貴的人力資源，激勵組內優秀學生發揮任課教師所不能發揮的作用，營造生生互動、師生互動的良好氛圍.

個別指導與組內協作相結合.一方面，教師在觀察過程中及時發現并糾正問題，針對學生差異性提供個性化指導，實施分層教學.另一方面，教師實時掌握學生實驗情況，并將典型問題提取出來，到實際課堂中去講解.期間教師靈活運用歸納式、點撥式、追溯式和直授式等指導方法，實現因材施教.

成果展示采用推選小組代表或隨機指定小組的方式進行.展示形式不拘一格，各小組隨堂質疑并互助答疑，教師負責督導點評.無論實驗成敗與否，學生都有展示的權力，教師要把握好這一機會充分調動學生的積極主動性，靈活變通展示形式，加強實驗的情感體驗.

實驗報告在課堂上可只寫出基本框架，數據處理和結論分析后續逐步完成，以小組為單位提交實驗報告.以“測定電源電阻和電動勢”一節為例，簡要說明翻轉課堂的實驗操作環節實施過程，如表2所示.

表2 “測定電源電阻和電動勢”實驗操作環節內容設計

2.4 課后評價反饋

課后評價反饋由學生自評、雙向評價、教學反思和教師教研4部分構成.

首先，教師要幫助學生養成實驗反思和自評的習慣，建立學生自評檔案.學生可從實驗預習情況、實驗操作情況、發言情況以及與組員進行交流討論的實效情況等方面進行自評，記錄進步之處和改進方向.

其次，強調評價的雙向性，即評價主體不再只是教師，而是“學習共同體”.教師基于實驗方案設計、實驗操作、數據處理與結論分析等方面對學生進行評價.學生的反饋信息通過試題后測(“詳述實驗原理與流程、誤差分析與改進”)、訪談交流(“你喜歡利用物理學原理解釋生活現象嗎？你的自主學習能力提高了嗎？)、問卷(你希望以后的物理實驗教學采用哪種教學模式：A 傳統課堂,B 翻轉課堂,C其他)等形式收集.

再次，教師及時進行教學反思.例如，教學流程的設計是否達到預期效果，“實驗拆書包”的制作是否滿足學生要求等.教師是實驗預習資源的提供者，是實驗操作實踐的觀察者，是實驗教學活動的引導者，教學反思是對教師角色和作用的反思.

最后，教師教研是基于學生反饋和教學反思后進行的教學交流，為下一步開展實驗教學提供思路.

3 物理實驗翻轉課堂教學模式的幾點教學建議

3.1 為學生提供開放性實驗室

新一輪中學物理課程改革中，不少學校啟動了開放實驗室的大膽嘗試.有教師提出將驗證性實驗改為探究性實驗，將陌生的實驗器材改為自制器材，將整齊劃一的實驗室改為“實驗超市”，這一系列的改變最終以開放實驗室的形式展開.學生可根據探究需求，自主申請實驗時間和實驗器材，學校也可安排實驗室開放日，由專門的管理員進行統籌協調或建立學生自主管理制度.開放實驗室為學生提供補習機會和創新平臺，更是針對固定課時實驗教學的突破性變革.

3.2 建立實驗網上學習平臺

在慕課等學習網站風靡全球的影響下，我國也出現了較多針對中學生的小型學習資源共享網站，其中不乏一些實驗內容，但是專門針對中學生的物理實驗預習系統卻很罕見.隨著教育資源的平衡發展，依托高校及基礎教育實驗室的一流教學體系和資源，將實驗教學和互聯網相結合，為教師和學生提供全新的教學體驗，這將成為未來實驗預習平臺的發展趨勢.建立實驗網上學習平臺無疑是對中學生學習主動性以及教師TPACK水平的考驗.因此，如何建立學習平臺，建立何種形式的平臺，仍需進一步實踐探討.

3.3 在實驗情境中評價實驗能力

翻轉課堂模式下，教學評價的評價難度在于“先學”過程的不可視化.那么，如何實施翻轉課堂模式下的中學物理實驗教學評價，是一個需要系統化的過程.我們在翻轉課堂模式下進行實驗教學，相應地評價方式也應該改進，例如形成性評價和過程性評價相結合，實驗的即時價值和延時價值都應考慮到，不能僅僅著眼于實驗的正誤，對實驗的失敗教師要有寬容之心，為了鼓勵學生自主學習，應加強實驗方案設計以及實驗創新方面的評價.建立公平恰當的評價機制，有助于翻轉課堂的實施，確定物理實驗教學評價指標，更有利于學生的全面發展.

4 結束語

翻轉課堂是一種教學理念，它是師生關系的重塑和諸多現代教育理論相互融合的體現.將翻轉課堂理念應用于中學物理實驗教學，是充分考慮了教與學的特點而提出的一種中學物理實驗教學改革創新嘗試.當然，不能否定傳統實驗教學中教師的作用，有了傳統教學中“教師有意義的傳遞”，翻轉課堂才不至于流于形式.同時，應該意識到，學生實驗能力的提升并不能通過翻轉課堂立竿見影，這是一個從“變革”到“適應”再到“常態”的過程.對于進一步實施本土化研究和精細化應用，還需借鑒國際上物理實驗改革的新思路，在課程標準的指導下，與核心素養教育有機結合，在實踐中不斷調整，使翻轉課堂與中學物理實驗教學的結合真正實現價值.

1 湯玉林,唐挈. 給學生一個基本完整和全面的物理世界.中國考試，2017(3)：38～44

2 何克抗. 從翻轉課堂的本質看翻轉課堂在我國未來的發展. 電化教育研究，2014(7)：5～16

3 張偉,郭玉英. 論“非常規”物理實驗的教學地位.課程·教材·教法，2007,27(12)：51～56