基于“翻轉課堂”模式在工科大學物理實驗教學中的應用

劉斌 ，郭連生 ，范閃閃 ，張旭

（1.河北工業大學，人工智能與數據科學學院；2河北工業大學，本科生院；3河北工業大學理學院，天津 300401）

全國高校教師網絡培訓中心組織專家于2014年初發布《中國高校微課白皮書》，并發行《慕課》《微課》和《公開課》一套三冊圖書。

翻轉課堂是指重新調整課堂內外的時間，將學習的決定權從教師轉移給學生。在翻轉課堂教學模式下，能夠節省課堂內的寶貴時間，使學生更專注于主動的基于項目的學習，共同研究解決問題，從而獲得更深層次的理解。翻轉課堂模式是大教育運動的一部分，它與混合式學習、探究性學習、其他教學方法和工具在含義上有所重疊，都是為了讓學習更加靈 活、主動，讓學生的參與度更強。

1 翻轉課堂實施的基礎——微視頻

微課是指運用信息技術按照認知規律，呈現碎片化學習內容、過程及擴展素材的結構化數字資源。“微課”的核心組成內容是課堂教學視頻（課例片段），既有別于傳統單一資源類型的教學課例、教學課件、教學設計、教學反思等教學資源，是在其基礎上繼承和發展起來的一種新型教學資源。

物理實驗教學知識點眾多，有背景知識、調節方法、使用方式、具體原理等，需要有不同類型的微視頻來支撐“翻轉課堂”模式的教學，主要分為以下四類。

（1）預習類視頻。

傳統學習模式學生只能對著講義中的幾張實驗儀器圖片發揮自己的想象，沒有任何感性的認知，往往由于預習難度太大失去興趣，而微視頻可以提供直觀的儀器展示，相當于給每個學生配一名教師。比如，楊氏模量實驗，光學放大的原理難以掌握，學生預習之后知道有個術語叫作光杠桿，具體儀器是什么樣子，怎么工作，他們完全理解不了。看了錄制的教學視頻后，學生們理解變得很容易，因為動態的演示提供了清晰直觀的影像，再配合講解聲音，而且可以隨時暫停，反復觀看，大大提高了預習效果。

（2）調節方法類視頻。

這些視頻是針對在傳統課堂上需要重復講解演示的知識點，如游標卡尺、千分尺的使用方法，回路法連接電路，分光計的調整，天平的調平，邁克爾遜的調節等。這類知識點步驟較多，關注細節，稍微落下一個環節，就不能調好儀器，影響測量。這類知識點機械的重復性的講解也增加了教師的疲勞感，所以制作成微視頻，一方面可以手把手教授學生操作方法，另一方還可以緩解教師的工作強度，提升課堂教學的有效時間。

（3）背景介紹類視頻。

這類視頻主要側重于物理學史的背景、某些技術等介紹。比如，密里根油滴實驗、邁克爾遜測量波長、弗蘭克赫茲實驗，這些是獲得諾貝爾獎的實驗，當時實驗的實施過程可以當作一個故事，把這些故事的來龍去脈做成視頻，可以大大提升學生學習的興趣。還有一類適合介紹的工程技術，如全息照相技術、模擬法的應用、霍爾傳感器技術這些與工科背景有關，可以當成技術介紹，把這些技術的具體應用介紹給學生，來開闊學生的工程視野。

（4）原理展示類視頻。

這類視頻側重于抽象的不容易理解的知識點。比如光學實驗里面的雙棱鏡干涉原理、牛頓環產生的條件、分光計測量最小偏向角等。光學實驗展示困難，利用動畫技術、PPT動態技術可以完美的呈現光線的走向，演示具體的成像過程，充分突出了物理學科實驗先行的特點，便于學生理解其原理。

2 “翻轉課堂”授課實施

翻轉課堂視頻配合翻轉課堂進行教學，有其自身的特點：第一，教學視頻短小精悍；第二，教學信息清晰明確，要有很強的帶入感；第三，重新建構學習流程；第四，復習檢測方便快捷。

以霍爾元件測量磁場實驗為例，提供如下問題：（1）霍爾元件電子的偏轉方向由哪些因素決定？（2）霍爾電壓的計算公式？（3）測量霍爾電壓時產生的四種附屬效應？（4）不等位電勢如何測量？（5）霍爾元件本質是磁電式傳感器，制作轉速表的原理？其中問題（1）和問題（2）屬于初級問題，預習之后應該能夠回答上來，屬于課堂提問的范圍，可以檢查學生預習的情況。問題（3）和問題（4）屬于中級目標，對學生的思考能力提出了要求，四種附屬效應后面的本質是什么？不等位電勢能不能測量，怎樣測量？需要在深入理解本實驗的基礎之上才能回答出來，需要探究霍爾電壓產生的本質，進而通過自己所學的測量電壓的方法解決實際問題。問題（5）屬于高級目標，要求學生在熟悉霍爾元件本質基礎上，查詢相關的專業書籍，了解學習霍爾元件測量轉速的原理，進而設計出測量方法，真正能從基本原理出發與實際工程應用搭起橋梁，學會具體的應用方法，做到原理、元件、具體設計、實際應用相結合，鍛煉學生的解決實際問題的能力。

基于教學微視頻的翻轉課堂，把實驗課的自主權交給學生，學生不但能夠完成實驗數據的測量，還進一步對實驗現象及其原因進行分析、驗證、總結。不同程度的學生都能在課堂上得到最大程度的收獲，這種方式優于普通教學方式。

3 “翻轉課堂”授課的幾點反思

3.1 實驗類課程非常適合微視頻教學

傳統實驗教學中存在著一些問題：首先課堂時間有限，在有限的時間內要求理解實驗原理、熟悉實驗儀器、完成數據測量，時間緊任務重，導致學生變得浮躁，在進行實驗時，往往追求盡快得出實驗結果，而不再去探索實驗中出現的物理問題及其原因；其次在實驗演示時，由于班級教學中學生人數多，教師的演示很難讓每位學生都觀看清楚，需要在實驗過程中個別輔導，由于一個教師對著多名學生，不能及時輔導到每一位學生，有些學生等不及，就選擇了去和其他同學合作，甚至抄數據。

提供微視頻，可以讓每個學生都能接受到演示的效果，能在課下輕松地掌握實驗方法，打破了儀器的神秘感、陌生感，學生學習起來變得容易、可行，而實驗操作成功的喜悅又給了學生強大的成就感，學生變得喜歡操作，形成良性的增長效應。微視頻還可以暫停、重復觀看，這些固有的特性相當于教師多次的示范演示，就是利用現代化的信息技術給每個學生配了一位教師，使得稀缺的教育資源最大化地利用了。

3.2 實驗微視頻拍攝注意問題

實驗微視頻的主體是實驗儀器，制作微視頻時要突出。如果把教師、黑板等出現在畫面當中，學生關注度會被分散。這是“翻轉課堂”的教學視頻與傳統的教學錄像作為不同之處。

3.3 線下課堂學習情況監控困難

提供給學生視頻資料，學生能否真正觀看視頻，有沒有播放視頻而沒有在顯示終端前面觀看的現象，目前沒有好的方法進行監控。有例子就是學生打開視頻之后，去干別的事情，從技術監測的反饋來說是看了，但是真實情況是根本沒看，所以觀看視頻或者PPT過程很難把握。

3.4 重視網絡課堂不是否定第一課堂，而是作為第一課堂的補充

翻轉課堂本身就是一個授課模式的改變，利用互聯網技術突破學習的時空界限，但在教學過程中不能夸大到萬能的境界。首先我們不能在第一課堂上面全程讓學生討論，需要教師更加細致的引導，需要選擇更好的授課內容，搭配合理、重點突出。打個比方，就像是做魚一樣，我們做出了各種形式——煎炒烹炸，菜的內容是沒有變，還是魚，不喜歡魚的還是不會吃。其次有的課程憑借網絡課堂大量推送習題，課堂上就是做題，沒有任何引導傳授過程，美其名曰翻轉課堂，其本質還是題海戰術，只是變本加厲的刷題。這種授課方式激發不了學生任何興趣，只是徒增學生的怒火，這也不是我們教學改革的方向。

在翻轉課堂實施過程中，授課內容是根本的。你怎么講解重點，如何起承轉合，怎么讓學生方便掌握，怎么讓學生提高動手能力，怎么讓學生解決實際工程問題，這是最核心的內容，傳統課堂始終是第一位的，加大力度研究新時代的第一課堂教學，善于利用網絡學習、線下學習，只能兩者互相配合，才能發揮出翻轉課堂最強大的力量。

4 結論

在目前“大云物移”新時代下，如何利用信息技術提升教學水平成為研究熱點。“互聯網+”成為各種可能，在教學過程中微視頻有利于大學物理實驗教學中知識點分解，有助于學生對教學內容的理解，從而使學生能夠輕松學習，保持學習的積極性。基于微視頻的翻轉課堂，把實驗課的自主權交給學生，學生不但能夠完成實驗數據的測量，還進一步對實驗現象及其原因進行分析、驗證、總結。翻轉課堂的實施，也有利于教師因材施教，學生實現個性化的學習。不同程度的學生，都能在課堂上得到收獲，這種方式教學方式有自己的優勢，考慮線下學習與第一課堂相配合，才能發揮出新型教學模式的優勢。