翻轉課堂在基礎物理專業實驗教學中的應用研究

高 靜，徐天賦

(燕山大學 理學院 河北省微結構材料物理重點實驗室，河北 秦皇島 066004)

翻轉課堂是國內外改革的一股熱潮，為我國的教育改革提供了一個很好的新思路。翻轉課堂的實質是從被動學習轉向主動學習，其核心特征是主動學習與教育技術的結合[1-3]。目前，基于翻轉課堂教學的實踐和研究涉及到基礎教育、職業教育-高等教育以及成人教育等各個階段，不僅應用于理工學科，在人文學科也有很多成功案例[4-7]。由多媒體技術和教育技術驅動的這場教學革新，采用教學視頻替代教師講授，實現了知識傳播手段的升級，為課堂教學拓展了時空。而此時的教學方法和內容若不與時俱進，也就無法實現教學效果的突破和超越[8,9]。

基于基礎物理實驗課程，對翻轉課堂教學進行了探索實踐，構建了基于微信平臺的翻轉課堂教學模式，并通過調查問卷分析總結這種網絡學習對課堂教學的作用和影響，為高校開展實驗課程的翻轉課堂教學提供一定的參考。

1 傳統教學模式中存在的問題

1.1 教學模式單一，學生被動學習

傳統教學模式主要以學生課下預習實驗講義；課堂教師講解示范，學生按部就班操作；課后按照要求進行實驗數據處理的形式來完成。這種教學模式存在的缺點有：(1)學習資料形式單一枯燥，沒有儀器實物圖和具體操作儀器圖作參照，可能有時候學生理解起來不透徹，甚至對實驗項目內容一知半解；(2)實驗學時有限，而課堂講解占用了較多時間，導致學生動手操作、實驗觀察測量的時間大大縮短，對問題進行思考、研究不到位；(3)課后師生很少互動，缺乏交流討論的平臺，對學生學習該實驗后的掌握情況并不十分了解，缺少實驗反饋。

1.2 基礎性、驗證性實驗項目多，缺少設計性實驗內容

目前開設的實驗基本為基礎性和驗證性項目，雖然有助于學生鞏固所學的理論知識，但是缺少設計性實驗環節，學生被動學習，獨立思考的部分較少，學生的自主性和創新性受到限制，教學效果欠佳。

2 翻轉課堂教學模式特點

2.1 教師角色轉變

在翻轉課堂教學模式中，教師的角色發生了變化，教師不再是核心地位的傳授者，學生成了學習的中心，這給學生更多地機會和時間進行思考、交流、探討，也增加了師生間的互動交流，讓教師能更多的傾聽學生的意見、建議和反饋信息[10,11]。當學生遇到難以解答的問題時，教師再指導一定的探究思路，幫助學生鍛煉高階思維能力。

2.2 課堂內外時間重新分配

在翻轉課堂教學模式中，學生課前學習微視頻，自主學習完成新知識的認知和理解；課堂上進行師生、生生之間的答疑、討論、探究、協作，實現對新知識的內化、鞏固和應用，有效避免了“滿堂灌”和“填鴨式教學”[12]。

2.3 學生角色轉變

在翻轉課堂教學模式中，學生的角色也發生了改變，由被動地接受知識轉變為主動吸收知識。教師將實驗教學微視頻發送給學生，學生可以隨時、隨地觀看，學習起來更輕松自由，減少了學生的緊張感、疲勞感和厭倦感。遇到不明白的地方，學生可以反復觀看，直至達到自己的學習要求，這使學生能夠根據自己的學習需要來控制自己的學習進度，有利于提升自主學習能力。

3 翻轉課堂教學設計

為了改善傳統教學模式中存在的問題，結合微信獨特的優勢，研究基于微信公眾平臺的翻轉課堂教學模式，以逐步提高基礎物理專業實驗的教學效果。在做各教學環節設計前，首先需要對翻轉課堂教學模式進行構建，如圖1所示。

圖1 翻轉課堂教學模式結構圖

3.1 微課設計

微課作為翻轉課堂的重要組成部分，直接決定課前知識傳遞效果，影響課堂上教學活動的設計，從而影響最后的教學效果[13]。微課主要以實驗教學微視頻為主，并包括多媒體課件、文獻等擴展學習資源，是服務于課堂教學的一個環節。

在實驗課前預習環節，教師將制作好的實驗教學微視頻提供給學生，方便學生課下學習。設計實驗教學微視頻，時長5～10分鐘，要求對核心知識點、教學活動進行講解。實驗課程重點是實驗過程，因此在制作實驗微視頻時注意將實驗操作細節和重難點更加精細錄制。為了使學生可以獲得更好的課程體驗，在課程制作中配合語音講解，并輔以字幕，加入輕松愉快的背景音樂，增強微課學習效果。在微視頻制作的最后環節，提前準備好實驗課程數據處理作業、思考題，以便于學生進行課后學習。

此外，根據教學大綱的要求和教學的需要，經過嚴格的教學設計，以知識點為中心建立導航結構多媒體課件，輔助前期教學。多媒體課件不僅可以在實驗內容的學習上提供良好的交互控制，而且可以運用適當的教學策略來指導學生學習。值得注意的是，在設計課件前，需要對學習者特征和學習內容進行分析準備工作[14]。任何課件都不是廣泛適用的，專業背景、思維模式、認知結構和學習習慣不同，則課件制作時也應該具有針對性，更好地體現出“因材施教的個別化教學”，符合學生的學習規律，提高學習效果。

準備與實驗相關的選學資料，即與實驗相關但屬于擴展內容或者較難部分的文獻、網絡資源等資料作為進階學習資料，此部分與設計性實驗內容相對應。將各種學習資源分享給學生，可提高學生的學習效率和獲得感，并促進學生反思性學習與團隊協作精神。

3.2 建立微信公眾號

微信因具有較好的用戶體驗，傳播速度快，開發成本低，智能手機支持等特點，逐漸被應用于高校教學改革中[15]。建立微信學習平臺，將制作的實驗教學微視頻、多媒體課件、選學資料等發布到平臺上供學生隨時點擊學習，從而支持微課翻轉課堂學習。首先設計好“頁面模板”，接著在“自定義菜單”處對頁面上的菜單進行功能確定，微信公眾平臺首頁的3項“自定義菜單”分別設置為實驗視頻、多媒體課件、拓展資料。每個一級菜單下包含相應的實驗項目內容，但是，由于每個一級菜單下的子菜單最多可創建5個，而實驗項目數為8個，所以在設計界面時，將兩個實驗名稱合并為一個子菜單，即焦距測定與單縫、等厚與邁克耳遜、分光儀與超聲光柵、雙棱鏡與偏振光。然后，在子菜單下設置動作，選擇“跳轉網頁”，選擇“從公眾號圖文消息”選項，在跳出的“選擇圖文消息”窗口選擇“頁面模板”，點選對應的實驗項目并確定，完成對指定“頁面模板”的調用。最后，在設置好每個頁面菜單后，進行“保存并發布”就完成了微信公眾平臺的編輯。這樣，在公眾號頁面，只要點選菜單就可轉到指定的實驗項目頁面了。此外，通過微信公眾平臺所提供的數字統計和分析功能，可對學生進行跟蹤，查看學習情況，保證教學的時效性。

3.3 課堂學習

在實驗課堂上課環節，教師先以提問或小組討論的方式，對學生進行測評，掌握學生對實驗教學微視頻、多媒體課件及其他拓展學習資料的學習情況。教師對重點問題和難點問題進行集中教學講解、演示，對知識進行系統梳理。學生根據課前自主學習中遇到的問題進行提問交流討論，教師做出總結并答疑解惑；學生也可以在課堂上討論自己的學習心得和自主學習的有實際應用的文獻資料，加深對實驗理論知識的理解，拓展思維廣度，而不是機械的按照要求做實驗、寫報告。最后，教師指導學生實驗操作，進一步鞏固實驗過程，布置數據處理作業。

為了解決傳統模式中基礎性、驗證性實驗項目多，缺少設計性實驗內容的問題，根據教學內容，增開設計性實驗環節。給出一個題目，讓學生結組自主搜索文獻資料，設計實驗方案并實施，擴展和創建深度知識，最后對實驗結果進行整理分析，撰寫實驗研究報告。這個過程有助于培養與提高學生的科學實驗素養，主動研究探索和團隊協作的精神。探究式實驗方案設計的好壞、學生的參與程度也直接影響著翻轉課堂構建深度知識的實現。

3.4 課后作業和學習反饋

課后，學生根據原理公式和測量的實驗數據，進行計算處理，完成實驗總結和誤差分析。對于設計性實驗，學生以小組的形式完成設計性實驗研究報告，除了包括實驗目的、實驗儀器、實驗原理、實驗內容、數據記錄表格、實驗數據處理外，還包括實驗方案可行性分析、實驗難點和參考文獻。

通過微信的通訊功能，基于其文字、圖片、語音交互、對講交互方式對學生進行個性化指導，實現師生間一對一的交流溝通。基于微信的群組功能，建立討論組，通過與學生交流實驗過程中遇到的問題、操作的錯誤及實驗的實際應用等，教師解答疑惑并啟發學生的發散思維。為了達到更高的教學質量，制作合適的測試題目，向學習該專業實驗的學生發出調查問卷，加以研究分析，對授課方式和學習平臺進行優化改進。

4 結 語

針對目前普通物理專業實驗傳統教學方法中存在的問題，本文構建了基于微信公眾平臺的翻轉課堂模式，借助智能手機作為移動學習終端，完成知識學習、內化和教學角色的翻轉。為了解決傳統模式中缺少設計性實驗內容的問題，根據教學內容，增開設計性實驗環節，讓學生結組自主搜索文獻資料，設計實驗方案并實施，擴展和創建深度知識。翻轉課堂教學模式是普通物理專業實驗課程教學的一次改革與嘗試，增強了實驗的趣味性，有利于提高教學效果。當然，教學方法應當持續改進更新，進一步促進教學模式優化、升級，這需要教育工作者們孜孜不倦地鉆研、探索，提高高校人才的培養質量。