翻轉(zhuǎn)課堂在中學物理實驗教學中的嘗試

陳吉利

摘 要：針對中學物理實驗預習效果差、教學時間不足、動手機會少等問題，提出中學物理實驗教學的翻轉(zhuǎn)課堂模式。該教學模式將學生的被動學習轉(zhuǎn)化為主動學習。為了更好地描述這一教學模式，本文以“探究求合力的方法”的教學設(shè)計為例，闡述了翻轉(zhuǎn)課堂的教學設(shè)計過程及實施須注意的一些問題。

關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂；中學物理實驗；探究合力方法

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）3-0028-4

翻轉(zhuǎn)課堂是從英語“Flipped Class Model”翻譯過來的術(shù)語，也被稱為“反轉(zhuǎn)課堂式教學模式”，簡稱翻轉(zhuǎn)課堂或反轉(zhuǎn)課堂。所謂翻轉(zhuǎn)，主要指重新構(gòu)建了學習流程。在傳統(tǒng)的教學模式中，學生通常先在學校里聽老師講課，再課后復習、做作業(yè)，然后參加考試。在翻轉(zhuǎn)教學模式中，學生先通過老師制作的教學視頻自學，到了課堂上，做一些實踐性的練習，并利用學到的知識解決問題。在學生遇到困難時，教師則針對不同學生進行區(qū)別化指導。大量實踐證明，這種教學模式在激發(fā)學生學習興趣、提高學生自主學習能力等方面有極大的促進作用。

物理實驗是中學物理學科的重要教學內(nèi)容，但在傳統(tǒng)實驗教學過程中，由于學生在預習實驗教材時并沒有很好的理解和消化，這就造成學生在課堂實驗時需要過多地依賴老師的講解和演示，但由于實驗課時間并不充足，若占用過多的時間進行講解和演示，學生的動手時間就會很少，從而達不到實驗教學的真正目的與效果。翻轉(zhuǎn)課堂正好可以解決這一問題。如果學生在課前通過教學視頻的觀看、資料的查閱、師生的交流以及模擬實驗的演練就能減少教師實驗課堂的講授時間，從而可以留給學生更多的時間進行動手操作及教師的個別指導。

翻轉(zhuǎn)課堂是一種較為理想化的教學模式，在實施過程中也存在一些不確定因素。除教師的課前教學視頻外，學生課前自主學習的有效性是決定翻轉(zhuǎn)課堂教學模式能否成功的關(guān)鍵，但這一教學環(huán)節(jié)恰恰是在教師的視線之外。在教師不在場的情況下，學生是否真正參與了學習？學習的效果如何？教師如何掌握學生的學習情況？這些問題都成為翻轉(zhuǎn)課堂實踐者關(guān)心的問題。針對物理實驗課程的特殊性，筆者將中學物理實驗翻轉(zhuǎn)課堂整個教學過程劃分為實驗前、實驗中、實驗后3個階段，框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 中學物理實驗翻轉(zhuǎn)課堂教學模式結(jié)構(gòu)圖

本文將在翻轉(zhuǎn)課堂相關(guān)理論的指導下，以高中物理必修一中“探究求合力的方法”課題的教學設(shè)計為例，具體闡述翻轉(zhuǎn)課堂的教學實施過程。

1 中學物理實驗翻轉(zhuǎn)課堂教學設(shè)計案例

1.1 教材分析與目標分析

探究求合力的方法是高中物理新課標（必修1）新增加的探究性實驗，其目的是用等效思想探究幾個力的合成，進而得到平行四邊形定則。

1）教材分析

本章是高中力學的基礎(chǔ)，等效思想、平行四邊形定則既是這一章的重點，又是難點。矢量的運算法則，是矢量概念的核心內(nèi)容，又是學習物理學的基礎(chǔ)。同時，平行四邊形的驗證過程，對培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和科學思維方法也有很重要的作用。

教材是通過演示實驗說明合力與分力的等效代替性質(zhì)，比較直觀，容易接受。而演示生活中常見的幾種現(xiàn)象（提水、拉伸彈簧，等等），可以使學生對“等效代替”思想有更深入的體驗。教材中對于“力的平行四邊形定則”是讓學生自己動手實驗，以探究教學方法來引導學生去尋找共點力與其合力的關(guān)系，最終發(fā)現(xiàn)結(jié)論。本設(shè)計通過分小組探究、互相交流的形式進行教學，學生在探究過程中不僅掌握了課本知識，培養(yǎng)了科學探究能力，并從中領(lǐng)悟科學研究的精髓。

2）目標分析

在以往的教學中，實驗結(jié)論的教學往往只是結(jié)論知識的傳授，學生被動地接受，很難從多方面培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)。為了體現(xiàn)新課程所倡導的“以人為本”，本設(shè)計采取以學生為主體，以問題為中心，以教師為引導，以小組的合作為主要方式，讓學生進行簡單的實驗設(shè)計，親身體驗科學實驗探究的過程。通過翻轉(zhuǎn)課堂教學模式，要求學生課前自學思考，課中探究學習，培養(yǎng)學生的自學能力和共同協(xié)作、相互交流的良好品質(zhì)；使學生養(yǎng)成善于觀察現(xiàn)象、大膽提出問題、敢于猜想和假設(shè)的科學修養(yǎng)；提高學生制定計劃、進行簡單的實驗設(shè)計和手腦并用的實踐能力；使學生體會實驗在科學探究中的重要性，增強學生的探索意識。通過實驗應(yīng)達到以下教學目標。

知識與技能

①滲透“等效替代”的物理思想，促使力的平行四邊形定則的發(fā)現(xiàn)與理解。

②從“代數(shù)和”思維到“矢量和”思維的跨越。

③對合力與分力間“等效替代”關(guān)系的理解與運用。

過程與方法

①能夠通過實驗演示歸納出互成角度的兩個共點力的合成遵循平行四邊形定則。

②培養(yǎng)學生的動手操作能力、物理思維能力、協(xié)作能力、創(chuàng)新思維能力、表達能力。

③培養(yǎng)學生設(shè)計實驗、觀察實驗現(xiàn)象、探索規(guī)律、歸納總結(jié)研究問題的方法的能力。

情感、態(tài)度與價值觀

①培養(yǎng)學生熱愛生活、實事求是的科學態(tài)度，激發(fā)學生探索與創(chuàng)新的意識。

②培養(yǎng)學生合作、交流、互助的精神。

1.2 翻轉(zhuǎn)課堂教學設(shè)計過程

教學過程設(shè)計依照中學物理實驗翻轉(zhuǎn)課堂的過程進行，遵循課前學習資源準備、課前學生自主學習、課堂交流互動與課后反饋評價4個階段。

1）教師課前資料準備

教師在課前制作翻轉(zhuǎn)課堂支撐系統(tǒng)的學習資源包。

首先，制定實驗教學計劃，根據(jù)教學內(nèi)容和重難點錄制微課視頻。

微課的設(shè)計可采取兩種方式，一種是依據(jù)實驗的流程，分別制作實驗原理、實驗操作、數(shù)據(jù)處理等小視頻，另一種是對實驗中的重難點單獨進行視頻制作。為了確保學生的注意力不分散，每個視頻時間不宜過長，最好控制在10分鐘之內(nèi)，并且一個視頻只針對一個教學內(nèi)容，教師視頻授課語言要生動富有感染力。

筆者在“探究求合力的方法”實驗中，一共拍攝了5個微視頻。安排如下：

實驗器材和原理介紹1個；

實驗操作1個；

作圖探究1個；

實驗注意事項1個；

預習針對性訓練1個。

其中，實驗器材和原理、注意事項和針對性測試用PowerPoint制作而成，實驗操作和作圖探究為攝像機拍攝而成。

其次，為了讓學生在學習時有系統(tǒng)性，教師在制作翻轉(zhuǎn)課堂學習資料包時需要布置學習任務(wù)。學習任務(wù)將學習資源、環(huán)境和任務(wù)按照教師設(shè)計的流程組織起來，內(nèi)容如下：

任務(wù)1：目標導入，要求學生觀看視頻，知道實驗器材和實驗原理。

任務(wù)2：問題猜想，力的合成遵守什么原則。

任務(wù)3：演示實驗，播放教師錄制的微視頻，學習實驗過程，并通過對實驗數(shù)據(jù)的作圖處理，驗證學生猜想結(jié)果的正確性。

任務(wù)4：修正實驗過程，通過實驗注意事項提醒學生在動手實驗時要注意的點。

任務(wù)5：虛擬實驗，學生在虛擬的實驗環(huán)境中動手實驗。

任務(wù)6：針對性的預習測試。

當教師把學習資料包中的內(nèi)容準備好之后，打包并上傳至服務(wù)器，學生可在電腦上下載資料進行學習。

2）學生課前自主學習

學生從網(wǎng)絡(luò)下載資料后，按照學習任務(wù)的內(nèi)容進行學習，同時學生可以進入交流空間和老師及其他同學討論交流在學習中碰到的疑惑。

學生學習完畢，將對自己的學習做自我評價（評價項目如表1所示），系統(tǒng)也將自動保存學生在虛擬實驗操作過程中的錯誤和問題，以便教師及時掌握學生的學習程度。

表1 實驗前自我評價表

3）師生課中交流互動

在課堂上，學生們進行真實的動手實驗。教師首先需要交代實驗注意事項和本課堂的安排等內(nèi)容，學生直接進行實驗。

通過課前的學習，學生已經(jīng)基本掌握本次實驗的內(nèi)容和操作過程，并帶著自己學習和練習的結(jié)果以及學習過程中遇到的一些問題進行實驗。在實驗操作中，學生直接按照自己的虛擬實驗流程進行真實實驗，觀察真實的實驗現(xiàn)象。該模式極大地提高了學生動手實驗的動機和效率，加深了學生的印象，同時也大大節(jié)省了實驗知識學習和實驗準備的時間，讓學生更專注于對實驗操作過程和實驗結(jié)果的討論探究。

由于本實驗的偶然和系統(tǒng)所帶來的誤差，教師在一邊指導的同時也應(yīng)密切關(guān)注學生在動手操作實驗時的一些細節(jié)，同時個別問題可以個別解決，并引導學生積極思考，提出更好的實驗方案，并進行實驗驗證。等待大家實驗完畢，教師可以組織學生討論在課前學習中一些有代表性的問題與實際操作中新增的問題，解決大家的疑問。

4）教師課后反饋評價

翻轉(zhuǎn)課堂涉及了學生的自主學習能力、時間管理能力和合作交流能力，因此，傳統(tǒng)的筆試評價已不能滿足其完整的評價功能?？茖W的評價系統(tǒng)是實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂優(yōu)勢的重要保障，通過評價使學生在課程學習過程中不斷地體驗進步與成功，認識自我，建立信心。教師同時也在反饋信息中，對自己的教學行為進行反思和調(diào)整，促進教學能力的提高。

2 實施翻轉(zhuǎn)課堂必須關(guān)注的幾個問題

翻轉(zhuǎn)課堂看似簡單，但在教學實施中存在不確定因素，如果實施不當，很難達到預期的教學效果。為此，在教學過程中需關(guān)注以下問題。

2.1 教師角色的變化

翻轉(zhuǎn)課堂更強調(diào)師生間、學生間的互動和個性化的指導。教師要善于把握學生的思維動向，利用正式或非正式的評價，讓學生發(fā)現(xiàn)自己的進步，幫助學生認識自我，發(fā)現(xiàn)潛能，以期待更大的發(fā)展。這就需要對教師角色進行重新定位。

從師生關(guān)系上，教師從知識傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W習促進者和引路人。教師應(yīng)把主要精力放在檢查學生對知識的掌握程度上，及時對學生的學習做出一個有指導性的評價。通過建立師生交流平臺等方式把教學重心放在如何促進學生學習，成為學生學習的激發(fā)者、輔導者、能力及個性的培養(yǎng)者。

從教學與研究的關(guān)系來看，教師不僅是教學者，更是研究者。教師在教學過程中要以研究者的心態(tài)置身于教學情境之中，以研究者的眼光審視和分析教學理論與教學實踐中的各種問題，對自身的行為進行反思，對出現(xiàn)的問題進行探究，對積累的經(jīng)驗進行總結(jié)。如案例中教師應(yīng)考慮如何從學生容易理解的角度制作與處理微視頻，如何處理教與學的矛盾沖突，如何創(chuàng)設(shè)出適合本校學生的鄉(xiāng)土化實驗環(huán)境，如何進行學生個體化學習過程及結(jié)果評價等。

2.2 學生自學能力的提高

在實踐中發(fā)現(xiàn)，不少人認為翻轉(zhuǎn)課堂就是在課前觀看視頻，缺乏學生的獨立思考。其主要原因是學生缺少自主學習的能力和較強的學習熱情。因此，在實驗緒論課前應(yīng)向?qū)W生強調(diào)，實驗課的重心是進行實驗探究，每個人都要有責任心去發(fā)展自己已有的知識，而不是做知識的被動接受者。這就需要教師引導學生自學時應(yīng)注意以下幾點。

自學前，教師首先要明確提出學習目標，要學什么？怎么學？要解決什么問題？教師可以設(shè)置自學提綱，并在自學的各階段適時點撥暗示，讓學生帶著任務(wù)自學，并記錄各自的問題，做好筆記。

自學時，教師可以組織學習小組，培養(yǎng)學生的合作能力。學習小組由教師根據(jù)學生的學習程度和性格差異進行合理搭配，人數(shù)一般6人左右。小組合作學習中，學生可以討論、交流碰到的問題，期間教師要隨時了解掌握各組的信息動態(tài)，需要及時幫助、點撥、指導，使得特殊問題在小組內(nèi)及時解決，而帶有普遍性的問題匯總后，可帶到實驗課堂上進行解決。

上課時，教師組織學生實驗階段，讓學生帶著問題進實驗室。每次實驗，每位學生都帶著問題進行操作，力求從中找到答案，但實驗受到學生個體差異、環(huán)境等影響，會出現(xiàn)不同的差異，這就需要教師指導小組對實驗過程及結(jié)果進行探討和研究，使學生達成共識，并解決課前遺留的問題。根據(jù)學生的理解與掌握情況，進行必要的進一步拓展和延伸，讓學生對這一實驗知識的理解更上一層樓。學生通過這一實驗環(huán)節(jié)做到知其然，知其所以然，知其所盡然。

2.3 課堂教學的重新組織

因?qū)W生在課前主要利用微課進行碎片化學習，知識較為零散，非常有必要對知識進行梳理，理順知識點之間的關(guān)系。教師通過查看學生課前上交的自學筆記，展示具有示范作用的筆記供學生瀏覽學習，組織學生談自學收獲和疑問的同時，板書梳理本節(jié)課的知識框架，然后展示學生具有代表性的疑問和自測題進行反饋，將問題按照知識點歸類。

此環(huán)節(jié)是為了對翻轉(zhuǎn)課堂的自學階段進行有效的反饋，分清楚哪些知識點學生已經(jīng)掌握，哪些還存在問題。這就需要教師花較多的時間和精力對實驗課堂教學重新進行組織、改革創(chuàng)新，在提高課堂效率的基礎(chǔ)上，開發(fā)一些可以提供學生進一步探究的拓展性實驗。

3 結(jié)束語

中學物理實驗的翻轉(zhuǎn)課堂教學模式是一種更高效，給學生更多自主空間的教學模式，滿足了大多學生的個性化學習的需求。翻轉(zhuǎn)課堂讓學生在課堂上的實驗探究時間得到了保證，教學效果良好。

當然，該模式在實際操作中存在著一些不確定的因素，教師應(yīng)在實踐中不斷地進行總結(jié)、改善和創(chuàng)新，學生也應(yīng)在開放式的學習環(huán)境中積極培養(yǎng)自主學習的能力和自我調(diào)控的能力。

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（欄目編輯 李富強）