物理實驗操作能力培養的新設想——來自翻轉課堂的啟示

管明碩

(華東師范大學物理學系　上海　200241)

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物理實驗操作能力培養的新設想——來自翻轉課堂的啟示

管明碩

(華東師范大學物理學系上海200241)

摘 要：針對大學物理實驗操作能力培養不足的情況，提出借鑒翻轉課堂的優勢，優化物理實驗操作能力培養的方案和原則．在此基礎上進行了相應的教學實踐并總結了學生反饋意見，文章最后探討了研究中還需進一步考量的問題．

關鍵詞：物理實驗操作能力翻轉課堂

1實驗課操作能力培養中存在的問題

物理是一門實驗學科，從能力要求的角度來看，大學物理實驗的完成需要操作能力與分析歸納、綜合應用等能力的共同參與[1]．這其中操作能力總體思維含量較低，在實驗課上不易引起師生重視，然而“工欲善其事，必先利其器”，實驗方案的實現需要依托于基本的實驗操作能力去實現，所以實驗操作能力的培養應得到相應的重視．

實驗儀器操作總體要求思維能力較低，并不意味著實驗儀器的操作學習起來都很簡單，實際實驗中學生會遭遇許多與實驗操作能力有關的困難．通過對我校物理系大一年級隨機抽取的10位同學的訪談，總結到困難主要存在于以下幾個方面：

一是，課前要求學生閱讀課本學習操作規范，二維的圖片展示和文字描述比較抽象，學習效果有限．

二是，實驗開始前講解實驗儀器時，一般都是多個學生圍著一個老師，很多細小位置并不能看清楚老師是如何操作的．

三是，傳統實驗教學將實驗操作能力的培養分散于各個具體的實驗中，某個實驗中需要用到某種新的儀器了，老師會在課前做一下展示．而此時學生的關注點往往在于實驗本身，對儀器缺乏足夠重視導致沒有學到足夠的操作技能，以致實驗思路有了卻在用儀器測量物理量時發生了困難，擾亂了實驗思路．

最后，大一學生在高中時代接觸的實驗儀器都很簡單，進入大學后突然接觸精密儀器，操作能力上有落差．大學物理實驗本身思維難度就比高中大，再加上儀器操作上的困難，更易使學生感到茫然無措．

2翻轉課堂在培養實驗操作能力上的優勢

翻轉課堂是把原本課上需要學習的知識內容錄制成7~12min的powerpoint動態演示課件或視頻，由學生課前自行學習知識內容，而課上則注重學生對于知識的綜合應用．翻轉課堂的優勢首先在于充分利用了新興的多媒體的優勢，課程呈現方式形象生動，可以從視覺、聽覺多重通道刺激無意注意．相比傳統的學生閱讀書本材料學習儀器操作，這種方式更加形象生動．其次，實驗儀器的操作展示錄制成視頻以后，不僅方便學生利用零碎時間學習，還可以克服學生多，教師演示時部分同學看不清，細小部件看不到的情況．最后，學生在實驗前將儀器操作所需要的技能掌握后，在實驗課堂上就可以專注于具體的實驗，不會出現對實驗思路理解不夠清楚、儀器又不會用的雙重困境．

3利用翻轉課堂優化實驗操作能力教學的方案設計

鑒于以上理論分析，大學物理實驗教學中，實驗操作能力的培養可以單獨列出，將一些實驗儀器的原理介紹、使用方法以翻轉課堂的形式放在實驗課前進行學習．借鑒翻轉課堂的優勢，結合實驗教學理論，大學物理實驗操作能力的教學進行改進需從以下幾個方面入手：教學目標、教學手段、教學內容以及教學的流程．

從教學目標上看，應以實驗儀器的原理、實驗儀器的調整方法、實驗儀器的操作規范這3種知識能力的熟練掌握為教學目標．從教學手段上看，實驗教學要與時俱進，與現代化數字設備相結合．課程的呈現方式借鑒翻轉課堂，可以采用錄制視頻、制作3D動畫模型的方式．課程的呈現平臺無需自己搭建，完全可以依托現行學生常用的社交軟件、信息交流平臺，這樣可以降低教學方案實施的成本和工作量．從教學的內容上看，儀器操作需是可以脫離具體實驗外延，而單獨教授的儀器操作，而不是針對于某一實驗，必須依托于某一具體實驗才能學習的特定操作．比如說分光計的使用，它可以在光的反射、折射、偏振等實驗中精確測量角度[3]，這種測量方法不需要掌握光的折射原理就可以學習，教師就可以把分光計的使用以翻轉課堂的形式在具體實驗前先行講授．從整體的實驗流程上看，進行實驗課之前教師應該先行分析實驗中用到的各種實驗儀器，找出可以單獨講解的實驗儀器．然后，制作講解演示課件．之后，將課件上傳到適合的網絡平臺供學生學習，最后收集學生反饋．

4借鑒翻轉課堂進行實驗儀器操作教學的原則

鑒于以上設計，結合翻轉課堂優勢與實驗教學規范，進行實驗儀器操作的教學還應遵循以下3條原則：

一是課件展示時間不能過長，翻轉課堂的精髓之一在于短小精悍，不需要學生的長時間有意注意．長篇累牘會造成學生疲勞，失去翻轉課堂形式本來的優勢；

二是課件制作的畫面應具有簡潔性、操作演示具有規范性，課件的制作，可以制作錄像，也可以利用動畫制作儀器的模型．若是錄制視頻中需要人的操作，盡量只拍入手部，這樣不易分散學生注意，儀器也能看得更清楚；

三是反饋問題要有適時性與延時性．在線反饋首先要提出與儀器操作有關的問題，主要考查學生是否掌握了儀器操作的方法和規范．但這并不是學習的終點，更高層次的能力要求學生能夠靈活運用甚至改進實驗儀器，因而反饋問題還應該提出一些與后續實驗相關的問題和其他擴展型問題，幫助學生拓展思路．

5教學實踐——分光計操作能力的培養及反饋

分光計是大學物理實驗常用的實驗儀器之一，可以測量折射率、波長、色散率、衍射角等多種光學參量．每一屆學生在大一利用分光計進行實驗時，遇到困難也是比較多的．因此在進行“分光計測棱鏡折射率”等實驗之前，筆者選取了分光計的操作教學作為一次實踐．

在本次實踐中，筆者將分光計的原理用PPT和錄屏軟件錄制成動態演示，將操作示范用手機錄制成視頻．操作示范的內容包括分光計的構成，分光計各部件的調節方法，以及二分之一調節法和刻度盤的讀數方法．課件和視頻錄制完成后，筆者將其上傳到提前建好的網盤中，分享給大一即將進行光學專題實驗的9位學生．并且向學生提出反饋問題，例如“利用二分之一調節法調節分光計時，如果發現十字處于分光計叉絲交點的左上方，應如何調節分光計”等問題，幫助學生自檢學習效果．完成了對分光計操作方法的學習后，學生再到實驗室進行“分光計測棱鏡折射率”等實驗．

課后，筆者再次對學生進行訪談．發現7位學生對于這種學習方式所持的態度是積極的，2位同學未做明確表態，沒有同學提出強烈反對．持積極態度的同學認為這種方式切合時代發展，比單純看書生動，提前學習儀器操作后，實驗時思路更清晰．也不會出現課堂上看老師演示看不清楚的情況，有的地方不理解還可以反復觀看．未做明確表態的同學覺得這種方式只是把課本上的內容換了一種形式，無論是看書還是利用翻轉課堂的形式，學習效果的關鍵還是在于學習者本身學習態度是否認真．

6結論與反思

本文針對大學物理實驗中對操作能力重視不足的情況，提出了利用翻轉課堂進行大學物理實驗操作能力培養的方法，并給出了相應的原則和實踐，大部分學生對于這種改進做出了積極的評價．但目前對翻轉課堂的這種利用，還處于探索階段，視頻展示資料的制作等工作量都十分巨大．這種投入和產出是否成正相關還需考據．參與本次研究的學生是初次接觸這種實驗教學方式，難免因新鮮感對這種教學方式作出積極回應．如果以后這種教學方式普遍起來，學生失去了新鮮感，這種實驗教學方式是否還能得到較多的積極反饋，也是需要考量的方面．筆者根據其他領域和學科的相關實踐得到的良好反饋，提出這個改進方案，但在大學物理實驗學科是否也能夠取得同樣成功，還需進一步的調研實驗．

參 考 文 獻

1陶洪.物理實驗論.南寧：廣西教育出版社，1996.72~119

2Moran,K.andA.Milsom.TheFlippedClassroominCounselorEducation.CounselorEducationandSupervision,2015,54(1): 32~43

3馬葭生,宦強.大學物理實驗.上海：華東師范大學出版社,2009.137~139

New Idea on Training Physics Experiment Operation Ability——Enlightenment from the flipped classroom

Guan Mingshuo

(Depcrtment of Physics,East China Normal University，Shanghai200241)

Abstract:Due to the insufficient cultivation of physics experiment operational capability, in this paper, the author proposed that how to use the advantage of flipped classroom to optimize students’ physics experiment operational capability.The author also presented some corresponding teaching principles and several issues that need further consideration.

Key words:physics experiment; operational capability; flipped classroom

(收稿日期：2015-09-23)