基于改進的翻轉課堂教學法的大學物理實驗教學研究

孫江 郭冰 王豐

摘 ?要 針對制約能力培養的講授式教學法，將改進的翻轉課堂教學法用于大學物理實驗教學。改進的翻轉課堂教學法在翻轉課堂教學法的基礎上，對課前自學環節和實驗室形式兩個方面進行改進。在分析實施可行性后，構建基于改進的翻轉課堂教學法的大學物理實驗教學模型，選取聲速測量這一綜合實驗設計教學案例，并與傳統教學法教學效果進行比較，學生能力培養得到有效改進。

關鍵詞 翻轉課堂;教學法;大學物理實驗;網絡課程;實驗室;教學模型;深度學習

中圖分類號：G642.423 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）18-0115-04

Research on Teaching of College Physics Experiment based on Improved Flipped Classroom Teaching Method//SUN Jiang， GUO

Bing， WANG Feng

Abstract According to pedagogy of restricting ability cultivation， the

improved flipped classroom teaching method is used to the teaching of college physics experiment. Based on the flipped classroom tea-

ching method， two aspects of pre-class self-study session and lab for-

mat are improved in the improved flipped classroom teaching method.

After analyzing the feasibility of implementation， the teaching model

of college physics experiment based on the improved flipped class-room teaching method is built. The teaching cases is designed by

using sound velocity measurement that is a comprehensive experi-ment. Compared with the teaching effect of the traditional teaching method， ability cultivation has been improved effectively.

Key words flipped classroom; teaching method; college physics experiment; network course; laboratory; teaching model; deep lear-ning

1 引言

大學物理實驗是高等院校教育中一門基礎的實踐課程，既具備基礎實驗課程的特點，也突出未來崗位的需求。課程涉及的知識及方法體現了客觀世界及科學研究的普遍性規律，同時是其他專業課程實踐研究的基礎。作為實踐課程的開端，通過該課程的授課，引領學生探索、認知復雜世界的客觀規律，掌握科學研究的基本手段，培養學生多方面的綜合能力。其綜合能力主要體現在“2+3”個方面，其中，“2”是未來崗位需要的兩個核心基本能力，即自主學習能力和思維能力;“3”體現了動手能力、創新能力和合作能力。以兩個核心能力為牽引，帶動三個方面能力同時發展。

目前，大學物理實驗課程通常分為演示實驗、基本實驗、綜合實驗和設計實驗等。不同類型實驗項目授課形式仍然以講授式為主，教師在講解完實驗目的、原理、儀器、內容等方面后由學生進行實操，或結合實驗特點，采用邊講邊做的形式。但這些授課形式問題也很明顯：學生沒有自主研究的空間，學生結合教師講解的原理、內容直接進行實驗;學生自主實操時間變短，教師的講解占用一部分課堂時間;師生沒有相互討論，以便學生深入學習實驗思想和本質;缺少合作，學生實操過程相對獨立。針對這些問題，物理實驗教學不斷進行改革[1-3]。本文嘗試利用改進的翻轉課堂教學法進行綜合、設計類實驗項目的授課，以便尋求更好的教學效果。

2 改進的翻轉課堂教學法及實施的可行性

翻轉課堂教學法 ?翻轉課堂譯自“Flipped Classroom”

或“Inverted Classroom”，也可以譯為顛倒課堂，是指重新建構學習的流程，即將課堂內外的安排進行重新調整，傳統的信息傳遞時間由課堂內教師的講解調整到課前學生進行自學，而學生對信息的吸收內化由課后調整至課堂中進行。

翻轉課堂式教學法的優勢包括：學生自主學習時間更加充足，空間更加靈活，便于進行深度學習，有利于自主學習能力和學習興趣的培養;課堂效率更高，教師針對學生的問題進行有針對性的講解，學生學習效率進一步提高;增加談論環節，便于學生深入理解實驗思想和本質。

改進的翻轉課堂教學法 ?鑒于翻轉課堂的優勢[4-10]，結合實驗課程的教學特點，本文采用改進的翻轉課堂教學法。改進主要體現在課前自學環節和實驗室形式兩個方面。

課前自學環節方面，通常的翻轉課堂中的課前自學環節主要是通過觀看教學視頻、閱讀電子資料等途徑實現的。目前，網絡課程發展迅速，實驗課程也有相應的網絡教學視頻作為教學的輔助手段，如通過視頻演示實驗的流程，通過虛擬現實技術模擬實驗的操作等。這些網絡課程打破了實驗空間、時間和器材的限制，提高了資源的利用率，但也有其弊端，即省略了學生動手自主研究、自主實操的探索過程，并不利于思維、動手、創新、協作這幾個方面能力的培養。針對綜合、設計實驗，學生有條件進入實驗室進行實操的情況下，課前的學習環節不設置網絡課程，不直接學習實操過程，而是要求學生通過利用計算機網絡或圖書館查閱參考資料等形式進行相關知識的自主研究，撰寫研究報告并上傳至授課教師，說明研究中存在的問題。

實驗室形式方面，翻轉課堂的實體授課中，實驗室的形式采用創新的主動學習實驗室設計，桌椅的擺放，計算機、投影儀、錄像機的設置，都更加注重學生的主體地位，也更有利于學習效率的提高。

學生學情分析 ?綜合實驗項目在基本、演示實驗項目之后開設，學生通過基本實驗項目的學習，已經掌握了物理實驗所需的基礎知識及常用方法，具備了利用改進翻轉課堂自主深入研究綜合實驗的基礎。具體情況如下：

1）課程開始時首先進行了緒論課的學習，學生掌握了物理實驗所需的基礎知識，包括誤差、有效數字、不確定度及數據處理的常用方法等;

2）通過演示實驗的學習，學生對物理實驗有了初步了解，對物理現象和客觀規律有了直觀認識，對大學物理實驗課程的學習建立了一定的興趣;

3）通過基本實驗的學習，學生對物理實驗有了一定深度的了解，學習和掌握了基本的實驗方法和常見物理量的測量方法，熟悉了物理實驗的基本要求和流程，明確了實驗報告的撰寫要求，具備了自主研究、探討綜合實驗的基礎。

3 基于改進的翻轉課堂教學法的大學物理實驗教學模型構建

利用改進的翻轉課堂教學法對大學物理實驗課堂教學模型進行構建，具體包括三個環節：課前環節、課中環節、課后環節。

課前環節 ?首先對學生進行分組，合理搭配學生，形成優勢互補。如將理論知識扎實與動手能力突出的學生分為一組，進而培養學生的協作能力，提高教學效率。

教師利用網絡平臺發布實驗項目內容及具體要求。學生利用課前課余時間通過計算機網絡平臺或圖書館等途徑對實驗的相關內容進行提前學習，以便課堂上提供大量自主實操及解疑的時間，這有利于培養學生自主學習的能力。

學生可以通過網絡平臺與教師進行交流，并撰寫研究報告上傳網絡平臺;教師通過平臺查看每名學生撰寫的研究報告，并整理學生遇到的問題。研究報告內容包括預習過程中遇到的問題、自己的思考及查閱的參考資料，目的在于反映預習難點，體現查閱資料的情況，對學生課前學習起到一定的督促作用，便于了解掌握該實驗項目哪些內容是學生的難點。

課中環節 ?課堂中，教師首先進行抽測，檢查課前學習情況，計入學生平時成績;而后對學生課前學習情況進行反饋，解答學生課前學習中遇到的重點問題，便于其后續的實操。實操前強調實驗注意事項，而后進行分組實驗。不提前講解實驗原理，給予學生充足的自主研究空間，培養自主學習能力。

基于自主學習理念[11-13]，對實驗室布局進行改進，如圖1所示，創新地將實驗室形式布局成主動學習式實驗室，即可移動的講臺，便于教師在實驗室任何位置進行講課，以及與學生進行互動;可移動的桌椅，便于學生自由組合進行實驗。實驗室中安置一臺可移動的錄像機，并連接投影儀，可以將各個實驗桌畫面實時投影至大屏幕，便于教師與學生之間互動教學，也便于不同組學生之間交流與學習。實驗室四周都安置投影屏幕，教師的課件和錄像機的影像可以投影至實驗室的四個方向，便于不同位置的學生從不同角度進行觀看。

實驗結束后，每組選代表進行發言交流，鍛煉學生的表達能力，活躍課堂氣氛，便于教師更有針對性地解答問題，提高教學效率。教師講解學生實驗中操作錯誤的地方，從總體上總結實驗思路，深入講解實驗原理;給學生修正實驗的時間，便于學生對知識的深層理解。

課后環節 ?學生完成課后實驗報告的撰寫，回顧和理解實驗內容。通過分析學生學習情況，教師給予學生一個多方面、多維度的綜合評價，較科學地反映學生的綜合學習能力[14-15]。

針對一個綜合實驗項目，學生具體的學習流程如圖2所示。

4 教學設計案例

按照構建的基于改進的翻轉課堂教學法的大學物理實驗教學模型，選取聲速測量這一綜合實驗項目，設計一個教學案例。

教學目標設置 ?本次教學設計案例所選取的綜合實驗，可以從知識、能力、態度三個維度設置教學目標。

知識層面，了解超聲波的實際應用，掌握在介質中的兩個傳播特性，即傳播速度、多普勒效應。

能力層面，該綜合實驗利用多種方法測量超聲波傳播速度，使學生對聲速測量方法有一個系統的認識和學習。結合選取的教學方法，引導學生自主研究這一相對復雜的綜合問題，達到培養綜合能力的目標。

態度層面，通過給予學生充足的自主研究時間，培養學生積極的學習態度;課堂中要求學生進行交流發言，探討實驗過程中遇到的問題，培養嚴謹、求實的科學態度。

教學內容的選取 ?聲速測量實驗項目用于測量超聲波的傳播速度，要求利用駐波法、相位法兩種方法進行測量;了解時差法測量超聲波傳播速度的方法。

教學流程 ?教學流程如表1所示。

教學效果 ?在大一學生中選取兩個平行班進行教學效果比較，其中A班采用本文提出的改進的翻轉課堂教學法進行授課;B班采用傳統的講授式教學法進行授課。兩個班綜合實驗成績分布統計如圖3所示。

A班學習積極性明顯提升，90—100分、80—89分、70—79分、60—69分、60分以下五個分數段分布比例分別為22%、52%、21%、5%、0%，B班相應分數段分布比例分別為12%、45%、32%、7%、4%。A班90分以上高分段學生較B班多出10%。A班平均分為86.91分，B班平均分為81.49分，A班比B班高出5.42分，教學效果明顯改善。

5 結語

大學物理實驗課程中綜合實驗的學習是能力提高的階段，需要充分尊重學生的主體地位。

引導學生深度學習 ?深度學習有兩方面的優勢：一是有利于培養學生的自主學習能力;二是有利于提高學生學習的興趣。課堂時間是有限的，這就需要充分利用課余時間特別是課前時間。提前布置學習內容，圍繞相關問題，不能簡單翻看教材，而是通過查閱大量資料，對知識進行深入研究與思考，達到深度學習的目的。課堂中，結合問題進行有針對性的指導，提高教學效率。

注重實驗項目之間的聯系與區別 ?傳統的實驗教學以實驗的難易程度進行劃分，忽視了項目之間的聯系與比較，這不利于對知識進行系統學習，不利于形成知識體系。故加強實驗項目之間的比較，將同類實驗項目（內容或方法上類似）集中進行教學，幫助學生建立知識體系，提高思維能力。

采用先操作后講解的倒序形式 ?傳統的實驗教學通常采用先講解、后實操的教學順序，這種教學形式不利于學生自主探索。對于綜合實驗，更加強調能力的培養，故采用先操作、后講解的倒序形式，給予學生充足的探索時間，自主進行研究，而后結合學生的操作情況有針對性地進行講解。

分組實操，加強合作 ?實驗時，可以采用分組的形式，充分發揮小組成員之間的協作互助精神。學習成績較好的學生主動帶動成績較差的學生共同進步，提高學習的效率。同時，培養學生合作的能力。

給予小組發言與互動的機會 ?小組之間的發言與互動，可以增進課堂的學習氛圍，同時有助于學習效率的提高。下一步還可以在課前學習內容的布置、交流發言的總結及教學評價等方面進行改進，進一步完善教學方法。

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