翻轉課堂在力學課程中的嘗試與探究

劉燕 王斌

[摘 要] 力學是物理學本科專業的基本理論知識體系中的第一個知識領域，即機械運動現象與規律。在學習過程中，由于課時限制，學生無法在課堂內完全掌握教學內容，對于實驗部分而言，實驗教學很難形成完整、系統的學習鏈;因此，將翻轉課堂模式應用于力學教學，既有利于學生提前預習，又有利于師生互動交流，同時能夠充分培養學生學習的積極性和主動性，促進學生學習效率的大幅度提高。

[關鍵詞] 翻轉課堂;力學課程;教學嘗試;教學開發

[基金項目] 2017年度西華師范大學教改項目“力學的‘第二課堂教學模式探索”（Xjjgxh20177241）

[作者簡介] 劉 燕（1982—），女，四川新都人，碩士，講師，主要從事力學教學工作及非線性動力學與控制方面的研究;王 斌（1996—），男，湖南湘潭人，西華師范大學物理與空間科學學院2015級物理學本科生，研究方向為學科教學。

[中圖分類號] G642.3 ? ?[文獻標識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）36-0246-03 ? ?[收稿日期] 2020-04-02

物理學本科專業的理論知識體系包括七個知識領域，其中力學是第一個知識領域，即機械運動現象與規律。而大學開設的第一組基礎物理實驗就是力學實驗，它既是大學物理教學的開端，又是后續實驗課程的基礎，它有利于加深學生對物理規律的認識，培養學生的基本實驗技能;讓學生掌握基本的實驗方法，養成良好的實驗習慣，培養初步的科學素養。目前傳統的教學模式主要從預習、課堂教學、復習、作業練習、考試等關鍵環節進行，但是有些環節存在一些瑕疵。例如：由于課時限制，教師大部分時間充當“主角”，而學生的“舞臺”時間置于末尾。同時，對于實驗部分而言，實驗教學又很難形成完整、系統的學習鏈。首先，學生依靠書本描述，很難開展實驗預習、復習和操作訓練，熱學實驗教學示范中心每年承接大量學生實驗，時數巨大的教學任務影響了實驗預習考核及評判、考試，尤其是動手操作考試，造成考試評判標準不具客觀性和唯一性，同時存在憑印象打分、成績因教師而異的現象，這樣的考試嚴重影響學生的積極性。

翻轉課堂即將課堂內外的時間進行調整，把學習的決定權從教師轉移給學生。在翻轉課堂模式下，學生能夠最大程度發揮主動性，并與教師、同學共同研究解決疑難問題，從而獲得更深層次的理解。教師占用課堂的時間由傳統模式下的整節課轉變為10分鐘左右，尤其強調學生在課前完成自主學習。學生可以通過教學視頻、聽播客、閱讀電子書，在網絡上與別的同學討論，查閱需要的材料進行學習。在課后，學生自主復習整理，及時向教師進行課堂反饋;教師則采用講授法和協作法來滿足學生的需要以及促成他們的個性化學習，其目標是為了讓學生通過實踐獲得更真實的學習。

將翻轉課堂運用于力學課程教學，既有利于學生提前預習，又有利于師生互動交流;既有利于將大部分“舞臺”時間交還給學生，又有利于教師在大眾教學的模式下對學生進行特色最大化、優勢最大化的教育教學。

一、力學課程翻轉課堂設計方案

（一）課前準備及課前自主學習

1.根據物理學專業人才培養模式，將力學課程分成幾大模塊。模塊1：物理學和力學基本知識點;模塊2：質點運動學;模塊3：動量、牛頓運動定律、動量守恒定律;模塊4：動能和勢能;模塊5：角動量;模塊6：萬有引力定律;模塊7：剛體力學;模塊8：振動;模塊9：波動和聲。

2.對應相關實驗如下：長度測量;固體和液體的密度測定;重力加速度的測定（單擺法）;在氣墊導軌上測量速度和加速度;牛頓第二定律的驗證;諧振動的研究;轉動慣量和切變模量的測量;扭擺法測定剛體轉動慣量;楊氏彈性模量的測量;弦線振動的研究;復擺。

3.根據模塊知識制作視頻、PPT、相關教程資料等提供給學生，通過互聯網給學生布置課前預習任務，供學生完成課前預習。同時，根據每一個模塊的內容和知識點提前在互聯網上設置3～5個題目，大約10～15分鐘時間完成，學生完成后及時交給老師，老師可以根據學生完成具體時間點、時間長度和正確率等分析學生對知識點的掌握情況，根據知識點的掌握程度調整上課討論內容，提高上課時間的有效利用率。學生在完成測試題后，設置測試疑問專欄，讓學生總結自己對該知識點課前的疑惑，標注疑問知識點，在課堂上教師進行全面解答。

（二）課中學習

1.課堂上教師把上課主動權交給學生，讓學生以小組討論的形式完成知識探究，同時要求老師加入課程討論，并對學生進行有效指導。

2.經過課前知識傳遞，學生已基本掌握知識要點，教師即可充分利用課堂時間與學生進行課堂探討。在課上，教師已根據疑問專欄與課前測評創建針對性問題，以小組形式對教師提出的問題或者小組想解答的課前測評遺留問題開展課堂討論。經過小組共同探究問題、解決問題，實現探究性學習，使課堂真正做到“以學生為主體，以教師為主導”，實現教育目的。在課堂最后10分鐘進行教學效果測評，以達到課堂教學目的。根據檢測結果，教師對翻轉課堂及時進行調整與改進，為下次課做好充分準備。

3.為促進教學更加先進化、高效性，教師采取融入TPACK（整合技術的學科教學知識）理念的翻轉課堂教學模式，即以技術為手段，顛倒知識內化和知識教授順序，實現信息技術與課堂的結合。TPACK理念更加有助于翻轉課堂的進行。

（三）課后復習和總結

1.根據學生在知識點方面掌握的實際出相關練習題，由學生完成，通過學生完成具體時間、時間長度和正確率等分析學生對相關知識點的掌握情況。

2.如果課前是初步認知學習，課中是有效掌握學習，那么課后就是對知識進行鞏固和內化學習。在翻轉課堂的教學模式中，教師可以嘗試采取學生自我總結的方式，從學生獲取知識程度得到課堂反饋。比如在掌握一定教學制作技能后，學生根據學習內容制作相應的課件。在制作過程中，學生可以借助網絡平臺和教師進行交流，教師也可以借此為學生進行輔導。這不僅解決了傳統教學的限制，也使教師能得到及時反饋，同時促進師生關系的良好發展。另外，在課后任務完成后，學生可以將制作成果通過教學平臺進行上傳，教師通過該平臺進行歸納總結，并了解學生潛在的問題，改進教學方案。

二、翻轉課堂在力學課程中的應用

以周衍柏版本《理論力學》中第一章第四節的“牛頓第三定律”為例，對傳統教學與翻轉課堂教學模式進行對比。

（一）傳統課堂

1.課前根據教材自主預習。

2.課中。

（1）情景導入。結合科幻圖片，展示宇宙飛船起飛情況，播放第14屆國際泳聯世界游泳錦標賽選手蛙泳與自由泳過程片段。通過以上活動向學生提問：為什么火箭能夠被發射，選手通過游泳能夠前進？

（2）新課教學。教師根據學生出現的誤區進行糾正，并帶著學生的疑問進入新課。教師配合多媒體課件展示視頻：錦標賽蛙泳選手腳部運動簡構圖、嫦娥四號探月從地球起步過程。教師向學生提問，讓學生進行討論，分析出作用力與反作用力的含義，即一個物體a對另一個物體b施加一個作用力，同時，物體b也會對物體a施加一個反作用力。接下來，教師讓學生分組進行探究性實驗，找出作用力與反作用力大小關系。學生利用彈簧測力計做相互連線對拉以及松開的實驗，觀察兩個彈簧測力計的示數大小，對作用力與反作用力大小進行比較、總結;再讓學生緩慢松開彈簧，觀察得出作用力與反作用力具備同時性。接下來觀看幻燈片給出的案例：自由泳運動員的腳步動作與蛙泳運動員的腳部運動過程。教師邊提問邊交流，分析總結得出：作用力與反作用力的反向性，并以板書形式畫出示意圖，體現作用力與反作用力在一條直線上。最后進入互動環節，每兩位同學為一組，進行伸掌對推，并向學生提問：在一個小組中，感覺到推力的是一人還是兩個人？教師結合學生的探討與交流，讓學生得出結論：作用力與反作用力作用在兩個互相作用的不同物體上。

（3）牛頓第三定律。在分析以上“三要素”條件之后，教師邀請一位同學進行作用力與反作用力的總結，并根據學生的回答情況進行總結，引導出本節課的核心牛頓第三定律。

（4）作用力與反作用力跟平衡力的區別。聯系本章節前面所學的平衡力，以桌面上的水杯為例，討論平衡力與作用力反作用的區別。教師再對照表格向學生呈現各個力之間的異同，相同點為大小相等，不同點為方向相反、同一直線上前者作用在兩個物體上，具備同種性質、同時性，但不可求合力，作用效果不可抵消;后者作用在一個物體上，而是否同時、是否同種性質具有不確定性，合力為零，作用效果相互抵消。教師對本堂課進行總結，歸納本節課的重點、難點，進行課后習題布置。

3.課后學生自主復習，按時完成課后作業。

（二）翻轉課堂

1.課前。

（1）學生根據教師下發的教學視頻，用時15～20分鐘進行如下學習：觀看“長征三號丙”運載火箭的發射過程，觀看第14屆國際泳聯世界游泳錦標賽選手蛙泳與自由泳過程。通過以上活動向學生提問：為什么會出現幾種與作用力和反作用力有關的現象？感知作用力與反作用力在科技時代中的表現，嘗試再自行列舉給了作用力就可以得到反作用力的效果。

（2）以的蛙泳運動員為例分析作用力與反作用力：一個物體a對另一個物體b施加一個作用力，同時物體b也會對物體a施加一個反作用力。

（3）揭示作用力與反作用的關系。利用彈簧測力計相互連線對拉以及松開的實驗，總結出作用力和反作用力的大小，具備可等性、同時性。邀請學生進行氫氣球漏氣模擬，觀察球口底部水面波動情況，從中總結作用力與反作用力的方向具備反向性且在一條直線上。以自由泳運動員為例，總結出作用力與反作用力作用在兩個物體上。

（4）概括總結牛頓第三定律。在兩個物體之間，其作用力與反作用力具有大小可等性、反向性、作用在同一直線上。

（5）將教案設計的3～5個課后練習題穿插于視頻中，讓學生進行受力分析與完成受力示意圖。

2.課中。

（1）學生分組實驗。用兩個彈簧測力計對拉，觀察彈簧測力計示數的大小，以及各個分段時間內兩個彈簧示數的大小變化，表示出作用力與反作用力的關系。

（2）師生互動環節。教師以3個學生為示范，其中2個學生分別用相等的力氣在左右兩側拉中間的同學，中間位置的同學未有大幅度晃動。教師引導學生進行小組討論，分析3個同學受到的力，哪些是作用力與反作用力，哪些是平衡力，作用點如何，總結平衡力與本節知識的異同之處。

（3）學生分組進行交流，回顧本節課所學的知識，各組分派代表進行總結。不同小組之間進行互補、交流。

3.課后。自主整理課堂筆記，向教師提出課堂反饋。

（三）小結

對比兩種教學模式，翻轉課堂將傳統課堂的新課基本知識部分排放于課前，為課堂中介紹本節課的重點、難點以及掌握目標增加了更多時間，彌補了傳統課堂存在的時間不足、教師拖堂的不足。此外，傳統課堂基本為“教師傳達、學生接受”的教學模式，而翻轉課堂將“學生主角”與“教師編導”充分結合，既達到了教學目標，也培養了學生的主觀能動性，開拓了學生的思維發散空間。

三、結論

在力學課程方面，翻轉課堂教學模式實現了網絡授課，網上遞交批改作業、成績管理、智能統計，微課等;在實驗部分實現了實驗教學排課、學生自主選課、遞交批改實驗報告、成績管理、智能統計等功能，豐富了教學輔助手段，細化了各項管理，進一步提高了實驗教學的開放性和交互性。翻轉課堂教學模式對學生而言，學生從被動變為主動為主，極大地提高自學能力，課堂氣氛從沉悶場面轉變為小組討論模式的活躍場面，加強了學生獲取知識的途徑。對教師而言，教師從傳授者變成引導者、教學活動的組織者，成為導師型的教師。因此，翻轉課堂教學模式在力學課程教學過程中的使用是非常有意義的。

參考文獻

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