翻轉課堂與現場實踐結合的大學物理實驗教學模式探索
——以近代物理實驗“光電效應法測普朗克常數”為例＊

肖鄭穎，林金忠，李陽娟

（莆田學院工程實訓中心，福建 莆田351100）

隨著近年來信息技術的日新月異，“翻轉課堂”作為一種新的教學模式沖擊著傳統課堂教學模式。學生對知識的掌握包括兩個階段：信息傳遞和吸收內化。傳統課堂擔負著信息傳遞的首要任務，教師課堂講授，學生接受知識，課后學生通過作業習題完成吸收內化，從而完成教與學。而翻轉課堂則是在信息技術幫助下，學生課前通過視頻等形式，課前自學完成信息傳遞過程，課堂則成為討論、互動、協作探究、答疑的場所，完成吸收內化。

大學物理實驗是理工科學生在本科階段實踐課程的開端，擔負著培養學生基本實驗操作技能、基本數據分析和處理能力的重要任務。傳統的大學物理實驗課堂一般是教師先對實驗原理、步驟、注意事項、數據處理方法等進行講解，余下時間由學生進行實踐操作。翻轉課堂則將講解部分提前到課前預習部分完成，學生觀看視頻并完成在線考核后進入實驗室，課堂討論以學生為主，通過師生互動的形式進行實驗拓展，討論完成后進行實踐操作。

本文通過大學物理實驗中具體的教學實例，探索翻轉課堂與現場實踐相結合的教學模式，比較傳統課堂和翻轉課堂在教學過程中的差異，尋求更好激發學生學習興趣、促進思考、培養動手能力和創新能力的有效途徑。

1 新模式下“光電效應法測普朗克常數”教學實例

1.1 設計整體思路

光電效應法測普朗克常數實驗是大學物理實驗中近代物理實驗的內容，實驗在愛因斯坦著名的光電效應方程的基礎上，幫助學生建立光量子的概念，在對光電流特性理解的基礎上，測量出不同單色光的截止電壓，進一步求出普朗克常數。學生通過驗證愛因斯坦的光電效應方程，了解光電效應的內在規律，對光的量子性有了形象的理解和認識，同時掌握圖解法求得物理量的數據處理方法。學生在掌握實驗原理，了解實驗儀器的基礎上，建立待測物理量與儀器測量量之間的聯系，最終通過合適的數據處理方法獲得實驗結果，有效地培養學生的科學素養。

1.2 實施步驟

實施步驟如表1 所示。

表1 物理實驗翻轉課堂教學模式的實施步驟

1.2.1 課前準備

1.2.1.1 線上課程準備

在授課前，教師需要將“光電效應法測普朗克常數”的教學視頻錄制好，并放上學習平臺。光電效應法測量普朗克常數實驗操作并不復雜，難點在于對愛因斯坦光電效應方程的理解，了解光電流、截止頻率、截止電壓之間的聯系。因此線上視頻部分，要將原理講透徹，這樣學生在實際進行實驗時，才能明白測出的截止電壓和普朗克常數之間關系。在重點難點處，設置在線測試作為考核點，以問題激發學生思考，更好地掌握知識點。在本實驗中可設計為與重要物理概念相關，如截止電壓、光電效應方程中各物理量概念等，幫助學生進一步明確實驗原理。

具體視頻錄制要點如表2 所示，視頻錄制可采用實物講解拍攝和電腦屏幕講解錄制結合的方式完成，最后通過剪輯軟件完善教學視頻。

表2 視頻錄制要點

1.2.1.2 組織線上教學

教師根據教學進度在課前安排學生進入教學平臺學習本實驗知識點，學生在完成線上視頻的學習并完成考核點作業后，方可進入實驗室進行實驗，學習平臺可導出學生課前預習成績以供教師參考。

1.2.1.3 師生交流

學生如果預習中對某些知識點存在疑問，可在線上提問，教師可以線上答疑，同時對于常出現的疑問，教師可以通過授課視頻講解。

1.2.2 課堂組織

1.2.2.1 翻轉課堂

學生在課前已觀看在線課程視頻，并已完成考核點測試，進入實驗室后，將傳統大學物理實驗授課中用于講解實驗原理、實驗操作、注意事項的這一部分時間用于翻轉課堂的組織。翻轉課堂通過問題來驅動教學開展，可以先由教師在在線視頻的最后提出若干問題。例如“普蘭克常數在量子力學中扮演什么角色？”“還有什么方法可以測量普朗克常數？”“光電效應是如何發現的？”學生課前分組，每組就一個問題查閱資料，課上就這些問題開展討論。同時，也可由學生就相關問題提出疑問，在課堂中進行廣泛討論。

1.2.2.2 現場實踐

討論結束后，則由學生自主進行實驗。教師根據學生實驗情況，及時將實驗中出現的問題反饋給學生。

1.2.3 課后反饋

1.2.3.1 課后鞏固

課后，學生在教學平臺上上傳實驗報告。教師可直接在教學平臺上批改實驗報告，批改情況可及時反饋給學生。

1.2.3.2 課后交流若學生在實驗報告撰寫過程中出現問題，同樣可以通過學習平臺答疑。教師也可以通過教學平臺發布作業和考核。

2 效果反思

2.1 恰當的在線視頻時長

在使用在線視頻之初，是按照教案將該實驗的知識點以及操作錄制成一個視頻放置在學習平臺上。但是在線視頻的使用過程中發現，大段的視頻效果較差，究其原因，一方面，較長的視頻學生往往沒有耐心觀看完，存在拖動和快進的現象；另一方面，學生對其中某一個問題產生困惑需要回看視頻時，在視頻上來回翻找，效率低。因此在后期對在線視頻做了調整，將在線視頻分成許多小片段，每個片段設置清晰明確的標題，考核點穿插其中。通過這種方式，學生的觀看率明顯上升，且學生反饋較好。

2.2 預習效果的提升

在傳統的大學物理實驗教學中，往往是通過撰寫預習報告方式，督促學生預習。而學生在撰寫預習報告的時候，常常是實驗指導書到實驗報告的簡單搬運。在他們進入實驗室時，腦海中對實驗原理及實驗方法知之甚少。而在大學物理實驗課堂教學中，學生關注更多的是實驗步驟的講解，對實驗原理和實驗的測量方法不求甚解，這與大學物理實驗課程的目的是背道而馳的。

大學物理實驗的出發點是學生對物理學科中具有代表性的一些實驗現象進行觀察和測量，進一步加深對原理的理解。通過在線課程和翻轉課堂的形式，將大學物理實驗教學的授課方式進行重新規劃。免去學生在課前“無腦”地抄寫預習報告，采用完成在線視頻學習和考核點任務的方式替代。一方面，觀看在線視頻的形式較為活潑，通過控制視頻的合適時長，學生更愿意接受這種“碎片化”的預習方式；另一方面，通過設置多個“考核點”的形式可以檢驗學生的預習效果。考核點一般設置為實驗原理中最能體現物理思想和物理方法的內容，學生通過回看視頻，查閱資料，可以初步建立起對該實驗項目的基本認識。

此外，學生的物理基礎參差不齊，采用傳統的授課方式，存在有些學生“跟不上”，有些學生“嫌太慢”，而自主地觀看在線視頻，對不能理解的地方可以反復回看，也可以對較簡單的地方倍速播放，學生可以靈活地掌握課程節奏。但預習效果歸根結底是由學生學習的主動性決定的，一方面教師在視頻中多用動畫、實物展示等方式吸引學生，避免枯燥無味的講解；另一方面，使用在線平臺中的視頻播放情況的統計功能，將學生的視頻播放情況和考核點的解答情況一并計入平時成績。

2.3 交互式的教學形式

由于在課前已經完成了對原理、實驗方法和注意事項的講解，因此課堂教學可以更有“廣度”。可以通過實驗項目衍生至相關的物理學史內容，通過問題導向的討論形式，將相關物理定理的產生、發展和應用展現在學生面前。

但是這種授課形式對教師的綜合能力提出了更高要求，一方面要求教師課前準備素材，查閱資料，吃透相關知識點；另一方面，要求教師提高引導能力，把握課堂討論的方向，這就對教師的能力提出了更加多元化的要求。

此外，因為大學物理實驗面對的是非物理專業的學生，他們在進行大學物理實驗時，最經常產生的一個疑問就是這個實驗與專業有什么關系。因此，在這個環節，可以結合學生專業，適當擴展一些相關內容，加強課堂教學的應用性和針對性，可以大大提高學生進行實驗的積極性。

3 結束語

翻轉課堂教學模式引入大學物理實驗教學，與傳統課堂相比，極大地改變了課程的組織形式，重新定位了師生在課堂中扮演的角色。學生方面，促進學生思考，激發學習興趣，同時有效培養了自主學習能力和思維能力；教師方面，對教師的課堂組織能力和教學基本功提出了更高要求。翻轉課堂投入使用后，仍然需要不斷根據教學需要和學生反饋，對在線視頻、考核點、翻轉課堂討論點等進行不斷調整，不斷提高大學物理實驗教學質量。