大學(xué)物理實驗翻轉(zhuǎn)課堂實施策略分析與實踐效果研究

楊 歡，劉向遠(yuǎn)，趙敏福，趙江東，吳興舉，張穗萌

(1.皖西學(xué)院 實驗實訓(xùn)教學(xué)管理部，安徽 六安 237012；2.皖西學(xué)院 原子分子與光學(xué)應(yīng)用研究中心，安徽 六安 237012)

隨著信息技術(shù)不斷發(fā)展并逐步應(yīng)用于教學(xué)，翻轉(zhuǎn)課堂作為一種新興的課堂教學(xué)模式，對傳統(tǒng)課堂中課上進(jìn)行知識傳授、課下進(jìn)行知識內(nèi)化的教學(xué)模式產(chǎn)生了巨大沖擊，這一教學(xué)模式為我國課堂教學(xué)改革提供一種嶄新的思路和方向[1-6]。因此，近年來這一教學(xué)模式得到了國內(nèi)高校很多專家與學(xué)者的關(guān)注，并在各種課程上進(jìn)行了理論和實踐的研究[7-15]。但是這些研究，尤其是實踐大多是針對理論課程，而在實驗課程上進(jìn)行相關(guān)研究的相對較少。在眾多實驗課程中，大學(xué)物理實驗作為高校理工科學(xué)生所學(xué)習(xí)的一門重要基礎(chǔ)課程，具有內(nèi)容豐富、量大面廣特點，傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式中學(xué)生過多依賴課堂上老師的講解與演示，學(xué)生課前預(yù)習(xí)效果差的缺點十分顯著，教學(xué)質(zhì)量急待提高。翻轉(zhuǎn)課堂正好為我們提供了一個改進(jìn)大學(xué)物理實驗教學(xué)模式的途徑。那么開展大學(xué)物理實驗翻轉(zhuǎn)課堂實踐的策略如何，實踐的教學(xué)效果又如何都是值得我們探討的重要內(nèi)容。本文在前期我校大學(xué)物理實驗教學(xué)資源庫建設(shè)的基礎(chǔ)上對實施策略、實踐過程進(jìn)行了研究，并對實踐效果進(jìn)行了調(diào)查、分析和探討。

1 翻轉(zhuǎn)課堂在大學(xué)物理實驗教學(xué)實踐中的實施策略

1.1 完善課程內(nèi)容分級，精選實驗項目

大學(xué)物理實驗課程教學(xué)內(nèi)容豐富，每個實驗項目知識點、難易程度、學(xué)生實驗技能訓(xùn)練目的不盡相同，傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容分級方法已不再適用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。為此我們打破傳統(tǒng)普通物理實驗與近代物理實驗之間界限，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了重組、融合，將該課程分為一級實驗、二級實驗和三級實驗共三個層次，形成從低到高、從基礎(chǔ)到前沿、從接受知識到培養(yǎng)綜合能力，逐級提高的課程新體系。

大學(xué)物理實驗課程實驗項目眾多，選擇合適的實驗項目對于開展本次實踐至關(guān)重要。二級實驗屬于綜合性物理實驗，此類實驗項目是為了鞏固學(xué)生在一級實驗階段的學(xué)習(xí)成果，培養(yǎng)學(xué)生對基礎(chǔ)實驗技能的綜合運用能力。將翻轉(zhuǎn)課堂引入該課程教學(xué)可以從二級實驗入手，其優(yōu)點主要體現(xiàn)在：首先二級實驗項目在整個教學(xué)體系中處于承前啟后的地位。學(xué)生在一級實驗已學(xué)基本實驗技能的基礎(chǔ)上，可以利用所掌握知識完成二級實驗課前的自主學(xué)習(xí)工作，實現(xiàn)課堂的翻轉(zhuǎn)。其次，在一級實驗學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生已經(jīng)適應(yīng)了傳統(tǒng)的教學(xué)方法，在二級實驗教學(xué)過程中開展翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實踐，能夠讓學(xué)生充分認(rèn)知這一新的教學(xué)模式相對傳統(tǒng)課堂的優(yōu)缺點，并對其形成更加客觀的評價，有利于我們對教學(xué)實踐效果的分析。

1.2 依托綜合管理平臺，豐富學(xué)生課前學(xué)習(xí)途徑

2015年我?；A(chǔ)實驗中心搭建了綜合管理平臺，校內(nèi)學(xué)生可以登錄管理平臺，根據(jù)自己的空閑時間預(yù)約實驗的上課時間。我們將制作的各種教學(xué)資源上傳至基礎(chǔ)實驗中心綜合管理平臺(如圖1-4所示)，并及時更新。通過該平臺以及QQ等交互工具積極引導(dǎo)學(xué)生課前利用綜合管理平臺下載相關(guān)資源或在線觀看，完成課前的學(xué)習(xí)工作，進(jìn)而豐富學(xué)生課前的學(xué)習(xí)資源和途徑，為我校大學(xué)物理實驗翻轉(zhuǎn)課堂的順利實施提供了必要的軟件支撐。

圖1 綜合管理平臺教學(xué)視頻資源

圖2 綜合管理平臺教學(xué)課件資源

圖3 聲速的測量教學(xué)視頻

圖4 分光計的調(diào)節(jié)與使用教學(xué)視頻

1.3 積極引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)，保障實踐有效實施

翻轉(zhuǎn)課堂實踐的重要環(huán)節(jié)是積極引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和探究，讓學(xué)生成為課堂的主人。為了達(dá)到這一目的，我們在課堂上采取多種方法，積極引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。例如：在課堂上老師通過提問等方式積極了解學(xué)生課前學(xué)習(xí)效果，引導(dǎo)學(xué)生在課堂上對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行回顧性學(xué)習(xí)，并對學(xué)習(xí)過程中遇到的問題以及重點和難點進(jìn)行探究，進(jìn)而讓學(xué)生在課堂內(nèi)化知識的過程中通過主動探究的方式準(zhǔn)確掌握并消化這些教學(xué)內(nèi)容。另外，我們將參加實驗的學(xué)生分組，一方面采用加分等措施積極調(diào)動課堂氣氛，鼓勵各種課堂交流活動，探究所遇到的問題；另一方面學(xué)生可以借助手機(jī)、電腦等在課堂上對教學(xué)視頻進(jìn)行回顧性學(xué)習(xí)，自主分析并解決相關(guān)問題。對于課堂上內(nèi)化知識過程中解答所遇到問題的同學(xué)，我們創(chuàng)造性的讓他們在課堂上與老師共同承擔(dān)各種輔導(dǎo)任務(wù)，引導(dǎo)其他學(xué)生進(jìn)行問題的探究。這樣做一方面能夠加深參與輔導(dǎo)的學(xué)生對所學(xué)知識的理解和掌握，另一方面也能夠活躍課堂相互討論的氛圍。

1.4 建立實驗成績評價體系，客觀評價學(xué)生實驗成績

我們打破傳統(tǒng)的操作成績和實驗報告成績評價標(biāo)準(zhǔn)，建立了新的成績評定體系。新的成績評定體系由五部分組成，分別為課前學(xué)習(xí)成績(30%)、課堂操作成績(教師評定占20%，小組互評占20%)、加分成績(15%)、實驗報告成績(15%)。其中課前學(xué)習(xí)成績主要由教師通過課堂提問等方式加以評定；課堂操作成績的評定分為兩個部分，分別為教師評定和小組互評，教師通過每位學(xué)生的實際操作情況以及與學(xué)生的各種交流結(jié)果給出相應(yīng)的評價；小組互評則由相互討論的各小組根據(jù)每個小組實驗的完成情況以及對問題的探究與解答情況給出相應(yīng)的評定；加分成績指對于課堂上討論積極的學(xué)生以及參與并承擔(dān)各種輔導(dǎo)任務(wù)學(xué)生給予相應(yīng)的加分鼓勵。實驗報告成績指根據(jù)學(xué)生對于數(shù)據(jù)處理的結(jié)果以及相應(yīng)問題的回答由老師給出相應(yīng)的評定。通過具體的實踐我們發(fā)現(xiàn)，這種評價體系使得學(xué)生不僅親自參與到課堂知識的內(nèi)化和探究中，而且還參與到了最終實驗成績的評定中，有效地調(diào)動了學(xué)生課堂上自主學(xué)習(xí)相互討論的積極性，增添了課堂上求知的氛圍。

2 翻轉(zhuǎn)課堂實踐效果分析

本次開展的實踐對象為2015級理工科專業(yè)學(xué)生，實踐教學(xué)內(nèi)容為二級實驗，共20學(xué)時。對于實踐效果的分析方法采用的是匿名問卷調(diào)查和隨機(jī)訪談的形式，調(diào)查內(nèi)容涉及教學(xué)實踐滿意度、教學(xué)實施過程、教學(xué)效果以及總體評價等。參與調(diào)查的學(xué)生共計529人，問卷全部回收且有效。下面結(jié)合此次調(diào)查結(jié)果對本次實踐效果進(jìn)行分析，在分析的過程中，我們采取對問題答案賦值的方法(三問題答案按評價水平分別賦值2、1、0分，四問題答案按評價水平分別賦值3、2、1、0分)，并對學(xué)生回答相關(guān)問題的得分平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差做了計算。

2.1 實踐滿意度問卷調(diào)查結(jié)果分析

調(diào)查的第一部分為參與度與滿意度，共設(shè)置3個問題，調(diào)查結(jié)果如表1～2所示。

表1 學(xué)生參與度調(diào)查

由表1可見，有27.79%的學(xué)生在之前的學(xué)習(xí)中參與過翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，這些學(xué)生大多是在高中學(xué)習(xí)時接觸過，這也反映了我校開展這項實踐的必要性；有72.21%的學(xué)生此前并沒有參與過這種教學(xué)模式，這一結(jié)果表明本次實踐的對象大多停留在對這種教學(xué)模式的感性認(rèn)知上。另外通過表1可以看出，關(guān)于上述問題的回答均分基本為1分，也就是說更多的學(xué)生聽說過但沒有親身參與實踐，這在客觀上也增強(qiáng)了學(xué)生參與本次實踐的積極性。

由表2可見，學(xué)生對將翻轉(zhuǎn)課堂引入大學(xué)物理實驗教學(xué)過程以及教師自制的教學(xué)視頻感到滿意的分別占總調(diào)查人數(shù)的82.80%和93.00%，這兩個問題學(xué)生的平均得分也在2分以上，這一結(jié)果肯定了我們所開展的各種教學(xué)資源建設(shè)以及整個實踐活動，總體來說滿意度較高。另外從表2我們發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對教學(xué)視頻滿意度的得分更高，接近2.5分，這說明我們?yōu)榱碎_展本次實踐而自制的教學(xué)視頻質(zhì)量得到了學(xué)生的廣泛認(rèn)可。

2.2 實踐實施過程問卷調(diào)查結(jié)果分析

調(diào)查的第二部分為教學(xué)實施過程，共設(shè)置4個問題，調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計情況如表3～6所示。

由表3可見，有96.41%的學(xué)生課前通過觀看教師自制教學(xué)視頻等進(jìn)行了課前的學(xué)習(xí)，其中有59.55%的學(xué)生課前完整地觀看了教學(xué)視頻，學(xué)生回答該問題的得分也在1.5分以上，這一結(jié)果充分反映了我們依托綜合管理平臺積極引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課前學(xué)習(xí)收到了成效，這也為我們此次實踐的順利開展打下了基礎(chǔ)。相比傳統(tǒng)課堂，翻轉(zhuǎn)課堂更強(qiáng)調(diào)課堂上主動提問探究以及學(xué)生分組討論，如表4所示，在所調(diào)查的學(xué)生中有92.06%的學(xué)生認(rèn)為主動提問和分組討論是重要的，學(xué)生的得分也在2.3分以上，這從另一個側(cè)面反映了學(xué)生通過本次實踐形成了對翻轉(zhuǎn)課堂的客觀認(rèn)識。在傳統(tǒng)實驗課堂上，學(xué)生遇到問題更多的是請教老師，而從表5的統(tǒng)計結(jié)果可以看出，在遇到問題首先采取解決途徑的調(diào)查中，請教老師解決、觀看教學(xué)視頻等資源自主解決、和同學(xué)分析探討解決的學(xué)生所占比例分別為11.72%、31.76%、56.52%。

表3 學(xué)生課前學(xué)習(xí)情況調(diào)查

表4 實施過程學(xué)生認(rèn)知調(diào)查

表5 學(xué)生解決問題途徑調(diào)查

表6 學(xué)生內(nèi)化知識途徑調(diào)查

我們尤其注意到，和同學(xué)分析探討解決問題的學(xué)生數(shù)超過半成，與傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式相比，請教老師解決問題的學(xué)生人數(shù)比例明顯減少；但讓我們意外的是仍然有三分之一的學(xué)生是通過觀看教學(xué)視頻等資源自主解決所遇到的問題，這也是我們所憂之處，這一結(jié)果說明學(xué)生雖然認(rèn)識到了分組討論的重要性，但是主動參與各種討論的積極性還有待提高，這可能與學(xué)生長期養(yǎng)成的學(xué)習(xí)習(xí)慣有關(guān)，這一問題也為我們以后相關(guān)的實踐活動積累了經(jīng)驗，同時也提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，因此，如何進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生參與課堂分組討論的興趣和積極性成為我們今后需要進(jìn)一步研究的重要內(nèi)容之一。通過表6可見，在最喜歡的教學(xué)活動調(diào)查中，喜歡與教師或者同學(xué)進(jìn)行課堂互動和交流的占比64.84%，但我們發(fā)現(xiàn)仍然有30.43%的學(xué)生喜歡獨立自主完成實驗，這一調(diào)查結(jié)果也再次驗證了我們上面提到的關(guān)于學(xué)生參與課堂分組討論的興趣和積極性的所憂之處。

2.3 實踐教學(xué)效果問卷調(diào)查結(jié)果分析及總評

調(diào)查的第三部分為教學(xué)效果，共設(shè)置3個問題，調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果如表7-9所示。

如表7所示，經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)有30.62%的學(xué)生認(rèn)為翻轉(zhuǎn)課堂的引入對于提升學(xué)習(xí)該課程的興趣非常有幫助，有59.36%的學(xué)生認(rèn)為有幫助，學(xué)生對該問題回答的得分平均值也在2分以上，這一結(jié)果表明該教學(xué)模式對于增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣作用明顯，在提升教學(xué)效果方面起到了重要的作用。由表8可見，在學(xué)生能力提升方面，有81.66%的學(xué)生選擇自主學(xué)習(xí)的意識和能力，46.50%的學(xué)生認(rèn)為實驗操作能力得到了改善，60.49%的學(xué)生認(rèn)為自己的分析問題和解決問題的能力得到了提高。通過這一調(diào)查結(jié)果可見，本次實踐有效的改變了學(xué)生在傳統(tǒng)課堂依靠教師講解和演示的學(xué)習(xí)方式，自主學(xué)習(xí)的意識和能力得到了更加顯著的改善，同時學(xué)生的各種能力也得到了顯著的提升。另外如表9所示，關(guān)于改善課堂教學(xué)內(nèi)容情況調(diào)查結(jié)果表明，有70.70%的學(xué)生表示自己的聽課效率得到提高，能夠更好地接受并掌握知識，39.89%的學(xué)生認(rèn)為課堂活動更加豐富，55.95%的學(xué)生認(rèn)為自己的課堂參與度提升，51.42%的學(xué)生認(rèn)為自己的協(xié)作與交流能力得到了提高，這一部分調(diào)查結(jié)果表明，我們開展的實踐收到了較好的教學(xué)效果。但是我們通過表9尤其注意到，認(rèn)為課堂活動更加豐富的學(xué)生比例是唯一沒有達(dá)到半成的，這也從另一個側(cè)面提醒我們今后需要使用更多的方法和手段活躍課堂的氛圍，這也是值得深入研究的重要內(nèi)容之一。

表7 提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣調(diào)查

表8 提升學(xué)生能力情況調(diào)查

表9 改善課堂教學(xué)內(nèi)容情況調(diào)查

調(diào)查的第四部分為總體評價，并要求學(xué)生對今后的實踐工作提出自己的意見和建議。調(diào)查結(jié)果如表10所示。

表10 實施效果總體評價調(diào)查

由表10可見，在參加此次教學(xué)模式實踐的學(xué)生中有98.87%認(rèn)為翻轉(zhuǎn)課堂適用大學(xué)物理實驗課堂教學(xué)，學(xué)生回答該問題的平均得分也在達(dá)到了1.37分。這一結(jié)果表明我們所開展的實踐工作得到了學(xué)生的廣泛認(rèn)可。

另外在學(xué)生提出的意見中，大多數(shù)學(xué)生肯定了本次的實踐工作，并希望今后這種教學(xué)模式能夠應(yīng)用到更多的課程教學(xué)中去，同時提出了一些建議。例如：教學(xué)視頻操作內(nèi)容拍攝更加詳細(xì)一點，著重強(qiáng)調(diào)重難點和易錯點；可以將上課的問題放在教學(xué)視頻或者講義中，供學(xué)生課前學(xué)習(xí)思考；進(jìn)一步加強(qiáng)對學(xué)生相互討論的引導(dǎo)，活躍課堂氛圍；教學(xué)資源更加豐富；教學(xué)視頻清晰度進(jìn)一步提高，在視頻中可以配上相應(yīng)的文字說明；課前提供學(xué)習(xí)指導(dǎo)；實踐過程應(yīng)充分考慮到實驗的難易程度；甚至有的學(xué)生提出課堂上隨機(jī)抽取學(xué)生上臺講解和演示實驗過程，加深對所學(xué)內(nèi)容的理解和掌握。這些建議為我們今后進(jìn)一步改進(jìn)教學(xué)方法積累了寶貴的經(jīng)驗。

2.4 相關(guān)性分析

為了進(jìn)一步對實踐效果進(jìn)行分析，得到課前學(xué)生觀看教學(xué)視頻情況(實踐過程重要活動)與我們所制作的教學(xué)資源質(zhì)量(實踐重要保障)的關(guān)系，以及學(xué)生對實踐滿意度、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣以及翻轉(zhuǎn)課堂的適用性之間關(guān)系，我們運用SPSS18.0軟件對本文問卷調(diào)查原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了相關(guān)性分析，所得到的結(jié)果如表11和表12所示。

如表11所示，學(xué)生課前觀看教學(xué)視頻情況和對教學(xué)視頻滿意度之間的顯著性檢驗結(jié)果Sig值為0.000，即兩者具有顯著的相關(guān)性，它們之間的Pearson相關(guān)系數(shù)為0.224，這說明學(xué)生課前觀看教學(xué)視頻情況和對教學(xué)視頻滿意度之間存在正相關(guān)，但是相關(guān)度較弱，由此可見，教學(xué)視頻質(zhì)量在一定程度上會影響學(xué)生課前教學(xué)視頻觀看的效果，對教學(xué)視頻滿意度越高，學(xué)生課前觀看教學(xué)視頻情況越好。

表11 學(xué)生課前觀看教學(xué)視頻情況和對教學(xué)視頻滿意度的相關(guān)性

注：**在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)

表12 學(xué)生對實踐滿意度、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣以及翻轉(zhuǎn)課堂的適用性之間相關(guān)性

注：**在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)

如表12所示，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生對實踐的滿意度、翻轉(zhuǎn)課堂對于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)大學(xué)物理實驗課程的興趣以及對于該課程的適用性之間的顯著性檢驗結(jié)果Sig值都為0.000，即三者彼此之間具有顯著的相關(guān)性。其中翻轉(zhuǎn)課堂對于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的興趣與學(xué)生對實踐的滿意度的Pearson相關(guān)系數(shù)最高，為0.491，接近0.5，相關(guān)度相對較強(qiáng)，這也說明，本次實踐提高了學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的興趣，增強(qiáng)了學(xué)生對實踐的滿意度。而翻轉(zhuǎn)課堂適用性與對激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的興趣以及學(xué)生對實踐的滿意度的Pearson相關(guān)系數(shù)分別為0.367和0.345，兩者比較接近，這一結(jié)果表明，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的提升以及對他們對實踐的認(rèn)可促使學(xué)生認(rèn)識到這種教學(xué)模式適用于大學(xué)物理實驗課程。

3 結(jié)論

本文針對大學(xué)物理實驗課程的特點以及傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊端，系統(tǒng)分析了大學(xué)物理實驗翻轉(zhuǎn)課堂的實施方法與策略，并將這些方法和策略應(yīng)用于該課程的教學(xué)，開展了實踐活動，為了對實踐效果進(jìn)行研究。我們設(shè)計了調(diào)查問卷，對參與實踐的529名學(xué)生進(jìn)行了匿名問卷調(diào)查和隨機(jī)訪談，并對實踐的效果進(jìn)行了分析和探討。研究結(jié)果表明：所提出的實施策略適用于大學(xué)物理實驗教學(xué)，通過實踐有效地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的興趣，提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識、協(xié)作與交流能力、實驗操作能力以及分析問題和解決問題的能力，豐富了課堂的教學(xué)活動，提升了學(xué)生課堂參與度，收到了較好的教學(xué)效果；同時也說明翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式適用于大學(xué)物理實驗課程。但是研究結(jié)果同時也反映出學(xué)生主動參與各種討論的積極性不太高，有較大的提升空間，因此，如何進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生參與課堂分組討論的興趣和積極性，活躍課堂的氛圍成為我們今后需要進(jìn)一步研究的重要內(nèi)容之一。

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