翻轉(zhuǎn)課堂下物理教學(xué)設(shè)計的思考與實踐*

曾 斌

(廣東實驗中學(xué) 廣東 廣州 510375)

陳心璐

(華南師范大學(xué)物理與電信工程學(xué)院 廣東 廣州 510006)

21世紀(jì)是屬于“互聯(lián)網(wǎng)+教育”迅速發(fā)展的時代，大量的優(yōu)質(zhì)教育資源和信息化學(xué)習(xí)環(huán)境為教育者和學(xué)生都提供了創(chuàng)新教學(xué)模式、改進(jìn)學(xué)習(xí)方式的思路和機(jī)會.在此背景下，翻轉(zhuǎn)課堂這種新的教學(xué)模式通過微課、任務(wù)單等信息化手段進(jìn)入師生視野，在對課堂之外與課堂之內(nèi)的教學(xué)任務(wù)進(jìn)行“翻轉(zhuǎn)”的同時，也實現(xiàn)了對教師角色的重新定位、對學(xué)生評價方式的有效變革，顛覆了傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式.近年來，各種耳目一新的教育理念，例如STEM教育、學(xué)習(xí)進(jìn)階、核心概念等層出不窮，令教育者應(yīng)接不暇.對于一線教師來說，如何將這些最新的理念與物理教學(xué)實踐相結(jié)合，并且能夠滲透核心素養(yǎng)理念，進(jìn)而構(gòu)建高效物理翻轉(zhuǎn)課堂，是本文進(jìn)行探索實踐的出發(fā)點.

1 基于核心素養(yǎng)理念看翻轉(zhuǎn)課堂內(nèi)涵

追溯歷史，2007年，美國科羅拉多州林地公園高中的兩名化學(xué)教師利用提前錄制的教學(xué)視頻為缺課的學(xué)生補(bǔ)課，給予學(xué)習(xí)中出現(xiàn)困難的學(xué)生幫助等，將翻轉(zhuǎn)課堂這種新型模式引入美國中小學(xué)教育中.他們的“無心之舉”取得了意想不到的效果，翻轉(zhuǎn)課堂逐漸在美國流行起來.2011年，薩爾曼·可汗登上TED(Technology,Entertainment,Design)舞臺，發(fā)表震撼人心的《用視頻重新創(chuàng)造教育》報告，“翻轉(zhuǎn)之風(fēng)”迅速席卷全球，隨之而來的慕課、微視頻、智慧課堂等各種教學(xué)方式大放異彩[1].

2018年年初，國家頒布的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中對物理學(xué)科核心素養(yǎng)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，核心素養(yǎng)象征一個新時代的開始.從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)社會以“品德”作為評價人的核心，到工業(yè)社會中弘揚(yáng)個人的“能力”，再到如今的現(xiàn)代信息化社會，重視個人的“素養(yǎng)”.翻轉(zhuǎn)課堂在繼承了素質(zhì)教育提倡的促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展的理念基礎(chǔ)之上，重新設(shè)計教學(xué)視頻的呈現(xiàn)方式、構(gòu)建課堂內(nèi)外的學(xué)習(xí)環(huán)境等教學(xué)因素，進(jìn)一步落實核心素養(yǎng)理念.

究竟該如何理解“翻轉(zhuǎn)”的意蘊(yùn)呢？我國學(xué)者張金磊等提出的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模型可以借鑒，如圖1所示.

圖1 翻轉(zhuǎn)課堂結(jié)構(gòu)圖

學(xué)習(xí)的過程通常包括對知識的傳授與內(nèi)化兩個階段，將傳統(tǒng)的課堂模式：課前預(yù)習(xí)-課上講解-課后作業(yè)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，實現(xiàn)以“目標(biāo)-活動-評價”為線索的翻轉(zhuǎn)課堂模式：課前自學(xué)-課上指導(dǎo)、解答、強(qiáng)化，從知識授受、師生角色、課堂管理與評價等角度進(jìn)行了顛覆性改變[2].尤其是課堂中教學(xué)方式上的改變，傳統(tǒng)課堂上教師是主導(dǎo)者，是整個課堂的“表演者”和“控制者”，翻轉(zhuǎn)課堂中講授法不再是唯一的教學(xué)方法，可以通過小組討論、問題探討與解決、教師單獨輔導(dǎo)等多種形式展開.但是，形式的“翻轉(zhuǎn)”不是判斷是否實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生在傳統(tǒng)課堂中掌握知識、建構(gòu)概念、應(yīng)用規(guī)律以達(dá)到知識的內(nèi)化過程被前置，通過翻轉(zhuǎn)課堂，利用課前學(xué)習(xí)就應(yīng)該實現(xiàn)這一內(nèi)化過程，在課堂上進(jìn)行進(jìn)一步深化、拓展.

核心素養(yǎng)時代背景下，每個人在面對眼下的風(fēng)云變幻時或多或少會產(chǎn)生對未來的憂慮.筆者認(rèn)為，核心素養(yǎng)的提出正體現(xiàn)出這種“前瞻性”的展望，學(xué)生在接受相應(yīng)學(xué)段的教育過程中，逐步形成能夠適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品質(zhì)和關(guān)鍵能力.落實到翻轉(zhuǎn)課堂中，教師需要提供優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源,最大限度地激發(fā)學(xué)生的思維.學(xué)生一方面通過自學(xué)、自主交流的方式掌握基本知識、發(fā)現(xiàn)問題，另一方面，在課堂互動交流的過程中集思廣益，解決問題.對于教師而言，在新課程改革背景下，新高考選科制帶來的壓力下，更應(yīng)該思考如何提升自身素養(yǎng)，上好一堂吸引學(xué)生、啟發(fā)學(xué)生的課.從技術(shù)促進(jìn)教學(xué)變革的角度來看，選擇或者制作優(yōu)質(zhì)的教學(xué)視頻、編排任務(wù)單，搭建好與學(xué)生的前期“溝通”成為翻轉(zhuǎn)課堂成功的關(guān)鍵點之一，因此，這就要求教師具備卓越的信息技術(shù)素養(yǎng)，以實現(xiàn)與物理教學(xué)的完美融合.

2 基于分層教學(xué)策略設(shè)計翻轉(zhuǎn)課堂

分層教學(xué)是對“因材施教”教學(xué)思想的繼承和具體體現(xiàn)，教師在了解學(xué)生的知識能力水平與心理素質(zhì)基礎(chǔ)上，確定相應(yīng)的教學(xué)層次，來實現(xiàn)后進(jìn)生掌握，基礎(chǔ)生、中等生拓展拔高，優(yōu)等生深化升級.如果一節(jié)課僅停留在對教材內(nèi)容的講解上，整個教學(xué)過程看似流暢，學(xué)生與教師的互動性強(qiáng)，表面看是掌握了知識，實則沒有激發(fā)學(xué)生深度思考的能力，使得一堂課乏味枯燥，不利于培養(yǎng)學(xué)生未來競爭力.筆者在講“勻變速直線運(yùn)動位移與時間的圖像關(guān)系”公開課時，教師在學(xué)生掌握勻變速直線運(yùn)動位移—時間圖像中的“點”“線”“斜率”意義基礎(chǔ)上，滲透代數(shù)思想，引導(dǎo)學(xué)生將初速度為零的勻變速直線運(yùn)動的二次關(guān)系式變?yōu)橐淮侮P(guān)系式，把曲線圖像轉(zhuǎn)化為學(xué)生較為熟悉的直線圖像，并進(jìn)一步滲透“化曲為直”的思想.幫助學(xué)生打破思維定勢，重構(gòu)作圖思維：圖像坐標(biāo)系的橫軸、縱軸的物理量可以是某一個或者某幾個物理量的組合形式.既注重基礎(chǔ)，又兼顧學(xué)生能力差異，在教學(xué)設(shè)計中體現(xiàn)梯度與分層理念.

眾所周知，班級授課制的缺陷之一在于無法滿足全體學(xué)生的需要，學(xué)生的個性差異被隱藏在班集體中.翻轉(zhuǎn)課堂的出現(xiàn)就很好地解決了這些問題，看似被延長的教學(xué)時間卻給予了學(xué)生充分發(fā)揮主觀能動性的機(jī)會，翻轉(zhuǎn)課堂給予了不同層次的學(xué)生無限的進(jìn)步空間，學(xué)生通過在線學(xué)習(xí)教師提前錄制的視頻課程來自學(xué)知識和內(nèi)容，可以通過多次暫停、倒帶、做筆記或者閱讀、查閱其他資料，實現(xiàn)基于自身特點的個性化學(xué)習(xí).因此，微課作為搭建學(xué)生思維進(jìn)階的載體，教學(xué)視頻的內(nèi)容需要劃分不同的梯度，滿足不同層次水平的學(xué)生在自學(xué)過程中都能達(dá)到“最近發(fā)展區(qū)”.

3 翻轉(zhuǎn)課堂示例——電容器的電容

基于以上兩點的思考，筆者設(shè)計了一堂借助“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)示例，以達(dá)到將這種新的教學(xué)方式與核心素養(yǎng)融合起來，更好地提高教學(xué)效率.

3.1 課題整體內(nèi)容分析

3.1.1 教材地位與特點

本節(jié)內(nèi)容選自人教版《物理·選修3-1》第一章第八節(jié)，電容器是電路中三大最常用的元件之一，在各種電子儀器中應(yīng)用廣泛，通過對電容器的學(xué)習(xí)，能讓學(xué)生充分體會到物理與生活和生產(chǎn)的密切聯(lián)系.本節(jié)是學(xué)習(xí)了電場力的性質(zhì)和能的性質(zhì)之后的一個應(yīng)用，是靜電場一章的教學(xué)重點和難點之一，也是學(xué)習(xí)電磁學(xué)的基礎(chǔ)，為后面學(xué)習(xí)LC振蕩電路做鋪墊，在教學(xué)中具有承上啟下的作用.

總結(jié)教材特點如下：

(1)注重滲透物理思想——比值定義法、類比法，幫助學(xué)生建立、理解物理概念.

(2)通過實驗探究的過程體會物理學(xué)研究方法，并且進(jìn)一步理解物理概念.

(3)基于科學(xué)·技術(shù)·社會·環(huán)境(STSE)的關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”.

3.1.2 學(xué)生情況分析

學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了靜電場的基本知識，知道電場強(qiáng)度、電勢差、電荷量等基本概念，也知道“比值定義法”“控制變量法”等重要的物理研究方法.但是從來沒有接觸過電容的相關(guān)知識.高中生的思維正處于具象思維向抽象思維過渡的階段，他們的思維比較活躍，好奇心強(qiáng)，但是由于年齡和心理限制，仍以感性認(rèn)識為主.同時，高二學(xué)生已具有一定的實驗?zāi)芰头治瞿芰Γ麄儗τ^摩和操作實驗感興趣，求知欲強(qiáng).

3.1.3 教學(xué)目標(biāo)與重難點

課程標(biāo)準(zhǔn)提出如下要求：觀察常見電容器，了解電容器的電容，觀察電容器的充、放電現(xiàn)象，能舉例說明電容器的應(yīng)用.因此，本節(jié)課的教學(xué)重點是電容的概念、定義式、平行板電容器的電容公式；教學(xué)難點是電容概念的建立過程、理解并探究“影響平行板電容器電容大小的因素”實驗.

3.2 微課設(shè)計思路

筆者利用屏幕錄制軟件Camtasia Studio，通過錄屏加上錄音的方式制作微課視頻.視頻內(nèi)容多樣化，既有從網(wǎng)絡(luò)搜集到的視頻資源，也有對知識點的相關(guān)講解，整體設(shè)計既要幫助學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識，又要利用信息化技術(shù)資源與環(huán)境，滲透物理學(xué)史以及現(xiàn)代化應(yīng)用，開闊學(xué)生眼界.我們利用下面6個視頻來進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂課前的設(shè)計.

視頻1：“強(qiáng)大的生物超級電容器——無電池心臟起搏器”，如圖2所示.作為引入，學(xué)生可以了解電容器在科技層面的新應(yīng)用，視頻內(nèi)容還包括各種電子產(chǎn)品電容板實物照片，同時展示不同規(guī)格的電容器實物，給學(xué)生直觀感受.

圖2 生物超級電容器

視頻2：“神奇的萊頓瓶”，如圖3所示.

圖3 神奇的萊頓瓶

播放“簡易發(fā)電水容器”的制作視頻片段，介紹如何利用一個玻璃瓶、錫箔紙、導(dǎo)線、鐵釘、兵乓球、氣球等使得玻璃瓶帶電，并用一端露出部分銅絲的導(dǎo)線檢驗玻璃瓶帶了電.將水容器和電容器類比，引導(dǎo)學(xué)生了解電容器儲存電荷的作用、認(rèn)識電容器的結(jié)構(gòu).

視頻3：“電容器充電放電演示實驗”，如圖4所示，從視頻2過渡到電容器充電放電實驗，結(jié)合電路圖與實物圖進(jìn)行講解，演示實驗前提醒學(xué)生思考以下問題：為何二極管只閃亮一下？這個過程中電容器的兩極板上哪些物理量會發(fā)生變化？如何描述？以表格的形式對比充電、放電過程中電容器兩極板所帶電荷量、極板間電壓、能量的變化，目的是復(fù)習(xí)前面靜電場的相關(guān)知識，也進(jìn)一步加深對電容器充電、放電功能的認(rèn)識，為引入電容的概念做準(zhǔn)備.

圖4 電容器充電放電演示實驗

視頻4：播放視頻之前，設(shè)置問題串引導(dǎo)學(xué)生思考：

(1)充電后的電容器儲存了電能，該如何描述其儲存電荷的本領(lǐng)？

(2)該用哪些物理量描述？

(3)這些物理量能夠定量測量嗎？

(4)如果可以，如何測量？不可以的話，又有什么辦法？

表1 庫侖倍分法實驗數(shù)據(jù)表

引導(dǎo)學(xué)生分析數(shù)據(jù)規(guī)律，除了用表格記錄，還有沒有其他的辦法描述電容器所帶電荷量Q與電壓U的關(guān)系？進(jìn)而構(gòu)建Q-U圖像，引入“比值定義法”，介紹電容的概念、定義式、物理意義、單位.

“庫侖倍分法與電容”，如圖5所示.

圖5 庫侖倍分法與電容

視頻5：“影響平行板電容器電容大小的因素”實驗，如圖6所示.該實驗為探究實驗，首先提出問題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行猜想，提示學(xué)生，可以從電容器的結(jié)構(gòu)來思考.歸納出影響因素后，演示探究實驗.視頻中先介紹實驗器材，其中關(guān)于靜電計的結(jié)構(gòu)、功能，要注意和驗電器作對比.然后進(jìn)行演示實驗，驗證猜想，最后得出電容決定式.此環(huán)節(jié)注意幾點：(1)滲透控制變量法思想，引導(dǎo)學(xué)生思考改變電容大小的因素有哪些.(2)關(guān)于電容決定式的推導(dǎo)，定性與定量分析相結(jié)合，解釋清楚ε的含義.(3)結(jié)合一道例題，讓學(xué)生對比充電后的電容器和一直接在電源兩端的電容器這兩種情況下，找出哪些物理量不變，哪些物理量又是變化的.

圖6 探究電容器極板正對面積S與電容C的關(guān)系

視頻6：“電容器的種類和兩個重要參數(shù)”.電容器的種類繁多，應(yīng)用廣泛，可以用實物展示不同種類的電容器，如圖7所示.

圖7 不同種類的電容器

設(shè)置疑問激發(fā)學(xué)生思維：(1)電容器兩極板之間是絕緣介質(zhì)，按理說電容器是不通電的，但是為什么有短暫的電流呢？(2)電容器兩極板之間電壓若達(dá)到擊穿電壓，那此時電容器在電路中會造成什么影響？短路還是斷路？

3.3 課堂教學(xué)方案

筆者在教學(xué)實踐中設(shè)計以下4個流程展開課堂教學(xué).

(1)將學(xué)生分成4個討論組，討論交流視頻3,4,5,6的問題，每個小組選代表分別回答，無法做出理想解釋的問題待教師帶領(lǐng)大家共同解決.

(2)學(xué)生提出疑問點，可以讓已經(jīng)理解并能解釋疑問的學(xué)生先進(jìn)行解答，再由教師補(bǔ)充.

(3)教師布置課堂實測，檢驗學(xué)生學(xué)習(xí)成果.

(4)歸納總結(jié)、提高應(yīng)用.

4 案例實踐體會

翻轉(zhuǎn)課堂的理念和操作看似簡單，但在真正實踐中需要考慮很多因素.比如,課前自學(xué)如何保證“無師監(jiān)督”？若課堂教學(xué)秩序混亂，如何控制局面，既不流于形式，又能高效實現(xiàn)思維碰撞？制作微課看似簡單，但是對于不同能力水平的教師來說，微課質(zhì)量參差不齊，反而因為技術(shù)問題導(dǎo)致低產(chǎn)低效等.

物理學(xué)科核心素養(yǎng)重視學(xué)生的“實驗探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”能力.筆者在微課視頻中不斷滲透對學(xué)生核心素養(yǎng)的要求.例如，介紹新技術(shù)作為教學(xué)的出發(fā)點，在最開始就抓住學(xué)生眼球，激發(fā)學(xué)生好奇心與求知欲；展示自制 “發(fā)電水容器”的過程，揭開最原始的電容器即萊頓瓶的真身；得出電容概念與定義式時，從概念本質(zhì)出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生思考如何測量“電荷量”，培養(yǎng)學(xué)生的探究意識；通過經(jīng)歷整個探究過程，理解“影響平行板電容器電容大小的因素”實驗，培養(yǎng)學(xué)生尊重事實、嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)心的科學(xué)態(tài)度等.

筆者在實際教學(xué)中實施平行班、實驗班等不同層次的分班教學(xué).不論是在哪個層次的班級，都存在“超前學(xué)習(xí)”的超級學(xué)生，對于這種能力突出的學(xué)生，翻轉(zhuǎn)課堂實則為他們提供了在課堂教學(xué)中表現(xiàn)自己的機(jī)會，可以承擔(dān)“教師”角色，發(fā)揮同伴互助效果，幫助其他學(xué)生解答疑難問題；對于基礎(chǔ)較差的學(xué)生，能夠減輕傳統(tǒng)課堂中由于成績等其他原因造成的“畏師感”，高高在上的教師形象被縮小在電腦屏幕中，甚至不用出現(xiàn)在屏幕中.從這個角度考慮，翻轉(zhuǎn)課堂能夠帶動后進(jìn)生的教育教學(xué)，激發(fā)全體學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情.

因此，在教學(xué)實踐中，筆者體會到，能否將傳統(tǒng)課堂高效“翻轉(zhuǎn)”，微課的優(yōu)良設(shè)計是關(guān)鍵因素之一.但是，翻轉(zhuǎn)課堂絕對不是僅僅利用幾段微課視頻就能夠超越傳統(tǒng)課堂，甚至是完全替代傳統(tǒng)課堂.筆者一直以來都在踐行“快樂物理教學(xué)法”，致力于營造輕松但又不失嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼n堂氛圍，將這一理念滲透在微課制作中，會起到令人意想不到的效果.

5 結(jié)束語

任何一種新的教學(xué)理念都有其創(chuàng)新之處，在核心素養(yǎng)理念下進(jìn)行一些新的教學(xué)形式的探索，不失為破解當(dāng)前教育困境的一種好的嘗試.