大學物理圓桌教學的翻轉(zhuǎn)課堂教學模式研究*

張伶莉 王曉鷗 黃喜強 劉志國 曹永印 張 宇 趙 遠

(哈爾濱工業(yè)大學物理系 黑龍江 哈爾濱 150001)

1 新的翻轉(zhuǎn)課堂教學模式

大學物理課程是高等學校理工科各專業(yè)學生一門重要的必修基礎(chǔ)課，該課程所傳授的基本概念、基本理論和基本方法是構(gòu)成學生科學素養(yǎng)的重要組成部分，是一個科學工作者和工程技術(shù)人員所必備的.大學物理在為學生系統(tǒng)地打好必要的物理基礎(chǔ)，增強學生分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學生的科學素質(zhì)和綜合能力等方面發(fā)揮著重要作用.但傳統(tǒng)的以教師為主體的教學模式，大半是單向傳輸，學生接受知識成為學習活動的中心，師生互動不足，學生積極性、參與性不高，學習效果欠佳.因此，為了適應高等教育的要求，探索新的教學模式勢在必行.翻轉(zhuǎn)課堂教學模式是把知識傳授過程放在教室外，讓學生選擇最合適自己的方式接受新知識，而把知識的內(nèi)化過程放在教室，通過學生間、學生與老師間的溝通交流促進學生掌握知識.翻轉(zhuǎn)課堂作為實踐“學為主體，教為主導”教學理念最貼切的教學模式，引發(fā)當前教學改革的一波新浪潮[1～3].翻轉(zhuǎn)課堂不僅改變了傳統(tǒng)的課堂結(jié)構(gòu)，最重要的是顛覆了傳統(tǒng)的以教師為中心的教育理念，是以學生為主體.它非常有利于調(diào)動學生學習的主觀能動性，改變沉悶的課堂氣氛，促進師生互動交流，激發(fā)學生學習的熱情.翻轉(zhuǎn)課堂被認為是未來教學模式改革的有效方案之一.

然而把翻轉(zhuǎn)課堂教學模式生搬硬套地應用于大學物理教學存在一定問題.很多教師在實施大學物理課程翻轉(zhuǎn)課堂教學模式的過程中遇到了一些問題.翻轉(zhuǎn)課堂教學模式有一個鮮明的特征就是突出學習中遇到的問題，這無形中忽略了知識的邏輯性和理論的系統(tǒng)性，會不自覺地把教學內(nèi)容碎片化.這就是翻轉(zhuǎn)課堂應用于大學物理教學面臨的巨大挑戰(zhàn).大學物理課程是理工科高校的核心基礎(chǔ)課，又是一門理論性和系統(tǒng)性非常強的知識課程.若生搬硬套翻轉(zhuǎn)課堂或者形式上翻轉(zhuǎn)勢必使物理學內(nèi)容碎片化，破壞理論系統(tǒng)性，以及知識間的邏輯關(guān)系，對培養(yǎng)學生嚴密的物理思維能力和科學的研究方法極為不利.尋找大學物理課程與翻轉(zhuǎn)課堂教學模式的切入點，平衡兩者的關(guān)系，對于有效地進行大學物理課程改革至關(guān)重要.

基于以上思考，我們提出大學物理圓桌教學的翻轉(zhuǎn)課堂教學模式研究.圓桌教學的特點是集成理論講授和實驗課,通過合作性的學習小組實驗探索,以及師生間的高度互動，幫助學生對物理現(xiàn)象發(fā)展出好的直覺和概念模型.通過翻轉(zhuǎn)課堂，課前利用網(wǎng)絡(luò)視頻輔助學生進行系統(tǒng)的物理理論學習，通過在線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對學生知識獲取過程進行督促與輔導.課堂中教師結(jié)合教學內(nèi)容設(shè)計探索實驗主題，通過“圓桌式”教學拉近學生與學生，教師與學生的距離，學生以小組為單位親自動手實踐，并通過物理過程探索，將系統(tǒng)的理論知識內(nèi)化.教學活動中以教師引導，學生協(xié)作實驗探討理論的模式，完成物理知識的內(nèi)化.大學物理圓桌教學的翻轉(zhuǎn)課堂將知識的傳遞過程放于課前完成，實驗操作融入課堂教學環(huán)節(jié)，不僅讓學生學習物理知識，更重要的是讓學生感受物理，整合理論和實踐，充分發(fā)揮學生自主學習的積極性.

2 本翻轉(zhuǎn)課堂教學模式的特點

圓桌教學模式最早是由美國倫塞勒工學院創(chuàng)立的一種集成了理論和實驗的教學方式[4].麻省理工學院是使用該教學方法最具影響力的學校之一，于2002年在物理課程的教學中采用了這一教學方法[5].目前,這種物理教學模式已在美國、中國臺灣地區(qū)以及一些歐洲國家的大學盛行了將近20年的時間，并取得了較好的教學成效.自2013年，我校大學物理教研室開始進行圓桌物理教學模式嘗試.開始是在小班中進行試點，受到學生的喜愛.這兩年逐步擴展了多個試點的班級.在圓桌物理教學實踐中，我們授課教師發(fā)現(xiàn)限于目前教學學時的限制，有很多時候一些實驗都不能特別展開，無法充分給學生自己探索的時間.同時很多學生有惰性，課前不預習，課上實驗時就是單純的動手，思考較少，嚴重影響了教學的效果.還有一部分學生，預習了課程，但對于課程內(nèi)容的把握還有很大困難.所以每次授課教師課上需要留出一大半的時間進行理論課程的講授，然后才能引導學生動手實驗，進行分析，使得教學進度受影響.

因此，結(jié)合大學物理圓桌教學，實施翻轉(zhuǎn)課堂，既可以借助現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)課程輔助學生課前預習，節(jié)省課堂上的時間，同時也有助于學生真正參與到課堂上的實驗探索與討論中去.課前利用網(wǎng)絡(luò)視頻輔助學生進行系統(tǒng)的物理理論學習，通過在線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對學生知識獲取過程進行督促與輔導.課堂中主講教師總結(jié)本次課的主要內(nèi)容和概念,并解答學生學習中遇到的問題.然后學生以小組為單位在教師引導下開始本次課的課堂實驗活動.要求學生當堂完成實驗操作并進行討論分析.課堂實驗活動是本教學模式的關(guān)鍵部分,課堂活動的設(shè)計是與同課堂內(nèi)容緊密配合的.學生課堂上可以有目的地進行實驗，進行理性分析，與老師學生在課堂上進行有效的探討.實驗的探索分析過程將使得學生的物理知識系統(tǒng)化，并逐漸形成嚴密的物理邏輯思維能力.這樣的教學模式實現(xiàn)了真正意義的翻轉(zhuǎn)課堂.

3 本翻轉(zhuǎn)課堂教學模式的教學設(shè)計

本教學模式將教學活動擴展為課前理論知識學習、課堂講授與討論、課堂探索實驗活動3個部分.我們的教學設(shè)計也是從這3個部分入手，具體方法如下.

(1)課前理論知識學習

這相當于教學知識傳遞階段，是學生在課前進行的.教師根據(jù)教學安排提前給學生布置相應的網(wǎng)絡(luò)課程.教師不僅提供視頻，還可以提供在線的輔導.通常在線網(wǎng)絡(luò)課程中都是按照教學內(nèi)容劃分好的一個個5～10 min的小視頻，每個小視頻講授了課程中的一個知識點，涵蓋了教學大綱中所要求的教學內(nèi)容和概念.學生需要在課前自己完成知識點的學習.教師每次提前布置給學生具體學習的內(nèi)容，留給學生足夠的自學時間.教師也可以借助于在線網(wǎng)絡(luò)平臺對學生的課前學習情況進行監(jiān)督與指導.

(2)課堂講授與討論

學生知識吸收內(nèi)化階段，是在課堂中教師與學生，學生與學生互動中完成.在課堂上，教師做重點和總結(jié)性的講課，一般每次課不超過30 min.教師講授的內(nèi)容包括知識點的總結(jié)與難點分析，解決網(wǎng)絡(luò)課程中學生學習困難的地方，也可以是學生就自己學習中的問題進行提問，大家一起討論解答.這部分教師可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)課程與學生的互動來設(shè)計講授內(nèi)容，也可以根據(jù)自己多年的教學經(jīng)驗來判斷學生難以消化的知識，通過講授、討論或者課堂練習等多種教學手段靈活進行.

(3)課堂探索實驗活動

學生知識鞏固與提高階段.課堂實驗活動是本課程的關(guān)鍵組成部分，課堂實驗活動的設(shè)計需要與課程內(nèi)容緊密結(jié)合.這個需要教師提前設(shè)計好.課堂實驗活動一般由兩部分構(gòu)成，第一部分桌上實驗與探索分析，此過程需要學生多角度觀察、思考，共同探討解決問題的方法；第二部分根據(jù)實驗和課堂內(nèi)容設(shè)計的練習,目的在于進一步讓學生澄清概念及其應用.要求學生在課內(nèi)通過小組成員的協(xié)作完成第一部分內(nèi)容.而第二部分學生可以根據(jù)自己的情況來完成.課堂上，教師通過課堂上有的放矢地分析討論以及學生自己動手課堂探索實驗，輔助學生完成知識的吸收與能力的培養(yǎng).

這樣的教學過程將教學主體從教師轉(zhuǎn)換為學生，整個教學過程就是學生自主學習的全過程.在課前，學生自己獲取理論知識，在課中，自己安排實驗，優(yōu)化過程，分析原理直到得出科學結(jié)論.整個教學過程中，教師需要做的就是提前設(shè)計與教學內(nèi)容相統(tǒng)一的預習理論內(nèi)容，課堂討論，課堂探索實驗，整合理論與實驗，在整個教學中輔助并引導學生學習.學生在教學過程中不僅學習知識，同時在課堂的小組實驗中也學會相互合作.這樣的教學設(shè)計給學生提供了一個全面探究物理的機會，從理論到實驗，讓學生主動學習，親自動手，相互切磋，共同提高，真正實現(xiàn)了以學生為主體，研究性的主動學習，并且使學生的研究性主動學習有的放矢.教師在教學過程中充當引導和輔助的作用，其工作主要放在教學內(nèi)容的輔助學習與課堂實驗活動設(shè)計上.

通過大學物理圓桌教學的翻轉(zhuǎn)課堂教學模式的研究與改革，啟發(fā)學生主動學習，幫助學生對物理現(xiàn)象發(fā)展出好的直覺和概念模型，培養(yǎng)學生運用物理知識分析問題和解決問題，開發(fā)學生的探索精神和創(chuàng)新意識，實現(xiàn)學生知識、能力、素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展，體現(xiàn)出大學物理課程的專業(yè)知識教育和素質(zhì)培養(yǎng)雙重責任.