基于“翻轉(zhuǎn)課堂”模式在工科大學(xué)物理實驗教學(xué)中的應(yīng)用

劉斌 ，郭連生 ，范閃閃 ，張旭

（1.河北工業(yè)大學(xué)，人工智能與數(shù)據(jù)科學(xué)學(xué)院；2河北工業(yè)大學(xué)，本科生院；3河北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院，天津 300401）

全國高校教師網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)中心組織專家于2014年初發(fā)布《中國高校微課白皮書》，并發(fā)行《慕課》《微課》和《公開課》一套三冊圖書。

翻轉(zhuǎn)課堂是指重新調(diào)整課堂內(nèi)外的時間，將學(xué)習(xí)的決定權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生。在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式下，能夠節(jié)省課堂內(nèi)的寶貴時間，使學(xué)生更專注于主動的基于項目的學(xué)習(xí)，共同研究解決問題，從而獲得更深層次的理解。翻轉(zhuǎn)課堂模式是大教育運動的一部分，它與混合式學(xué)習(xí)、探究性學(xué)習(xí)、其他教學(xué)方法和工具在含義上有所重疊，都是為了讓學(xué)習(xí)更加靈 活、主動，讓學(xué)生的參與度更強。

1 翻轉(zhuǎn)課堂實施的基礎(chǔ)——微視頻

微課是指運用信息技術(shù)按照認(rèn)知規(guī)律，呈現(xiàn)碎片化學(xué)習(xí)內(nèi)容、過程及擴展素材的結(jié)構(gòu)化數(shù)字資源?！拔⒄n”的核心組成內(nèi)容是課堂教學(xué)視頻（課例片段），既有別于傳統(tǒng)單一資源類型的教學(xué)課例、教學(xué)課件、教學(xué)設(shè)計、教學(xué)反思等教學(xué)資源，是在其基礎(chǔ)上繼承和發(fā)展起來的一種新型教學(xué)資源。

物理實驗教學(xué)知識點眾多，有背景知識、調(diào)節(jié)方法、使用方式、具體原理等，需要有不同類型的微視頻來支撐“翻轉(zhuǎn)課堂”模式的教學(xué)，主要分為以下四類。

（1）預(yù)習(xí)類視頻。

傳統(tǒng)學(xué)習(xí)模式學(xué)生只能對著講義中的幾張實驗儀器圖片發(fā)揮自己的想象，沒有任何感性的認(rèn)知，往往由于預(yù)習(xí)難度太大失去興趣，而微視頻可以提供直觀的儀器展示，相當(dāng)于給每個學(xué)生配一名教師。比如，楊氏模量實驗，光學(xué)放大的原理難以掌握，學(xué)生預(yù)習(xí)之后知道有個術(shù)語叫作光杠桿，具體儀器是什么樣子，怎么工作，他們完全理解不了。看了錄制的教學(xué)視頻后，學(xué)生們理解變得很容易，因為動態(tài)的演示提供了清晰直觀的影像，再配合講解聲音，而且可以隨時暫停，反復(fù)觀看，大大提高了預(yù)習(xí)效果。

（2）調(diào)節(jié)方法類視頻。

這些視頻是針對在傳統(tǒng)課堂上需要重復(fù)講解演示的知識點，如游標(biāo)卡尺、千分尺的使用方法，回路法連接電路，分光計的調(diào)整，天平的調(diào)平，邁克爾遜的調(diào)節(jié)等。這類知識點步驟較多，關(guān)注細(xì)節(jié)，稍微落下一個環(huán)節(jié)，就不能調(diào)好儀器，影響測量。這類知識點機械的重復(fù)性的講解也增加了教師的疲勞感，所以制作成微視頻，一方面可以手把手教授學(xué)生操作方法，另一方還可以緩解教師的工作強度，提升課堂教學(xué)的有效時間。

（3）背景介紹類視頻。

這類視頻主要側(cè)重于物理學(xué)史的背景、某些技術(shù)等介紹。比如，密里根油滴實驗、邁克爾遜測量波長、弗蘭克赫茲實驗，這些是獲得諾貝爾獎的實驗，當(dāng)時實驗的實施過程可以當(dāng)作一個故事，把這些故事的來龍去脈做成視頻，可以大大提升學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。還有一類適合介紹的工程技術(shù)，如全息照相技術(shù)、模擬法的應(yīng)用、霍爾傳感器技術(shù)這些與工科背景有關(guān)，可以當(dāng)成技術(shù)介紹，把這些技術(shù)的具體應(yīng)用介紹給學(xué)生，來開闊學(xué)生的工程視野。

（4）原理展示類視頻。

這類視頻側(cè)重于抽象的不容易理解的知識點。比如光學(xué)實驗里面的雙棱鏡干涉原理、牛頓環(huán)產(chǎn)生的條件、分光計測量最小偏向角等。光學(xué)實驗展示困難，利用動畫技術(shù)、PPT動態(tài)技術(shù)可以完美的呈現(xiàn)光線的走向，演示具體的成像過程，充分突出了物理學(xué)科實驗先行的特點，便于學(xué)生理解其原理。

2 “翻轉(zhuǎn)課堂”授課實施

翻轉(zhuǎn)課堂視頻配合翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行教學(xué)，有其自身的特點：第一，教學(xué)視頻短小精悍；第二，教學(xué)信息清晰明確，要有很強的帶入感；第三，重新建構(gòu)學(xué)習(xí)流程；第四，復(fù)習(xí)檢測方便快捷。

以霍爾元件測量磁場實驗為例，提供如下問題：（1）霍爾元件電子的偏轉(zhuǎn)方向由哪些因素決定？（2）霍爾電壓的計算公式？（3）測量霍爾電壓時產(chǎn)生的四種附屬效應(yīng)？（4）不等位電勢如何測量？（5）霍爾元件本質(zhì)是磁電式傳感器，制作轉(zhuǎn)速表的原理？其中問題（1）和問題（2）屬于初級問題，預(yù)習(xí)之后應(yīng)該能夠回答上來，屬于課堂提問的范圍，可以檢查學(xué)生預(yù)習(xí)的情況。問題（3）和問題（4）屬于中級目標(biāo)，對學(xué)生的思考能力提出了要求，四種附屬效應(yīng)后面的本質(zhì)是什么？不等位電勢能不能測量，怎樣測量？需要在深入理解本實驗的基礎(chǔ)之上才能回答出來，需要探究霍爾電壓產(chǎn)生的本質(zhì)，進(jìn)而通過自己所學(xué)的測量電壓的方法解決實際問題。問題（5）屬于高級目標(biāo)，要求學(xué)生在熟悉霍爾元件本質(zhì)基礎(chǔ)上，查詢相關(guān)的專業(yè)書籍，了解學(xué)習(xí)霍爾元件測量轉(zhuǎn)速的原理，進(jìn)而設(shè)計出測量方法，真正能從基本原理出發(fā)與實際工程應(yīng)用搭起橋梁，學(xué)會具體的應(yīng)用方法，做到原理、元件、具體設(shè)計、實際應(yīng)用相結(jié)合，鍛煉學(xué)生的解決實際問題的能力。

基于教學(xué)微視頻的翻轉(zhuǎn)課堂，把實驗課的自主權(quán)交給學(xué)生，學(xué)生不但能夠完成實驗數(shù)據(jù)的測量，還進(jìn)一步對實驗現(xiàn)象及其原因進(jìn)行分析、驗證、總結(jié)。不同程度的學(xué)生都能在課堂上得到最大程度的收獲，這種方式優(yōu)于普通教學(xué)方式。

3 “翻轉(zhuǎn)課堂”授課的幾點反思

3.1 實驗類課程非常適合微視頻教學(xué)

傳統(tǒng)實驗教學(xué)中存在著一些問題：首先課堂時間有限，在有限的時間內(nèi)要求理解實驗原理、熟悉實驗儀器、完成數(shù)據(jù)測量，時間緊任務(wù)重，導(dǎo)致學(xué)生變得浮躁，在進(jìn)行實驗時，往往追求盡快得出實驗結(jié)果，而不再去探索實驗中出現(xiàn)的物理問題及其原因；其次在實驗演示時，由于班級教學(xué)中學(xué)生人數(shù)多，教師的演示很難讓每位學(xué)生都觀看清楚，需要在實驗過程中個別輔導(dǎo)，由于一個教師對著多名學(xué)生，不能及時輔導(dǎo)到每一位學(xué)生，有些學(xué)生等不及，就選擇了去和其他同學(xué)合作，甚至抄數(shù)據(jù)。

提供微視頻，可以讓每個學(xué)生都能接受到演示的效果，能在課下輕松地掌握實驗方法，打破了儀器的神秘感、陌生感，學(xué)生學(xué)習(xí)起來變得容易、可行，而實驗操作成功的喜悅又給了學(xué)生強大的成就感，學(xué)生變得喜歡操作，形成良性的增長效應(yīng)。微視頻還可以暫停、重復(fù)觀看，這些固有的特性相當(dāng)于教師多次的示范演示，就是利用現(xiàn)代化的信息技術(shù)給每個學(xué)生配了一位教師，使得稀缺的教育資源最大化地利用了。

3.2 實驗微視頻拍攝注意問題

實驗微視頻的主體是實驗儀器，制作微視頻時要突出。如果把教師、黑板等出現(xiàn)在畫面當(dāng)中，學(xué)生關(guān)注度會被分散。這是“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)視頻與傳統(tǒng)的教學(xué)錄像作為不同之處。

3.3 線下課堂學(xué)習(xí)情況監(jiān)控困難

提供給學(xué)生視頻資料，學(xué)生能否真正觀看視頻，有沒有播放視頻而沒有在顯示終端前面觀看的現(xiàn)象，目前沒有好的方法進(jìn)行監(jiān)控。有例子就是學(xué)生打開視頻之后，去干別的事情，從技術(shù)監(jiān)測的反饋來說是看了，但是真實情況是根本沒看，所以觀看視頻或者PPT過程很難把握。

3.4 重視網(wǎng)絡(luò)課堂不是否定第一課堂，而是作為第一課堂的補充

翻轉(zhuǎn)課堂本身就是一個授課模式的改變，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)突破學(xué)習(xí)的時空界限，但在教學(xué)過程中不能夸大到萬能的境界。首先我們不能在第一課堂上面全程讓學(xué)生討論，需要教師更加細(xì)致的引導(dǎo)，需要選擇更好的授課內(nèi)容，搭配合理、重點突出。打個比方，就像是做魚一樣，我們做出了各種形式——煎炒烹炸，菜的內(nèi)容是沒有變，還是魚，不喜歡魚的還是不會吃。其次有的課程憑借網(wǎng)絡(luò)課堂大量推送習(xí)題，課堂上就是做題，沒有任何引導(dǎo)傳授過程，美其名曰翻轉(zhuǎn)課堂，其本質(zhì)還是題海戰(zhàn)術(shù)，只是變本加厲的刷題。這種授課方式激發(fā)不了學(xué)生任何興趣，只是徒增學(xué)生的怒火，這也不是我們教學(xué)改革的方向。

在翻轉(zhuǎn)課堂實施過程中，授課內(nèi)容是根本的。你怎么講解重點，如何起承轉(zhuǎn)合，怎么讓學(xué)生方便掌握，怎么讓學(xué)生提高動手能力，怎么讓學(xué)生解決實際工程問題，這是最核心的內(nèi)容，傳統(tǒng)課堂始終是第一位的，加大力度研究新時代的第一課堂教學(xué)，善于利用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、線下學(xué)習(xí)，只能兩者互相配合，才能發(fā)揮出翻轉(zhuǎn)課堂最強大的力量。

4 結(jié)論

在目前“大云物移”新時代下，如何利用信息技術(shù)提升教學(xué)水平成為研究熱點?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”成為各種可能，在教學(xué)過程中微視頻有利于大學(xué)物理實驗教學(xué)中知識點分解，有助于學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的理解，從而使學(xué)生能夠輕松學(xué)習(xí)，保持學(xué)習(xí)的積極性?；谖⒁曨l的翻轉(zhuǎn)課堂，把實驗課的自主權(quán)交給學(xué)生，學(xué)生不但能夠完成實驗數(shù)據(jù)的測量，還進(jìn)一步對實驗現(xiàn)象及其原因進(jìn)行分析、驗證、總結(jié)。翻轉(zhuǎn)課堂的實施，也有利于教師因材施教，學(xué)生實現(xiàn)個性化的學(xué)習(xí)。不同程度的學(xué)生，都能在課堂上得到收獲，這種方式教學(xué)方式有自己的優(yōu)勢，考慮線下學(xué)習(xí)與第一課堂相配合，才能發(fā)揮出新型教學(xué)模式的優(yōu)勢。