翻轉(zhuǎn)課堂在力學(xué)課程中的嘗試與探究

劉燕 王斌

[摘 要] 力學(xué)是物理學(xué)本科專業(yè)的基本理論知識體系中的第一個知識領(lǐng)域，即機(jī)械運動現(xiàn)象與規(guī)律。在學(xué)習(xí)過程中，由于課時限制，學(xué)生無法在課堂內(nèi)完全掌握教學(xué)內(nèi)容，對于實驗部分而言，實驗教學(xué)很難形成完整、系統(tǒng)的學(xué)習(xí)鏈;因此，將翻轉(zhuǎn)課堂模式應(yīng)用于力學(xué)教學(xué)，既有利于學(xué)生提前預(yù)習(xí)，又有利于師生互動交流，同時能夠充分培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)效率的大幅度提高。

[關(guān)鍵詞] 翻轉(zhuǎn)課堂;力學(xué)課程;教學(xué)嘗試;教學(xué)開發(fā)

[基金項目] 2017年度西華師范大學(xué)教改項目“力學(xué)的‘第二課堂教學(xué)模式探索”（Xjjgxh20177241）

[作者簡介] 劉 燕（1982—），女，四川新都人，碩士，講師，主要從事力學(xué)教學(xué)工作及非線性動力學(xué)與控制方面的研究;王 斌（1996—），男，湖南湘潭人，西華師范大學(xué)物理與空間科學(xué)學(xué)院2015級物理學(xué)本科生，研究方向為學(xué)科教學(xué)。

[中圖分類號] G642.3 ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）36-0246-03 ? ?[收稿日期] 2020-04-02

物理學(xué)本科專業(yè)的理論知識體系包括七個知識領(lǐng)域，其中力學(xué)是第一個知識領(lǐng)域，即機(jī)械運動現(xiàn)象與規(guī)律。而大學(xué)開設(shè)的第一組基礎(chǔ)物理實驗就是力學(xué)實驗，它既是大學(xué)物理教學(xué)的開端，又是后續(xù)實驗課程的基礎(chǔ)，它有利于加深學(xué)生對物理規(guī)律的認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生的基本實驗技能;讓學(xué)生掌握基本的實驗方法，養(yǎng)成良好的實驗習(xí)慣，培養(yǎng)初步的科學(xué)素養(yǎng)。目前傳統(tǒng)的教學(xué)模式主要從預(yù)習(xí)、課堂教學(xué)、復(fù)習(xí)、作業(yè)練習(xí)、考試等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行，但是有些環(huán)節(jié)存在一些瑕疵。例如：由于課時限制，教師大部分時間充當(dāng)“主角”，而學(xué)生的“舞臺”時間置于末尾。同時，對于實驗部分而言，實驗教學(xué)又很難形成完整、系統(tǒng)的學(xué)習(xí)鏈。首先，學(xué)生依靠書本描述，很難開展實驗預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)和操作訓(xùn)練，熱學(xué)實驗教學(xué)示范中心每年承接大量學(xué)生實驗，時數(shù)巨大的教學(xué)任務(wù)影響了實驗預(yù)習(xí)考核及評判、考試，尤其是動手操作考試，造成考試評判標(biāo)準(zhǔn)不具客觀性和唯一性，同時存在憑印象打分、成績因教師而異的現(xiàn)象，這樣的考試嚴(yán)重影響學(xué)生的積極性。

翻轉(zhuǎn)課堂即將課堂內(nèi)外的時間進(jìn)行調(diào)整，把學(xué)習(xí)的決定權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生。在翻轉(zhuǎn)課堂模式下，學(xué)生能夠最大程度發(fā)揮主動性，并與教師、同學(xué)共同研究解決疑難問題，從而獲得更深層次的理解。教師占用課堂的時間由傳統(tǒng)模式下的整節(jié)課轉(zhuǎn)變?yōu)?0分鐘左右，尤其強(qiáng)調(diào)學(xué)生在課前完成自主學(xué)習(xí)。學(xué)生可以通過教學(xué)視頻、聽播客、閱讀電子書，在網(wǎng)絡(luò)上與別的同學(xué)討論，查閱需要的材料進(jìn)行學(xué)習(xí)。在課后，學(xué)生自主復(fù)習(xí)整理，及時向教師進(jìn)行課堂反饋;教師則采用講授法和協(xié)作法來滿足學(xué)生的需要以及促成他們的個性化學(xué)習(xí)，其目標(biāo)是為了讓學(xué)生通過實踐獲得更真實的學(xué)習(xí)。

將翻轉(zhuǎn)課堂運用于力學(xué)課程教學(xué)，既有利于學(xué)生提前預(yù)習(xí)，又有利于師生互動交流;既有利于將大部分“舞臺”時間交還給學(xué)生，又有利于教師在大眾教學(xué)的模式下對學(xué)生進(jìn)行特色最大化、優(yōu)勢最大化的教育教學(xué)。

一、力學(xué)課程翻轉(zhuǎn)課堂設(shè)計方案

（一）課前準(zhǔn)備及課前自主學(xué)習(xí)

1.根據(jù)物理學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)模式，將力學(xué)課程分成幾大模塊。模塊1：物理學(xué)和力學(xué)基本知識點;模塊2：質(zhì)點運動學(xué);模塊3：動量、牛頓運動定律、動量守恒定律;模塊4：動能和勢能;模塊5：角動量;模塊6：萬有引力定律;模塊7：剛體力學(xué);模塊8：振動;模塊9：波動和聲。

2.對應(yīng)相關(guān)實驗如下：長度測量;固體和液體的密度測定;重力加速度的測定（單擺法）;在氣墊導(dǎo)軌上測量速度和加速度;牛頓第二定律的驗證;諧振動的研究;轉(zhuǎn)動慣量和切變模量的測量;扭擺法測定剛體轉(zhuǎn)動慣量;楊氏彈性模量的測量;弦線振動的研究;復(fù)擺。

3.根據(jù)模塊知識制作視頻、PPT、相關(guān)教程資料等提供給學(xué)生，通過互聯(lián)網(wǎng)給學(xué)生布置課前預(yù)習(xí)任務(wù)，供學(xué)生完成課前預(yù)習(xí)。同時，根據(jù)每一個模塊的內(nèi)容和知識點提前在互聯(lián)網(wǎng)上設(shè)置3～5個題目，大約10～15分鐘時間完成，學(xué)生完成后及時交給老師，老師可以根據(jù)學(xué)生完成具體時間點、時間長度和正確率等分析學(xué)生對知識點的掌握情況，根據(jù)知識點的掌握程度調(diào)整上課討論內(nèi)容，提高上課時間的有效利用率。學(xué)生在完成測試題后，設(shè)置測試疑問專欄，讓學(xué)生總結(jié)自己對該知識點課前的疑惑，標(biāo)注疑問知識點，在課堂上教師進(jìn)行全面解答。

（二）課中學(xué)習(xí)

1.課堂上教師把上課主動權(quán)交給學(xué)生，讓學(xué)生以小組討論的形式完成知識探究，同時要求老師加入課程討論，并對學(xué)生進(jìn)行有效指導(dǎo)。

2.經(jīng)過課前知識傳遞，學(xué)生已基本掌握知識要點，教師即可充分利用課堂時間與學(xué)生進(jìn)行課堂探討。在課上，教師已根據(jù)疑問專欄與課前測評創(chuàng)建針對性問題，以小組形式對教師提出的問題或者小組想解答的課前測評遺留問題開展課堂討論。經(jīng)過小組共同探究問題、解決問題，實現(xiàn)探究性學(xué)習(xí)，使課堂真正做到“以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)”，實現(xiàn)教育目的。在課堂最后10分鐘進(jìn)行教學(xué)效果測評，以達(dá)到課堂教學(xué)目的。根據(jù)檢測結(jié)果，教師對翻轉(zhuǎn)課堂及時進(jìn)行調(diào)整與改進(jìn)，為下次課做好充分準(zhǔn)備。

3.為促進(jìn)教學(xué)更加先進(jìn)化、高效性，教師采取融入TPACK（整合技術(shù)的學(xué)科教學(xué)知識）理念的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，即以技術(shù)為手段，顛倒知識內(nèi)化和知識教授順序，實現(xiàn)信息技術(shù)與課堂的結(jié)合。TPACK理念更加有助于翻轉(zhuǎn)課堂的進(jìn)行。

（三）課后復(fù)習(xí)和總結(jié)

1.根據(jù)學(xué)生在知識點方面掌握的實際出相關(guān)練習(xí)題，由學(xué)生完成，通過學(xué)生完成具體時間、時間長度和正確率等分析學(xué)生對相關(guān)知識點的掌握情況。

2.如果課前是初步認(rèn)知學(xué)習(xí)，課中是有效掌握學(xué)習(xí)，那么課后就是對知識進(jìn)行鞏固和內(nèi)化學(xué)習(xí)。在翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式中，教師可以嘗試采取學(xué)生自我總結(jié)的方式，從學(xué)生獲取知識程度得到課堂反饋。比如在掌握一定教學(xué)制作技能后，學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容制作相應(yīng)的課件。在制作過程中，學(xué)生可以借助網(wǎng)絡(luò)平臺和教師進(jìn)行交流，教師也可以借此為學(xué)生進(jìn)行輔導(dǎo)。這不僅解決了傳統(tǒng)教學(xué)的限制，也使教師能得到及時反饋，同時促進(jìn)師生關(guān)系的良好發(fā)展。另外，在課后任務(wù)完成后，學(xué)生可以將制作成果通過教學(xué)平臺進(jìn)行上傳，教師通過該平臺進(jìn)行歸納總結(jié)，并了解學(xué)生潛在的問題，改進(jìn)教學(xué)方案。

二、翻轉(zhuǎn)課堂在力學(xué)課程中的應(yīng)用

以周衍柏版本《理論力學(xué)》中第一章第四節(jié)的“牛頓第三定律”為例，對傳統(tǒng)教學(xué)與翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式進(jìn)行對比。

（一）傳統(tǒng)課堂

1.課前根據(jù)教材自主預(yù)習(xí)。

2.課中。

（1）情景導(dǎo)入。結(jié)合科幻圖片，展示宇宙飛船起飛情況，播放第14屆國際泳聯(lián)世界游泳錦標(biāo)賽選手蛙泳與自由泳過程片段。通過以上活動向?qū)W生提問：為什么火箭能夠被發(fā)射，選手通過游泳能夠前進(jìn)？

（2）新課教學(xué)。教師根據(jù)學(xué)生出現(xiàn)的誤區(qū)進(jìn)行糾正，并帶著學(xué)生的疑問進(jìn)入新課。教師配合多媒體課件展示視頻：錦標(biāo)賽蛙泳選手腳部運動簡構(gòu)圖、嫦娥四號探月從地球起步過程。教師向?qū)W生提問，讓學(xué)生進(jìn)行討論，分析出作用力與反作用力的含義，即一個物體a對另一個物體b施加一個作用力，同時，物體b也會對物體a施加一個反作用力。接下來，教師讓學(xué)生分組進(jìn)行探究性實驗，找出作用力與反作用力大小關(guān)系。學(xué)生利用彈簧測力計做相互連線對拉以及松開的實驗，觀察兩個彈簧測力計的示數(shù)大小，對作用力與反作用力大小進(jìn)行比較、總結(jié);再讓學(xué)生緩慢松開彈簧，觀察得出作用力與反作用力具備同時性。接下來觀看幻燈片給出的案例：自由泳運動員的腳步動作與蛙泳運動員的腳部運動過程。教師邊提問邊交流，分析總結(jié)得出：作用力與反作用力的反向性，并以板書形式畫出示意圖，體現(xiàn)作用力與反作用力在一條直線上。最后進(jìn)入互動環(huán)節(jié)，每兩位同學(xué)為一組，進(jìn)行伸掌對推，并向?qū)W生提問：在一個小組中，感覺到推力的是一人還是兩個人？教師結(jié)合學(xué)生的探討與交流，讓學(xué)生得出結(jié)論：作用力與反作用力作用在兩個互相作用的不同物體上。

（3）牛頓第三定律。在分析以上“三要素”條件之后，教師邀請一位同學(xué)進(jìn)行作用力與反作用力的總結(jié)，并根據(jù)學(xué)生的回答情況進(jìn)行總結(jié)，引導(dǎo)出本節(jié)課的核心牛頓第三定律。

（4）作用力與反作用力跟平衡力的區(qū)別。聯(lián)系本章節(jié)前面所學(xué)的平衡力，以桌面上的水杯為例，討論平衡力與作用力反作用的區(qū)別。教師再對照表格向?qū)W生呈現(xiàn)各個力之間的異同，相同點為大小相等，不同點為方向相反、同一直線上前者作用在兩個物體上，具備同種性質(zhì)、同時性，但不可求合力，作用效果不可抵消;后者作用在一個物體上，而是否同時、是否同種性質(zhì)具有不確定性，合力為零，作用效果相互抵消。教師對本堂課進(jìn)行總結(jié)，歸納本節(jié)課的重點、難點，進(jìn)行課后習(xí)題布置。

3.課后學(xué)生自主復(fù)習(xí)，按時完成課后作業(yè)。

（二）翻轉(zhuǎn)課堂

1.課前。

（1）學(xué)生根據(jù)教師下發(fā)的教學(xué)視頻，用時15～20分鐘進(jìn)行如下學(xué)習(xí)：觀看“長征三號丙”運載火箭的發(fā)射過程，觀看第14屆國際泳聯(lián)世界游泳錦標(biāo)賽選手蛙泳與自由泳過程。通過以上活動向?qū)W生提問：為什么會出現(xiàn)幾種與作用力和反作用力有關(guān)的現(xiàn)象？感知作用力與反作用力在科技時代中的表現(xiàn)，嘗試再自行列舉給了作用力就可以得到反作用力的效果。

（2）以的蛙泳運動員為例分析作用力與反作用力：一個物體a對另一個物體b施加一個作用力，同時物體b也會對物體a施加一個反作用力。

（3）揭示作用力與反作用的關(guān)系。利用彈簧測力計相互連線對拉以及松開的實驗，總結(jié)出作用力和反作用力的大小，具備可等性、同時性。邀請學(xué)生進(jìn)行氫氣球漏氣模擬，觀察球口底部水面波動情況，從中總結(jié)作用力與反作用力的方向具備反向性且在一條直線上。以自由泳運動員為例，總結(jié)出作用力與反作用力作用在兩個物體上。

（4）概括總結(jié)牛頓第三定律。在兩個物體之間，其作用力與反作用力具有大小可等性、反向性、作用在同一直線上。

（5）將教案設(shè)計的3～5個課后練習(xí)題穿插于視頻中，讓學(xué)生進(jìn)行受力分析與完成受力示意圖。

2.課中。

（1）學(xué)生分組實驗。用兩個彈簧測力計對拉，觀察彈簧測力計示數(shù)的大小，以及各個分段時間內(nèi)兩個彈簧示數(shù)的大小變化，表示出作用力與反作用力的關(guān)系。

（2）師生互動環(huán)節(jié)。教師以3個學(xué)生為示范，其中2個學(xué)生分別用相等的力氣在左右兩側(cè)拉中間的同學(xué)，中間位置的同學(xué)未有大幅度晃動。教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行小組討論，分析3個同學(xué)受到的力，哪些是作用力與反作用力，哪些是平衡力，作用點如何，總結(jié)平衡力與本節(jié)知識的異同之處。

（3）學(xué)生分組進(jìn)行交流，回顧本節(jié)課所學(xué)的知識，各組分派代表進(jìn)行總結(jié)。不同小組之間進(jìn)行互補(bǔ)、交流。

3.課后。自主整理課堂筆記，向教師提出課堂反饋。

（三）小結(jié)

對比兩種教學(xué)模式，翻轉(zhuǎn)課堂將傳統(tǒng)課堂的新課基本知識部分排放于課前，為課堂中介紹本節(jié)課的重點、難點以及掌握目標(biāo)增加了更多時間，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)課堂存在的時間不足、教師拖堂的不足。此外，傳統(tǒng)課堂基本為“教師傳達(dá)、學(xué)生接受”的教學(xué)模式，而翻轉(zhuǎn)課堂將“學(xué)生主角”與“教師編導(dǎo)”充分結(jié)合，既達(dá)到了教學(xué)目標(biāo)，也培養(yǎng)了學(xué)生的主觀能動性，開拓了學(xué)生的思維發(fā)散空間。

三、結(jié)論

在力學(xué)課程方面，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)授課，網(wǎng)上遞交批改作業(yè)、成績管理、智能統(tǒng)計，微課等;在實驗部分實現(xiàn)了實驗教學(xué)排課、學(xué)生自主選課、遞交批改實驗報告、成績管理、智能統(tǒng)計等功能，豐富了教學(xué)輔助手段，細(xì)化了各項管理，進(jìn)一步提高了實驗教學(xué)的開放性和交互性。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式對學(xué)生而言，學(xué)生從被動變?yōu)橹鲃訛橹鳎瑯O大地提高自學(xué)能力，課堂氣氛從沉悶場面轉(zhuǎn)變?yōu)樾〗M討論模式的活躍場面，加強(qiáng)了學(xué)生獲取知識的途徑。對教師而言，教師從傳授者變成引導(dǎo)者、教學(xué)活動的組織者，成為導(dǎo)師型的教師。因此，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在力學(xué)課程教學(xué)過程中的使用是非常有意義的。

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