翻轉(zhuǎn)課堂在近代物理實(shí)驗(yàn)中的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施策略探究*

劉海霞 李穎 欒曉寧 王桂忠

(中國海洋大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 山東 青島 266100)

高等學(xué)校擔(dān)負(fù)著各類專業(yè)人才和創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重任，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力等綜合素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)．而教學(xué)實(shí)驗(yàn)室是知識(shí)傳播、技術(shù)應(yīng)用和知識(shí)創(chuàng)新的主要基地．實(shí)驗(yàn)課教學(xué)特點(diǎn)是在教師的指導(dǎo)下，在理解實(shí)驗(yàn)原理和設(shè)計(jì)思想基礎(chǔ)上，學(xué)生自己動(dòng)手操作，獨(dú)立或相互協(xié)作完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)．實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)過程一般分為3個(gè)階段：

(1)課前預(yù)習(xí)，完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告．

(2)課堂實(shí)驗(yàn)，獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)．

(3)課后撰寫完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告．

雖然這3個(gè)階段功能不同，但構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體，缺一不可，逐次遞進(jìn)，相輔相成，密不可分．

1 近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

近代物理實(shí)驗(yàn)是高等院校中物理專業(yè)高年級(jí)學(xué)生必修的一門的實(shí)驗(yàn)課程,它將近代物理思想和實(shí)驗(yàn)技術(shù)融合為一體，涉及到多專業(yè)、多方面物理知識(shí)，具有較強(qiáng)的綜合性和技術(shù)性，并且與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)應(yīng)用緊密相聯(lián)，具有一定的前沿性[1～3]．

近代物理實(shí)驗(yàn)課程培養(yǎng)目標(biāo)是使學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步鞏固、加深、驗(yàn)證理論課所學(xué)內(nèi)容，增加學(xué)生對相關(guān)學(xué)科前沿知識(shí)的認(rèn)識(shí)及實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力．學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)，理論聯(lián)系實(shí)際，可以鞏固和加深所學(xué)的理論知識(shí)，又能培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、分析能力、科研意識(shí)、創(chuàng)新能力及團(tuán)隊(duì)精神，更能夠?yàn)閷W(xué)生今后的學(xué)習(xí)、工作和科研打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，有助于學(xué)生樹立科學(xué)的學(xué)習(xí)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)．

但在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，課程內(nèi)容受限、時(shí)間受限、教授地點(diǎn)受限，近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中主要存在著以下弊端和不足.

1.1 實(shí)驗(yàn)課的課前預(yù)習(xí)階段

實(shí)驗(yàn)課的課前預(yù)習(xí)是十分關(guān)鍵的一步，是學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)和學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)的第一步，是以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主的．但在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，難以對實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)進(jìn)行把控和監(jiān)督，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，課前預(yù)習(xí)效果不佳，直接影響到實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)的效果．主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

(1)學(xué)習(xí)資源相對單一，學(xué)生課前預(yù)習(xí)主要通過閱讀實(shí)驗(yàn)教材來完成，學(xué)習(xí)資源狹窄、受限，較難接觸其他信息資源，無法對課程內(nèi)容的深度和廣度進(jìn)行拓展．

(2)課前預(yù)習(xí)學(xué)生遇到的問題，無法及時(shí)獲得教師的指導(dǎo)與幫助．由于缺乏教師的引導(dǎo)和指導(dǎo)，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)和理解不夠深入．學(xué)生不能準(zhǔn)確地把握住實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)和難點(diǎn)．

(3)教師對實(shí)驗(yàn)課前預(yù)習(xí)難以監(jiān)控，評價(jià)方式簡單，主要依據(jù)預(yù)習(xí)報(bào)告完成情況，因此有不少學(xué)生會(huì)不求甚解地把實(shí)驗(yàn)教材相應(yīng)內(nèi)容，摘抄一遍就算完成預(yù)習(xí)任務(wù)．由于沒有達(dá)到預(yù)習(xí)目的，常常不能順利完成實(shí)驗(yàn)．

1.2 課堂階段

近代物理實(shí)驗(yàn)不僅實(shí)驗(yàn)原理涉及的知識(shí)面較多，不容易理解，并且實(shí)驗(yàn)儀器專用性高，儀器使用和操作步驟也較為復(fù)雜．由于實(shí)驗(yàn)課時(shí)相對較少，課堂時(shí)間有限，學(xué)生再占用較多的課堂時(shí)間來學(xué)習(xí)儀器的使用和操作，留給學(xué)生思考和消化吸收相關(guān)實(shí)驗(yàn)知識(shí)的時(shí)間被壓縮，學(xué)生動(dòng)手測試的時(shí)間不夠充足．實(shí)驗(yàn)過程常常匆忙行事，只是完成了實(shí)驗(yàn)流程，取得測量數(shù)據(jù)，而對實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)原理和設(shè)計(jì)思想一知半解，由于實(shí)驗(yàn)時(shí)間緊張，學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題時(shí)只會(huì)直接找教師解答，缺少獨(dú)立思考和探討的氛圍．難以對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深入探究，不能有效地進(jìn)行知識(shí)內(nèi)化．

1.3 實(shí)驗(yàn)課后階段

課后撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)遇到數(shù)據(jù)處理或無法理解、解釋的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等問題，也缺乏獲得生生間或師生間的溝通討論渠道，使學(xué)生對相關(guān)實(shí)驗(yàn)知識(shí)的鞏固、拓展和提高受到阻礙．

1.4 評價(jià)階段

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師根據(jù)預(yù)習(xí)狀況、實(shí)驗(yàn)操作過程及實(shí)驗(yàn)報(bào)告綜合給出該實(shí)驗(yàn)的總成績．而在這3個(gè)環(huán)節(jié)中，由于傳統(tǒng)教學(xué)的限制，教師其實(shí)無法科學(xué)、準(zhǔn)確地判斷學(xué)生真實(shí)的掌握水平，導(dǎo)致學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績相差不大，無法真正起到促進(jìn)和激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)的作用．

為了有效地解決近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的若干問題，迫切需要尋找一種新的教學(xué)方法、教學(xué)方式才能有效改變目前的狀況．將傳統(tǒng)課堂與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式為解決這些問題提供了有效途徑．

2 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式構(gòu)建

通過分析翻轉(zhuǎn)課堂及翻轉(zhuǎn)課堂模型的相關(guān)理論與研究，結(jié)合我校近代物理實(shí)驗(yàn)課程特點(diǎn)，我們設(shè)計(jì)了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式[4～7]，近代物理實(shí)驗(yàn)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式主要包含課前預(yù)習(xí)(完成知識(shí)傳遞)、課堂實(shí)驗(yàn)(進(jìn)行知識(shí)內(nèi)化)和課后撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告(達(dá)到知識(shí)鞏固提高)3個(gè)階段，如圖1所示.

圖1 近代物理實(shí)驗(yàn)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)流程圖

3 近代物理實(shí)驗(yàn)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)過程的設(shè)計(jì)

為了有效地解決近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的諸多問題，結(jié)合近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)特點(diǎn)，在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)中，教學(xué)過程設(shè)計(jì)不再限定于傳統(tǒng)的課堂教學(xué)這一個(gè)階段，而是圍繞課前預(yù)習(xí)、課堂實(shí)驗(yàn)、課后完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告3個(gè)階段的學(xué)習(xí)活動(dòng)而進(jìn)行統(tǒng)籌的安排設(shè)計(jì)，包括課前自主學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)資源的設(shè)計(jì)和課前預(yù)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)、課堂教學(xué)與研討活動(dòng)的策劃與設(shè)計(jì)、課下鞏固、延伸性學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)[8～11]．

3.1 自主學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)資源的設(shè)計(jì)

豐富多樣化的學(xué)習(xí)資源，是學(xué)生實(shí)現(xiàn)有效預(yù)習(xí)的關(guān)鍵，是翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)成功與否的前提與保障．翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式下，教師依據(jù)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生所具備的知識(shí)儲(chǔ)備，針對每個(gè)具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，構(gòu)建基于多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)支持下的移動(dòng)學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，完成與學(xué)生自主學(xué)習(xí)相關(guān)的配套資源的開發(fā)，將多樣化、關(guān)聯(lián)性、系統(tǒng)性、拓展性的專業(yè)知識(shí)提供給學(xué)生．每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包含的學(xué)習(xí)資源有課前任務(wù)單、微課課件資源、習(xí)題資源、自測評價(jià)表、實(shí)驗(yàn)儀器介紹和操作視頻、實(shí)驗(yàn)拓展資料、課后問答題等．

3.2 課前自主預(yù)習(xí)的教學(xué)設(shè)計(jì)

有效的課前預(yù)習(xí)是翻轉(zhuǎn)課堂順利實(shí)施的基本要素，否則翻轉(zhuǎn)課堂如同虛設(shè)，無法開展．課前預(yù)習(xí)包括線上和線下兩部分：首先學(xué)生在線下認(rèn)真學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)教材的基礎(chǔ)上，完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告．通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行在線的自主學(xué)習(xí)．學(xué)生通過閱讀課前任務(wù)書，觀看教學(xué)視頻、PPT資料，完成課前預(yù)習(xí)測試，同時(shí)，學(xué)有余力的學(xué)生也可以學(xué)習(xí)拓展資料．遇到不懂的地方充分利用平臺(tái)可以與同學(xué)或授課教師在線交流，既可以解決問題，又有助于增進(jìn)師生間的感情，從而使教師引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控教學(xué)過程的主導(dǎo)作用得以體現(xiàn)．

3.3 課堂教學(xué)——面對面的教與學(xué)

課堂上面對面的教學(xué)活動(dòng)，教師利用課堂上有限的時(shí)間，對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容過程的重點(diǎn)、難點(diǎn)以及注意事項(xiàng)進(jìn)行提問，檢驗(yàn)預(yù)習(xí)效果的同時(shí)，又能督促學(xué)生重視預(yù)習(xí)．還可以引導(dǎo)學(xué)生對預(yù)習(xí)時(shí)存在的問題予以討論，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和深度學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)，增加師生之間面對面的情感交流．

另外通過課前微視頻展示實(shí)驗(yàn)流程及實(shí)驗(yàn)儀器使用和基本操作，減少了占用課堂時(shí)間，使得學(xué)生有更多的時(shí)間動(dòng)手操作調(diào)試儀器、測量數(shù)據(jù)．實(shí)驗(yàn)探究過程中，加深對實(shí)驗(yàn)原理和設(shè)計(jì)思想的認(rèn)識(shí)與理解，實(shí)驗(yàn)操作速度和質(zhì)量都會(huì)提高，獲得事半功倍的課堂教學(xué)效果．

3.4 課后學(xué)習(xí)——鞏固和拓展

學(xué)生撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，遇到問題，學(xué)生可以通過再次查閱學(xué)習(xí)資源進(jìn)行自主解疑，也可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)對相關(guān)知識(shí)及問題與同學(xué)或授課教師在線交流討論，進(jìn)行解疑．此外要求學(xué)生完成課后問答題，鞏固和強(qiáng)化所學(xué)知識(shí)．

3.5 教學(xué)評價(jià)設(shè)計(jì)

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)評價(jià)應(yīng)包括課前預(yù)習(xí)、課堂實(shí)驗(yàn)及課后3階段．教學(xué)評價(jià)階段貫穿于整個(gè)教學(xué)過程的始終，將過程性評價(jià)和總結(jié)性評價(jià)相結(jié)合[12]．

4 翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)施策略與優(yōu)勢分析

4.1 課前預(yù)習(xí)階段

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)利用信息網(wǎng)絡(luò)，有效地解決了學(xué)習(xí)資源狹隘、知識(shí)拓展受限的問題．學(xué)生課前預(yù)習(xí)不再僅僅拘泥于實(shí)驗(yàn)教材，通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)呈現(xiàn)多樣化、多形式學(xué)習(xí)資源．學(xué)生課前學(xué)習(xí)資源包括課前學(xué)習(xí)任務(wù)書、PPT、微視頻、思考題、拓展性資料等．豐富的學(xué)習(xí)資源，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，開闊了學(xué)生的知識(shí)面和視野，滿足不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，提高了學(xué)生的專業(yè)水平和素養(yǎng)．線上學(xué)習(xí)資源內(nèi)容見圖2和圖3為示例.

圖2 在線實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

圖3 在線學(xué)習(xí)資源

例如學(xué)習(xí)任務(wù)書為學(xué)生安裝了支架，可以有效地引導(dǎo)學(xué)生利用配套學(xué)習(xí)資源開展學(xué)習(xí)活動(dòng)，依次完成學(xué)習(xí)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)．習(xí)題資源設(shè)置了思考題，通過思考題讓學(xué)生清楚實(shí)驗(yàn)中的重點(diǎn)、難點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)．例如通過觀看微視頻，在實(shí)驗(yàn)室外就可以了解實(shí)驗(yàn)儀器使用和實(shí)驗(yàn)操作流程．對整個(gè)實(shí)驗(yàn)有了一個(gè)真實(shí)的、完整的、清晰的認(rèn)識(shí)．而拓展內(nèi)容部分，介紹了該實(shí)驗(yàn)的歷史溯源和物理學(xué)發(fā)展過程中的地位，以及在現(xiàn)代科技和生產(chǎn)生活中的主要應(yīng)用和未來發(fā)展方向．從多方面入手讓學(xué)生感知知識(shí)發(fā)生、發(fā)展的過程．使得知識(shí)不再是固化的、靜止的，而成為動(dòng)態(tài)的、前沿的．增加和拓展學(xué)生知識(shí)面，調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣，激發(fā)學(xué)生的求知欲望、創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維和科研能力．

打破傳統(tǒng)課堂的局限性,打破了時(shí)空的限制，學(xué)生可以隨時(shí)隨地，按照自己的學(xué)習(xí)習(xí)慣和方式，自定步調(diào)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的自主性，使得學(xué)生能夠個(gè)性化和多樣化地進(jìn)行學(xué)習(xí)．

在網(wǎng)絡(luò)化的學(xué)習(xí)環(huán)境下，遇到不懂的問題通過師生或生生間的交流，去解決問題．它大大提高了師生、生生之間的合作探究和互動(dòng)學(xué)習(xí)，讓師生之間的交流變得更加有效[3]．互動(dòng)教學(xué)和一對一問題解答更利于教師因材施教．因而學(xué)生獲得了真正意義上的學(xué)習(xí)主動(dòng)權(quán)，形成了一種新型的師生關(guān)系．

4.2 課堂階段

在課堂上教師通過對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的重點(diǎn)、難點(diǎn)以及注意事項(xiàng)進(jìn)行提問，了解學(xué)生課前學(xué)習(xí)效果，既可以檢驗(yàn)預(yù)習(xí)效果，也能激勵(lì)和督促學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)．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)和實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題與學(xué)生展開交流討論，而教師可以發(fā)揮啟發(fā)、引導(dǎo)作用，進(jìn)而讓學(xué)生對知識(shí)進(jìn)行重新的加工整合，在課堂內(nèi)化知識(shí)的過程中通過主動(dòng)探究的方式，準(zhǔn)確掌握并消化這些教學(xué)內(nèi)容．在交流和協(xié)作過程中提高認(rèn)知水平．

在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式下的課堂上，通過課前微視頻展示實(shí)驗(yàn)流程及實(shí)驗(yàn)基本操作，一定程度上減少學(xué)習(xí)使用儀器操作的時(shí)間，可以把更多的時(shí)間用于動(dòng)手實(shí)踐、主動(dòng)探究、拓展思維上．由于對實(shí)驗(yàn)原理、設(shè)計(jì)思想、實(shí)驗(yàn)過程有了清楚、透徹、全面的理解，學(xué)生在動(dòng)手操作、實(shí)踐探究的過程中，完成對知識(shí)的深度理解和掌握，有更多時(shí)間進(jìn)行思考、分析、評判、知識(shí)遷移等高階思維的學(xué)習(xí)活動(dòng)．學(xué)生分析問題、解決問題、合作交流等綜合能力得到鍛煉和提高．進(jìn)而使知識(shí)有效內(nèi)化，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，獲得較好的學(xué)習(xí)效果．

4.3 課后階段

學(xué)生撰寫完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告過程也是對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行總結(jié)、歸納、分析、提高的過程．遇到問題，學(xué)生可以通過再次翻閱網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上發(fā)布的學(xué)習(xí)資料進(jìn)行自主解疑，也可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)對相關(guān)知識(shí)及問題與同學(xué)或授課教師在線交流討論，進(jìn)行解疑．同時(shí)要求完成課后思考題．對實(shí)驗(yàn)知識(shí)進(jìn)一步鞏固提高．對拓展資料進(jìn)行學(xué)習(xí)，要求學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)對知識(shí)遷移應(yīng)用與創(chuàng)新發(fā)展．

4.4 評價(jià)階段

教學(xué)評價(jià)是教學(xué)活動(dòng)過程中必不可少的基本要求之一，亦是教學(xué)過程中不可缺少的環(huán)節(jié)．由于翻轉(zhuǎn)課堂重構(gòu)了教學(xué)組織形式，與傳統(tǒng)課堂的教學(xué)結(jié)構(gòu)、教學(xué)方式、手段、內(nèi)容都不相同，因此，教學(xué)評價(jià)也要隨之改變．翻轉(zhuǎn)課堂模式下，把形成性評價(jià)和總結(jié)性評價(jià)結(jié)合起來，形成性評價(jià)貫穿于教學(xué)設(shè)計(jì)的各個(gè)階段．通過對知識(shí)理解和掌握、實(shí)驗(yàn)操作技能、合作交流、情感態(tài)度等多方面評價(jià)，使得考核更加全面和真實(shí)，有效激勵(lì)和促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)和發(fā)展．

信息技術(shù)支持下的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式為解決傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊端和不足開辟有效途徑．將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)與實(shí)踐結(jié)合，探索信息技術(shù)和實(shí)驗(yàn)課程融合的新思路，從而有效解決以教為主、課內(nèi)外缺乏融合、學(xué)生自主學(xué)習(xí)興趣低下、被動(dòng)聽講、參與度不高、缺乏個(gè)性化學(xué)習(xí)和討論交流學(xué)習(xí)的弊?。D(zhuǎn)課堂教學(xué)既能讓教師的引導(dǎo)、監(jiān)督和啟發(fā)作用在教學(xué)過程中得以實(shí)施，又能更大限度地發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性、主動(dòng)性和積極性，從而使兩者配合獲得最佳的教學(xué)效果．