翻轉(zhuǎn)課堂與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐結(jié)合的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式探索
——以近代物理實(shí)驗(yàn)“光電效應(yīng)法測(cè)普朗克常數(shù)”為例＊

肖鄭穎，林金忠，李陽(yáng)娟

（莆田學(xué)院工程實(shí)訓(xùn)中心，福建 莆田351100）

隨著近年來(lái)信息技術(shù)的日新月異，“翻轉(zhuǎn)課堂”作為一種新的教學(xué)模式?jīng)_擊著傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式。學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握包括兩個(gè)階段：信息傳遞和吸收內(nèi)化。傳統(tǒng)課堂擔(dān)負(fù)著信息傳遞的首要任務(wù)，教師課堂講授，學(xué)生接受知識(shí)，課后學(xué)生通過(guò)作業(yè)習(xí)題完成吸收內(nèi)化，從而完成教與學(xué)。而翻轉(zhuǎn)課堂則是在信息技術(shù)幫助下，學(xué)生課前通過(guò)視頻等形式，課前自學(xué)完成信息傳遞過(guò)程，課堂則成為討論、互動(dòng)、協(xié)作探究、答疑的場(chǎng)所，完成吸收內(nèi)化。

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是理工科學(xué)生在本科階段實(shí)踐課程的開端，擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)操作技能、基本數(shù)據(jù)分析和處理能力的重要任務(wù)。傳統(tǒng)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課堂一般是教師先對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、步驟、注意事項(xiàng)、數(shù)據(jù)處理方法等進(jìn)行講解，余下時(shí)間由學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐操作。翻轉(zhuǎn)課堂則將講解部分提前到課前預(yù)習(xí)部分完成，學(xué)生觀看視頻并完成在線考核后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，課堂討論以學(xué)生為主，通過(guò)師生互動(dòng)的形式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)拓展，討論完成后進(jìn)行實(shí)踐操作。

本文通過(guò)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中具體的教學(xué)實(shí)例，探索翻轉(zhuǎn)課堂與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式，比較傳統(tǒng)課堂和翻轉(zhuǎn)課堂在教學(xué)過(guò)程中的差異，尋求更好激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、促進(jìn)思考、培養(yǎng)動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的有效途徑。

1 新模式下“光電效應(yīng)法測(cè)普朗克常數(shù)”教學(xué)實(shí)例

1.1 設(shè)計(jì)整體思路

光電效應(yīng)法測(cè)普朗克常數(shù)實(shí)驗(yàn)是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中近代物理實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)在愛因斯坦著名的光電效應(yīng)方程的基礎(chǔ)上，幫助學(xué)生建立光量子的概念，在對(duì)光電流特性理解的基礎(chǔ)上，測(cè)量出不同單色光的截止電壓，進(jìn)一步求出普朗克常數(shù)。學(xué)生通過(guò)驗(yàn)證愛因斯坦的光電效應(yīng)方程，了解光電效應(yīng)的內(nèi)在規(guī)律，對(duì)光的量子性有了形象的理解和認(rèn)識(shí)，同時(shí)掌握?qǐng)D解法求得物理量的數(shù)據(jù)處理方法。學(xué)生在掌握實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)儀器的基礎(chǔ)上，建立待測(cè)物理量與儀器測(cè)量量之間的聯(lián)系，最終通過(guò)合適的數(shù)據(jù)處理方法獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果，有效地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

1.2 實(shí)施步驟

實(shí)施步驟如表1 所示。

表1 物理實(shí)驗(yàn)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的實(shí)施步驟

1.2.1 課前準(zhǔn)備

1.2.1.1 線上課程準(zhǔn)備

在授課前，教師需要將“光電效應(yīng)法測(cè)普朗克常數(shù)”的教學(xué)視頻錄制好，并放上學(xué)習(xí)平臺(tái)。光電效應(yīng)法測(cè)量普朗克常數(shù)實(shí)驗(yàn)操作并不復(fù)雜，難點(diǎn)在于對(duì)愛因斯坦光電效應(yīng)方程的理解，了解光電流、截止頻率、截止電壓之間的聯(lián)系。因此線上視頻部分，要將原理講透徹，這樣學(xué)生在實(shí)際進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，才能明白測(cè)出的截止電壓和普朗克常數(shù)之間關(guān)系。在重點(diǎn)難點(diǎn)處，設(shè)置在線測(cè)試作為考核點(diǎn)，以問(wèn)題激發(fā)學(xué)生思考，更好地掌握知識(shí)點(diǎn)。在本實(shí)驗(yàn)中可設(shè)計(jì)為與重要物理概念相關(guān)，如截止電壓、光電效應(yīng)方程中各物理量概念等，幫助學(xué)生進(jìn)一步明確實(shí)驗(yàn)原理。

具體視頻錄制要點(diǎn)如表2 所示，視頻錄制可采用實(shí)物講解拍攝和電腦屏幕講解錄制結(jié)合的方式完成，最后通過(guò)剪輯軟件完善教學(xué)視頻。

表2 視頻錄制要點(diǎn)

1.2.1.2 組織線上教學(xué)

教師根據(jù)教學(xué)進(jìn)度在課前安排學(xué)生進(jìn)入教學(xué)平臺(tái)學(xué)習(xí)本實(shí)驗(yàn)知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生在完成線上視頻的學(xué)習(xí)并完成考核點(diǎn)作業(yè)后，方可進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)平臺(tái)可導(dǎo)出學(xué)生課前預(yù)習(xí)成績(jī)以供教師參考。

1.2.1.3 師生交流

學(xué)生如果預(yù)習(xí)中對(duì)某些知識(shí)點(diǎn)存在疑問(wèn)，可在線上提問(wèn)，教師可以線上答疑，同時(shí)對(duì)于常出現(xiàn)的疑問(wèn)，教師可以通過(guò)授課視頻講解。

1.2.2 課堂組織

1.2.2.1 翻轉(zhuǎn)課堂

學(xué)生在課前已觀看在線課程視頻，并已完成考核點(diǎn)測(cè)試，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后，將傳統(tǒng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)授課中用于講解實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作、注意事項(xiàng)的這一部分時(shí)間用于翻轉(zhuǎn)課堂的組織。翻轉(zhuǎn)課堂通過(guò)問(wèn)題來(lái)驅(qū)動(dòng)教學(xué)開展，可以先由教師在在線視頻的最后提出若干問(wèn)題。例如“普蘭克常數(shù)在量子力學(xué)中扮演什么角色？”“還有什么方法可以測(cè)量普朗克常數(shù)？”“光電效應(yīng)是如何發(fā)現(xiàn)的？”學(xué)生課前分組，每組就一個(gè)問(wèn)題查閱資料，課上就這些問(wèn)題開展討論。同時(shí)，也可由學(xué)生就相關(guān)問(wèn)題提出疑問(wèn)，在課堂中進(jìn)行廣泛討論。

1.2.2.2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐

討論結(jié)束后，則由學(xué)生自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。教師根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)情況，及時(shí)將實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題反饋給學(xué)生。

1.2.3 課后反饋

1.2.3.1 課后鞏固

課后，學(xué)生在教學(xué)平臺(tái)上上傳實(shí)驗(yàn)報(bào)告。教師可直接在教學(xué)平臺(tái)上批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告，批改情況可及時(shí)反饋給學(xué)生。

1.2.3.2 課后交流若學(xué)生在實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，同樣可以通過(guò)學(xué)習(xí)平臺(tái)答疑。教師也可以通過(guò)教學(xué)平臺(tái)發(fā)布作業(yè)和考核。

2 效果反思

2.1 恰當(dāng)?shù)脑诰€視頻時(shí)長(zhǎng)

在使用在線視頻之初，是按照教案將該實(shí)驗(yàn)的知識(shí)點(diǎn)以及操作錄制成一個(gè)視頻放置在學(xué)習(xí)平臺(tái)上。但是在線視頻的使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，大段的視頻效果較差，究其原因，一方面，較長(zhǎng)的視頻學(xué)生往往沒有耐心觀看完，存在拖動(dòng)和快進(jìn)的現(xiàn)象；另一方面，學(xué)生對(duì)其中某一個(gè)問(wèn)題產(chǎn)生困惑需要回看視頻時(shí)，在視頻上來(lái)回翻找，效率低。因此在后期對(duì)在線視頻做了調(diào)整，將在線視頻分成許多小片段，每個(gè)片段設(shè)置清晰明確的標(biāo)題，考核點(diǎn)穿插其中。通過(guò)這種方式，學(xué)生的觀看率明顯上升，且學(xué)生反饋較好。

2.2 預(yù)習(xí)效果的提升

在傳統(tǒng)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，往往是通過(guò)撰寫預(yù)習(xí)報(bào)告方式，督促學(xué)生預(yù)習(xí)。而學(xué)生在撰寫預(yù)習(xí)報(bào)告的時(shí)候，常常是實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書到實(shí)驗(yàn)報(bào)告的簡(jiǎn)單搬運(yùn)。在他們進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室時(shí)，腦海中對(duì)實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)方法知之甚少。而在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)中，學(xué)生關(guān)注更多的是實(shí)驗(yàn)步驟的講解，對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)的測(cè)量方法不求甚解，這與大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的目的是背道而馳的。

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的出發(fā)點(diǎn)是學(xué)生對(duì)物理學(xué)科中具有代表性的一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行觀察和測(cè)量，進(jìn)一步加深對(duì)原理的理解。通過(guò)在線課程和翻轉(zhuǎn)課堂的形式，將大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的授課方式進(jìn)行重新規(guī)劃。免去學(xué)生在課前“無(wú)腦”地抄寫預(yù)習(xí)報(bào)告，采用完成在線視頻學(xué)習(xí)和考核點(diǎn)任務(wù)的方式替代。一方面，觀看在線視頻的形式較為活潑，通過(guò)控制視頻的合適時(shí)長(zhǎng)，學(xué)生更愿意接受這種“碎片化”的預(yù)習(xí)方式；另一方面，通過(guò)設(shè)置多個(gè)“考核點(diǎn)”的形式可以檢驗(yàn)學(xué)生的預(yù)習(xí)效果。考核點(diǎn)一般設(shè)置為實(shí)驗(yàn)原理中最能體現(xiàn)物理思想和物理方法的內(nèi)容，學(xué)生通過(guò)回看視頻，查閱資料，可以初步建立起對(duì)該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的基本認(rèn)識(shí)。

此外，學(xué)生的物理基礎(chǔ)參差不齊，采用傳統(tǒng)的授課方式，存在有些學(xué)生“跟不上”，有些學(xué)生“嫌太慢”，而自主地觀看在線視頻，對(duì)不能理解的地方可以反復(fù)回看，也可以對(duì)較簡(jiǎn)單的地方倍速播放，學(xué)生可以靈活地掌握課程節(jié)奏。但預(yù)習(xí)效果歸根結(jié)底是由學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性決定的，一方面教師在視頻中多用動(dòng)畫、實(shí)物展示等方式吸引學(xué)生，避免枯燥無(wú)味的講解；另一方面，使用在線平臺(tái)中的視頻播放情況的統(tǒng)計(jì)功能，將學(xué)生的視頻播放情況和考核點(diǎn)的解答情況一并計(jì)入平時(shí)成績(jī)。

2.3 交互式的教學(xué)形式

由于在課前已經(jīng)完成了對(duì)原理、實(shí)驗(yàn)方法和注意事項(xiàng)的講解，因此課堂教學(xué)可以更有“廣度”?？梢酝ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目衍生至相關(guān)的物理學(xué)史內(nèi)容，通過(guò)問(wèn)題導(dǎo)向的討論形式，將相關(guān)物理定理的產(chǎn)生、發(fā)展和應(yīng)用展現(xiàn)在學(xué)生面前。

但是這種授課形式對(duì)教師的綜合能力提出了更高要求，一方面要求教師課前準(zhǔn)備素材，查閱資料，吃透相關(guān)知識(shí)點(diǎn)；另一方面，要求教師提高引導(dǎo)能力，把握課堂討論的方向，這就對(duì)教師的能力提出了更加多元化的要求。

此外，因?yàn)榇髮W(xué)物理實(shí)驗(yàn)面對(duì)的是非物理專業(yè)的學(xué)生，他們?cè)谶M(jìn)行大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)時(shí)，最經(jīng)常產(chǎn)生的一個(gè)疑問(wèn)就是這個(gè)實(shí)驗(yàn)與專業(yè)有什么關(guān)系。因此，在這個(gè)環(huán)節(jié)，可以結(jié)合學(xué)生專業(yè)，適當(dāng)擴(kuò)展一些相關(guān)內(nèi)容，加強(qiáng)課堂教學(xué)的應(yīng)用性和針對(duì)性，可以大大提高學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的積極性。

3 結(jié)束語(yǔ)

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式引入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，與傳統(tǒng)課堂相比，極大地改變了課程的組織形式，重新定位了師生在課堂中扮演的角色。學(xué)生方面，促進(jìn)學(xué)生思考，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)有效培養(yǎng)了自主學(xué)習(xí)能力和思維能力；教師方面，對(duì)教師的課堂組織能力和教學(xué)基本功提出了更高要求。翻轉(zhuǎn)課堂投入使用后，仍然需要不斷根據(jù)教學(xué)需要和學(xué)生反饋，對(duì)在線視頻、考核點(diǎn)、翻轉(zhuǎn)課堂討論點(diǎn)等進(jìn)行不斷調(diào)整，不斷提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。