基于學習進階的翻轉課堂在公安院校物理學課程教學中的運用
——以“力矩轉動定律”為例

沈潔

（四川警察學院 四川瀘州 646000）

一、問題的提出

物理學是一切自然科學的基礎。作為新時代公安院校的大學生掌握適當?shù)奈锢碇R，了解基礎理論對于科技興警、改革強警目標具有重要意義。然而我們發(fā)現(xiàn)，在公安院校大學物理教學中，由于教學模式陳舊，課堂往往停留在教師講授灌輸，學生被動接收，課堂氣氛沉悶，教學效果欠佳，這也成為廣大公安院校物理課程乃至通識課程的教學痛點之一，如何進行教學改革創(chuàng)新成為當下新工科教學的一大課題。

翻轉課堂也稱顛倒課堂，利用翻轉課堂，教師通過對課堂時間的重新規(guī)劃，將傳統(tǒng)的知識傳授與知識內(nèi)化過程進行翻轉，通過改變傳統(tǒng)教學中的師生角色，實現(xiàn)了對傳統(tǒng)教學模式的革新［1］。自2011 年翻轉課堂理念引入國內(nèi)，它強調突顯學習者主體地位，注重培養(yǎng)學生自主探索的教學模式十分契合高校通識課程的教學需求，所以其一經(jīng)提出，許多教師便著手研究并開展課堂實踐。上海交通大學是最早一批將翻轉課堂代入大學物理課堂并進行教學實踐的院校，如董占海（2014 年）總結了翻轉課堂的課前、課中、課后三個環(huán)節(jié)開展的教學活動，并通過教學實驗給出了大學物理翻轉課堂的教學評價方法［2］；陳小平、陳曉露等人研究了MOOC 對翻轉課堂的建設啟示［3］［4］，此后的研究傾向翻轉課堂技術手段的革新，比如SPOC、微課、MOOC 平臺的發(fā)展帶來的新模式，文獻領域主要集中于研究大學物理實驗的翻轉應用。公安院校關于翻轉課堂的研究開始于2015 年，趙新彬提出了翻轉課堂為公安法學教育改革提供契機，并分析了其挑戰(zhàn)與改革措施［5］；董久玲［6］、郁軍海［7］等人研究了翻轉課堂在大學英語、邏輯等通識教育課程的應用，而王歡［8］、左馥［9］等人研究了翻轉課堂在刑事訴訟法、公安應用寫作等專業(yè)課程中的教學模式設計，給公安教學改革指明了新方向。公安院校針對翻轉課堂的研究大多集中在課程教學實踐上，內(nèi)容主要是結合公安院校背景分析了公安院校翻轉課堂的利弊與措施。這些研究推進了翻轉課堂在公安院校的教學改革，但相關研究還大有拓展空間。翻轉課堂的本土化已持續(xù)多年，其效果褒貶不一，在實踐之中也出現(xiàn)了一些瓶頸。筆者在文獻研究的基礎上，嘗試將學習進階理論引入翻轉課堂，并結合公安院校教學實踐，對翻轉課堂的教學設計再次細化，為大學物理的教學改進提供新思路。

二、公安物理課程翻轉課堂現(xiàn)狀及其原因分析

目前，公安院校翻轉課堂的實施主要分為三個階段，第一階段為課前組織，即課前教師錄制微課或指定MOOC 為主要形式的學習資源，學生在課前完成教學視頻等的觀看學習，隨后完成相應交流與練習。第二階段是課中實施，在課堂上老師引導學生獨自探索、協(xié)作探究、互動交流、成果展示等活動［10］。第三是課后強化階段，一般通過課后作業(yè)的形式終到達知識鞏固、深度內(nèi)化的目的。翻轉課堂模式在高校早已司空見慣，但是教學效果卻不盡人意，究其原因有以下三點：

（一）翻轉適應度問題

大學物理課程作為公安院校公安技術類專業(yè)重要的基礎課程，其概念構建起的知識體系較為完善，拆分微課內(nèi)容較為容易，但是理解概念只是大學物理教學大綱的要求之一，概念的來源、概念之間的整合關系、公式的驗證推導、實驗操作及運用等都需要學生具備較為厚實的數(shù)學物理基礎與邏輯思維能力。對于大學物理微課環(huán)節(jié)而言“提不出問題反而是最大的問題”，學生普遍反映看得懂概念，但遇到數(shù)學問題就難以自學，較多的挫敗感最終導致“翻不動”的現(xiàn)象，物理課程目前只能對部分章節(jié)進行翻轉試點。

（二）信息化技術支撐問題

翻轉課堂是一種基于信息技術發(fā)展下的產(chǎn)物，它包括微課視頻設計與開發(fā)、信息化教學平臺的搭建、教學效果反饋數(shù)據(jù)統(tǒng)計以及物理課堂環(huán)境的設計，因此它不僅是一種教育問題還是一種技術問題［11］。近幾年四川警察學院著手搭建“智慧校園”平臺，大力促進信息化教學手段，雨課堂、藍墨云、學習通等學習平臺廣泛應用于課堂教學中，物理課程在翻轉的基礎上，積極運用學習通平臺，但由于實踐周期不長，超星學習通后臺數(shù)據(jù)較少，翻轉效果分析不到位，教學反哺效果欠佳。

（三）高素質教師培訓問題

部分教師們在翻轉時往往依賴于自身經(jīng)驗，如微課的制作，有的教師只是將上課內(nèi)容再復述一遍，錄制視頻供學生課前學習，對于時間長短的把控，內(nèi)容的分解，講授的重點，微課后的檢測，想要達到的效果等都缺乏科學有效的規(guī)劃。再則，微課在打破知識體系，方便學生學習的同時也必然會帶來另一個弊端：知識碎片化。碎片化的知識雖短時間符合學生的心理認識，但長期的教學容易導致學生思維混亂，知識結構不牢固，不利于物理系統(tǒng)學習。最后，課堂組織環(huán)節(jié)看似將主動權交給學生，可實際上更需要教師發(fā)揮其主導地位，否則有課堂秩序容易混亂或者出現(xiàn)另一個極端：課堂氛圍死氣沉沉，翻轉形式流于表面。

綜上，翻轉課堂在為公安物理課程帶來課堂革命，產(chǎn)生積極影響之時，也需要認真研究規(guī)劃。翻轉課堂絕不是經(jīng)驗教學，它更需要教師遵循知識內(nèi)化基本原理，根據(jù)學情、課情分析，選擇恰當?shù)慕虒W策略。教師想通過翻轉課堂模式從根本上實現(xiàn)教與學的互換，提升高校課堂教學質量，首先要做的是以教育學理論武裝頭腦，對課程進行科學系統(tǒng)的規(guī)劃，明確教學起點，瞄準教學終點。筆者認為，學習進階的終點即為培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)，可作為優(yōu)化翻轉課堂的重要理論支撐。

三、理論契機：學習進階為優(yōu)化翻轉課堂提供新思路

2004 年，美國國家研究理事會（National Research Council）上，史密斯（Carol Smith）等學者代表在“基礎教育階段科學學業(yè)成就評價委員會”報告中，第一次提到學習進階（Learning Progressions）一詞，并給出了學習進階的定義，即“學生在學習某一核心概念的過程中，所遵循的一系列逐漸復雜的思維路徑［12］。此后，學習進階被廣大學者深入研究并廣泛運用于科學教育各領域，如課程規(guī)劃、教學設計、學業(yè)評價與教師培訓等方面。我國對學習進階的研究與應用起步較晚，目前仍處于探索階段。2010 年劉恩山教授與張穎之博士提出學習進階圍繞核心概念構建出概念發(fā)展進程的理念，以及在教學中如何準確闡述概念，并提出教學應從記憶事實轉變?yōu)槔斫飧拍?，通過事實性知識幫助學生理解核心概念［13］。2013年西南大學的范增博士將高中物理力、熱、光、電等核心概念進行了梳理，并對“能量守恒”等幾個核心概念行了學習進階研究［14］。郭玉英教授團隊則在2012 年首次強調科學概念體系的整合與進階發(fā)展對我國課程設計的重要性，并在16 年給出了科學概念理解的發(fā)展層級模型和基于學習進階的科學教學設計模型［15］。隨后何春生［16］、王錒［17］等學者相繼開啟了應用學習進階進行課堂教學設計和實證的研究，取得了令人矚目的成果。

完整的學習進階一般包括五個要素，即：進階終點、進階維度、成就水平、各水平的學業(yè)表現(xiàn)以及測評工具［18］，基于學習進階的教學設計強調教學系統(tǒng)設計，即大單元設計，首先梳理核心概念搭建進階維度，預設進階起點與終點，再根據(jù)學生的認知水平以及對核心概念的認知發(fā)展過程將學習進階劃分為不同的發(fā)展階段，分別對應概念教學過程的發(fā)展層級。本文將采用結合郭玉英學者對概念的進階發(fā)展層級模型［19］，如表1。

表1 概念的進階發(fā)展層級模型

梳理第二章“剛體的轉動”內(nèi)容，筆者結合公安院校教學實踐，構建了“剛體的轉動”統(tǒng)攝下的基于核心概念的進階維度，如圖1。

圖1 剛體的轉動概念進階

本節(jié)內(nèi)容的核心概念為力矩與轉動定律，對核心概念從現(xiàn)有認知狀態(tài)到期望達成的終點間的5個進階層級現(xiàn)列表展出。如下表2、表3。

表2 力矩學習進階層級劃分

表3 轉動定律學習進階層級劃分

四、教學改進路徑

（一）以學習進階核心概念指導微課程，明確學生進階起點

翻轉課堂中的“翻轉”二字強調的是學生課前掌握基礎知識，課內(nèi)再對其內(nèi)化吸收，而課前學習的核心便是微課，所以精心設計微課尤其重要。一個好的微課一般具備知識精煉、時間簡短、結構完整、制作精良等要求，那如何對物理體系中的知識點進行“破壁”、優(yōu)選微課內(nèi)容呢？學習進階中核心概念給出了方向，核心概念作為一個個的知識脈沖，具有科學的濃縮性，十分符合微課單元節(jié)的需求。此外，微課作為一個個單元體，將知識進行了碎片化，而學習進階屬于縱向研究的范式亦可打破此顧慮。將搭建好的核心概念的概念進階圖作為思維導圖，在課前利用信息化平臺進行發(fā)布，學生清楚地知道自己進階到了的哪一個維度，下一步該去向哪里，無形中將知識點進行串聯(lián)。最后微課成效需要監(jiān)管，一般需要設置相應的作業(yè)練習和在線答疑等反饋環(huán)節(jié)，習題形式應多樣化，開放式思考題最佳，設計選項、答案要有梯度，結合進階發(fā)展層級模型中的層級設計提問，明確學生進階起點，教師通過掌握微課學習情況，為下一步的課堂做出更有針對性的安排。

（二）以學習進階發(fā)展層級設計課堂討論，促進學生完成進階目標

傳統(tǒng)的翻轉課堂主要圍繞學生課前視頻學習內(nèi)容進行，趨向于學生分組收集疑問、組織討論，教師或學生則在最后做發(fā)言總結，形式上集體討論，實際上個體化學習的狀態(tài)［20］。在大學物理課堂上，由于學科存在一定難度，參與討論時往往僅限于個別積極的同學，部分學生出現(xiàn)“云里霧里”“不知所云”的情況，認為還不如直接聽老師講授收獲的多。究其原因實際是教師在將課堂環(huán)節(jié)主導權全權交于學生所造成，缺乏對課堂有效的設計與組織。教師在翻轉的課堂上要善于創(chuàng)立情境、組織協(xié)作討論、利用會話交流等要素充分發(fā)揮學生的主體性、能動性，引導學生去挖掘、思考和解決問題。結合進階層級設計進階情境，多以開放性題目設計課堂提問，選擇題選項體現(xiàn)各層級要素，讓學生以辯論賽的形式闡述其選擇原因，激發(fā)學生的學習動機和思考能力，開拓學生的思維。利用“最后5 分鐘”小組協(xié)作方式闡述本節(jié)課的內(nèi)容與收獲，以期提高學生總結和言語表達的能力。課后作業(yè)也采用分層作業(yè)形式，分為必做題與選做題，學生可根據(jù)自己掌握程度選擇不同題目進行作答，引導學生一步步到達進階終點。

（三）以信息化軟件搭建測量平臺，為教學效果提供依據(jù)

由于疫情影響，各大信息化教學平臺加速發(fā)展，它們?yōu)榫€上學習提供教學資源的同時，也成為分析教學的數(shù)據(jù)“金礦”。筆者在教學實踐中借助慕課與超星學習通平臺，利用學習通軟件設置微課程任務點，既有效監(jiān)管學生觀看情況，又方便統(tǒng)計分析測試結果。對于多班教學實踐，可根據(jù)分析結果選出平行班與實驗班，開展教學改革實踐活動。在課堂討論階段，教師根據(jù)課前學生不同的學習進階起點，利用學習通小組討論提前進行分組，以2019級刑事科學技術3區(qū)隊為例，全班分為10 個小組，每組5～6 人，每組盡量涵蓋不同起點的同學。評分機制采用小組互評分數(shù)占50%，教師評分占50%，課堂穿插搶答，手機搖一搖抽人等環(huán)節(jié)。課后利用投票或問卷調查功能及時收集學生課堂反饋，一節(jié)課下來，學習通軟件后臺記錄了整節(jié)課的開展情況與學生參與得分，同時在學生端保留了所有課程資料與討論，可供學生隨時隨地進行復習，及時查漏補缺。每節(jié)課后教師登錄學習通后臺查看學生的平時表現(xiàn)情況，對不活躍群體、有掛科風險的同學及時進行溝通與警告。期末時一鍵統(tǒng)計學生的平時成績，平時成績有理有據(jù)，真正做到過程化考核，為教學診斷、問題干預和教學決策提供重要參照。