基于改进的翻转课堂教学法的大学物理实验教学研究

    孙江 郭冰 王丰

    

    

    

    摘 ?要 针对制约能力培养的讲授式教学法，将改进的翻转课堂教学法用于大学物理实验教学。改进的翻转课堂教学法在翻转课堂教学法的基础上，对课前自学环节和实验室形式两个方面进行改进。在分析实施可行性后，构建基于改进的翻转课堂教学法的大学物理实验教学模型，选取声速测量这一综合实验设计教学案例，并与传统教学法教学效果进行比较，学生能力培养得到有效改进。

    关键词 翻转课堂;教学法;大学物理实验;网络课程;实验室;教学模型;深度学习

    中图分类号：G642.423 ? ?文献标识码：B

    文章编号：1671-489X（2019）18-0115-04

    Research on Teaching of College Physics Experiment based on Improved Flipped Classroom Teaching Method//SUN Jiang， GUO

    Bing， WANG Feng

    Abstract According to pedagogy of restricting ability cultivation， the

    improved flipped classroom teaching method is used to the teaching of college physics experiment. Based on the flipped classroom tea-

    ching method， two aspects of pre-class self-study session and lab for-

    mat are improved in the improved flipped classroom teaching method.

    After analyzing the feasibility of implementation， the teaching model

    of college physics experiment based on the improved flipped class-room teaching method is built. The teaching cases is designed by

    using sound velocity measurement that is a comprehensive experi-ment. Compared with the teaching effect of the traditional teaching method， ability cultivation has been improved effectively.

    Key words flipped classroom; teaching method; college physics experiment; network course; laboratory; teaching model; deep lear-ning

    1 引言

    大學物理实验是高等院校教育中一门基础的实践课程，既具备基础实验课程的特点，也突出未来岗位的需求。课程涉及的知识及方法体现了客观世界及科学研究的普遍性规律，同时是其他专业课程实践研究的基础。作为实践课程的开端，通过该课程的授课，引领学生探索、认知复杂世界的客观规律，掌握科学研究的基本手段，培养学生多方面的综合能力。其综合能力主要体现在“2+3”个方面，其中，“2”是未来岗位需要的两个核心基本能力，即自主学习能力和思维能力;“3”体现了动手能力、创新能力和合作能力。以两个核心能力为牵引，带动三个方面能力同时发展。

    目前，大学物理实验课程通常分为演示实验、基本实验、综合实验和设计实验等。不同类型实验项目授课形式仍然以讲授式为主，教师在讲解完实验目的、原理、仪器、内容等方面后由学生进行实操，或结合实验特点，采用边讲边做的形式。但这些授课形式问题也很明显：学生没有自主研究的空间，学生结合教师讲解的原理、内容直接进行实验;学生自主实操时间变短，教师的讲解占用一部分课堂时间;师生没有相互讨论，以便学生深入学习实验思想和本质;缺少合作，学生实操过程相对独立。针对这些问题，物理实验教学不断进行改革[1-3]。本文尝试利用改进的翻转课堂教学法进行综合、设计类实验项目的授课，以便寻求更好的教学效果。

    2 改进的翻转课堂教学法及实施的可行性

    翻转课堂教学法 ?翻转课堂译自“Flipped Classroom”

    或“Inverted Classroom”，也可以译为颠倒课堂，是指重新建构学习的流程，即将课堂内外的安排进行重新调整，传统的信息传递时间由课堂内教师的讲解调整到课前学生进行自学，而学生对信息的吸收内化由课后调整至课堂中进行。

    翻转课堂式教学法的优势包括：学生自主学习时间更加充足，空间更加灵活，便于进行深度学习，有利于自主学习能力和学习兴趣的培养;课堂效率更高，教师针对学生的问题进行有针对性的讲解，学生学习效率进一步提高;增加谈论环节，便于学生深入理解实验思想和本质。

    改进的翻转课堂教学法 ?鉴于翻转课堂的优势[4-10]，结合实验课程的教学特点，本文采用改进的翻转课堂教学法。改进主要体现在课前自学环节和实验室形式两个方面。

    课前自学环节方面，通常的翻转课堂中的课前自学环节主要是通过观看教学视频、阅读电子资料等途径实现的。目前，网络课程发展迅速，实验课程也有相应的网络教学视频作为教学的辅助手段，如通过视频演示实验的流程，通过虚拟现实技术模拟实验的操作等。这些网络课程打破了实验空间、时间和器材的限制，提高了资源的利用率，但也有其弊端，即省略了学生动手自主研究、自主实操的探索过程，并不利于思维、动手、创新、协作这几个方面能力的培养。针对综合、设计实验，学生有条件进入实验室进行实操的情况下，课前的学习环节不设置网络课程，不直接学习实操过程，而是要求学生通过利用计算机网络或图书馆查阅参考资料等形式进行相关知识的自主研究，撰写研究报告并上传至授课教师，说明研究中存在的问题。

    实验室形式方面，翻转课堂的实体授课中，实验室的形式采用创新的主动学习实验室设计，桌椅的摆放，计算机、投影仪、录像机的设置，都更加注重学生的主体地位，也更有利于学习效率的提高。

    学生学情分析 ?综合实验项目在基本、演示实验项目之后开设，学生通过基本实验项目的学习，已经掌握了物理实验所需的基础知识及常用方法，具备了利用改进翻转课堂自主深入研究综合实验的基础。具体情况如下：

    1）课程开始时首先进行了绪论课的学习，学生掌握了物理实验所需的基础知识，包括误差、有效数字、不确定度及数据处理的常用方法等;

    2）通過演示实验的学习，学生对物理实验有了初步了解，对物理现象和客观规律有了直观认识，对大学物理实验课程的学习建立了一定的兴趣;

    3）通过基本实验的学习，学生对物理实验有了一定深度的了解，学习和掌握了基本的实验方法和常见物理量的测量方法，熟悉了物理实验的基本要求和流程，明确了实验报告的撰写要求，具备了自主研究、探讨综合实验的基础。

    3 基于改进的翻转课堂教学法的大学物理实验教学模型构建

    利用改进的翻转课堂教学法对大学物理实验课堂教学模型进行构建，具体包括三个环节：课前环节、课中环节、课后环节。

    课前环节 ?首先对学生进行分组，合理搭配学生，形成优势互补。如将理论知识扎实与动手能力突出的学生分为一组，进而培养学生的协作能力，提高教学效率。

    教师利用网络平台发布实验项目内容及具体要求。学生利用课前课余时间通过计算机网络平台或图书馆等途径对实验的相关内容进行提前学习，以便课堂上提供大量自主实操及解疑的时间，这有利于培养学生自主学习的能力。

    学生可以通过网络平台与教师进行交流，并撰写研究报告上传网络平台;教师通过平台查看每名学生撰写的研究报告，并整理学生遇到的问题。研究报告内容包括预习过程中遇到的问题、自己的思考及查阅的参考资料，目的在于反映预习难点，体现查阅资料的情况，对学生课前学习起到一定的督促作用，便于了解掌握该实验项目哪些内容是学生的难点。

    课中环节 ?课堂中，教师首先进行抽测，检查课前学习情况，计入学生平时成绩;而后对学生课前学习情况进行反馈，解答学生课前学习中遇到的重点问题，便于其后续的实操。实操前强调实验注意事项，而后进行分组实验。不提前讲解实验原理，给予学生充足的自主研究空间，培养自主学习能力。

    基于自主学习理念[11-13]，对实验室布局进行改进，如图1所示，创新地将实验室形式布局成主动学习式实验室，即可移动的讲台，便于教师在实验室任何位置进行讲课，以及与学生进行互动;可移动的桌椅，便于学生自由组合进行实验。实验室中安置一台可移动的录像机，并连接投影仪，可以将各个实验桌画面实时投影至大屏幕，便于教师与学生之间互动教学，也便于不同组学生之间交流与学习。实验室四周都安置投影屏幕，教师的课件和录像机的影像可以投影至实验室的四个方向，便于不同位置的学生从不同角度进行观看。

    实验结束后，每组选代表进行发言交流，锻炼学生的表达能力，活跃课堂气氛，便于教师更有针对性地解答问题，提高教学效率。教师讲解学生实验中操作错误的地方，从总体上总结实验思路，深入讲解实验原理;给学生修正实验的时间，便于学生对知识的深层理解。

    课后环节 ?学生完成课后实验报告的撰写，回顾和理解实验内容。通过分析学生学习情况，教师给予学生一个多方面、多维度的综合评价，较科学地反映学生的综合学习能力[14-15]。

    针对一个综合实验项目，学生具体的学习流程如图2所示。

    4 教学设计案例

    按照构建的基于改进的翻转课堂教学法的大学物理实验教学模型，选取声速测量这一综合实验项目，设计一个教学案例。

    教学目标设置 ?本次教学设计案例所选取的综合实验，可以从知识、能力、态度三个维度设置教学目标。

    知识层面，了解超声波的实际应用，掌握在介质中的两个传播特性，即传播速度、多普勒效应。

    能力层面，该综合实验利用多种方法测量超声波传播速度，使学生对声速测量方法有一个系统的认识和学习。结合选取的教学方法，引导学生自主研究这一相对复杂的综合问题，达到培养综合能力的目标。

    态度层面，通过给予学生充足的自主研究时间，培养学生积极的学习态度;课堂中要求学生进行交流发言，探讨实验过程中遇到的问题，培养严谨、求实的科学态度。

    教学内容的选取 ?声速测量实验项目用于测量超声波的传播速度，要求利用驻波法、相位法两种方法进行测量;了解时差法测量超声波传播速度的方法。

    教学流程 ?教学流程如表1所示。

    教学效果 ?在大一学生中选取两个平行班进行教学效果比较，其中A班采用本文提出的改进的翻转课堂教学法进行授课;B班采用传统的讲授式教学法进行授课。两个班综合实验成绩分布统计如图3所示。

    A班学习积极性明显提升，90—100分、80—89分、70—79分、60—69分、60分以下五个分数段分布比例分别为22%、52%、21%、5%、0%，B班相应分数段分布比例分别为12%、45%、32%、7%、4%。A班90分以上高分段学生较B班多出10%。A班平均分为86.91分，B班平均分为81.49分，A班比B班高出5.42分，教学效果明显改善。

    5 结语

    大学物理实验课程中综合实验的学习是能力提高的阶段，需要充分尊重学生的主体地位。

    引导学生深度学习 ?深度学习有两方面的优势：一是有利于培养学生的自主学习能力;二是有利于提高学生学习的兴趣。课堂时间是有限的，这就需要充分利用课余时间特别是课前时间。提前布置学习内容，围绕相关问题，不能简单翻看教材，而是通过查阅大量资料，对知识进行深入研究与思考，达到深度学习的目的。课堂中，结合问题进行有针对性的指导，提高教学效率。

    注重实验项目之间的联系与区别 ?传统的实验教学以实验的难易程度进行划分，忽视了项目之间的联系与比较，这不利于对知识进行系统学习，不利于形成知识体系。故加强实验项目之间的比较，将同类实验项目（内容或方法上类似）集中进行教学，帮助学生建立知识体系，提高思维能力。

    采用先操作后讲解的倒序形式 ?传统的实验教学通常采用先讲解、后实操的教学顺序，这种教学形式不利于学生自主探索。对于综合实验，更加强调能力的培养，故采用先操作、后讲解的倒序形式，给予学生充足的探索时间，自主进行研究，而后结合学生的操作情况有针对性地进行讲解。

    分组实操，加强合作 ?实验时，可以采用分组的形式，充分发挥小组成员之间的协作互助精神。学习成绩较好的学生主动带动成绩较差的学生共同进步，提高学习的效率。同时，培养学生合作的能力。

    给予小组发言与互动的机会 ?小组之间的发言与互动，可以增进课堂的学习氛围，同时有助于学习效率的提高。下一步还可以在课前学习内容的布置、交流发言的总结及教学评价等方面进行改进，进一步完善教学方法。

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