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1、高校物理课程教学系列报告会论文集2015 11-1 大学物理实验翻转课堂教学设计 以分光计的调整与使用为例 王凯俊 ?，杨玉梅 （后勤工程学院基础部，重庆 401311） 【摘要】 翻转课堂作为课堂教学模式改革的新潮流，其自主协作的学习环境和多元互动的交 流机制给传统课堂带来了新的可能性和勃勃生机。在教学实践的基础上，充分考察翻转课堂 教学设计的指导性框架，对大学物理实验中的一个课堂教学项目进行翻转，致力于对课前任 务和课上任务进行有效设计，试图找到教学实践与教育理论之间的契合点，以提高课堂教学 效果。 【关键词】 翻转课堂；物理实验 【中图分类号】G642.0 【文献标识码】A 所谓翻转课堂
2、， 就是在信息化环境中， 课程教师提供以教学视频为主要形式 的学习资源， 学生在上课前完成对教学视频等学习资源的观看和学习，师生在课 堂上一起完成作业答疑、协作探究和互动交流等活动的一种新型的教学模式 1 。 目前，翻转课堂已形成多种教学设计模型，为现行课堂教学实践的深化提供 了指导性框架。如杰姬格斯丁(2011)构建的环形四阶段模型，将翻转课堂分为 体验参与、概念探索、意义建构和展示应用四个阶段；曾贞(2012)指出“反转” 教学有三个关键步骤： 观看视频前的学习，讨论并提出问题；观看视频时的学习， 根据问题寻找答案； 应用并解决问题的学习， 深入问题进行探究。 张金磊的翻转 课堂教学模型包
3、括课前学习和课堂学习两部分。无论哪一种模型都显示着有效的 翻转课堂是以学生在上课前完成对课程内容的自主学习为前提的，因此，课前任 务的设计在翻转课堂这种教学方式中显得尤为重要。 1. 课前任务设计 翻转课堂的课前任务设计以自主学习任务单为表现形式，任务单强调任务驱 ?作者简介： 王凯俊（ 1984-） ，男，湖北仙桃人，中国人民解放军后勤工程学院，讲师，主要从事大学物理教学和军事物流的研 究工作。 高校物理课程教学系列报告会论文集2015 11-2 动，问题导向， 尤其是强调把教学重难点及其他知识点化为问题，意在让学生在 解决问题的追求中达成学习目标。 以大学物理实验课程中分光计的调整与使用项
4、目为例，我们设计了如下的课 前任务。课前任务设计围绕ARCS 动机理论 2 的四个要素进行，具体如下。 表 1 分光计的调整与使用课前任务设计中的ARCS 动机理论 要素设计 A 注意 简单关键的问题设计，引发注意；生活科技的拓展应用，和层层 递进的问题，激发兴趣 R 关联 12 个问题的设计注重与学生前概念、和已有知识的关联， 与生活 和科技的关联 C 自信阶段性的、结合小任务的鼓励性评价，产生自信 S满意阶段性的、结合小任务的问题解决，获得满意 课前任务设计包括学生分析、 教学目标、 学习资料、 课前自主学习任务单四 部分。 1.1.学生分析 a.大部分学生能够参照大学物理实验教材了解仪器
5、结构，但“讲出来”有一 定难度； b.理论学习部分，还没有学习大学物理课程中的光学部分，光栅衍射原理难 度大，恐怕成为止步不前的理由。 如果提示学生或学生自己发现本实验更关注衍 射现象，主动学习和完成该自学任务的比率会增加。 c.本该有挑战性能够触发其深层思维活动的设计性任务，在某些资源的支持 下容易变成借用、抄录等体力活儿。 d.采用 16-20 人小班教学，易于实现个别辅导，和课堂进程控制。 1.2.学习目标 a.了解光学的基本规律，知道分光计的操作技能和应用领域； b.能够自觉投入学习，学会发现问题、解决问题； c.知道同伴合作、同伴互学的重要性； d.能够把学习的内容进行有条理、有重点
6、，甚至形象有趣的展示。 1.3.课前自主学习任务单 任务单以问题的形式呈现，问题设计分不同的层次和类型，共11 个。有的 高校物理课程教学系列报告会论文集2015 11-3 问题属于“概念探究 ” 型，帮助学生理解基本概念；有的问题只是帮助学生深入 理解视频；有的属于 “ 意义建构 ” 型，帮助学生建立“学习支架” ，引导其深入学 习；有的问题属于 “ 探讨运用 ” 型，需要学生经过较深入的学习和分析以后才能给 出答案，便于教师根据这些答案， 找出共性问题， 有针对性地开展课堂讨论解决 问题，或结合实际操作澄清疑惑。例如问题“ 如何放置双面镜，可以把三个螺 丝的连动变成两个螺丝的连动？把三个螺
7、丝的连动变成两个螺丝的连动，用到了 哪个几何定理？ ” 如果仅仅知道分光计的结构，各个组成部分的功用，及反射定 律等知识性内容是很难回答的， 但是通过小组间的讨论能够一定程度解决，或者 完全解决。它涉及分光计光学法调整的主要原理光杠杆。问题解决需要在综 合掌握以上知识、 认真观察实验现象的基础上， 进行整体的应用性分析和一定的 逻辑推理。即从像的位置利用光杠杆原理联想到平面镜的位置再分析载物台 与分光计主轴的位置关系。 （1） 看书，初识分光计 参照大学物理实验教材：认识分光计的主要构件。 思考：分光计的主要功能是否用来 “分光”？如果是，是如何“分光”的？ 如果不是，分光计的主要功能是什么？
8、 （2） 看视频，答问题，会调分光计 a.视频 1（7 分钟） ：明确调整任务,回答问题 -。 为什么要设置这样的调整任务？（如果不调整，直接测量，会如何？） 如何保证望远镜聚焦无穷远？ 为什么只取双面镜正反两个位置就能保证转轴与光轴处处垂直？ 如何放置双面镜， 可以把三个螺丝的连动变成两个螺丝的连动？把三个螺 丝的连动变成两个螺丝的连动，用到了哪个几何定理？ b.视频 2（7 分钟） ：光学法精调的原理与操作，回答问题-。 如何粗调，找光标的像？ 正面“十”字像下降，反面“十”字像如何变化？ 用反射规律解释各半调节法，画出光路简图。 c.视频 3（6 分钟） ：平行光管的调节，回答问题-。
9、分光计读数原理与那些测量仪器原理一致（举例2-3 种）？ 高校物理课程教学系列报告会论文集2015 11-4 读数时，什么时候需要考虑“过零”问题？ 平行光管产生平行光的主要光学元件是什么？ (3） 初步设计方案，尝试使用分光计 任务 1：色散与数学的完美应用：测量棱镜折射率 任务 2：分光计使用与光栅的精密测量：测量光栅常量、谱线波长 方案设计提示： a.概念：偏向角，最小偏向角。 b.规律：了解光栅衍射现象及原理（资料：大学物理教材P160-168） ，思考 从原理上看衍射和折射的彩色条纹分布区有哪些（至少写出两条） c.设计测量三棱镜顶角和最小偏向角的方法。 （课上需调整仪器到测量状态）
10、 d.思考保证光线垂直入射光栅面的方法。 （课上需调整仪器到测量状态） e.明确待测量，设计测量表格和数据处理思路。 （4） 分光计在科技生活的拓展应用 拓展任务 1：彩虹和海市蜃楼是如何形成的。写出大于100 字的简介。 拓展任务 2：通过网络、数据库、书籍、杂志等途径查询“光谱分析”在科 技中的应用。列举3 个领域，每个领域写出大于100 字的简介。 2. 课上任务设计 问题引导的、具有探索性的课前学习较为全面深入， 实现了对课上时间的“松 绑” ， 不同的学生可以根据自身的学习习惯和学习风格确定适合自己的学习步调。 为达成课上学习的深度互动， 实现绩效的最大化， 需要设计丰富而多元的课上
11、学 习活动，如随时展示问题、合作讨论、同伴协作、项目实践等，此外，教师学作 为生身边的观察者和指导者， 应随时准备与学生探讨学习过程中遇到的各种问题， 必要的时候，教师可以就个别问题对全班学生进行补充讲解。基于以上的思考， 针对本节课的课上任务设计思路及课堂活动流程设计如下。 2.1.设计思路 a.设计实验操作及实验结果展示环节，一方面，展示组得到了锻炼，另一方 面，其他组也带着自己在实验操作过程中发现的问题倾听，可以发现展示组的问 题，发现自己的问题。 高校物理课程教学系列报告会论文集2015 11-5 b. 操作过程中边发现问题， 边写在黑板上， 大家共同带着问题， 继续操作， 边解决问题
12、便又发现新的问题。 c.讨论内容，以学生提出问题为主，评价中采用提问即得分的形式鼓励学生 提问。 2.2.课堂活动流程设计（ 2 课时， 90 分钟） 表 2 “分光计的调整与使用”课堂活动流程设计表 活动 环节 具体步骤组织形式 时间 分配 问题在 哪里？ 学生找问题： 课堂上说出课前任务学习中 存在的主要问题。 教师发现问题：课前任务测验中，发现的 共性问题。 分小组提出问题10 分钟 解决 问题 解决能够快速解决的问题找出2-3 个典型 问题，采用头脑风暴。 旋转木马式头脑风暴10 分钟 实验 操作 结合课前任务中设计的实验方案，给定时 间进行实践操作，边操作，边发现问题，解决 问题。任
13、务包括： 1）完成分光计的调整（课前任务有详细 视频资料） 2）设计测量三棱镜顶角和最小偏向角的 方法，并调整仪器到测量状态。3） 光线垂直 入射光栅面的方法，并调整仪器到测量状态。 4）设计表格，完成数据测量。 小组协作； 教师与每个小组进行 交流，尤其要对学习 困难的小组进行引导 提示（共 6 个小组） 。 40 分钟 问题 解决 请学生发现操作过程中存在的问题，并写 在黑板上。针对问题展开组间讨论。 学生边操作边发现问 题，写出问题。 10 分钟 展示 选择或学生自愿，产生2-3 个小组进行测 量过程的陈述和测量结果展示。 大家共同找出 展示组的好的工作和存在问题。 不一定选择表现最好
14、的小组 10 分钟 测验与 拓展学 习 针对本节课所有的学习内容设计小测验， 并布置与本节课应用提升相关的拓展学习任 务。拓展任务可采取分组讲解，同伴互学、互 评，教师总结讲评的方式。 书面测验； 完成实验报告的拓展 学习任务。 8 分钟 1 分钟 反思 建立一分钟反思记录本， 学生每次离开实 验室之前，用一分钟的时间，写下学到了什么， 还想学什么，有什么建议。 小活动，大道理，让 学生感受到学习是自 己的事情，学有所获 是很幸福滴。 1 分钟 3. 学习环境设计 课堂活动在分光计的调整与使用实验室开展，准备摄录机，拍摄记录学生学 高校物理课程教学系列报告会论文集2015 11-6 习画面和学
15、生展示过程。 硬件设施为传统的多媒体实验室， 有黑板粉笔和投影仪， 没有电脑和网络。 在这样的情况下， 学生与教师、 学生与学生的深入互动和教学 任务中多元而丰富的活动设计就显得尤为重要。只有这样，才能为学生提供一个 自由、真实、协作的高参与性学习环境，充分发挥学生的自主性，实现有效的翻 转课堂。 4. 评价设计 评价中关注学生或小组提出问题的个数和水平，课前设计好评价表格， 随时 记录。可以采用等级量表，打勾标记，比较节省时间。采用提问即得分的规则， 以促进学生。 关注实验操作过程中的小组表现评价，重点看解决问题的能力，方案设计 的科学性，学习的投入程度。注意不一定是操作进程的快慢，学生有个
16、体差异， 学习的态度和积极性更重要。即使是16 人的课堂，这也是个有待讨论的难题。 因为学生多以小组为单位表现其学习行为，很难具体到个人评价。 虽然采用小组 内部的同伴互评可以在一定程度上解决个人评价的问题，但在有限的时间内， 和 缺乏网络环境的情况下，实施起来有一定的局限性。 【参考文献】 1 钟晓流，宋述强，等.信息化环境中基于翻转课堂理念的教学设计研究J.开放教育研究， 2013（2） ：58-64 2 王丽娜 .基于 “ARCS 学习动机模型” 的初中英语阅读教学研究J.教学与管理， 2014 （2） ： 48-52 高校物理课程教学系列报告会论文集2015 11-7 Instruct
17、ional design for College physics experiment with Flipped classroom: A case study on spectrometer experiment WANG Kaijun, YANG Yumei (Department of Physics, LEU, Chongqing 401311, China) Abstract: Flipped classroom is leading a new trend in the reform of classroom teaching mode, the learning environm
18、ent and the multi-interaction mechanism of the autonomous collaborative learning environment has brought new possibilities and vitality to the traditional classroom. On the basis of teaching practice, to study the instructional design of the flipped classroom teaching, and to turn the classroom teaching project in college physics experiment, and try to find the meeting point between the teaching practice and educational theory to improve the teaching effect. Keywords: flipped classroom; physical experiment;spectrometer