管明碩

(華東師范大學(xué)物理學(xué)系　上?！?00241)

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物理實(shí)驗(yàn)操作能力培養(yǎng)的新設(shè)想——來自翻轉(zhuǎn)課堂的啟示

管明碩

(華東師范大學(xué)物理學(xué)系上海200241)

摘 要：針對大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)操作能力培養(yǎng)不足的情況，提出借鑒翻轉(zhuǎn)課堂的優(yōu)勢，優(yōu)化物理實(shí)驗(yàn)操作能力培養(yǎng)的方案和原則．在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了相應(yīng)的教學(xué)實(shí)踐并總結(jié)了學(xué)生反饋意見，文章最后探討了研究中還需進(jìn)一步考量的問題．

關(guān)鍵詞：物理實(shí)驗(yàn)操作能力翻轉(zhuǎn)課堂

1實(shí)驗(yàn)課操作能力培養(yǎng)中存在的問題

物理是一門實(shí)驗(yàn)學(xué)科，從能力要求的角度來看，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的完成需要操作能力與分析歸納、綜合應(yīng)用等能力的共同參與[1]．這其中操作能力總體思維含量較低，在實(shí)驗(yàn)課上不易引起師生重視，然而“工欲善其事，必先利其器”，實(shí)驗(yàn)方案的實(shí)現(xiàn)需要依托于基本的實(shí)驗(yàn)操作能力去實(shí)現(xiàn)，所以實(shí)驗(yàn)操作能力的培養(yǎng)應(yīng)得到相應(yīng)的重視．

實(shí)驗(yàn)儀器操作總體要求思維能力較低，并不意味著實(shí)驗(yàn)儀器的操作學(xué)習(xí)起來都很簡單，實(shí)際實(shí)驗(yàn)中學(xué)生會遭遇許多與實(shí)驗(yàn)操作能力有關(guān)的困難．通過對我校物理系大一年級隨機(jī)抽取的10位同學(xué)的訪談，總結(jié)到困難主要存在于以下幾個(gè)方面：

一是，課前要求學(xué)生閱讀課本學(xué)習(xí)操作規(guī)范，二維的圖片展示和文字描述比較抽象，學(xué)習(xí)效果有限．

二是，實(shí)驗(yàn)開始前講解實(shí)驗(yàn)儀器時(shí)，一般都是多個(gè)學(xué)生圍著一個(gè)老師，很多細(xì)小位置并不能看清楚老師是如何操作的．

三是，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)將實(shí)驗(yàn)操作能力的培養(yǎng)分散于各個(gè)具體的實(shí)驗(yàn)中，某個(gè)實(shí)驗(yàn)中需要用到某種新的儀器了，老師會在課前做一下展示．而此時(shí)學(xué)生的關(guān)注點(diǎn)往往在于實(shí)驗(yàn)本身，對儀器缺乏足夠重視導(dǎo)致沒有學(xué)到足夠的操作技能，以致實(shí)驗(yàn)思路有了卻在用儀器測量物理量時(shí)發(fā)生了困難，擾亂了實(shí)驗(yàn)思路．

最后，大一學(xué)生在高中時(shí)代接觸的實(shí)驗(yàn)儀器都很簡單，進(jìn)入大學(xué)后突然接觸精密儀器，操作能力上有落差．大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)本身思維難度就比高中大，再加上儀器操作上的困難，更易使學(xué)生感到茫然無措．

2翻轉(zhuǎn)課堂在培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)操作能力上的優(yōu)勢

翻轉(zhuǎn)課堂是把原本課上需要學(xué)習(xí)的知識內(nèi)容錄制成7~12min的powerpoint動態(tài)演示課件或視頻，由學(xué)生課前自行學(xué)習(xí)知識內(nèi)容，而課上則注重學(xué)生對于知識的綜合應(yīng)用．翻轉(zhuǎn)課堂的優(yōu)勢首先在于充分利用了新興的多媒體的優(yōu)勢，課程呈現(xiàn)方式形象生動，可以從視覺、聽覺多重通道刺激無意注意．相比傳統(tǒng)的學(xué)生閱讀書本材料學(xué)習(xí)儀器操作，這種方式更加形象生動．其次，實(shí)驗(yàn)儀器的操作展示錄制成視頻以后，不僅方便學(xué)生利用零碎時(shí)間學(xué)習(xí)，還可以克服學(xué)生多，教師演示時(shí)部分同學(xué)看不清，細(xì)小部件看不到的情況．最后，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前將儀器操作所需要的技能掌握后，在實(shí)驗(yàn)課堂上就可以專注于具體的實(shí)驗(yàn)，不會出現(xiàn)對實(shí)驗(yàn)思路理解不夠清楚、儀器又不會用的雙重困境．

3利用翻轉(zhuǎn)課堂優(yōu)化實(shí)驗(yàn)操作能力教學(xué)的方案設(shè)計(jì)

鑒于以上理論分析，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)操作能力的培養(yǎng)可以單獨(dú)列出，將一些實(shí)驗(yàn)儀器的原理介紹、使用方法以翻轉(zhuǎn)課堂的形式放在實(shí)驗(yàn)課前進(jìn)行學(xué)習(xí)．借鑒翻轉(zhuǎn)課堂的優(yōu)勢，結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)理論，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)操作能力的教學(xué)進(jìn)行改進(jìn)需從以下幾個(gè)方面入手：教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)的流程．

從教學(xué)目標(biāo)上看，應(yīng)以實(shí)驗(yàn)儀器的原理、實(shí)驗(yàn)儀器的調(diào)整方法、實(shí)驗(yàn)儀器的操作規(guī)范這3種知識能力的熟練掌握為教學(xué)目標(biāo)．從教學(xué)手段上看，實(shí)驗(yàn)教學(xué)要與時(shí)俱進(jìn)，與現(xiàn)代化數(shù)字設(shè)備相結(jié)合．課程的呈現(xiàn)方式借鑒翻轉(zhuǎn)課堂，可以采用錄制視頻、制作3D動畫模型的方式．課程的呈現(xiàn)平臺無需自己搭建，完全可以依托現(xiàn)行學(xué)生常用的社交軟件、信息交流平臺，這樣可以降低教學(xué)方案實(shí)施的成本和工作量．從教學(xué)的內(nèi)容上看，儀器操作需是可以脫離具體實(shí)驗(yàn)外延，而單獨(dú)教授的儀器操作，而不是針對于某一實(shí)驗(yàn)，必須依托于某一具體實(shí)驗(yàn)才能學(xué)習(xí)的特定操作．比如說分光計(jì)的使用，它可以在光的反射、折射、偏振等實(shí)驗(yàn)中精確測量角度[3]，這種測量方法不需要掌握光的折射原理就可以學(xué)習(xí)，教師就可以把分光計(jì)的使用以翻轉(zhuǎn)課堂的形式在具體實(shí)驗(yàn)前先行講授．從整體的實(shí)驗(yàn)流程上看，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課之前教師應(yīng)該先行分析實(shí)驗(yàn)中用到的各種實(shí)驗(yàn)儀器，找出可以單獨(dú)講解的實(shí)驗(yàn)儀器．然后，制作講解演示課件．之后，將課件上傳到適合的網(wǎng)絡(luò)平臺供學(xué)生學(xué)習(xí)，最后收集學(xué)生反饋．

4借鑒翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行實(shí)驗(yàn)儀器操作教學(xué)的原則

鑒于以上設(shè)計(jì)，結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂優(yōu)勢與實(shí)驗(yàn)教學(xué)規(guī)范，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)儀器操作的教學(xué)還應(yīng)遵循以下3條原則：

一是課件展示時(shí)間不能過長，翻轉(zhuǎn)課堂的精髓之一在于短小精悍，不需要學(xué)生的長時(shí)間有意注意．長篇累牘會造成學(xué)生疲勞，失去翻轉(zhuǎn)課堂形式本來的優(yōu)勢；

二是課件制作的畫面應(yīng)具有簡潔性、操作演示具有規(guī)范性，課件的制作，可以制作錄像，也可以利用動畫制作儀器的模型．若是錄制視頻中需要人的操作，盡量只拍入手部，這樣不易分散學(xué)生注意，儀器也能看得更清楚；

三是反饋問題要有適時(shí)性與延時(shí)性．在線反饋首先要提出與儀器操作有關(guān)的問題，主要考查學(xué)生是否掌握了儀器操作的方法和規(guī)范．但這并不是學(xué)習(xí)的終點(diǎn)，更高層次的能力要求學(xué)生能夠靈活運(yùn)用甚至改進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器，因而反饋問題還應(yīng)該提出一些與后續(xù)實(shí)驗(yàn)相關(guān)的問題和其他擴(kuò)展型問題，幫助學(xué)生拓展思路．

5教學(xué)實(shí)踐——分光計(jì)操作能力的培養(yǎng)及反饋

分光計(jì)是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)常用的實(shí)驗(yàn)儀器之一，可以測量折射率、波長、色散率、衍射角等多種光學(xué)參量．每一屆學(xué)生在大一利用分光計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，遇到困難也是比較多的．因此在進(jìn)行“分光計(jì)測棱鏡折射率”等實(shí)驗(yàn)之前，筆者選取了分光計(jì)的操作教學(xué)作為一次實(shí)踐．

在本次實(shí)踐中，筆者將分光計(jì)的原理用PPT和錄屏軟件錄制成動態(tài)演示，將操作示范用手機(jī)錄制成視頻．操作示范的內(nèi)容包括分光計(jì)的構(gòu)成，分光計(jì)各部件的調(diào)節(jié)方法，以及二分之一調(diào)節(jié)法和刻度盤的讀數(shù)方法．課件和視頻錄制完成后，筆者將其上傳到提前建好的網(wǎng)盤中，分享給大一即將進(jìn)行光學(xué)專題實(shí)驗(yàn)的9位學(xué)生．并且向?qū)W生提出反饋問題，例如“利用二分之一調(diào)節(jié)法調(diào)節(jié)分光計(jì)時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)十字處于分光計(jì)叉絲交點(diǎn)的左上方，應(yīng)如何調(diào)節(jié)分光計(jì)”等問題，幫助學(xué)生自檢學(xué)習(xí)效果．完成了對分光計(jì)操作方法的學(xué)習(xí)后，學(xué)生再到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行“分光計(jì)測棱鏡折射率”等實(shí)驗(yàn)．

課后，筆者再次對學(xué)生進(jìn)行訪談．發(fā)現(xiàn)7位學(xué)生對于這種學(xué)習(xí)方式所持的態(tài)度是積極的，2位同學(xué)未做明確表態(tài)，沒有同學(xué)提出強(qiáng)烈反對．持積極態(tài)度的同學(xué)認(rèn)為這種方式切合時(shí)代發(fā)展，比單純看書生動，提前學(xué)習(xí)儀器操作后，實(shí)驗(yàn)時(shí)思路更清晰．也不會出現(xiàn)課堂上看老師演示看不清楚的情況，有的地方不理解還可以反復(fù)觀看．未做明確表態(tài)的同學(xué)覺得這種方式只是把課本上的內(nèi)容換了一種形式，無論是看書還是利用翻轉(zhuǎn)課堂的形式，學(xué)習(xí)效果的關(guān)鍵還是在于學(xué)習(xí)者本身學(xué)習(xí)態(tài)度是否認(rèn)真．

6結(jié)論與反思

本文針對大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中對操作能力重視不足的情況，提出了利用翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)操作能力培養(yǎng)的方法，并給出了相應(yīng)的原則和實(shí)踐，大部分學(xué)生對于這種改進(jìn)做出了積極的評價(jià)．但目前對翻轉(zhuǎn)課堂的這種利用，還處于探索階段，視頻展示資料的制作等工作量都十分巨大．這種投入和產(chǎn)出是否成正相關(guān)還需考據(jù)．參與本次研究的學(xué)生是初次接觸這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，難免因新鮮感對這種教學(xué)方式作出積極回應(yīng)．如果以后這種教學(xué)方式普遍起來，學(xué)生失去了新鮮感，這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式是否還能得到較多的積極反饋，也是需要考量的方面．筆者根據(jù)其他領(lǐng)域和學(xué)科的相關(guān)實(shí)踐得到的良好反饋，提出這個(gè)改進(jìn)方案，但在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)學(xué)科是否也能夠取得同樣成功，還需進(jìn)一步的調(diào)研實(shí)驗(yàn)．

參 考 文 獻(xiàn)

1陶洪.物理實(shí)驗(yàn)論.南寧：廣西教育出版社，1996.72~119

2Moran,K.andA.Milsom.TheFlippedClassroominCounselorEducation.CounselorEducationandSupervision,2015,54(1): 32~43

3馬葭生,宦強(qiáng).大學(xué)物理實(shí)驗(yàn).上海：華東師范大學(xué)出版社,2009.137~139

New Idea on Training Physics Experiment Operation Ability——Enlightenment from the flipped classroom

Guan Mingshuo

(Depcrtment of Physics,East China Normal University，Shanghai200241)

Abstract:Due to the insufficient cultivation of physics experiment operational capability, in this paper, the author proposed that how to use the advantage of flipped classroom to optimize students’ physics experiment operational capability.The author also presented some corresponding teaching principles and several issues that need further consideration.

Key words:physics experiment; operational capability; flipped classroom

(收稿日期：2015-09-23)