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基于虚拟实验室的初中物理实验翻转课堂教学模式设计
添加时间: 2016-11-10 20:32:34 来源: 作者: 点击数:2125

 

      

初中物理实验翻转课堂教学模式设计

摘要:文章根据初中物理实验教学的特点,针对初中物理实验课程课时较少、学生课堂动手时间较少、学习效果不佳、受条件限制过大等问题,分析了翻转课堂在解决这些问题上的价值,构建了以自主学习和协作学习为主的物理实验翻转课堂模式,并对其模式下的课前学习资料准备、课前自主学习、课堂活动和反馈与评价四个模块进行详述,说明了此模式具体的操作方法。

关键词:翻转课堂;虚拟实验室;初中物理实验

The Design of Physics Experiment Teaching Mode Based on Flipped Classroom

AbstractAccording to the characteristics of physics experiment teaching in junior middle school, the paper analyzes the value of the flipped classroom in solving problems, such as lack of experiment time and few experimental chances. So, the flipped classroom teaching mode of physics experiment is proposed.

Keywords: Flipped classroom; Virtual laboratory; Physics experiment; Teaching mode

一 初中物理实验课教学存在的问题

初中物理实验课是中学物理学科的重要内容,且也成为各省市中考的必考内容。根据《初中物理课程标准(2011版)》,初中物理实验课是落实物理课程目标,全面提高学生科学素养的重要途径。要发挥实验在物理教学中的重要作用,需要正确认识物理实验的教学目标,注意把握实验教学的特点,合理开发实验教学的课程资源。因此,无论是从学科本位出发,亦或是学生本位出发,初中物理实验的重要性无可忽视。

虽然我们充分意识到物理实验的重要性,但在实际教学过程中,受到学科内部自身局限性以及外界条件所限制等问题,传统模式下的物理实验教学模式如下图[1],由于主要采取边边讲边练的形式,实验教学仍存在一定问题。物理实验课教学的局限性使我们所不容忽视的,且主要表现在以下两个方面。

 

1   传统的物理实验教学模式

(一)外界条件限制

以初中物理实验为例,新课标规定了初中必做的20个实验,且要求学校应充分利用已有的实验器材,努力开发适合本校情况的实验课程资源,尽可能让学生自己动手多做实脸。

但我们必须要认清实际情况,这20个实验虽然有例如“用刻度尺测量长度、用表测量时间”等只用简单工具就可进行的简单实验,但也不乏“探究电流与电压、电阻的关系”、“探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件”等必须配有一定实验器材的才能开展的较为复杂的实验;而且也有例如“探究水沸腾时温度变化的特点”、“用电压表测量电压”等具有一定危险性的实验;并且也有如“探究通电螺线管外部磁场的方向”等观察微观世界层面的实验。因此,出于上述实验器材配备、实验危险性、学科自身实验的复杂性等限制,初中物理实验往往会在一定程度上由于受到缺乏实验环境的问题而无法顺利展开。

(二)实验课时少、学生学习效果差

物理实验课教学包括讲述实验原理、明确实验目的、实验步骤、数据表格、书写实验报告等,且物理实验探究一般包括提出问题、猜想与假设、设计实验、进行实验、收集证据、解释与讨论、反思与评价、表达与交流这八个基本环节。但是课堂的40分钟很难做到将每一个环节都做到位,教师为了赶课时,实验课的形式变成了教师做、学生看,在学生的动手实验时间被最大化的压缩下,实验课所能达到的效果我们可想而知。

二 虚拟实验室和翻转课堂解决上述问题的潜质

2.1虚拟实验室

虚拟实验室是一种基于Web技术、VR虚拟现实技术构建的开放式网络化的虚拟实验教学系统,是现有各种教学实验室的数字化和虚拟化。虚拟实验台与真实实验台类似,可供学生自己动手配置、连接、调节和使用实验仪器设备。教师利用虚拟器材库中的器材自由搭建任意合理的典型实验,或实验案例,这一点是虚拟实验室有别于一般实验教学课件的重要特征[2]

针对物理实验其高操作性高实践性的特点,主要开发虚拟实验室中三种实验模式:带提示实验模式、不带提示实验模式、测试模式,模式具体的操作方法,笔者将在第三部分进行详述。将虚拟实验室运用于实验教学中具有如下优点:首先,无需考虑实验仪器及药品的消耗,不收外界条件限制;其次,不受时间、地点的限制,同学可以在寝室、实验室、图书馆等场地使用虚拟实验室;最后,仿真性强、生动形象,便于学生对实验操作的充分理解和掌握。因此,随着虚拟实验技术的成熟,人们开始认识到虚拟实验室在教育领域的应用价值,它除了可以辅助高校的科研工作,在实验教学方面也逐渐被教育者们所重视。

2.2翻转课堂

翻转课堂(The Flipped Classroom)这一颗投入教育界的炸弹,被称为对传统教学模式的“破坏时创新”,英特尔全球教育总监Brain Gonzalez[3]是这样评价翻转课堂的“翻转课堂是指教育者赋予学习者更多的自由,把知识传授的过程放在教室外,让大家选择最适合自己的方式接受新知识;而把知识内化的过程放在教室内,以便同学之间、同学和老师之间有更多的沟通和交流。”相比传统教学方式而言,不仅将知识传授与知识内化的顺序统一提前,而且“翻转了教师与学生的“约定俗成的固有地位和相互作用方式,且实践证明,翻转课堂在激发学生的学习兴趣、提高考试成绩和提升教师工作满意度等方面都有促进作用[4]

翻转课堂的概念给予了物理实验教学一个新的思路,如果将教师知识传授的阶段安排在课前,那么珍贵的课堂时间就能为学生亲自动手物理实验、师生交流讨论这重要的知识内化阶段让路,这样就能在一定程度上解决课堂学生实验时间少、课堂效率不高的问题。

三 初中物理实验翻转课堂教学模式

物理实验翻转课堂的教学结构如图2所示。

2 化学实验翻转课堂教学模式设计[5]

物理实验翻转课堂关键环节:

3.1课前学习资料准备

教师根据教学的需要,按照教师设计的自主学习流程制作物理实验学习资料包,包括教师录制的微视频、相关学习资料、物理虚拟实验学习系统内部资源链接和一些可检查课前学生获取知识程度的针对性练习。这里针对物理实验课相比其他普通知识类课程具有更强的操作性和实践性,教师提供的课前学习资源应该不仅包括概念、原理等陈述性知识,还应该重点包括物理实验具体操作流程的程序性知识。

基于物理实验课的特殊性,在这里,课前资料包的制作应注意以下两点。一,实验微视频等课前学习资源能够用简单明了的语言对实验操作相关的原理、概念、操作流程、注意事项进行规范的讲解,且教师有对实验操作有标准的过程示范。二,针对微视频无法提供操作环境让学生进行预先的实验联系,笔者把虚拟实验室引入到学习资料准备环节,对于虚拟实验室的相关定义及具体操作,笔者会在物理实验翻转课堂支撑系统做详述。

3.2课前自主学习

课前自主学习是翻转课堂的关键环节,最大化地开展课前学习活动以延长课堂学习时间、提高学习效率,是翻转课堂的重要特点之一[6],也是翻转课堂得以实施的重要基础。学生根据学习资料包中的学习清单来完成一系列学习任务,并且利用网络交流工具进行师生交流、生生交流。了解彼此间的收获和疑问。学生对于课堂内容的信息获得是确保接下里的教学活动能顺利进行的重要一环,也是将课前自主学习区别于“预习”的重要标杆。

课前自主学习不能等同于预习,学生在此阶段内对于知识的接收、吸收,要达到甚至要超过传统课堂中教师灌输式讲述下学生所达到的效果,那么翻转课堂才能实现其自身的价值。

针对物理实验课程较强的实践性和操作性,笔者选取了以下两方面课前自主学习中的关键模块进行论述。

3.2.1实验基础知识的获得

实验基础知识主要包括实验安全知识的讲解、实验仪器以及实验操作规范介绍。

1)实验安全知识讲解。进行实验活动,安全始终是摆在第一位的,特别是在进行例如“探究电流与电压、电阻的关系”、“探究水沸腾时温度变化的特点”等有一定危险性的实验时,更应该让学生树立一定的安全实验观念,详细讲解安全事故的成因及危害。

2)实验仪器讲解。实验仪器的讲解是以资料卡片的形式存在的,包括实验仪器的可视化模型、仪器功能介绍、使用规则介绍、使用方法演示、错误使用方法演示等内容。

3)实验操作规则介绍。实验规则是人们从实验室里长期总结出来的经验和教训,是确保实验安全性和准确性的重要保障。在进行实验操作规则介绍时,辅之以动画演示,使学生更直观了解到实验操作规则的具体形式。

3.2.2基本实验技能训练

基本实验操作的掌握是能够顺利进行实验的保障。基本技能的获得是学生在物理实验课中非常重要的技能目标。本模块主要包括实验原理讲解、基本操作流程的介绍、基本操作流程的演示及虚拟实验室中学生自主练习。

1)实验原理讲解。有效结合图片、动画、声音、教学工具软件等来更直观、形象、生动地进行原理讲解,有效避免了实验原理部分枯燥、乏味而无法吸引学生注意力的问题。

2)基本操作流程的介绍。包括基本实验操作的分解步骤详解和各个步骤所对应的注意事项。

3)基本操作流程的演示。包括真人录像和模拟动画两种方式,并且配有教师讲解。且可对演示视频进行标签化编辑,可以根据学生不同的差异性需要从某个标签处进行播放,节省了视频查找时间;而且不同的学生对自己不懂的实验操作部分可以重复多次播放观看,使得每个学生能够对实验过程有着主体性的控制,有效弥补了传统实验课上大多数学生无法近距离观看教师操作而导致教学效果参差不齐的缺点。

4)虚拟实验室练习。包括带提示演示模式、不带提示演示模式。带提示演示模式是根据实验操作步骤,按步骤来引导学生进行正确实验操作,使学生熟悉操作流程,且对实验操作有更直观化的体验;不带提示演示模式是在学生熟悉操作流程后,用于自主尝试操作,且当学生全部操作步骤结束后,系统会根据刚刚学生操作情况,给予整体的评价,使学生获得及时反馈,有利于学生在没有外界指导的条件下,发现自身实验操作的不足。

3.3课堂活动

在翻转课堂中,对学生学习最有益的改变并不是在课前的学习,而是在高质量、高效率的课堂活动中完成知识的内化。建构主义者认为,知识的获得是学习者在一定情境下通过人际协作活动实现意义建构的过程,因此,课堂活动这一环节,应在建构主义所提倡的情景、协作、会话等要素支撑下,通过师生交流、学生小组协作、组间竞赛、成果展示等环节,使得学生达到知识内化的最大化。笔者选取了以下个方面对于课堂活动环节进行详述。

3.3.1 课堂实验

在物理实验课堂上,教师对本次实验的安排做简要说明后,课堂绝大部分时间交给学生进行实验。一方面,对于教师而言,根据课前虚拟实验室系统中不带提示实验模式的数据统计,教师可以获得学生在课前虚拟操作时的情况,总结出学生操作的主要出错点和个别学生操作情况,总结出教学重难点以及需要老师特别单独指导的学困生。基于以上数据,教师可更具针对性的进行实验分组、观察学生实验操作、指导学生操作错误、回答学生在实验过程中所产生的问题。另一方面,对于学生而言,学生可以根据课前虚拟实验室自身操作情况,有目的地选择自己操作不熟练或操作难度较大的步骤展开实验,使得课堂真实实验更具有针对性,也能使学生在有限“真刀实枪的课堂时间中高效率地提高自身实验操作技能,相比之前传统实验课堂,达到利用率最大化、效果最优化。

翻转实验课堂,学生由之前的“观众”变为“操作者”,教师由之前的“表演者”变为“指导者

3.3.2课堂沟通交流

协作学习是指个体间采用对话、商讨、争论等形式充分论证所研究问题、以获取达到学习目标的途径。

(1)师生之间的交流沟通。翻转实验课堂与传统实验课不一样的是,学生是带这课前自己学习、练习的结果以所发现的疑惑和自身问题走进课堂的,教师可以结合虚拟实验室中不带提示操作模式的学情统计以及课前面对面交流所了解到的学生存在的普遍问题,对于这堂实验课的问题展开更具针对性教学。

虽然区别于传统教学,教师已不再是知识交互与应用的中心,但教师仍然是教学进程的领导者和学生学习的指导者,是学生真实情景中的脚手架。因此,具有针对性教学的前提就是教师要与学生有密切、深度的沟通了解,以发现问题、进而解决问题。

(2)学生之间的协作学习。翻转课堂是有活力的且需要学生高度参与、体验的课堂,特别是对于物理实验这种实践性较高的课,更需要学生依据课堂内容反复与同学进行交流讨论以加深知识深度、扩展应用广度。

首先,同学们可以根据学习资料包的学习情况,共同交流自己在课前所遇到的问题并试着相互解答其他同学所存在的疑惑指出,以及交流此节课中希望老师重点讲授的内容;其次,在课堂动手实践环节,在教师的组织下,同学间形成小组,共同协作进行实验,小组内的成员可以相互指出对方实验操作不足的地方并给予改进意见,组内成员共同进步;最后,以成果展示的形式进行小组间的竞赛,各个小组都可以对展示成果组提出意见,使全班在此环节都得到进步与提升。

3.4反馈与评价

目前,物理基本实验操作都被很多省市列为中考考试内容,学生的操作成绩也被纳入中考总成绩当中,实验操作的重要性不可忽视。因此,此处对于物理实验的反馈和评价笔者重点讲述实验操作部分。主要按照课前、课堂中和课后三个板块进行论述。

3.4.1课前的反馈与评价

(1) 学生方面,通过学习资料包中虚拟实验室进行操作,包括带提示操作模式和不带提示操作模式。其中,不带提示操作模式中,学生全部实验操作结束后,系统会对学生的操作进行整体评价,让学生获得及时的反馈。学生带着这些问题,可以再一次重复虚拟操作以纠正操作行为或到课堂上进行真实实验操作更直接的解决自身操作不足。

(2) 教师方面,教师参考虚拟实验学习系统的学情统计,可以获得学生在虚拟实验室中进行不带提示操作模块的操作数据,以量化的形式了解学生操作所存在的普遍问题和极个别同学的特殊问题,从而更具有针对性的设计教学,为实验课中操作活动高效率的开展做好充分准备。

3.4.2 课堂中的反馈和评价

1)学生方面,在真实的环境中进行实验操作。物理实验课堂中分为个体操作、小组协作操作、组间成果展示三个板块,学生分别可以获得自身反馈评价、组内成员的评价、全班同学及老师的评价,并不断在这些评价中提高对自身操作行为认知的正确性和实验操作的准确度。

2)教师方面,教师根据课前学情统计所反映出的学生所存在的问题,按照课前预期的教学设计进行教学,并在学生实际操作时重点观察学生课前所反映的问题是否得以有效解决,例如在学生较难掌控的实验步骤多做几次重复演示,放慢速度且尽量让全班同学都能观察清楚;另一方面,实时掌握学生操作情况,及时捕捉学生在实际操作时所出现的新问题新难点,动用教学机智,使教师灵活、动态地根据学生课堂学习情况调整教学策略,保证师生的交互教学形成一个有效的环路。

3.4.3 课后的反馈与评价

1)学生方面。充分利用虚拟实验室中的测试模式,测试模式是系统建立一个虚拟实验操作考试环境,提供基本的实验仪器,具有模拟出题、考试评分、时间限制等功能,考试结束后,对学生的操作给予准确评分和标记错误操作,让学生在虚拟的考试环境中检测学习效果、提高自身操作技能、增强学生的考试自我效能感。

2)教师方面。一方面,针对虚拟实验室中测试模式的学情统计,了解学生课后实验操作情况,对于学生依旧难以攻克的操作难点,可将重难点的操作练习安排在之后的教学设计中。另一方面,收集学生对于翻转课堂的体验和感受,并在教师之间展开探讨,对教学过程和成果进行经验总结,不断调整翻转课堂教学的实施办法,尤其是对于翻转课堂这种教育的“舶来品”,怎样不断寻找更优更快的方式使其在中国教育土地上开花结果显得尤为重要,因此对于此种教学模式本身的评价与反思也是我们不容忽视的。对于物理实验翻转课堂本身的反馈和评价,通过调查学生对于此节实验课的感想和意见,以不断实时改进物理实验翻转课堂的教学设计,使此种新兴的教学模式更加适合我国的实验课堂。

四 总结

2011年翻转课堂面世,便得到广泛认可,加拿大的《环球时报》称其为2011年影响课堂教学的重大技术变革。在国外,翻转课堂已经得到较大范围的实施,并且也取得了令人称赞的教学效果。在我国,重庆市江津聚奎中学和广州市海珠区第五中学也相继展开了翻转课堂教学模式的教学实验[7]

本文尝试把此种新颖的教学模式引入到物理实验中,设计了应用于初中物理实验的翻转课堂教学模式。在我国基础教育信息化不断完善的情况下,基础建设、技术支持已经有了一定的保障,且与翻转课堂相配套的教育管理体质也有条件来愈发完善,而教育观念的革新和教师能力的发展水平才是翻转课堂得以在我国实验课上“软着陆”的真正困难。

《教育信息化十年发展规划(20112020年)》指出,教育信息化的发展要以教育理念创新为先导,以优质教育资源和信息化学习环境建设为基础,以学习方式和教育模式创新为核心[8]。由于翻转课堂这一教学模式正好迎合了其思想的核心即:创新学习方式和教学模式,因此可以肯定的是,借助国家推展信息化教学的趋势,翻转课堂必将在信息时代的大背景下走出一条崭新的教学模式之路。

   

参考文献

[1] 杨九民.基于微视频资源的翻转课堂在实验教学中的应用研究—以“现代教育技术”实验课程为例[J]现代教育技术,2013,(10):0036

[2]虚拟实验室  [OL].http://baike.baidu.com/link?url=Knt9gl5BEHjgj7jIqyG2Z3SkRaWoc7GrnOHT5D0PDrPMNU-7SZkEwxlS7wAIMht3oFQTI5ABf9WvucL5NhTP5a

[3] 未来的课堂:颠倒的室[OL].<http://www.jyb.cn/ad/news/201110/t20111010_456993.html.>

[4] 重庆市聚奎中学.重庆市聚奎中学网站[EB/OL]. [2013-04-09].http://www.jukui.com/.

[5] 徐妲.基于翻转课堂的化学实验教学模式及支撑系统研究[J].远程教育杂志,2013,(5):0107

[6] 张金磊.翻转课堂教学模式研究[J].远程教育杂志,2012,(4):0046

[7] 王红.翻转课堂教学模型的设计—基于国内外典型案例分析[J]现代教育技术,2013,(8):0005

[8] 教育部. 教育信息化十年发展规划(2011-2020 年)[EB/OL][2012-05-06.http://www.edu.cn/zong_he_870/20120330/t20120330_760603_3.shtml.

初中物理实验课教学存在的问题.................................................................................. 3

虚拟实验室和翻转课堂解决上述问题的潜质................................................................ 4

2.1虚拟实验室.......................................................................................................... 4

2.2翻转课堂.............................................................................................................. 4

初中物理实验翻转课堂教学模式.................................................................................. 5

3.1课前学习资料准备................................................................................................ 5

3.2课前自主学习....................................................................................................... 5

3.2.1实验基础知识的获得................................................................................... 6

3.2.2基本实验技能训练...................................................................................... 6

3.3课堂活动.............................................................................................................. 7

3.3.1 课堂实验................................................................................................... 7

3.3.2课堂沟通交流............................................................................................. 7

3.4反馈与评价..........................................................................., ............................... 8

3.4.1课前的反馈与评价...................................................................................... 8

3.4.2 课堂中的反馈和评价.................................................................................. 8

3.4.3 课后的反馈与评价..................................................................................... 8

总结............................................................................................................................ 9



[1] 杨九民.基于微视频资源的翻转课堂在实验教学中的应用研究—以“现代教育技术”实验课程为例[J]现代教育技术,2013,(10):0036

[2]虚拟实验室[OL].http://baike.baidu.com/link?url=Knt9gl5BEHjgj7jIqyG2Z3SkRaWoc7GrnOHT5D0PDrPMNU-7SZkEwxlS7wAIMht3oFQTI5ABf9WvucL5NhTP5a

[3] 未来的课堂:颠倒的室[OL].<http://www.jyb.cn/ad/news/201110/t20111010_456993.html.>

[4] 重庆市聚奎中学.重庆市聚奎中学网站[EB/OL]. [2013-04-09].http://www.jukui.com/.

[5] 徐妲.基于翻转课堂的化学实验教学模式及支撑系统研究[J].远程教育杂志,2013,(5):0107

[6] 张金磊.翻转课堂教学模式研究[J].远程教育杂志,2012,(4):0046

[7] 王红.翻转课堂教学模型的设计—基于国内外典型案例分析[J]现代教育技术,2013,(8):0005

[8] 教育部. 教育信息化十年发展规划(2011-2020 年)[EB/OL][2012-05-06].http://www.edu.cn/zong_he_870/20120330/t20120330

_760603_3.shtml.

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