許成科，張登玉，楊興華，鄧小輝，汪新文

（1.衡陽(yáng)師范學(xué)院 南岳學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421000；2.衡陽(yáng)師范學(xué)院 物理與電子信息工程學(xué)院，湖南 衡陽(yáng)421000）

大學(xué)物理作為理工科院校必修的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，其課程所包括的基本概念、理論、方法形成學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)，這些構(gòu)成學(xué)生科學(xué)素質(zhì)和修養(yǎng)的重要組成部分，作為科學(xué)工作者和工程技術(shù)人員必須具備大學(xué)物理的相關(guān)科學(xué)素養(yǎng)。[1]大學(xué)物理課程在學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及能力、素質(zhì)的培養(yǎng)方面起著無(wú)可替代的作用。

當(dāng)今世界，IT改變了幾乎所有的領(lǐng)域。近幾年來(lái)，大規(guī)模在線開放課程(MOOCs)席卷全球，沖擊著傳統(tǒng)教育培養(yǎng)模式，引發(fā)學(xué)習(xí)方式變革的攻堅(jiān)戰(zhàn)。[2]以信息技術(shù)為基礎(chǔ)的翻轉(zhuǎn)課堂隨之產(chǎn)生，翻轉(zhuǎn)課堂改變了傳統(tǒng)教學(xué)中的師生角色，其顛倒了知識(shí)傳授和知識(shí)內(nèi)化過(guò)程，重新規(guī)劃課堂時(shí)間的使用，革新了原來(lái)的教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)模式的重大突破。[3]

獨(dú)立學(xué)院的大多數(shù)學(xué)生的入學(xué)成績(jī)低于普通高校學(xué)生，與二本的學(xué)生在綜合素質(zhì)、基礎(chǔ)知識(shí)方面存在不少差距，尤其是數(shù)理基礎(chǔ)薄弱。[4]如何根據(jù)獨(dú)立學(xué)院學(xué)生特點(diǎn)，運(yùn)用先進(jìn)的教學(xué)理念組織教學(xué)，因材施教，提升大學(xué)物理教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)具有新世紀(jì)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的應(yīng)用型人才，是擺在廣大物理教師、學(xué)生、教學(xué)管理部門面前需要完成的迫切任務(wù)。[4]本文探究了翻轉(zhuǎn)課堂的本質(zhì)內(nèi)涵，分析了獨(dú)立學(xué)院教與學(xué)的實(shí)際情況，從認(rèn)知負(fù)荷、建構(gòu)主義和關(guān)聯(lián)主義理論闡述了翻轉(zhuǎn)課堂理念，構(gòu)建出翻轉(zhuǎn)課堂的獨(dú)立學(xué)院大學(xué)物理教學(xué)模型，以期為獨(dú)立學(xué)院理工科類物理課程的教學(xué)改革提供幫助。

一、翻轉(zhuǎn)課堂簡(jiǎn)述

1.翻轉(zhuǎn)課堂的起源與發(fā)展

美國(guó)科羅拉多州是“翻轉(zhuǎn)課堂”（Flipping Classroom，或譯作“顛倒課堂”）的發(fā)源地，2007年前后，其位于落基山的“林地公園”高中的喬納森·伯爾曼（Jon Bergmann）和亞倫·薩姆斯（Aaron Sams）兩位化學(xué)教師幫助缺課學(xué)生補(bǔ)課，首先利用錄屏軟件錄制課堂上教師實(shí)時(shí)講解的音視頻資料和對(duì)應(yīng)的PowerPoint演示文稿，并將其上傳至網(wǎng)絡(luò)，供學(xué)生下載播放。后來(lái)，在線教學(xué)視頻也被其他學(xué)生接受，因此兩位教師就逐漸嘗試課堂外學(xué)生觀看課堂視頻、聽視頻講解，然后在課堂上完成作業(yè)，教師及時(shí)講解學(xué)生學(xué)習(xí)中的困難和問(wèn)題。這種課堂上教師指導(dǎo)解決問(wèn)題、課堂外在家聽看教學(xué)音視頻講解的教學(xué)模式相較傳統(tǒng)教學(xué)模式發(fā)生了重大改變，我們稱之為“顛倒”或“翻轉(zhuǎn)”。[5]新教學(xué)模式的實(shí)施，被學(xué)生所接受并在更大的范圍傳播開來(lái)，引起了學(xué)校、家長(zhǎng)和社會(huì)各界愈來(lái)愈多的關(guān)注，影響也逐步擴(kuò)大。

開放教育資源（OER）運(yùn)動(dòng)推動(dòng)了“翻轉(zhuǎn)課堂”的發(fā)展。大量?jī)?yōu)質(zhì)教學(xué)資源的涌現(xiàn)，例如麻省理工學(xué)院的開放課件、耶魯大學(xué)公開課、TED ED視頻和可汗學(xué)院的微視頻等有力地支持翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)開展，翻轉(zhuǎn)式教學(xué)在開放教育資源運(yùn)動(dòng)的推動(dòng)下，其影響力逐步擴(kuò)大至全世界。

大規(guī)模在線課程（MOOCs）拓展了翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。2011年后，全球教育領(lǐng)域另一個(gè)重大事件——“MOOCs”（慕課）的崛起，使此前的翻轉(zhuǎn)課堂在課前家中實(shí)施的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式發(fā)生很大改變。慕課與以往的網(wǎng)絡(luò)開放課程有著兩點(diǎn)較大的區(qū)別之處：[6]一是強(qiáng)調(diào) “互動(dòng)與反饋”；二是倡導(dǎo)建立 “在線學(xué)習(xí)社區(qū)”。以往的網(wǎng)絡(luò)公開課中，提供的視頻或者學(xué)習(xí)內(nèi)容為事先編輯好或錄制好的。學(xué)生往往處于被動(dòng)接受狀態(tài)，教師與學(xué)生之間缺少交流與互動(dòng)，學(xué)生之間亦是如此，學(xué)生課堂上沒(méi)有參與感，學(xué)習(xí)動(dòng)力不足，學(xué)習(xí)效果不深刻。通過(guò)“互動(dòng)與反饋”和倡導(dǎo)“在線學(xué)習(xí)社區(qū)”，使學(xué)習(xí)者既是知識(shí)的獲得者，又是知識(shí)的創(chuàng)建者。學(xué)生全程參與并沉浸在學(xué)習(xí)的建構(gòu)中，記憶深刻，學(xué)習(xí)效果明顯。在翻轉(zhuǎn)課堂與慕課相結(jié)合的基礎(chǔ)上，單向傳授的教學(xué)視頻播放并非翻轉(zhuǎn)課堂的重點(diǎn)，而對(duì)學(xué)生深層次認(rèn)知能力提升有幫助的教師與學(xué)生之間、學(xué)生與學(xué)生之間的交流與互動(dòng)方面的發(fā)展是最值得人們關(guān)注。

2.翻轉(zhuǎn)課堂的本質(zhì)及作用

知識(shí)傳授與知識(shí)內(nèi)化是翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)過(guò)程的兩個(gè)主要階段。在傳統(tǒng)教學(xué)中，知識(shí)傳授過(guò)程主要通過(guò)教師課堂內(nèi)的講授完成，然后學(xué)生在課后進(jìn)行作業(yè)、操作或?qū)嵺`完成知識(shí)內(nèi)化過(guò)程。翻轉(zhuǎn)課堂模式下，這兩個(gè)教學(xué)過(guò)程被顛覆。借助信息技術(shù)的幫助，學(xué)生主要在課堂外完成知識(shí)傳授；課堂上，知識(shí)內(nèi)化則由教師的指導(dǎo)和學(xué)生的主動(dòng)參與探究來(lái)完成。這實(shí)際上也讓原來(lái)的消費(fèi)式課堂變成了生產(chǎn)式課堂和創(chuàng)造式課堂，顛倒教學(xué)過(guò)程改變了學(xué)習(xí)過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)。[7]對(duì)比傳統(tǒng)和翻轉(zhuǎn)課堂的各個(gè)要素，具體情況如表1所示。

表1 傳統(tǒng)課堂與翻轉(zhuǎn)課堂各要素的對(duì)比表[3]

在翻轉(zhuǎn)課堂中，教師從傳統(tǒng)課堂的知識(shí)傳授者成為了學(xué)習(xí)指導(dǎo)者和促進(jìn)者，教師和學(xué)生的角色發(fā)生了轉(zhuǎn)變。教師在課堂上不再以全班性的傳授知識(shí)為主，而是以回答學(xué)生的個(gè)性化問(wèn)題為主，原來(lái)在課堂上講授的知識(shí)，學(xué)生可以在課前自主完成。[8]

在翻轉(zhuǎn)課堂中，學(xué)生高度參與學(xué)習(xí)，學(xué)生可以與同學(xué)、教師反復(fù)地交流互動(dòng)，逐步擴(kuò)展知識(shí)面，挖掘知識(shí)深度，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主角，因而翻轉(zhuǎn)學(xué)習(xí)最終達(dá)成一個(gè)構(gòu)建深度知識(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程。

國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界對(duì)翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行許多探究。綜合比較有影響力的觀點(diǎn)，翻轉(zhuǎn)課堂的作用和效果主要體現(xiàn)在混合式學(xué)習(xí)的優(yōu)勢(shì)、更符合人類認(rèn)知規(guī)律、更有助于新型師生關(guān)系的構(gòu)建、促進(jìn)教學(xué)資源的有效利用和開發(fā)以及“生成課程”的新理念等幾個(gè)方面。[6]

二、獨(dú)立學(xué)院大學(xué)物理教學(xué)現(xiàn)狀分析

獨(dú)立學(xué)院是指實(shí)施本科以上學(xué)歷教育的普通高等學(xué)校與國(guó)家機(jī)構(gòu)以外的社會(huì)組織或者個(gè)人合作，利用非國(guó)家財(cái)政性經(jīng)費(fèi)舉辦的實(shí)施本科學(xué)歷教育的高等學(xué)校。獨(dú)立學(xué)院是我國(guó)高等教育發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，順應(yīng)了世界高等教育民營(yíng)化和市場(chǎng)化發(fā)展的趨勢(shì)，彌補(bǔ)了公辦高校和民辦高校的某些不足，對(duì)我國(guó)高等教育做出了積極貢獻(xiàn)。[9]在整個(gè)高等教育規(guī)模數(shù)量增加的大環(huán)境下，受高考招生和人才培養(yǎng)的制約，較普通二本學(xué)校，獨(dú)立學(xué)院有著自身的特點(diǎn)。筆者結(jié)合自身在獨(dú)立學(xué)院教學(xué)的經(jīng)歷、體會(huì)，綜合國(guó)內(nèi)學(xué)者研究成果，對(duì)獨(dú)立學(xué)院大學(xué)物理教與學(xué)的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析。

1.學(xué)生大學(xué)物理學(xué)習(xí)狀況分析

由于高校連續(xù)幾年的擴(kuò)招，學(xué)生不再是純粹來(lái)自青年群體的精英層次，考察湖南省近幾年本一、本二和本三省控線的變動(dòng)趨勢(shì)自然得出這一結(jié)論。（見表2）

表2 湖南省2003年、2013-2016年高考招生省控線對(duì)照表

說(shuō)明：表中數(shù)據(jù)根據(jù)湖南省普通高校招生錄取資料整理得到，A表示一本高校獨(dú)立學(xué)院層次，B表示二本高校獨(dú)立學(xué)院層次。

學(xué)生素質(zhì)變化客觀上造成了大學(xué)物理學(xué)習(xí)障礙。分析2013-2016年近四年的省控線得出，本二學(xué)生分?jǐn)?shù)占高考試卷總分（750分）的60%～65%。本三學(xué)生省控線僅占高考試卷總分的47-65%，文史類學(xué)生最高占到62%（2013年），最低為57%（2016年）；理工類學(xué)生省控線最高占到高考試卷總分的54%（2014、2015年），最低為47%（2013年）。研究發(fā)現(xiàn)，高考成績(jī)反映的學(xué)生恒心、勤奮、學(xué)習(xí)能力等方面的特質(zhì)均具有較好的與其一致的穩(wěn)定性，而這種穩(wěn)定性對(duì)學(xué)生后面的學(xué)業(yè)成績(jī)同樣具有參考價(jià)值。[10]獨(dú)立學(xué)院整體生源質(zhì)量不高，與母體學(xué)校學(xué)生錄取分?jǐn)?shù)相比，差距較大，即使在獨(dú)立學(xué)院學(xué)生之間，其錄取分?jǐn)?shù)也相差較大，生源水平參差不齊。因此，造成獨(dú)立學(xué)院學(xué)生的心理狀態(tài)和未來(lái)學(xué)習(xí)目標(biāo)與本二、本一相比差異明顯，這成為獨(dú)立學(xué)院教學(xué)質(zhì)量提升的障礙。

學(xué)習(xí)興趣不濃，動(dòng)力不足。獨(dú)立學(xué)院學(xué)生基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，并且很多理工科的學(xué)生是由文科生調(diào)劑過(guò)來(lái)的，再加上大學(xué)物理課程的物理理論本身抽象、難懂的特性，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)大學(xué)物理時(shí)覺得困難重重。[11]梁金榮[12]文章調(diào)研了高職院校的理工科學(xué)生對(duì)大學(xué)物理學(xué)習(xí)的興趣，結(jié)果表明，60%～70%的學(xué)生對(duì)大學(xué)物理沒(méi)啥興趣，興趣較濃的學(xué)生非常稀少，這一點(diǎn)也極其明顯地體現(xiàn)在獨(dú)立學(xué)院學(xué)生的學(xué)習(xí)中。部分學(xué)生錄取專業(yè)和志愿專業(yè)不一致，以及錄取分?jǐn)?shù)相對(duì)較高的學(xué)生，自認(rèn)為高考“失利”，感覺沮喪，同時(shí)覺得獨(dú)立學(xué)院層次較低，大學(xué)文憑含金量不夠，信心缺乏，學(xué)習(xí)失去最初的動(dòng)力。

獨(dú)立學(xué)院學(xué)生數(shù)理基礎(chǔ)薄弱，學(xué)習(xí)主動(dòng)性不夠，自我控制力較弱，學(xué)生對(duì)大學(xué)物理學(xué)習(xí)比較吃力。林依勤[13]曾于2011年對(duì)湖南科技學(xué)院的大一至大四年級(jí)學(xué)生的數(shù)學(xué)能力進(jìn)行了調(diào)查測(cè)試，結(jié)果表明，本二學(xué)生的數(shù)學(xué)能力不盡如人意，33.6%的學(xué)生不及格，這一現(xiàn)象也反映在獨(dú)立學(xué)院學(xué)生中，并尤為嚴(yán)重。學(xué)習(xí)大學(xué)物理的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)（例如微積分、極限等）的不足，直接影響到大學(xué)物理基本理論、規(guī)律的學(xué)習(xí)和理解。教師課堂授課須花大量時(shí)間進(jìn)行相關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí)的講解和推導(dǎo)，加重了大學(xué)物理課堂學(xué)習(xí)的負(fù)擔(dān)，加劇了大學(xué)物理課時(shí)少而教學(xué)任務(wù)重之間的矛盾。

獨(dú)立學(xué)院學(xué)生社會(huì)活動(dòng)能力強(qiáng)，具有較強(qiáng)的參與意識(shí)和參與能力。以衡陽(yáng)師范學(xué)院南岳學(xué)院為例，與母體學(xué)校衡陽(yáng)師范學(xué)院的學(xué)生相比，學(xué)生家庭相對(duì)富裕，各方面條件優(yōu)越，受父母、家庭影響，學(xué)生頭腦靈活，動(dòng)手能力強(qiáng)，容易接受新鮮事物，社會(huì)活動(dòng)能力、參與意識(shí)和參與能力都比較強(qiáng)，其創(chuàng)新潛力甚至比本二、本一的學(xué)生還要大。

2.教師教學(xué)現(xiàn)狀分析

獨(dú)立學(xué)院的辦學(xué)性質(zhì)決定了其辦學(xué)必須與母體高校共享教學(xué)資源，其發(fā)展離不開母體高校的支持。以衡陽(yáng)師范學(xué)院南岳學(xué)院為例，從成立之初到發(fā)展至今，主要依靠母體學(xué)校的師資力量完成教學(xué)任務(wù)，這一現(xiàn)象在湖南省獨(dú)立學(xué)院中具有相似性。近幾年，獨(dú)立學(xué)院逐漸擁有了自己的專職教師隊(duì)伍，但多是返聘母體高?；蚱渌咝５耐诵萁處煛?guó)家對(duì)獨(dú)立學(xué)院的發(fā)展無(wú)明確規(guī)劃，母體高校對(duì)獨(dú)立學(xué)院師資隊(duì)伍建設(shè)動(dòng)力不足，獨(dú)立學(xué)院師資對(duì)母體高校的高依賴性、師資短缺和結(jié)構(gòu)失衡的情況將繼續(xù)存在。

大學(xué)物理豐富的教學(xué)內(nèi)容和日益減少的學(xué)時(shí)之間的矛盾難以有效解決。以衡陽(yáng)師范學(xué)院南岳學(xué)院為例，作為理工科類專業(yè)基礎(chǔ)課程，大學(xué)物理一般安排在第二、三學(xué)期，囊括了力學(xué)、熱力學(xué)、電磁學(xué)、波動(dòng)光學(xué)、量子力學(xué)基礎(chǔ)等內(nèi)容，每學(xué)期安排48學(xué)時(shí)，教學(xué)內(nèi)容多，課時(shí)相對(duì)偏少，教學(xué)課時(shí)與教學(xué)內(nèi)容間的矛盾需尋求課外的有效途徑予以解決。

單一的教學(xué)手段和固化的教學(xué)思維不適應(yīng)信息化教學(xué)發(fā)展的要求。大部分教師采用了多媒體技術(shù)輔助教學(xué)手段，減輕了課堂教學(xué)工作量，增加了課堂教學(xué)容量，但基于講授主義的傳統(tǒng)教學(xué)手段對(duì)學(xué)生的吸引力不夠，教師與學(xué)生之間的互動(dòng)不足，學(xué)生參與性不強(qiáng)，造成學(xué)生對(duì)知識(shí)理解不透徹、記憶不深刻。教學(xué)效果取決于學(xué)生的基礎(chǔ)、主觀能動(dòng)性和教師的辛勤付出。

三、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的理論基礎(chǔ)

翻轉(zhuǎn)課堂是一種將課內(nèi)和課外的學(xué)習(xí)活動(dòng)顛倒的教學(xué)模式，其實(shí)質(zhì)是將知識(shí)傳授和知識(shí)內(nèi)化的順序顛倒。隨著課程與當(dāng)代信息技術(shù)的深度融合，翻轉(zhuǎn)課堂成為國(guó)內(nèi)外各學(xué)校課堂教學(xué)改革的一大焦點(diǎn)，也取得了優(yōu)異成效。根據(jù)獨(dú)立學(xué)院大學(xué)物理教學(xué)的現(xiàn)狀，結(jié)合獨(dú)立學(xué)院學(xué)生特點(diǎn)，構(gòu)建大學(xué)物理翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，主要基于以下三個(gè)理論。

1.認(rèn)知負(fù)荷理論

認(rèn)知負(fù)荷是原因維度和評(píng)估維度組成的多維結(jié)構(gòu)，這種多維結(jié)構(gòu)反映了在處理具體任務(wù)時(shí)加在學(xué)習(xí)者認(rèn)知系統(tǒng)上的負(fù)荷。原因維度反映了任務(wù)與學(xué)習(xí)者特征之間交互的特性，評(píng)估維度則由心理負(fù)荷、心理努力和績(jī)效等可測(cè)性概念所反映。[14]認(rèn)知負(fù)荷理論中，工作記憶和長(zhǎng)時(shí)記憶組成人類認(rèn)知結(jié)構(gòu)假設(shè)，工作記憶又稱感覺記憶，其容量有限。長(zhǎng)時(shí)記憶的容量幾乎是無(wú)限的，是學(xué)習(xí)的中心。認(rèn)知負(fù)荷理論表明，在長(zhǎng)時(shí)記憶存儲(chǔ)信息是教學(xué)的主要功能。認(rèn)知負(fù)荷理論認(rèn)為有三種類型的認(rèn)知負(fù)荷——內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷、外部認(rèn)知負(fù)荷和關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷。內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷取決于學(xué)習(xí)者和學(xué)習(xí)材料本身；外部認(rèn)知負(fù)荷是獨(dú)立于內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷的額外負(fù)荷，主要由不當(dāng)?shù)慕虒W(xué)設(shè)計(jì)產(chǎn)生的；關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷是指與促進(jìn)圖式構(gòu)建和圖式自動(dòng)化過(guò)程相關(guān)的負(fù)荷。教學(xué)過(guò)程需要盡量減少外部認(rèn)知負(fù)荷，增加學(xué)習(xí)過(guò)程中的關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷，且使總認(rèn)知負(fù)荷不超出學(xué)習(xí)者個(gè)體能承受的認(rèn)知負(fù)荷，促進(jìn)有效學(xué)習(xí)的發(fā)生。宋艷玲等人[15]從認(rèn)知負(fù)荷角度對(duì)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式進(jìn)行了研究，認(rèn)為翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式可以使認(rèn)知資源分配更加合理，從而降低了學(xué)習(xí)者的認(rèn)知負(fù)荷，取得更好的學(xué)習(xí)效果。

2.建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為學(xué)習(xí)過(guò)程是學(xué)習(xí)者主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)的過(guò)程，學(xué)習(xí)者對(duì)知識(shí)的理解具有多樣性，并不存在唯一標(biāo)準(zhǔn)，而是根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)背景，以自己的經(jīng)歷和方式構(gòu)建對(duì)知識(shí)的理解，自己決定對(duì)世界的認(rèn)知和意義賦予。與傳統(tǒng)的大學(xué)物理教學(xué)模式比較，翻轉(zhuǎn)課堂更注重學(xué)生知識(shí)內(nèi)化階段，改造物理教學(xué)中傳統(tǒng)的接受式教學(xué)重教輕學(xué)，忽視學(xué)習(xí)者主動(dòng)性、積極性的弊端，契合建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論內(nèi)在要求。

3.關(guān)聯(lián)主義學(xué)習(xí)理論

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，網(wǎng)絡(luò)和虛擬思維逐漸成為了人們一種重要的思維方式。喬治·西門思（George Siemens）從網(wǎng)絡(luò)思維的角度來(lái)研究學(xué)習(xí)過(guò)程和本質(zhì)，提出了一種新的學(xué)習(xí)理論——關(guān)聯(lián)主義。關(guān)聯(lián)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)通過(guò)涉及信息導(dǎo)航的各類線索的“路徑尋找”和對(duì)知識(shí)領(lǐng)域進(jìn)行探索、協(xié)商的 “意義建構(gòu)”；通過(guò)比較關(guān)聯(lián)主義和其他學(xué)習(xí)理論，王佑鎂、祝智庭指出未來(lái)學(xué)習(xí)體系基本取向是外部聯(lián)結(jié)與內(nèi)部神經(jīng)元聯(lián)結(jié)，前者基于分布式知識(shí)庫(kù)，后者基于信息處理。[16]在翻轉(zhuǎn)課堂中，學(xué)生成為了學(xué)習(xí)過(guò)程的中心，在教師指導(dǎo)下，圍繞學(xué)習(xí)主題，借助信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持，探索與之相關(guān)的知識(shí)領(lǐng)域，并就此與同學(xué)、教師等展開討論，形成個(gè)體對(duì)學(xué)習(xí)主題的理解。

四、大學(xué)物理翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模型設(shè)計(jì)

目前，人們提出了多種翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模型，經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)實(shí)踐，美國(guó)Robert Talbert總結(jié)一種普遍適用的翻轉(zhuǎn)課堂模型（見圖1）。該模型描述了翻轉(zhuǎn)課堂中各主要教學(xué)過(guò)程，對(duì)理工科類操作性強(qiáng)的課程比較適用。

圖1 Robert Talbert的翻轉(zhuǎn)課堂結(jié)構(gòu)圖

張金磊[3]等人根據(jù)翻轉(zhuǎn)課堂的內(nèi)涵，結(jié)合Robert Talbert教授提出的翻轉(zhuǎn)課堂模型的優(yōu)點(diǎn)，給出了更加完善的翻轉(zhuǎn)課堂模型（見圖2）。該模型將翻轉(zhuǎn)課堂分為課前學(xué)習(xí)和課堂學(xué)習(xí)，信息技術(shù)和活動(dòng)學(xué)習(xí)成為創(chuàng)設(shè)翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)習(xí)環(huán)境的有力杠桿。

圖2 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模型

根據(jù)認(rèn)知負(fù)荷理論、建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論和關(guān)聯(lián)主義學(xué)習(xí)理論，按照翻轉(zhuǎn)課堂本質(zhì)要求，分析各類翻轉(zhuǎn)課堂的模型，結(jié)合獨(dú)立學(xué)院教學(xué)資源和學(xué)生的特點(diǎn)，筆者提出更適合于獨(dú)立學(xué)院的理工科類大學(xué)物理課程的教學(xué)模型（見圖3）。該教學(xué)模型基于翻轉(zhuǎn)課堂理念，包含了課前學(xué)習(xí)、課堂學(xué)習(xí)和交流互動(dòng)三大模塊，其中課前學(xué)習(xí)和課堂學(xué)習(xí)屬于教學(xué)過(guò)程，交流互動(dòng)活動(dòng)則于固定的交流平臺(tái)中完成，其貫穿于整個(gè)教學(xué)過(guò)程。在大數(shù)據(jù)資源和信息技術(shù)的支持下，學(xué)生借助手機(jī)、電腦等網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備，課前可以隨時(shí)隨地開展知識(shí)傳授活動(dòng)，并且通過(guò)交流平臺(tái)進(jìn)行討論、分享，完成知識(shí)探索，逐步構(gòu)建個(gè)體理解的知識(shí)體系，克服了普通翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)生單純觀看視頻缺乏互動(dòng)交流、分享的缺點(diǎn)；課堂中，教師根據(jù)課前學(xué)生測(cè)評(píng)結(jié)果和交流互動(dòng)情況，確定課堂探究問(wèn)題，解決問(wèn)題，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)內(nèi)化，形成總結(jié)，并將其以視頻、文字、圖片等形式共享于交流平臺(tái)上，供學(xué)生課后復(fù)習(xí)鞏固用。

圖3 獨(dú)立學(xué)院大學(xué)物理翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模型

1.課前設(shè)計(jì)模塊

最大化地開展課前學(xué)習(xí)是大學(xué)物理翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的主要特征之一。學(xué)生借助信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)手段和優(yōu)秀的教學(xué)視頻，充分利用課外碎片時(shí)間，不受時(shí)間和地點(diǎn)的約束，不斷延長(zhǎng)課堂學(xué)習(xí)時(shí)間，提高學(xué)習(xí)效率，改善教學(xué)效果。

（1）教學(xué)視頻設(shè)計(jì)與制作

在翻轉(zhuǎn)課堂中，知識(shí)傳授過(guò)程主要是學(xué)習(xí)者在課前觀看任課教師提供以課堂教學(xué)視頻為主體的相關(guān)豐富的學(xué)習(xí)資源來(lái)完成。課堂教學(xué)視頻可由主講教師親自錄制，也可以共享網(wǎng)絡(luò)優(yōu)秀的教育資源。

目前，國(guó)內(nèi)外涌現(xiàn)了大批優(yōu)秀的開放教育資源，例如，哈佛和耶魯大學(xué)開發(fā)的公開課、可汗學(xué)院課程、TED、Coursera、Edx和Udacity等大規(guī)模在線課程以及清華大學(xué)的學(xué)堂在線、中國(guó)大學(xué)MOOC、微課網(wǎng)等。在眾多的優(yōu)質(zhì)教育資源中，教師尋找與課程教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的教學(xué)資源，既節(jié)省了人力、物力，減輕了教師工作量，又提高了教學(xué)效率、增大了教學(xué)資源的利用率，同時(shí)也使學(xué)生享受全世界優(yōu)秀教師講授的優(yōu)質(zhì)課堂。

教學(xué)視頻必須跟教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容一致?？紤]不同專業(yè)班級(jí)學(xué)生的差異性，需要多版本地錄制或制作教學(xué)視頻，并根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行針對(duì)性講解。教師要給出自學(xué)提綱，引導(dǎo)和幫助學(xué)生自學(xué)、相互交流，指導(dǎo)學(xué)生在交流平臺(tái)中有效互動(dòng)，構(gòu)建自我知識(shí)圖解，降低外部認(rèn)知負(fù)荷，提高關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷。

教學(xué)視頻以微視頻為主，每個(gè)視頻時(shí)長(zhǎng)在5～15分鐘。傳統(tǒng)的教學(xué)視頻一般以一課時(shí)的內(nèi)容作為知識(shí)單元進(jìn)行講授，時(shí)長(zhǎng)在45分鐘左右，內(nèi)容豐富，學(xué)生注意力難以持續(xù)保持，課前消化困難，更是給學(xué)生利用細(xì)碎時(shí)間的學(xué)習(xí)帶來(lái)阻礙。因此，相較“傳統(tǒng)課堂”，“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)視頻需從兩個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)。一是采用“錄屏軟件+PPT”的方式進(jìn)行教學(xué)視頻的錄制。選擇一個(gè)錄屏軟件，以PPT空白演示文稿為電子白板，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)認(rèn)知規(guī)律和知識(shí)的內(nèi)在邏輯，把教學(xué)問(wèn)題的講解過(guò)程一步步地呈現(xiàn)在PPT演示文稿上，同時(shí)配以語(yǔ)音講解。[17]這樣錄制的教學(xué)視頻，視頻信息精煉、明確，無(wú)其他冗余信息，幫助學(xué)生集中注意力，提高課前自主學(xué)習(xí)效率。二是細(xì)化知識(shí)單元粒度。將一節(jié)物理課的教學(xué)內(nèi)容劃分為若干個(gè)知識(shí)點(diǎn)，每1～2個(gè)知識(shí)點(diǎn)使用一個(gè)微視頻進(jìn)行講解，這些微視頻的時(shí)長(zhǎng)，一般在5～15分鐘。每個(gè)微視頻配有相應(yīng)的針對(duì)性練習(xí)進(jìn)行鞏固，教師要利用“最近發(fā)展區(qū)”理論，合理設(shè)計(jì)練習(xí)的難易和數(shù)量，指導(dǎo)和幫助學(xué)生順利完成新、舊知識(shí)的過(guò)渡。

（2）快速少量的測(cè)評(píng)

在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式中，課堂上教師講得少，學(xué)生交流互動(dòng)、討論多，因此，課前要求學(xué)生必須進(jìn)行有效的教學(xué)視頻學(xué)習(xí)?？焖偕倭康臏y(cè)評(píng)有助于教師了解學(xué)生對(duì)課堂知識(shí)的理解和掌握程度，有助于教師發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中存在的難點(diǎn)和疑惑，同時(shí)也是評(píng)估學(xué)生是否開展有效學(xué)習(xí)的重要手段。交互平臺(tái)相關(guān)功能模塊將測(cè)評(píng)的結(jié)果及時(shí)匯總并處理，幫助教師了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，為課堂教學(xué)活動(dòng)的開展提供素材和依據(jù)。

2.課堂活動(dòng)模塊設(shè)計(jì)

大學(xué)物理翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)關(guān)鍵是在開展課前預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上如何通過(guò)課堂活動(dòng)設(shè)計(jì)完成知識(shí)內(nèi)化的最大化。

（1）確定問(wèn)題

根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，教師查看學(xué)生課前學(xué)習(xí)情況，綜合分析、總結(jié)，提出與課堂相關(guān)的、具有探究?jī)r(jià)值的問(wèn)題，這些問(wèn)題的解決將有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握，有助于解答學(xué)生的疑惑和消除學(xué)習(xí)中的困難。例如“機(jī)械運(yùn)動(dòng)”章節(jié)中的“簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特征”這一節(jié)課可以設(shè)計(jì)這幾個(gè)問(wèn)題：①二階常系數(shù)齊次線性微分方程的解法；②彈簧振子模型的數(shù)學(xué)表示和物理定義；③近似簡(jiǎn)諧振動(dòng)的常見微振動(dòng)的處理；④簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的舉例判斷；⑤常見簡(jiǎn)諧振動(dòng)的線性回復(fù)力探究；⑥應(yīng)用探究。

學(xué)生根據(jù)自己的興趣與前期學(xué)習(xí)的理解來(lái)選擇相應(yīng)的探究題目，教師根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，有針對(duì)性地指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行問(wèn)題選擇。教師按問(wèn)題進(jìn)行分組，選擇同一問(wèn)題的學(xué)生自然組成一個(gè)討論小組，教師加以適當(dāng)引導(dǎo)，根據(jù)班級(jí)人數(shù)和課堂活動(dòng)時(shí)間，每班可分成5～8個(gè)小組，每組5～10人。

（2）知識(shí)內(nèi)化

課堂內(nèi)的教學(xué)活動(dòng)以學(xué)生討論、探索式學(xué)習(xí)為主，教師適時(shí)引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)理解邁向更深層次。學(xué)生以小組為單位，根據(jù)選取的問(wèn)題，學(xué)生先獨(dú)立探索，再相互交流，印證理解，最后形成小組探索結(jié)果。學(xué)生在探索過(guò)程中，通過(guò)借助手機(jī)、ipad等網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備，查閱相關(guān)資料，或相互學(xué)習(xí)，或請(qǐng)教教師，跨越相鄰問(wèn)題梯度，自主解決問(wèn)題。分組討論學(xué)習(xí)完成后，每個(gè)小組派出代表通過(guò)課堂現(xiàn)場(chǎng)講解或者交流互動(dòng)平臺(tái)上的成果展示等各種方式或途徑跟同學(xué)、教師及時(shí)交流互動(dòng)，匯報(bào)問(wèn)題探究、解決的過(guò)程，與同學(xué)分享學(xué)習(xí)過(guò)程和收獲，教師課堂上加以引導(dǎo)、深入，形成最后的學(xué)習(xí)結(jié)果。為調(diào)動(dòng)學(xué)生參與課堂自主探究學(xué)習(xí)的積極性，教師可以量化學(xué)生課堂學(xué)習(xí)表現(xiàn)，并計(jì)入平時(shí)成績(jī)。

（3）總結(jié)反饋

經(jīng)過(guò)課堂討論、探究學(xué)習(xí)后，教師對(duì)知識(shí)進(jìn)行總結(jié)，形成體系，組織完成本課堂知識(shí)架構(gòu)，幫助學(xué)生將知識(shí)消化、整合并內(nèi)化。最后布置下一次課堂學(xué)生學(xué)習(xí)的任務(wù)、要求和目標(biāo)。每次課堂學(xué)習(xí)完成后，教師根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況和交流平臺(tái)上的評(píng)價(jià)反饋信息，進(jìn)行教學(xué)總結(jié)，及時(shí)調(diào)整教學(xué)方法、手段和教學(xué)目標(biāo)、要求等，為下一步教學(xué)計(jì)劃的制訂提供依據(jù)。課后，引導(dǎo)學(xué)生將自己的匯報(bào)過(guò)程錄制成視頻片段，上傳至交流平臺(tái)，同學(xué)間利用課余時(shí)間相互觀看、分享和回顧。

五、結(jié)論

翻轉(zhuǎn)課堂相較傳統(tǒng)教學(xué)有著開放、交互性的特點(diǎn)，更能體現(xiàn)“混合式”學(xué)習(xí)的優(yōu)勢(shì)，更符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，借助信息技術(shù)手段，將教學(xué)資源利用最大化。獨(dú)立學(xué)院大學(xué)物理教學(xué)現(xiàn)狀使其教學(xué)改革勢(shì)在必行，信息技術(shù)的發(fā)展和革新和以其為基礎(chǔ)的信息化教學(xué)資源的涌現(xiàn)為教學(xué)改革提供了技術(shù)支持。獨(dú)立學(xué)院學(xué)生整體突出的參與意識(shí)和較強(qiáng)的動(dòng)手、創(chuàng)新能力為翻轉(zhuǎn)課堂理念的應(yīng)用提供了良好的學(xué)生基礎(chǔ)。目前，在獨(dú)立學(xué)院大學(xué)物理課程中實(shí)行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)更適合其教學(xué)現(xiàn)狀和特點(diǎn)。當(dāng)然，在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)中，教師要付出更多的時(shí)間和精力為學(xué)生準(zhǔn)備課前學(xué)習(xí)資源（尤其是視頻教學(xué)資源），精心準(zhǔn)備課堂討論主題，充分利用信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和互聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主性和探索性學(xué)習(xí)。

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