物理实验翻转课堂“自主学习任务单”的设计
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摘要：本文以微课程教学法为理论指导，以“探究加速度与力、质量的关系实验”为例，讨论了在课前阶段用于学生自习的“自主学习任务单”的设计，以期实现中学物理实验教学的翻转课堂。
关键词：物理实验;翻转课堂;自主学习任务单
中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2019）12-0057-04
物理實验是物理学的基础，中学物理实验教学是中学物理教学的重要组成部分，同时也是中学物理学科研究问题方法的重要环节。学生通过亲自观察和实验，在获得知识的同时，受到科学方法的熏陶和能力的培养，物理实验在培养学生的核心素养中具有举足轻重的地位。
传统的物理实验教学往往是教师在实验课上用大量时间讲解实验的原理、步骤以及仪器的选取等实验细节，而学生由于现学现卖，做实验时往往出现步骤错乱、实验操作的关键地方记忆不清、实验数据处理慢等情况，导致实验效果很差。另外，由于在实验课上教师讲实验花了很多时间，学生在课堂上基本只能取得实验数据，根本没有时间在课上对实验数据进行讨论，对实验效果进行评价，以致教师不能对学生实验效果做出及时反馈。
如何有效解决这样的问题？笔者认为可以尝试借助微课程教学法来解决。微课程教学法认为，可以采取任务驱动、问题导向、视频保证的支架式教学策略，让学生在家按照自己的步骤学习，完成学习知识的任务，在课堂上通过协助、交流实现内化知识，拓展综合能力，发展核心素养，从而体验学习成就感，这与物理核心素养不谋而合。自主学习任务单模块是微课程教学法三大模块中的第一个模块，它是提供给学生自主学习的支架，是单位课时教学活动的开始，“自主学习任务单”的设计不仅影响着教学视频等配套学习资源的开发，也影响着课堂教学方式的创新，是微课程教学法的灵魂。下面，笔者以“探究加速度与力、质量的关系实验”为例，谈谈物理实验翻转课堂“自主学习任务单”的设计（具体设计见附表）。
● 紧扣课标，用好教材
自主学习任务单是教师设计的指导学生自主学习的方案，任务单的质量决定了学生自主学习的质量与效率，任务单规定了微型教学视频设计的方向与课堂教学方式创新的策略与方法。教师对教学内容内在联系的驾驭、教学目标的理解、教学方法的渗透、学习内容的循序渐进安排等，都会在任务设计里呈现出来。所以，教师设计任务单时必须紧扣课标，用好教材。
1.设计任务单时要紧扣课标
首先，课标明确了本实验的地位，“探究加速度与力、质量的关系实验”是课程标准规定的学生必做实验。其次，课标指出了本实验的性质，是探究性实验而非验证性实验，牛顿第二定律应该是在本实验探究成果的基础上总结的，次序不能颠倒。再次，课标给出了本实验的目标，要求学生具有科学探究意识，能在观察和实验中发现问题，能正确实施探究方案，使用不同的方法和手段分析、处理信息，具有交流的意愿与能力。设计任务单时，必须充分考虑课程标准的要求，让学生依据任务单自主学习后，能知道怎样实施探究方案，在课堂学习阶段能协作探究，合理处理实验数据，并展开分组交流、反思，达到课标要求的目标。
2.设计任务单时要用好教材
在教材中，明确了本实验具体指两个关系：一是在物体质量一定的情况下，探究加速度与受力大小的关系;二是在物体受力一定的情况下，探究物体运动的加速度大小跟物体质量的关系。教材上关于本实验的安排是学生在已有的对力和质量认知的基础上，通过实验探究加速度与力的关系、加速度与质量的关系，取得数据，画出图像，寻找出规律的认识之后，总结牛顿第二定律。笔者认为，根据教材内容的安排意图，在设计自主学习任务单时，首先应该清楚教材给出了本实验的研究方法，即控制变量法。其次，应该清楚教材提示了学生的学情，本实验之前，学生对打点计时器的使用及利用纸带求瞬时速度、加速度已经掌握，对力和质量的知识已经掌握。再次，应该清楚教材提供了本实验的探究思路，即学生通过实验操作、数据分析、评估的过程，体会利用图像寻找物理量之间的关系的方法。
● 精准定位，学生中心
自主学习任务单是教师设计的用以指导学生自主学习的方案，使用的对象是学生，不是教师本人，所以设计一定要精准定位，以学生为中心。
设计任务单，是将教师的教学目标转化为学生自主学习的达成目标，是以学生为中心设计的重要体现。学生经过一定时间的自主学习，达到的某种程度的学业目标，反映的是学生通过自主学习达到掌握材料的维度和程度。教师设计任务单时，要让学生看到达成目标就知道通过什么途径可以达到目标。比如，在“探究加速度与力、质量的关系实验”中，有个教学目标是“理解探究加速度与力、质量的关系的合理性和必要性”，学生看了很容易一头雾水，显然，设计任务单时，需要将这一教师的教学目标转化成学生的达成目标。教师可以设计“知道用什么方法探究加速度与力、质量的关系”这样的达成目标，学生根据配套教学微视频，就能很清楚地知道是用控制变量法加以研究。再如，本实验中，小车所受的力还包含木板的摩擦力（空气阻力可以不计，因为速度很小），所以有个教学目标是体验如何平衡摩擦力。学生还不知道怎样平衡摩擦力，如何体验，因此需要考虑学生的学情，这一教学目标可以改成如下达成目标：理解为什么要“平衡”小车摩擦力，并知道怎样操作。要学生达成这一目标，需要教师在配套的课前微视频中，动手操作示范，让学生清楚操作步骤，做到心中有数，这样，在给出的相应仿真实验模拟操作中，学生就能顺利操作，达成目标。考虑学生学情的还有这样的达成目标：知道当钩码的质量比小车的质量小很多时，钩码所受的重力近似于小车所受的拉力。由于学生知识有限，教师暂时可以不解释这么做的原因，在设计相应学习任务时，只要求学生能判别即可。另外，以学生为中心的设计在任务单的其他方面也有体现，如在课堂学习形式的预告里，明确在课堂教学中有学生的协助、交流、互动与展示，这些都充分尊重了以学生为中心，充分释放了学生的学习主动性。 ● 任务驱动，问题导向
“任务驱动，问题导向”是建立在建构主义学习理论基础上的教学方法，强调学生的学习活动以探索问题来引导和维持其学习兴趣和动机，让学生带着真实的任务学习，完成同化和顺应。
微课程教学法认为，针对每一项达成目标，都要配套设计必要的学习任务，学习任务是自主学习任务单的主体部分，学生自主学习能否达到教师提炼的达成目标，主要依靠学习任务来保证。设计学习任务时，需要将教学重点、难点转化为可操作性的问题。例如，在“探究加速度与力、质量的关系实验”中，笔者发现针对达成目标，将实验知识点或者实验步骤注意点设计成问题，学生就会更加主动地去解决，自主学习也更具操作性，这正是微课程教学法倡导的“任务驱动，问题导向”理念的优势。例如，针对“达成目标2：知道做实验要用哪些器材”可以设计这样的问题：本实验的实验器材除了打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、夹子、细绳、导线、天平、砝码、薄木块，还需要哪两样实验器材？这样既突出关键器材，又能让学生对所有器材了然于胸。针对“达成目标2：知道做实验有哪些步骤”可以设计这样的问题：实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行，接下来还需要进行的一项操作是什么？这样提问，会激起学生观看教学视频的记忆，理顺实验步骤。针对“达成目标3：理解为什么要‘平衡’小车摩擦力，并知道怎样操作”可以设计这样的问题：①在斜面上匀速下滑的物体，其受力情况如何？②你怎样知道已经“平衡”了摩擦力？前一个问题让学生知道在平衡摩擦力时长木板一端为什么要垫高，后一个问题让学生知道究竟垫多高才合适。自主学习任务以问题为导向，目标就容易达成。
● 关注课前，呼应课内
微课程教学法将学习活动划分为课前学习活动和课内活动两个阶段。自主学习任务单是教师精心设计的用于指导学生课前自主学习的方案。为了引导学生在课内更好地内化自主学习成果，实现课堂教学创新，教师在关注课前自主学习任务单时，需要时时注意呼应课内活动。
笔者在“探究加速度与力、质量的关系实验”中的课前自主学习任务单设计中，有很多地方都呼应了课内活动。例如，用打点计时器进行实验，课堂上需要学生利用纸带计算加速度，熟练程度很重要，所以在任务单的学习任务中，安排了“算一算加速度”。又如，在实验中小车所受的力还有木板的摩擦力，要“消除”摩擦力，在配套课前教学视频中，笔者动手操作示范，让学生清楚操作步骤，这样，学生在课内便可以顺利操作而不用另外演示（不仅视觉效果差，还浪费课内时间）。再如，课内要利用Excel的图像功能处理实验数据，并对数据进行讨论，所以，笔者在设计任务单时，需要学生知道两个物理量之间的数量关系有正比、反比、平方或平方根关系等，在进行这些数量关系分析时，会用图像的方法，通过改变坐标轴，使两个物理量之间的关系在相应坐标系中的图像是一条直线。当然，为了让学生在课内顺利进行整个实验的操作，任务单的学习任务中还有仿真实验模拟演练，仿真实验室虽然不是真的在实验室，但是，它提供了实验的模拟情境，学生通过模拟操作，可以了解器材的使用，熟悉实验步骤和注意点，一遍不行来两遍，直到达成目标。另外，自主学习任务单中“课堂学习形式预告”更是呼应了课内教学，这里有学生自习后的课堂学习的期待，也有教师对课堂教学方法创新的伏笔。
参考文献：
[1]金陵.翻转课堂与微课程教学法[M].北京：北京师范大学出版社，2015，4.
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[3]胡炳元.物理课程与教学论[M].杭州：浙江教育出版社，2003，9.
[4]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准[M].北京：人民教育出版社，2017.
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