劉 玲

（復(fù)旦大學(xué)附屬中學(xué)，上海200433）

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翻轉(zhuǎn)課堂與小組合作學(xué)習(xí)帶給物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新活力——以“力的分解”為例

劉 玲

（復(fù)旦大學(xué)附屬中學(xué)，上海200433）

摘 要：以“力的分解”為例，在信息技術(shù)的支持下，將該課程設(shè)計(jì)為翻轉(zhuǎn)課堂，學(xué)生利用教師制作的力的分解的網(wǎng)頁提前預(yù)習(xí)，學(xué)習(xí)和掌握力的分解的概念、方法及典型的實(shí)例，課程采用小組合作的形式，把學(xué)生分為6組，每組學(xué)生準(zhǔn)備相關(guān)實(shí)驗(yàn)實(shí)例在課堂上交流討論，通過此過程讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中成為學(xué)習(xí)的主體，增強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)探究能力、合作與交流能力.

關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂；力的分解；受力分析

1 翻轉(zhuǎn)課堂的有關(guān)概念

翻轉(zhuǎn)課堂作為一種新興的教學(xué)模式，在信息技術(shù)的支持下實(shí)現(xiàn)了知識(shí)傳授和知識(shí)內(nèi)化過程的顛倒安排，使學(xué)生成為學(xué)習(xí)過程的主體，讓學(xué)生自己掌握學(xué)習(xí)的進(jìn)度和速度，改變了教師壟斷整體課堂信息源而學(xué)生處于被動(dòng)地位的局面，使學(xué)生的主動(dòng)性、創(chuàng)造性得以充分發(fā)揮.讓學(xué)生“先學(xué)”，讓學(xué)生自主地、有個(gè)性地學(xué)習(xí)，教師在已有知識(shí)鋪墊的情況下“后教”，學(xué)生更能在最近發(fā)展區(qū)完成學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)習(xí)更有針對(duì)性，“后教”能加深學(xué)生對(duì)知識(shí)認(rèn)識(shí)的深度和實(shí)踐的廣度.

翻轉(zhuǎn)課堂有4個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，即課前知識(shí)吸收、課中知識(shí)內(nèi)化、知識(shí)鞏固和知識(shí)應(yīng)用環(huán)節(jié).知識(shí)吸收環(huán)節(jié)就是課前學(xué)生提前學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)的基本內(nèi)容、相關(guān)自然現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn).知識(shí)內(nèi)化、鞏固和應(yīng)用環(huán)節(jié)就是在課堂交流中，教師組織學(xué)生討論問題.這里還要注意的是，吸收知識(shí)的同時(shí)，必然有與學(xué)生認(rèn)知相沖突的、暫時(shí)不能同化順應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)，那么，課中知識(shí)內(nèi)化環(huán)節(jié)、鞏固環(huán)節(jié)和應(yīng)用環(huán)節(jié)起到至關(guān)重要的作用.

翻轉(zhuǎn)課堂采用小實(shí)驗(yàn)課題驅(qū)動(dòng)式的教學(xué)方法，可以避免傳統(tǒng)物理教學(xué)只是教師教授的弊端，發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性和創(chuàng)新精神，使物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠重現(xiàn)科學(xué)探究過程.

2 小組合作學(xué)習(xí)

把學(xué)生按“組內(nèi)異質(zhì)、組間同質(zhì)”的原則，根據(jù)性別比例、興趣傾向、學(xué)習(xí)水準(zhǔn)、交往技能、守紀(jì)情況等合理搭配，分成學(xué)習(xí)小組，每組6人，按六邊形桌子圍坐，以便啟發(fā)引導(dǎo)后，學(xué)生面對(duì)面地進(jìn)行小組討論.小組人員分工及分工標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)每個(gè)人的特長(zhǎng)不同進(jìn)行不同的分工.善于組織活動(dòng)的學(xué)生為組長(zhǎng)；善于記錄的學(xué)生為記錄員；善于表達(dá)的學(xué)生為中心發(fā)言人.為了讓每一名學(xué)生都得到鍛煉，定期輪換主發(fā)言人，每人都有發(fā)言的機(jī)會(huì)，在主發(fā)言人表達(dá)之后，如有遺漏，中心發(fā)言人可以補(bǔ)充.

在小組合作學(xué)習(xí)中，教師是全班小組合作學(xué)習(xí)的組織者和掌控者，是組內(nèi)研討的參與者，是小組研討的引導(dǎo)者.

3 驅(qū)動(dòng)式的實(shí)驗(yàn)

知識(shí)點(diǎn)中矛盾的揭露和解決必須成為學(xué)生活動(dòng)的中心，教師適時(shí)指導(dǎo)學(xué)生逐步學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)問題，從中悟出知識(shí)體系的規(guī)律，并通過實(shí)驗(yàn)，觀察、分析和解決問題.教師組織教學(xué)的過程就是使教學(xué)更符合學(xué)生獲得知識(shí)和提高能力的過程，以自主合作學(xué)習(xí)的形式促使學(xué)生思考和解決問題.翻轉(zhuǎn)課堂的課前課中都以實(shí)驗(yàn)為線索，以實(shí)驗(yàn)為驅(qū)動(dòng)，學(xué)生課前觀看實(shí)驗(yàn)的視頻，并自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來解決新舊知識(shí)的矛盾，通過小組討論、動(dòng)手操作和計(jì)算，逐步解決問題.

4 “力的分解”的教學(xué)過程

以“力的分解”為例，說明翻轉(zhuǎn)課堂和合作性學(xué)習(xí)是如何帶給物理課堂新的活力的.

4.1 制作網(wǎng)頁、自主學(xué)習(xí)

物理教師提前制作“力的分解”一節(jié)的網(wǎng)頁，主要內(nèi)容為：力的分解的概念、方法和典型實(shí)例，并用力的分解來解釋生活中的一些常見的現(xiàn)象.每個(gè)小組準(zhǔn)備1個(gè)力的分解的實(shí)驗(yàn)實(shí)例在課堂上交流討論，學(xué)生利用網(wǎng)頁提前學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，以小組為單位將準(zhǔn)備的實(shí)例形成文檔，并上傳.

4.2 確定問題，設(shè)計(jì)教學(xué)

教師上課前分析學(xué)生上傳的文檔，針對(duì)學(xué)生的問題和薄弱點(diǎn)設(shè)計(jì)相應(yīng)的教學(xué)流程，引導(dǎo)學(xué)生在課堂上共同解決問題

4.3 交流合作、解決問題

首先，教師組織學(xué)生分為6個(gè)小組發(fā)言.學(xué)生匯報(bào)自己小組的實(shí)例，拋出學(xué)習(xí)中遇到的問題，并通過生生合作、師生合作共同解決.

1）第1小組準(zhǔn)備的實(shí)驗(yàn)是斜面上物體所受重力的分解.小車靜止在斜面上，斜面上有1個(gè)與斜面垂直的擋板.對(duì)于小車受到的重力的分解問題，在傳統(tǒng)的教授教學(xué)中，教師會(huì)告訴學(xué)生，小車對(duì)斜面有垂直斜面向下壓的作用，對(duì)擋板有垂直擋板向下壓的作用，因此可以把重力沿垂直斜面和垂直擋板的方向進(jìn)行分解.但是，傳統(tǒng)的演示實(shí)驗(yàn)中，斜面和擋板的形變是微小形變，學(xué)生很難觀察到明顯的形變.

在翻轉(zhuǎn)教學(xué)中，學(xué)生自學(xué)了該知識(shí)點(diǎn)，創(chuàng)造性地用簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)器材證明了小車重力的這2個(gè)作用.他們用比較軟的木板模擬斜面和豎直擋板（如圖1所示），在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生可以清楚地觀察到軟木板的形變.

教師的工作就是在學(xué)生充分發(fā)言的基礎(chǔ)上，對(duì)他們的答案進(jìn)行概括、升華，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)新舊知識(shí)的矛盾并加以解決.在這個(gè)例子中，已經(jīng)確定了重力的2個(gè)分力的方向，如圖2所示，重力G分解為垂直擋板向下的分力Gx和垂直斜面向下的分力Gy，接著，教師引導(dǎo)學(xué)生求出2個(gè)分力的大小.過O點(diǎn)以重力G為對(duì)角線，以垂直于斜面向下和垂直于擋板向下為2個(gè)分力的方向，作平行四邊形，平行四邊形的兩條鄰邊即為2個(gè)分力Gx和Gy.由數(shù)學(xué)知識(shí)可得：Gx＝Gsinα，Gy＝Gcosα.

圖1 用軟木板作斜面和擋板

圖2 對(duì)斜面上的小球的受力分析

圖3 千斤頂

2）第2小組準(zhǔn)備的實(shí)驗(yàn)是模擬汽車千斤頂實(shí)驗(yàn).當(dāng)汽車需要換輪胎時(shí)，司機(jī)將千斤頂（如圖3所示）放在車身底盤與地面之間，只需搖動(dòng)手柄使螺桿OA轉(zhuǎn)動(dòng)，OA距離會(huì)漸漸減小，OC距離就會(huì)增大，將汽車車身緩緩頂升.課本中也提到用圓規(guī)來體驗(yàn)千斤頂如圖4所示.用食指、拇指捏住圓規(guī)的一個(gè)針腳，另一個(gè)有鉛筆芯的腳支撐在手掌中心，使OA水平，相當(dāng)于千斤頂?shù)穆輻U，然后在圓規(guī)頂部掛上一些不太重的物品，如鑰匙等.鑰匙對(duì)圓規(guī)的拉力F（≥G），可分解為沿OB方向的壓力FB和沿AO方向的拉力FA.但是，由于圓規(guī)的2只針腳是金屬制成的，在實(shí)驗(yàn)中并不能明顯地觀察到對(duì)OA的拉力和對(duì)OB的壓力.

這組學(xué)生準(zhǔn)備的實(shí)驗(yàn)器材：1個(gè)豎直的由輕的竹竿制成的支架OAB（如圖5所示）.這組學(xué)生在輕桿OA的A端系有一截橡皮筋，可以通過觀察橡皮筋的形變來確定對(duì)OA的拉力.挖空了輕桿OB和豎直支架的接觸點(diǎn)，即B處，在該處安裝了橡皮膜，可以通過橡皮膜的形變來確定對(duì)OB的壓力.然后在O處掛上重物G，可以明顯地看見A處的橡皮筋被拉長(zhǎng)，B處的橡皮薄膜被頂出.所以，重力對(duì)OA桿有拉的作用，而對(duì)OB桿，有壓的作用.

圖4 用圓規(guī)體驗(yàn)千斤頂

圖5 模擬千斤頂實(shí)驗(yàn)裝置

這組學(xué)生介紹完他們的實(shí)驗(yàn)后，教師及時(shí)地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行總結(jié).如圖6所示，重物對(duì)支架的拉力F（大小等于G）可分解為沿AO方向的拉力FA和沿OB方向的壓力FB，過O點(diǎn)以拉力F為對(duì)角線，以AO和OB為2個(gè)分力的方向，作平行四邊形，平行四邊形的2條鄰邊即為2個(gè)分力FA和FB.由數(shù)學(xué)知識(shí)得：FA＝Gtanα，F(xiàn)B＝G／sinα.

圖6 模擬千斤頂?shù)氖芰Ψ治?/p>

3）第3小組準(zhǔn)備的實(shí)驗(yàn)是模擬繩子拉貨車的例子.1輛貨車陷入路邊泥洼中，依靠自身動(dòng)力無法脫.司機(jī)可用鋼索將汽車與路邊樹樁連接拉緊，再在中央系1根繩，橫向一拉，車就向前移動(dòng)一些，再將鋼索收緊再拉，如此反復(fù)，貨車居然被1～2個(gè)人拉出了泥洼.但是，學(xué)生在實(shí)際生活中，找1輛卡車進(jìn)行體驗(yàn)，不是特別方便.

該組學(xué)生設(shè)計(jì)了如圖7所示的實(shí)驗(yàn)裝置.用1輛玩具消防車模擬卡車，1個(gè)重砝碼模擬樹樁，從實(shí)驗(yàn)中，可以清楚地看見：有沿AO方向的拉力和沿BO方向的拉力.同時(shí)還采用了彈簧秤來橫向拉繩子，這樣，橫向的拉力可以直接從彈簧秤上讀出.

圖7 模擬繩子拉貨車

4）第4小組準(zhǔn)備的實(shí)驗(yàn)是1根細(xì)線能承受多大的拉力.教材的練習(xí)冊(cè)上也提到了這個(gè)小實(shí)驗(yàn)：測(cè)1根細(xì)線（或頭發(fā)）能承受多大的力，在1根長(zhǎng)度已知的細(xì)線的中央懸掛著重力已知的重物，然后沿著尺將雙手慢慢分開，觀察分開到什么距離時(shí)線斷了，由此就可以計(jì)算細(xì)線能承受的最大拉力.但這組學(xué)生設(shè)計(jì)了更加直觀的實(shí)驗(yàn).在細(xì)線下掛了1個(gè)已知重量的砝碼，在細(xì)線的兩端上分別連接2個(gè)彈簧秤，這樣細(xì)線上承受的拉力可直接從彈簧秤上讀出.當(dāng)2根細(xì)線之間的夾角改變時(shí)，彈簧秤的讀數(shù)也隨之改變.

圖8 繩子拉貨車的受力分析

圖9 刀劈物體的受力分析

在這個(gè)例子中，由于對(duì)兩個(gè)側(cè)面是壓力，學(xué)生沒有想出直觀測(cè)壓力的實(shí)驗(yàn)器材，學(xué)生課堂上也表示，他們會(huì)繼續(xù)研究這個(gè)問題，像彈簧秤能直觀測(cè)出拉力一樣，他們也想直觀地顯示刀刃對(duì)2個(gè)側(cè)面的壓力.教師和其他組的學(xué)生也對(duì)他們的想法給予了鼓勵(lì)和支持，希望他們?cè)缛昭芯砍鲋庇^的實(shí)驗(yàn)器材.

6）第6組準(zhǔn)備的實(shí)驗(yàn)是壓榨機(jī).某榨汁機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖10所示，其中B為固定鉸鏈，C為質(zhì)量可忽略不計(jì)的滑塊，通過滑輪可沿光滑壁移動(dòng)，D為被壓榨的物體.當(dāng)在鉸鏈A處作用一垂直于壁的較小壓力F時(shí)，物體D受到較大的壓力.這組學(xué)生在網(wǎng)上購(gòu)買了壓榨機(jī)，直觀地演示了壓榨機(jī)原理.

圖10 壓榨機(jī)

教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)這個(gè)例子進(jìn)行進(jìn)一步的討論.力F的作用效果是對(duì)AB和AC兩桿產(chǎn)生沿兩桿方向的壓力，將F沿AB和AC方向進(jìn)行分解，得到2個(gè)分力F1和F2.力F1的作用效果是對(duì)C產(chǎn)生水平向左的推力和豎直向下的壓力，將力F1沿水平方向和豎直方向分解，得到2個(gè)分力Fx和Fy.

圖11 壓榨機(jī)受力分析

5 啟 示

1）先學(xué)后教，促進(jìn)學(xué)生在最近發(fā)展區(qū)完成學(xué)習(xí)任務(wù).

本節(jié)課中，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性高，在內(nèi)化知識(shí)的基礎(chǔ)上完成了知識(shí)鞏固應(yīng)用部分，這與翻轉(zhuǎn)課堂的先學(xué)后教有很大關(guān)系.

再者，物理知識(shí)體系龐大且邏輯性強(qiáng)，這些特點(diǎn)導(dǎo)致很多學(xué)生反映物理難學(xué)，究其原因就是沒有做好學(xué)習(xí)物理的準(zhǔn)備，沒有跟上教師的思路并及時(shí)鞏固應(yīng)用.翻轉(zhuǎn)課堂先學(xué)后教的教學(xué)方法為教師突破教學(xué)難點(diǎn)提供了解決方法，學(xué)生通過豐富多彩的網(wǎng)頁視頻，自主且富有趣味性地提前學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)，帶著問題進(jìn)入課堂，在教師的指導(dǎo)下高效地探究物理問題.

2）實(shí)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)式.翻轉(zhuǎn)課堂的課前課中都以實(shí)驗(yàn)為線索，以自主合作學(xué)習(xí)的形式促使學(xué)生思考、解決問題.學(xué)生課前觀看實(shí)驗(yàn)的視頻，并自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來解決新舊知識(shí)的矛盾，通過小組討論、動(dòng)手操作和動(dòng)手計(jì)算，逐步解決問題.

3）培養(yǎng)了學(xué)生善于聽取別人的意見的好品質(zhì)，促進(jìn)學(xué)生的社會(huì)性發(fā)展和健康個(gè)性的養(yǎng)成.要想適應(yīng)社會(huì)，能與別人密切交往，其中重要的一點(diǎn)就是對(duì)他人能熱心幫助，真誠(chéng)相待.通過小組合作學(xué)習(xí)，使學(xué)生感到要想使自己在學(xué)習(xí)上有所收獲，必須做到小組之間的每一個(gè)成員相互幫助，相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，虛心聽取別人的意見，從而培養(yǎng)了小組成員善于傾聽別人的意見，幫助本組成員共同提高的好品質(zhì)，成為他們?cè)谶m應(yīng)社會(huì)中所必備的條件.

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Flipped classroom and cooperative learning groups bring new vitality in physics experiment teaching：A case study of“force decomposition”

LIU Ling
（High School Affiliated to Fudan University，Shanghai 200433，China）

Abstract：With the aid of information technology，the curriculum of force decomposition was redesigned for flipped classroom.Students should preview the webpage about force decomposition and grasp the concept，the method and the typical examples.The students were divided into six groups，and each group prepared a relevant experiment case to discuss in the course.This learning mode made students become the main body in learning process，and enhanced the scientific inquiry ability，cooperation ability and communication skills of students.

Key words：flipped classroom；force decomposition；force analysis

作者簡(jiǎn)介：劉 玲（1977－），女，四川成都人，復(fù)旦大學(xué)附屬中學(xué)一級(jí)教師，碩士，主要從事中學(xué)物理教學(xué)工作.

收稿日期：2016－01－11

中圖分類號(hào)：G633.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1005－4642（2016）03－0037－05

［責(zé)任編輯：尹冬梅］