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摘要:基于互联网技术的应用，阐述了以学为主教学模式的先进性。利用SPOC翻转课堂教学模式设计了大学物理角动量的教学内容，将传统的以教为主的教学模式改变为以学为主的教学模式，该模式较传统教学模式能使学生投入较短的学习时间，收获较大的学习效果。
关键词:教学改革;翻转课堂;SPOC;大学物理
0引言
近年来，互联网应用于教学领域使得教学理念与教学模式发生了翻天覆地的变化。互联网这一现代化手段的运用，使学习摆脱了时间与空间的限制，更使得学习真正变得自主和自由［1，2］。国内也先后建立了国家精品课程资源中心、网易视频公开课、爱课程网等学习资源，基于这些资源一些现代化教学手段和模式层出不穷，比如MOOC(大规模开放在线课程)，2012年，由美国教育界提出并实施在网上提供免费课程学习的举措，这就是现在的MOOC教学模式［3，4］。MOOC的网络课程需要很大的财力和人力投入，而且网络资源应用方式和课堂教学模式也因大学的培养目标和课程特点的不同而形式多样，所以MOOC在高校课程教学中针对性不高是其主要短板。此后，SPOC(小规模限制性在线课程)教学模式顺势而出，同时，翻转课堂这种新型的授课方式也在悄悄地改变中国大学的教学形象。在教育技术的发展及开放教育(OER)运动的浪潮下，翻转课堂应运而生［5－7］。2012年，乔纳森•伯格曼等人的文章“翻转你的课堂:每天每节课与每个学生交流”成为翻转课堂发展史上的重要事件，翻转课堂开始风靡国际教育界［2，6］。翻转课堂的教学手段新鲜和有趣，课堂的设计和管控是考验授课教师的一个重要环节，同时也是区别于以教为主的传统课堂的主要创新教学模式。翻转课堂具备灵活的学习环境、变革的学习文化、定制的学习内容和专业的教育这四要素，对培养学生自主学习、知识应用、实践探索等能力提供了先进的教学模式。该模式已经在西方的各大高校广泛使用。本文作者结合SPOC教学模式，将翻转课堂高效地应用于大学物理课程的教学中，收到了良好的效果。
1大学物理课程SPOC翻转课堂的教学模式
1．1SPOC翻转课堂
相对于MOOC而言，SPOC为小规模限制性在线课程，人数规模一般在几十人至百人之间，对于申请者设置了一些准入条件［8，9］，比如，加入之前要对所学内容有一定的了解甚至熟悉，对一些基本概念要大致理解，甚至需要做一些基础性的练习。达到要求者才被允许加入SPOC课程。因此，SPOC更加适合于高校内部的课程运行，投入较低且针对性很强。“翻转课堂”教学模式在充分利用SPOC模式的基础上，可以有效弥补网络课程缺少师生面对面交流的不足，这是目前网络课程无法取代的，也是网络课程最缺少的教学环节［2］。这种“网络视频学习先行”“课堂讨论答疑后置”的翻转模式，可以使学生灵活地控制学习节奏，大幅提高教学效果。大学物理课程是理工类本科重要的基础课程、先修课程，同时也是一门典型的自然科学学科。大学物理是建立在以实验为基础的理论学科，所以从物理实验现象得出物理规律，再上升至物理理论是学习物理学的重要途径。大学物理的教学内容十分广泛，理论性也很强，教学过程中需要学生反复学习，勤于思考，积极讨论。而基于SPOC的翻转课堂教学模式恰好可以提供用于反复学习的网络视频和共同讨论的课堂氛围［2，7］，因此，基于SPOC翻转课堂的教学模式非常适合于大学物理课程的教学改革。
1．2SPOC翻转课堂中大学物理教师的角色定位
传统的物理课堂中，教师主导地位决定着教师是一个演讲者角色。教师在课堂上严谨地推导着物理公式，准确地阐述着物理定理，然后解题、计算一气呵成，老师自我陶醉乐在其中。可是老师终究不是演讲者，老师课堂上的成功要取决于学生获得了多少知识而不是老师讲课的精彩程度，这两者往往并不存在因果关系［10，11］。物理老师在SPOC翻转课堂中的角色，首先应当是组织者。尤其是对于物理学这样的理论性很强的学科，老师要反复地从物理现象的角度出发，组织学生对该现象展开形式多样的讨论，激发学生的探究欲、好奇心，充分发挥和挖掘学生的主角作用。其次应当是引导者。老师在监督或参与中发现学生遇到困惑，要及时给予启发，给予引导，让学生自主解决困惑，理解物理现象背后的物理规律，学生往往在非常迫切的需要理解某知识点时，获得引导或点拨才能对此有深刻的印象。再次应是讨论的介入者。在物理探究中，老师有时需要直接介入到学生的讨论中去，但是何时以什么方式介入是很微妙的，物理学理论的逻辑性很强，介入到学生中要把握好时机，而且教师不能以权威的角色出现在学生当中，否则会破坏平等的氛围，使学生不能畅所欲言降低学习效率。最后应是个总结者。课堂最后，老师要对本次学习过程做个简单的总结归纳，对学习的物理定律要有深刻的理解，要有实际运用，要能解决实际问题，必要时还可以组织学生自己总结。
2基于SPOC翻转课堂的大学物理课程教学设计
前面提到SPOC模式是有准入条件的，对于申请者要达到指定条件才能被加入课程。这些条件首先是要求学生对于一些基本概念要理解，学习目标要明确，其次要反复学习老师提供的学习资料。以大学物理课程的“刚体角动量定理、进动原理及角动量守恒”为例设计教学内容。
2．1“刚体角动量定理、进动原理及角动量守恒”的课前准备
“刚体角动量定理、进动原理及角动量守恒”这节内容是刚体转动力学重要的教学内容。学生首先要对力矩、角动量概念有清晰的认识和理解，其次要对角动量定理做出理论阐述，最后将角动量定理迁移至刚体的角动量定理中去。这些理论知识点要在学习资料中最先体现，学生可以根据这些内容，再结合教材的阐述完全可以初步理解。关于进动和角动量守恒，学习资料里还需要提供一段进动和角动量守恒的视频，视频中老师要对该物理现象提出一些问题引导学生思考，这环节很关键，学生看视频时思考的角度和老师的角度是不同的，需要对学生的思路进行引导、矫正。学习资料的较强针对性和适当的难易度是开展SPOC翻转课堂的重要保障，因此需要重点把关。学生学习过程同样重要，学习资料下发给学生后需要通过平台进行监督，由于智能手机的普及可使学生随时随地进行学习。有了这些准备，下一步就是课堂学习了。
2．2“刚体角动量定理、进动原理及角动量守恒”课堂设计与组织
参与SPOC翻转课堂的同学，由于有了上述的学习准备，就可以进入课堂讨论学习了。讨论之前要确定好分组方案，分组的方案一般有以下几种:一是自主搭配。这是最简单的操作方式，优点是自主搭配的同学多数都是关系好的，讨论氛围更加融洽些，缺点是讨论可能不充分不深入。二是按照程度分类搭配。这种搭配的优点主要在于程度好的组讨论热烈、深入，但程度差的组往往讨论陷入僵局讨论不起来，两极分化严重。三是按照程度混合搭配。这种分组优势在于每组都有领头人示范效应，能有效地避免讨论不起来的情况，但是同时可能会出现讨论不平等的现象，沦为学生版的说教模式。选择哪种分组方式需要根据班级特点而定。虽然参与SPOC翻转课堂的同学对于一些基本概念已经有了一定的了解，但是老师仍有必要结合板书或课件对这些概念做个规范化的阐述。根据阐述内容提出先易后难的讨论主题。例如:(1)直升飞机尾翼的作用;(2)高速自旋的陀螺进动原理及子弹飞行的进动现象;(3)滑冰运动员自旋时转速的改变。主题(1)的讨论要简单一些，如图2所示［12］。对于直升飞机尾翼起到的作用都有类似的生活经验做为支撑，这种现象发生理所当然，而且力矩和角动量方向相同。但是怎样上升到理论上来，用相应的物理理论解释并定量地做出计算，是讨论的主要目标。讨论过程中老师要穿梭于各组之间密切观察、聆听，当发现讨论偏离方向，就需要做出适度引导。对学生引导的方向可以有三点:一是飞机的尾翼旋转时对轴产生的力矩，二是飞机对轴的角动量的增量，三是他们的方向判断。讨论结束后每组的总结也要按照这三个问题做出阐述。主题(1)的理解是为主题(2)的讨论做铺垫的。结合主题(2)的视频讨论进动原理。如图3所示［12］，进动时刚体所受力矩和刚体角动量不在同一直线上，角动量定理的应用范围进一步扩大至平面矢量三角形上。此时难度加大，对学生的引导应分为两部分，一是在角动量增量的方向，原角动量的方向，合成后角动量的方向，不自旋陀螺的倾倒原因;二是子弹飞行为什么要自旋，自旋的结果有何作用。如图4所示［12］。两者比较得出角动量定理在进动现象中的应用，学生分组阐述。主题(3)是有关角动量守恒的讨论，首先组织学生再次观看视频，注意运动员的肢体运动细节。如图5所示［12］。学生对于这个讨论过程会很发散，因为每人关注的细节不同，他们自己会相互否定，相互提示，相互给对方灵感。这种讨论老师要注意把握好讨论的氛围，避免出现聊天大于讨论的不良现象。主题(3)中涉及的几个关键点是学生讨论的重点，分别是光滑的冰面会产生很小的摩擦力，从而力矩近似为0，运动员四肢的运动会改变自身转动惯量。以上讨论逼近原理时，要让每组认真总结讨论结果，认真阐述得出结论。
3总结
基于SPOC翻转课堂的大学物理教学改革，改变了传统的以教为中心的教学模式，使其成为以学生为中心的新型教学方法。让学生由被动接受物理理论变为主动学习物理知识。课前视频资料的学习可以让学生灵活把握学习节奏，这是传统教学所不具备的优势，能有效地减轻学生因为跟不上老师上课进度而丧失学习兴趣甚至放弃学习的不良后果;课堂讨论教学形式能激发起学生学习兴趣，更能使每个学生都能主动地参与到学习中，收到良好的效果。还有，讨论中同学之间平等的关系更有利于问题的深入讨论，甚至避免了因为老师的权威性扼杀程度较差同学的提问信心，真正做到因材施教;课堂阐述发言环节不仅能加深学生对于物理知识的理解程度，而且还能锻炼学生在公众场合的表达能力，营造出的小组竞争学习氛围能增加学生的学习动力。另外，学生阐述发言还能为老师提供了解学生学习程度的好机会。总之，基于SPOC翻转课堂的大学物理教学改革，使学生的学习效率提高了，教师的教学效果和学生的学习效果更好了。
作者:刘道军 吴永 单位:安徽新华学院
