物理實驗翻轉課堂“自主學習任務單”的設計
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摘要：本文以微課程教學法為理論指導，以“探究加速度與力、質量的關系實驗”為例，討論了在課前階段用于學生自習的“自主學習任務單”的設計，以期實現中學物理實驗教學的翻轉課堂。
關鍵詞：物理實驗;翻轉課堂;自主學習任務單
中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2019）12-0057-04
物理實驗是物理學的基礎，中學物理實驗教學是中學物理教學的重要組成部分，同時也是中學物理學科研究問題方法的重要環節。學生通過親自觀察和實驗，在獲得知識的同時，受到科學方法的熏陶和能力的培養，物理實驗在培養學生的核心素養中具有舉足輕重的地位。
傳統的物理實驗教學往往是教師在實驗課上用大量時間講解實驗的原理、步驟以及儀器的選取等實驗細節，而學生由于現學現賣，做實驗時往往出現步驟錯亂、實驗操作的關鍵地方記憶不清、實驗數據處理慢等情況，導致實驗效果很差。另外，由于在實驗課上教師講實驗花了很多時間，學生在課堂上基本只能取得實驗數據，根本沒有時間在課上對實驗數據進行討論，對實驗效果進行評價，以致教師不能對學生實驗效果做出及時反饋。
如何有效解決這樣的問題？筆者認為可以嘗試借助微課程教學法來解決。微課程教學法認為，可以采取任務驅動、問題導向、視頻保證的支架式教學策略，讓學生在家按照自己的步驟學習，完成學習知識的任務，在課堂上通過協助、交流實現內化知識，拓展綜合能力，發展核心素養，從而體驗學習成就感，這與物理核心素養不謀而合。自主學習任務單模塊是微課程教學法三大模塊中的第一個模塊，它是提供給學生自主學習的支架，是單位課時教學活動的開始，“自主學習任務單”的設計不僅影響著教學視頻等配套學習資源的開發，也影響著課堂教學方式的創新，是微課程教學法的靈魂。下面，筆者以“探究加速度與力、質量的關系實驗”為例，談談物理實驗翻轉課堂“自主學習任務單”的設計（具體設計見附表）。
● 緊扣課標，用好教材
自主學習任務單是教師設計的指導學生自主學習的方案，任務單的質量決定了學生自主學習的質量與效率，任務單規定了微型教學視頻設計的方向與課堂教學方式創新的策略與方法。教師對教學內容內在聯系的駕馭、教學目標的理解、教學方法的滲透、學習內容的循序漸進安排等，都會在任務設計里呈現出來。所以，教師設計任務單時必須緊扣課標，用好教材。
1.設計任務單時要緊扣課標
首先，課標明確了本實驗的地位，“探究加速度與力、質量的關系實驗”是課程標準規定的學生必做實驗。其次，課標指出了本實驗的性質，是探究性實驗而非驗證性實驗，牛頓第二定律應該是在本實驗探究成果的基礎上總結的，次序不能顛倒。再次，課標給出了本實驗的目標，要求學生具有科學探究意識，能在觀察和實驗中發現問題，能正確實施探究方案，使用不同的方法和手段分析、處理信息，具有交流的意愿與能力。設計任務單時，必須充分考慮課程標準的要求，讓學生依據任務單自主學習后，能知道怎樣實施探究方案，在課堂學習階段能協作探究，合理處理實驗數據，并展開分組交流、反思，達到課標要求的目標。
2.設計任務單時要用好教材
在教材中，明確了本實驗具體指兩個關系：一是在物體質量一定的情況下，探究加速度與受力大小的關系;二是在物體受力一定的情況下，探究物體運動的加速度大小跟物體質量的關系。教材上關于本實驗的安排是學生在已有的對力和質量認知的基礎上，通過實驗探究加速度與力的關系、加速度與質量的關系，取得數據，畫出圖像，尋找出規律的認識之后，總結牛頓第二定律。筆者認為，根據教材內容的安排意圖，在設計自主學習任務單時，首先應該清楚教材給出了本實驗的研究方法，即控制變量法。其次，應該清楚教材提示了學生的學情，本實驗之前，學生對打點計時器的使用及利用紙帶求瞬時速度、加速度已經掌握，對力和質量的知識已經掌握。再次，應該清楚教材提供了本實驗的探究思路，即學生通過實驗操作、數據分析、評估的過程，體會利用圖像尋找物理量之間的關系的方法。
● 精準定位，學生中心
自主學習任務單是教師設計的用以指導學生自主學習的方案，使用的對象是學生，不是教師本人，所以設計一定要精準定位，以學生為中心。
設計任務單，是將教師的教學目標轉化為學生自主學習的達成目標，是以學生為中心設計的重要體現。學生經過一定時間的自主學習，達到的某種程度的學業目標，反映的是學生通過自主學習達到掌握材料的維度和程度。教師設計任務單時，要讓學生看到達成目標就知道通過什么途徑可以達到目標。比如，在“探究加速度與力、質量的關系實驗”中，有個教學目標是“理解探究加速度與力、質量的關系的合理性和必要性”，學生看了很容易一頭霧水，顯然，設計任務單時，需要將這一教師的教學目標轉化成學生的達成目標。教師可以設計“知道用什么方法探究加速度與力、質量的關系”這樣的達成目標，學生根據配套教學微視頻，就能很清楚地知道是用控制變量法加以研究。再如，本實驗中，小車所受的力還包含木板的摩擦力（空氣阻力可以不計，因為速度很小），所以有個教學目標是體驗如何平衡摩擦力。學生還不知道怎樣平衡摩擦力，如何體驗，因此需要考慮學生的學情，這一教學目標可以改成如下達成目標：理解為什么要“平衡”小車摩擦力，并知道怎樣操作。要學生達成這一目標，需要教師在配套的課前微視頻中，動手操作示范，讓學生清楚操作步驟，做到心中有數，這樣，在給出的相應仿真實驗模擬操作中，學生就能順利操作，達成目標?？紤]學生學情的還有這樣的達成目標：知道當鉤碼的質量比小車的質量小很多時，鉤碼所受的重力近似于小車所受的拉力。由于學生知識有限，教師暫時可以不解釋這么做的原因，在設計相應學習任務時，只要求學生能判別即可。另外，以學生為中心的設計在任務單的其他方面也有體現，如在課堂學習形式的預告里，明確在課堂教學中有學生的協助、交流、互動與展示，這些都充分尊重了以學生為中心，充分釋放了學生的學習主動性。 ● 任務驅動，問題導向
“任務驅動，問題導向”是建立在建構主義學習理論基礎上的教學方法，強調學生的學習活動以探索問題來引導和維持其學習興趣和動機，讓學生帶著真實的任務學習，完成同化和順應。
微課程教學法認為，針對每一項達成目標，都要配套設計必要的學習任務，學習任務是自主學習任務單的主體部分，學生自主學習能否達到教師提煉的達成目標，主要依靠學習任務來保證。設計學習任務時，需要將教學重點、難點轉化為可操作性的問題。例如，在“探究加速度與力、質量的關系實驗”中，筆者發現針對達成目標，將實驗知識點或者實驗步驟注意點設計成問題，學生就會更加主動地去解決，自主學習也更具操作性，這正是微課程教學法倡導的“任務驅動，問題導向”理念的優勢。例如，針對“達成目標2：知道做實驗要用哪些器材”可以設計這樣的問題：本實驗的實驗器材除了打點計時器、紙帶、復寫紙、小車、一端附有定滑輪的長木板、小盤、夾子、細繩、導線、天平、砝碼、薄木塊，還需要哪兩樣實驗器材？這樣既突出關鍵器材，又能讓學生對所有器材了然于胸。針對“達成目標2：知道做實驗有哪些步驟”可以設計這樣的問題：實驗中，為了使細線對小車的拉力等于小車所受的合外力，先調節長木板一端滑輪的高度，使細線與長木板平行，接下來還需要進行的一項操作是什么？這樣提問，會激起學生觀看教學視頻的記憶，理順實驗步驟。針對“達成目標3：理解為什么要‘平衡’小車摩擦力，并知道怎樣操作”可以設計這樣的問題：①在斜面上勻速下滑的物體，其受力情況如何？②你怎樣知道已經“平衡”了摩擦力？前一個問題讓學生知道在平衡摩擦力時長木板一端為什么要墊高，后一個問題讓學生知道究竟墊多高才合適。自主學習任務以問題為導向，目標就容易達成。
● 關注課前，呼應課內
微課程教學法將學習活動劃分為課前學習活動和課內活動兩個階段。自主學習任務單是教師精心設計的用于指導學生課前自主學習的方案。為了引導學生在課內更好地內化自主學習成果，實現課堂教學創新，教師在關注課前自主學習任務單時，需要時時注意呼應課內活動。
筆者在“探究加速度與力、質量的關系實驗”中的課前自主學習任務單設計中，有很多地方都呼應了課內活動。例如，用打點計時器進行實驗，課堂上需要學生利用紙帶計算加速度，熟練程度很重要，所以在任務單的學習任務中，安排了“算一算加速度”。又如，在實驗中小車所受的力還有木板的摩擦力，要“消除”摩擦力，在配套課前教學視頻中，筆者動手操作示范，讓學生清楚操作步驟，這樣，學生在課內便可以順利操作而不用另外演示（不僅視覺效果差，還浪費課內時間）。再如，課內要利用Excel的圖像功能處理實驗數據，并對數據進行討論，所以，筆者在設計任務單時，需要學生知道兩個物理量之間的數量關系有正比、反比、平方或平方根關系等，在進行這些數量關系分析時，會用圖像的方法，通過改變坐標軸，使兩個物理量之間的關系在相應坐標系中的圖像是一條直線。當然，為了讓學生在課內順利進行整個實驗的操作，任務單的學習任務中還有仿真實驗模擬演練，仿真實驗室雖然不是真的在實驗室，但是，它提供了實驗的模擬情境，學生通過模擬操作，可以了解器材的使用，熟悉實驗步驟和注意點，一遍不行來兩遍，直到達成目標。另外，自主學習任務單中“課堂學習形式預告”更是呼應了課內教學，這里有學生自習后的課堂學習的期待，也有教師對課堂教學方法創新的伏筆。
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