大学物理实验游戏化翻转课堂的探索与实践_汪枫.pdf

ISSN 1006 7167CN 31 1707/TESEACH AND EXPLOATION IN LABOATOY第 41 卷 第 12 期Vol41 No122022 年 12 月Dec 2022DOI:10 19927/j cnki syyt 2022 12 038大学物理实验游戏化翻转课堂的探索与实践汪枫1，熊永红2，曾中良1，王琛1，许明耀1(1 武汉纺织大学 数理科学学院，武汉 430200;2 文华学院 基础学部，武汉 430074)摘要:针对实验课程在开展翻转课堂教学过程中部分学生学习主观能动性不够的问题，以大学物理实验为例，对翻转课堂进行游戏化设计，重塑教学模式和评价机制，探索为实验教学提供一种新的课堂教学改革思路。通过对比实验、定量分析和问卷调查，证实游戏化的教学模式更有利于提高学生的学习兴趣、激发学生内在学习动力和提升教学效果，对营造良好的教学氛围、优化学习过程、提高学习效率以及促进学生能力发展都有着积极促进作用。关键词:大学物理实验;游戏化设计;翻转课堂中图分类号:G 642.0文献标志码:A文章编号:1006 7167(2022)12 0198 04Exploration and Practice of Gamified FlippedClassroom in College Physics ExperimentWANG Feng1，XIONG Yonghong2，ZENG Zhongliang1，WANG Chen1，XU Mingyao1(1 School of Mathematical and Physical Sciences，Wuhan Textile University，Wuhan 430200，China;2 Department of Basic Education，Wenhua College，Wuhan 430074，China)Abstract:In view of the problems that are easily encountered in the process of carrying out flipped classroom forexperimental courses，this paper takes college physics experiment as an example to carry out gamified design for flippedclassroom to reshape teaching mode and evaluation mechanism，and provides a new teaching reform idea for experimentalteaching Through comparative experiment，quantitative analysis and questionnaire survey，it is proved that the teachingmode is more conducive to stimulate studentsinternal learning motivation and improve the teaching effect，and it playsa positive role in creating a good teaching atmosphere，optimizing the learning process，improving the learning efficiencyand promoting studentsability developmentKey words:college physics experiment;gamified design;flipped classroom收稿日期:2021-12-24基金项目:国家自然科学基金项目(41804156);教育部高等学校大学物理课程教学指导委员会教学研究项目(DJZW201925zn);湖北省教育厅哲学社会科学研究项目(20Y069);武汉纺织大学教学研究项目(2021JY072)作者简介:汪枫(1983 )，男，湖北武汉人，博士，讲师，主要研究方向为游戏化教学和数字化学习资源开发。Tel:13971316207;E-mail:1404644556 qq com0引言翻转课堂作为如今信息技术支持下的一种新型教学模式，体现了“以学生发展为中心”的重要教学改革理念，是扭转“学生被动学习”和“教师单纯讲授”状况的有力手段，对于提升学生学习能力和创新能力都有着积极促进作用，是建设国家一流本科课程的有效路径1。然而，高校实验教学条件虽然越来越优异，智慧教学工具也确实丰富了教师的教学手段，但实验教学的课堂交互方式还并未发生本质改变。一方面是实验课程的数字化资源开发相对于其他理论课程来说更加困难，“翻转”任务艰巨。更重要的是，在混合式教学改革浪潮下，大量课程仅仅是通过微视频将需要讲授的内容进行时空上的前移，师生间以及学生间的交第 12 期汪枫，等:大学物理实验游戏化翻转课堂的探索与实践流研讨依然缺乏深度和层次性，学生并未摆脱机械学习、被动接受的状况，学习动力堪忧2。特别是一直处于被动学习、缺乏提问环境和机会的学生，在翻转课堂过程中易成为交流研讨过程的“旁观者”，不善于发现问题、提出问题，或畏惧提出问题3。因此，如何充分调动主观能动性，使学生更加积极主动且愉快地进行知识构建，实现学生主体、教师主导的真转变，让翻转课堂真正走进实验教学，这些问题仍然需要开展深入探讨和实践。为推进大学物理实验教学改革，贯彻以学生为中心的教改理念，提高教学质量，本文从游戏化理念出发，探索游戏化教学设计在大学物理实验翻转课堂中的应用。1游戏化教学意义1.1关于游戏化21 世纪以来，我国已成为全球第一游戏市场4，特别是随着移动互联技术的普及，使人们在有意或无意间都会接触到游戏或参与到游戏过程中，游戏与生活的联系愈发紧密。美国著名教育家和哲学家杜威认为，“教育即生活”，教学法的应用最好从学生的经验与能力出发5。2003 年，英国游戏开发人员 NickPelling 第一次明确提出游戏化(gamification)的概念，并将其定义为“把不是游戏的东西(或者工作)变成游戏”6。游戏化既是将游戏思维、游戏机制以及游戏元素整合应用于非游戏环境中，赋予其游戏特征，以帮助引导和促进使用者的参与和互动。近年来，游戏化在教育领域的应用正在逐渐兴起，无论是教育游戏还是基于游戏的教学模式，都在茁壮成长7，游戏化学习目前已成为十大创新教学法之一8，同时也成了培养学生“科学精神”的新途径9。其中，关于游戏化教育软件的开发和研究尤为突出，在中国知网仅搜索2017 2021 年关于“教育游戏”的中文核心期刊就多达 105 篇，游戏教育价值也得到了充分地探讨和深化10。随着信息技术的飞速发展，游戏化理念还被应用于 MOOC 学习中，有效提升 MOOC 学习的沉浸感，改善学习者的学习行为、学习效果、课程评价和辍学率等问题11。游戏化翻转课堂也开始崭露头角，对学习者的学习动力有持续促进作用12-13。目前游戏化在学前教育和基础教育中的应用已经非常普及，但在高等教育中的应用仍显不足。实际上，相较于中小学学段的学生，游戏化学习对于提升大学生学习成绩具有更积极的作用，特别是对于如数学、物理等系统性和逻辑性更强的学科，具有显著的正向影响14。1.2实验教学游戏化学习动机是学习的原动力，Malone 等15 致力于研究人们为什么喜欢玩游戏，并认为游戏让人乐此不疲的原因是游戏能够激发人们的深层内在动机，并提出一套内在动机理论。该理论认为内在动机可分为个人动机和集体动机两类。个人动机包括挑战、好奇、控制和幻想，集体动机包括合作、竞争和尊重。实验教学是一个观察、理解、判断、操作、反馈的过程，包含自主性、探究性、试误性、交互性等特征，与游戏特性具有极强的相似性，特别是实验设备与学习者之间的交互性也是其他课程无法取代的。因此，实验教学的先天条件不仅有利于激发学生的深层内在动机，而且为开展游戏化教学提供了良好的动态交互机制。实际上，测验、问答、讨论等基本教学互动方式都具有交互特性，教师只需通过设计积分、排名、段位等各类游戏元素就可以趣味性地开展教学活动。实验教学的游戏化设计将从游戏动机、游戏机制和游戏元素 3 个方面出发，设置学习任务、教学活动和课程评价，如图 1 所示。图 1游戏化教学设计框架2游戏化翻转课堂设计实验教学的游戏化翻转课堂设计以学生为主体、教师为主导，将学习任务分为个人任务与团队任务，并贯穿课前、课中、课后全过程，如图 2 所示。图 2游戏化翻转课堂流程其中，团队任务是游戏化教学的核心机制，通过比拼竞技的形式，促进自主学习和协作式学习，充分激发学生的深层内在动机。团队人数不宜过多，避免惰化现象，教师可以根据实验条件进行合理分配，通常 3 991第 41 卷5 人即可。每次实验都会安排小组之间以游戏竞赛的方式两两进行交流研讨，并要求做好提出问题、分析问题、解决问题的相关工作，不断总结完善，持续改进。赛制可根据实验项目数和学生组数采用单循环(每支队伍之间均进行一场比赛)或双循环(每支队伍之间共进行两场比赛)的方式，教师在比赛中通过引入积分、徽章、荣誉、头衔、排行榜等游戏激励系统，让学生获得成就感、仪式感和沉浸感，营造良好的学习氛围。对于比赛中操作准确熟练、问答表述清晰无误的学生，会设立 MVP(Most valuable player)，获得额外的课堂积分。最终，学习任务达成情况将由学生课前课中课后的综合评分决定，使评价方式由单一化、标准化向多元化、个性化转变。2.1课前教师通过 MOOC 或 SPOC 发布学习任务，如观看原理视频、操作视频、完成章节测验、撰写实验预习报告等，并要求团队提出 5 道思考题和答案;学生围绕学习任务开展线上自学自测，明确实验目的及课程重难点，完成实验预习报告，并通过小组协作研讨，提出思考题;教师根据教学管理平台的学习行为统计数据进行前端分析，并对每个小组进行督学助学，探讨知识薄弱环节以及思考题，完善和更换掉不合理的问题。教师还可以引导学生主动去了解相关学科前沿发展、科学人物事迹。2.2课中教师首先回顾课前预习情况，介绍实验目的和注意事项，随后结合实验特点组织学生开展游戏化教学。活动通常分为两大部分:(1)头脑风暴。安排本轮对战的小组分别开展研讨，根据课前准备的思考题，彼此相互提问，交替回答，最终以正确率判定胜负。每个回合结束，教师都会总结和点评，并根据实验特点进行拓展延伸，例如光的干涉实验中将知识延伸到激光干涉引力波探测器的工作原理，在霍尔效应实验中引领学生理解量子反常霍尔效应，在弹性模量实验中探讨弹性模量的测定对研究光纤、半导体、航天器件等各类材料力学性质的意义等。同时结合一些典型案例，在潜移默化中厚植爱国主情怀、文化自信、科学精神等思政元素。在时间充裕的情况下，教师也可以自行补充问题进行附加赛，让小组之间进行抢分，或者采用学生互讲互问、生讲师评等多种比赛形式。(2)操作比拼。教师根据实验项目特点设置不同形式的操作竞赛，在寓教于乐中完成仪器调试、数据测量等教学任务。例如在示波器的原理及使用实验中，需要学生学会使用示波器的扫描应用和 X Y 方式应用，课堂上以单循环的竞赛方式组织学生进行操作比拼，积分规则采用胜 3 分，平 1 分，负 0 分的常用比赛记分方式。每回合比赛时间为2 min，赛前组间彼此交换仪器，打乱对方仪器，随后回到各自位置。在规定时间内把示波器调节至指定状态并正确记录数据(如正弦波、利萨如图形等)，成功人数多的一方获胜，人数一样则平分。随着学生熟练度的提升，再逐步缩短时间，增加难度。在条件允许的情况下，还可以通过播放背景音乐，设定一些游戏技能机制，如减少对方时间、增加己方时间、减少对方人数或增加对方仪器等多种方式增加过程的紧张感和激烈性，促进师生和学生之间互动，为课堂教学提供强大的情绪支持，不断刺激和