实验·问题·参与·建构

——“热力环流”翻转课堂教学的设计与反思

江苏省木渎高级中学    马莉莉

“热力环流”翻转课堂教学是笔者作为上海圆创教育《智慧教学与翻转课堂实践研究》项目专家团队成员，于2015年9月24日在武汉市常青第一中学参加“示范引领与教学研讨”地理同题异构，并按照当地学校教学进度执教的公开教学活动，教学时间为40分钟。

在这次公开教学活动中，笔者努力贯彻“让学生按照自己的步骤学习”的翻转课堂理念和微课程教学法“三大模块、导学一体”理论，从教学设计到教学策略调整，始终坚持以学生为中心，帮助学生较好地完成内化知识和拓展能力，笔者也在实践中享受着教师从“演员”向“导演”转型的乐趣。

一、教学设计

（一）教材学习内容分析

“热力环流”是大气运动运动最简单的形式，而引起大气运动的根本原因是太阳辐射的纬度分布不均造成高低纬度间的热量差异。因此，“热力环流”在本节、在本章都属于基础性知识，但起着承上启下的作用。其内容主要有热力环流的概念、形成过程（即原理）及其影响、运用四个知识点。教材先是从大气运动的能量来源入手，然后通过一个实验活动引入热力环流的概念；再通过对一张示意图的分析，让学生了解热力环流的形成过程；最后通过一个“海陆热力环流”活动题，让学生认识到热力环流是一种常见的自然现象。

学生对实验很感兴趣，但是教材上的实验活动材料比较复杂，而且实验现象有时还不明显，让学生动手操作效果甚微。一张“热力环流的形成”示意图，尽管分解为a、b、c三部分，但仍然是静止的，大部分学生很难结合教材上的文字表述，想象成动态过程。海陆热力性质差异是学生在初中地理、物理中都学过的，所以“海陆热力环流”对学生来比较简单，但由于武汉的学生地处内陆地区，对白天海风和夜晚陆风没有亲身感受。

（二）课前准备

1.设计自主学习任务单

（1）设计

自主学习任务单简称“任务单”，是教师在“化教为学”理念下，设计的以表单形式呈现的指导学生自主学习的方案，是学生高效自主学习的支架与载体。任务单的设计质量不仅影响着学生课前自主学习的深度、广度与效度，影响着微课等配套学习资源采用的类型，还影响着课堂内化拓展的策略及其有效性。因此，“任务单”在翻转课堂中具有统驭灵魂的作用。

自主学习任务单是微课程教学法三大模块中的第一模块，主要由学习指南（包括达成目标、学习方法建议、课堂学习形式预告等）、学习任务、困惑与建议三部分构成。其中，困惑与建议是学生自主学习情况反馈的项目，由学生自主学习之后决定是否填写与怎样填写。教师关注的是学习指南与学习任务设计。

①达成目标

微课程教学法认为，翻转课堂是一种目标管理式的学习，学生是目标管理的第一执行人，所以必须让学生知道通过自主学习和探究拓展所要达到的掌握学习材料的维度和程度，即达成目标。翻转课堂分为课前和课中两部分，课前侧重知识的获取和能力的养成，课中侧重综合能力的提高和地理素养的提升。因此，笔者根据本课题教学内容的重难点和教学目标的要求，把学习内容按课前和课中进行了分割，这样达成目标在课前和课中也各有侧重（见下表）。

课前达成目标	课中达成目标
1.通过阅读教材、观看“实验视频”和完成任务（一），了解热力环流的含义； 2.通过阅读教材、观看“教学视频”和完成任务（二），理解热力环流的形成过程及其等压面的变化，学会绘制热力环流示意图，解释有关地理现象；	1.通过检测，了解自主学习成效，体验自主学习的成就感，增强自主学习的信心； 2.通过小组协作进行实验探究，内化热力环流的概念、原理等知识，提升绘图、分析、协作、探究、交往和表达能力，增强“生活中地理”意识，拥有一双“地理眼”； 3.通过评价反思，发展内省智能和人际智能，学会赞赏同伴。

表1.课前学习达成目标与课堂学习达成目标

②学习任务

学习任务是“任务单”的主体部分。学生自主学习能否达成目标，主要依靠“学习任务”来保证。教师关于学习目标的理解、学习方法的渗透、学习能力的培养、学习内容内在联系的驾驭，以及学生情感、态度、价值观的树立，都会在任务设计中呈现出来。要设计出高质量的“任务单”，首要的是，遵循目标化的原则，即学习任务必须与达成目标相配套，保证学生完成任务有质量的话，教学目标就已达成；其次，教师必须吃透教材，研究学习中的最近发展区，把知识点转化成一个个的小问题，这一个个小问题要能引导学生学习教材，启发学生分析教材，帮助学生理解概念和原理，指导学生掌握规律和方法，遵循知识的问题化、问题的梯度性与启发性等原则。

针对本课题的达成目标和学生的知识基础、生活体验、思维能力，设计了两大学习任务，见下表：

序号	要求	具体任务
一	观看“实验视频”，思考下列任务，完成表格：	1.观察实验1与实验2中的烟雾是如何飘动的，并在下图中用箭头绘出烟雾的飘动方向； 2.比较两次实验在条件上有什么不同？ 3. 比较两次实验在条件与现象上的差异，你知道烟雾的运动与什么因素有关吗？这种因素引起的大气运动叫什么呢？在下表中写出你的结论吧！
二	阅读教材P29～30，观看“教学视频”，完成下列任务：	1.大气运动的根本原因是什么？ 2.大气运动的最简单形式是什么？ 3.热力环流的形成过程可分解为哪四步吗？   4.热力环流会引起高空、近地面的等压面发生怎样的变化呢？请在左侧绘图，右侧文字概括，加油哦！   5.读“城市热岛效应示意图”，思考：   （1）城市与郊区之间会形成热力环流吗？ 有的话，请在图中适当的位置画出来 （2）人们常说城里吹的风是“乡下的风”，你知道为什么吗？ （3）城市有热岛效应，也有雨岛效应，你知道为什么吗？（提示：降雨的形成要具备充足的水汽、凝结核和大气作上升运动三个条件）

表2.课前学习任务

③学习方法建议

教师提供学习方法建议可以帮助学生在学习上找窍门、走捷径，规范学习习惯，养成地理思维。根据本课题的学习内容，笔者给学生建议了以下两种学习方法。（见下表）

学习方法	方法应用
分析比较	一是在两个实验中，通过改变实验条件，比较实验现象的差异，认识热力环流的成因和过程；二是比较近地面与高空等压面弯曲方向的差异，掌握热力环流对气压的影响。
绘图说明	通过绘制热力环流形成示意图，一是掌握热力环流原理，二是学会运用热力环流原理解释一些地理现象和解决生活、城市规划等问题。

表3.学习方法建议

④课堂学习形式预告

本课题的课堂学习形式是：自主学习成效检测→切洋葱实验探究→进阶拓展→评价反思。

“自主学习成效检测”和“进阶拓展”环节让学生发现课堂上的各项活动与课前自主学习的关联性：课堂上将没有教师讲课，如果不事先认真完成自主学习任务，将无法参与课堂学习活动。因此，预告是醉翁之意不在酒的设计，主要任务是促使学生认真完成课前自主学习任务，为课堂内化知识、拓展能力创造条件。

“切洋葱实验探究”设计会激发学生的好奇心，对课堂活动充满期待，引导学生水到渠成地参与高阶思维活动。“评价反思”环节有利于激发学生的好胜心，激发学生参与课堂学习的主动性和成就感。

⑤困惑与建议

该环节是学生依据达成目标对自己自主学习结果进行评价，对自主学习过程进行反思。其内容可以是学生自身知识上的障碍、能力上的缺陷，也可以是学习目标规定要求外的学生还希望知道的东西，还可以是对教材内容的质疑、对任务单的修改意见、对教师的建议等等。

（2）操作

对学生来说，“任务单”是学生高效自主学习的支架或载体。学生拿到“任务单”后，可以按照以下四个步骤进行操作，完成其中的“学习任务”和“困惑与建议”。

步骤	要求	目的
第一步	看一看	看看任务要求，阅读对应的教材内容和图表资料，观看教师提供的微视频
第二步	划一划	根据任务要求，在对应的教材内容上划出重要的字词、语句
第三步	写一写	根据任务要求，写下自己分析、归纳的结论，有条理地完成各项任务
第四步	想一想	对照达成目标，想想自己是否达到目标要求，若达到，就是收获；若未达到，想想是什么原因？比如不明白任务指向不能完成任务，还是看不懂图表、理不清思路等，填写在“困惑与建议”栏目中。

表4.指导学生完成学习任务的操作步骤

对教师来说，“任务单”是学生自主学习成效的反馈载体。要能准确掌握学情，教师收到“任务单”后就要以班级为单位，按照以下四个步骤进行操作，再进行课堂活动的二次备课。

步骤	要求	目的
第一步	批一批	对于知识目标的任务是批阅对、错、全面性，分别用“√”、“×”、“…”表示； 对于能力目标的任务是批阅能力水平，采用激励的方式，达到能力要求的用“☆”表示，未达到的则不作任何批注。
第二步	理一理	对知识目标任务进行统计，摸清学生对各知识点的掌握情况，计算出学生对各个知识点的正确率，对错误情况进行分类；对能力目标任务进行整理，在对应的能力目标任务旁记下优秀学生的姓名，以便课堂上表扬并成为该任务“互讲”的候选人。
第三步	记一记	对学生提出的困惑进行分类记录，摸清学生的疑点、兴趣点，以便课堂上的交流活动有针对性，课堂上的拓展活动有实效性。
第四步	想一想	根据学生完成“任务单”的情况，修改和调整已设计好的“活动单”，主要是课堂活动的侧重点和项目。

表5.教师处理学生完成的自主学习任务单的操作步骤

该班学生共35人，交来的任务单34份。其中任务（一）基本完成，只是同学在表达上用词不规范；任务（二）中的1～4和5（2）是全部很好完成，5（1）画图题有10人漏做，5（3）完成情况参差不齐层次，主要是表达不完整，还有4人是空着,2人写不会做。

2.录制微视频

微视频是帮助学生完成自主学习任务单的配套学习资源，是微课程教学法三大模块中的第二模块。它是教师提供的帮助学生课前自主学习的支架之一，与“任务单”相配套，可以使学生因为“任务单”而纲举目张、目标明确，因为“微视频”能排除疑难，提升自主学习质量，从而帮助学生达成学习目标。

“热力环流”是大气运动最简单的形式，但是，学生基本上没有感性认识，在阅读图文材料与动态想象、真实理解之间存在着障碍。基于教材上的实验活动材料和现象等问题，笔者就把现场操作演示实验改为实验视频，录制了一个时长为1分32秒的视频，这样一来避免操作时的不成功，二来便于学生清楚观看、重复观看。具体过程是：先是点燃一束香插入一个空的长方形玻璃缸内，观察烟雾飘动方向；然后又点燃一束香，插入一个底部两侧分别放有冰块与热水的长方形玻璃缸内，观察烟雾飘动方向。这样，让学生看到“热力环流”，感受“热力环流”现象，完成“学习任务（一）”，悟出“热力环流”概念。

“热力环流”的原理就是其形成过程，它既是本节课的重点，也是难点。基于学生困于图文结合和动态想象，笔者就录制了一个时长为3分41秒的教学视频。具体过程是：首先是把教材中“热力环流的形成”图进行动态解读，一是分解大气运动形式，解读形成过程；二是分离出等压面，解读等压面在高空、近地面的变化差异；然后是把教材中“海风和陆风形成”活动进行情景化，再演示形成过程和等压线的变化，让学生真切地感受到热力环流是一种常见的自然现象。这样，帮助学生完成“学习任务（二）”，理解和掌握“热力环流原理和应用”。

3. 设计课堂学习活动

（1）预设思路

依据微课程教学法翻转课堂的“四步法”原则，笔者对本课题的初步设计是：

第一步：4道单选读图题，检测自主学习，组内协作评价，时间为5分钟。

根据《任务单》的难度系数，围绕“热力环流原理”，按照由简单到复杂的思路，选定4道单选读图题对学生进行自主学习检测，让学生收获自主学习的成功体验。详见图1：

 

图1.课堂学习活动第一步的单选读图题

 第二步：求证实验探究：“点蜡烛，切洋葱，不流泪”是真的吗？组内合作，组间展示，时间为20分钟。

通过实验，让学生在体验中感受“热力环流”在生活中的应用，体会“生活中的地理”。详见图2：

 

图2. 课堂学习活动第二步的实验探究任务

第三步：拓展进阶，你愿意更上一层楼吗？组内合作，组间展示，时间为10分钟。

热力环流原理不仅可用于我们的日常生活，还可用于城市的合理规划。针对该校地属武汉市，而武钢又是武汉人最熟悉的，所以探究武钢厂址选择的合理性能触发学生参与的兴趣和热情，具有实用性。详见图3：

 

图3.武钢选址探究任务

热力环流虽说是一种自然现象，但人类活动也会使局部地区出现热力环流。让学生探究“上方谷的暴雨为何是诸葛亮的一把火之为”，不仅激发学生的兴趣，还能让学生收获“对流雨的形成”。详见图4：

 

图4.“上方谷暴雨”探究任务

第四步：评价反思，本节课，你最欣赏的是哪个组或哪个同学？你学会了哪些？组间评价反思，时间为5分钟。

该环节是考虑到学生今天的学习对明天发展的意义，是为了激励学生学习，帮助学生有效调控自己的学习过程，使学生获得成就感，增强自信心，培养合作精神，养成严谨、认真、负责的学习品质和个性特征。详见图6、图7：

 

图5.评价任务

 

图6.反思任务

（2）操作方法

①协作探究法

以小组为单位，组内进行明确分工，主要有主持人、记录员、成果展示发言人与质疑人等。组长为行政长官，制定好每次活动的主持人，主持人负责组织本次活动的探究流程，召集组内成员进行积极有序的分析、讨论及其成果汇总，确定成果展示发言人与质疑人。人员分工实行轮流制，目的是体验不同角色所承担的职责。

②“展示—质疑”交流法

展示就是小组探究成果的呈现，先展示文本成果，再对照文本成果进行阐述。这可以是成果展示人独立进行，也可以是多人配合进行。质疑就是其他组把本组的探究成果与展示成果进行对比，提出异议；展示组再进行回应，可以是解释本组的成果，也可以是质疑其他组的成果。经过多次交流，最后达成共识。

展示权与质疑权都需要各组举手竞选，教师根据情况决定。一般根据举手的前后，有时为了鼓励参与度低的小组、激励课堂活动得分低的小组或动作迟缓的小组，可优先考虑；有时为了增加质疑的机会，还可有意让协作成果错误较严重的小组展示。

③评价机制

有时课堂活动看起来很热闹，学生参与活动的积极性很高，但细心观察，不难发现积极参与活动的往往只是个别小组中的某几位学生，而大部分学生则处于旁观者的角色，尤其是在“展示——质疑”交流活动时，有很多学生处于游离状态，不关注或不认真倾听，我们把这种现象称之为“泡沫”现象。

为了避免“泡沫”现象，要让全体学生能积极主动的参与活动，维持参与热情的“保鲜度”，教师除了要明确各小组成员的分工与职责，精心设计每个活动环节外，有必要引进定量评价的机制。即以小组为单位，课堂每个活动环节都进行定量计分，计分标准公开透明，计分者主要是教师，评分者为学生，这样在“评价同学”环节中也就有据可依。

项目	小组	方法	目的
参与	﹢1分	举手回答，不管对错，每次都有	鼓励学生积极主动参与，增强参与的胆量
展示权	﹢2分	一次活动只有一个小组有展示机会	鼓励学生积极参与，增强效率意识
质疑权	﹢1分	不管对错，每次都有	鼓励学生大胆质疑，增强主动性
质疑正确	﹢1分	补充或修正一处1分，二处2分，以此类推	激励小组协作探究时要正确、全面，陈述时要规范准确，倾听时要认真比对，增强团队意识
重复回答	﹣1分	发言内容与前面重复一处1分， 二处2分，以此类推	培养学生认真倾听的习惯， 激励学生积极思考与有效发言

表6.定量评价表

二、课堂教学过程

1.四道单选读图题，检测自主学习

本环节的要求是：先做一做——同学独立完成，再议一议——组长组织交流，再写一写——组长展示答案，最后评一评——组间质疑评价。2分钟内，第一组、第五组和第六组依次完成“做一做”和“议一议”，三位组长都迅速到黑板上写出本组答案，都是B、A、B、A。约3分钟时，其他三组也完成“自主检测”。尽管有一位同学提出质疑，但在笔者的问题引导下，自己发现了问题，并主动修正了，可以说，正确率接近100%，说明学生在自主学习任务单的引导下，课前自主学习很有成效。

2.交流任务单，互讲解惑

考虑到学生完成任务单是在大课间时间，而不是隔天晚上在家“按照自己的步骤学习”，可能会存在某些不足，于是，笔者临时调整课堂环节，增加了这个活动。

本环节的要求是：学生以小组为单位，先进行协作评价，以互讲的方式解决“任务单”中的问题；然后以绘制热力环流示意图的方式，展示协作成果。约1分钟，第六组组长就组织绘制“热力环流示意图”。而此时第一组在交流任务（二）中的第5个小任务时有障碍，笔者就让第六组一位同学去帮忙，结果另一同学主动要求同去。约2分钟后，笔者让最快的第六小组派出两位同学合作展示，一位同学画图，另一位摆放词条完成“热力环流示意图”，学生热情高涨。接下来生生在的质疑交流活动中完善热力环流过程示意图，师生共建热力环流的思维导图（见图7），用时约8分钟。

 

图7.师生共建的热力环流思维导图 

3.知识普及，解惑抢答

从批阅学生的课前自主学习任务单中，发现本班学生对以下4个知识（见下图）的掌握上有参差不齐现象，而这又是学习本课题的基本常识，于是决定课堂上增设该环节，以个人抢答的方式对学生进行普及，学生积极性很高，只用了2分钟就完成了。

 

图8.新增知识普及的问题

4.求证实验探究：“点蜡烛，切洋葱，不流泪”是真的吗？

第一步：小组协作实验。六个组都迅速地分成两小组，人员分工也很明确，只是第二组和第四组，把两支蜡烛各分给两个小组，其他组都是按要求进行。由于采办人员误买成美工刀，笔者从安全考虑，只能让学生慢慢地小心切洋葱。这样，整个实验过程经历了约15分钟。（如下图所示）

 

图9.“点蜡烛，切洋葱”探究活动

第二步：实验现象汇报。各小组都很积极主动地举手，争着要求汇报，用时约5分钟。具体过程如下：

师：“切洋葱，流眼泪”是真的吗？

生大声：真的

师：“点蜡烛，切洋葱，不流泪”是真的吗？

第一组生1：我切洋葱没点蜡烛，一会儿眼泪就流下来了；

生2：我是点蜡烛的，她在说流眼泪时，我还没感觉呢。又切了一会儿，才流泪。

第二组生1：我与他都点了一支蜡烛，可我没流泪，他流泪了。他蜡烛放的（离洋葱）远，我放的近。

第三组生1：我切洋葱没点蜡烛，是泪流满面，而她一点反应都没有。

师：从同学们的体验看，“点蜡烛，切洋葱”并不能完全不流泪，但至少流的泪要少、要慢。

第三步：实验现象解释。开始各小组都有点茫然，不知所措，后经笔者的引导，都恍然大悟，用时约5分钟。具体过程如下：

师：“点蜡烛，切洋葱”为什么能减少流眼泪呢？（生无语）

师：请同学们在《活动单》上画出洋葱与蜡烛的位置，运用热力环流原理，画出大气的运动状况。（生画图）

1分钟后，第三组组长举手：老师，我们知道了。

师：那你到黑板上画图说明吧。（该生画图，见图1）

师：你指着图解说一下吧

生指图：点蜡烛处温度升高，空气上升；洋葱处温度低，空气下沉。洋葱的刺激性气味就被下沉空气带到两侧扩散开了。

师：大家觉得她说的怎么样？表示一下（生鼓掌）

第二组一同学举手：老师，她讲的是对的，可她画的等压线不对

师：那你来修改一下（该生画图，见图2）

师：你能解释一下吗？

该生指图：这儿温度高，气压低；这儿温度低，气压高。等压线是“高凸低凹”，她画反了。

师：他修改的对吗？大家表示一下（生鼓掌，师擦除错误线条，见图3）

 

图10.师生共建的热力环流探究成果图

5.拓展进阶：根据热力环流原理，武钢的位置是否合理呢？

针对该校学生的实际情况，临时增加了两个活动环节，所以该环节让有兴趣的同学课后探究。

6.评价反思

根据黑板上计分情况和同学在课堂活动中的表现，经过全班公开评比，得分最高的第五组获得最积极组，发言、绘图赢得掌声的第六组被评为最精彩组和最主动组，其他组都能协作交流、探究均获得最默契组。用时约1分钟。

三、教学反思

课后，通过与点评专家、现场听课教师的交流，以及场外听课教师的问题反馈，再结合自己的课堂观察，笔者在以下两个方面的感触颇深。

1.实验引领，主动参与

“热力环流”属于自然地理，其运动规律的抽象性超出了学生感知的范围，学习难度较大。而实验可以让无法观察的宏观的热力环流现象具体化和可视化，使学生在生动而直观的感性认识中，激发学习地理的兴趣，唤醒主动参与的意识。

基于同题异构的要求，教材上的实验活动已是司空见惯，而且还是假设的，学生体验也不会很深刻。于是，笔者从“生活中的地理”着手，受启发于中央卫视“是真的吗”栏目，设置了一个“切洋葱”生活小窍门验证实验，这个实验不仅材料简单、容易操作，而且还能让同学们体会到父母烹饪菜肴的艰辛和付出。虽说用时较长，但学生亲历了过程，体验是深刻的，收获的不仅仅是一个结论，而是在实验过程中通过团队分工合作，发挥想象力、观察力、分析力、迁移力和创新力，体验“发现”真理和验证规律的成就感，进一步增强今后课堂上主动参与的信心，以及深度参与的热情。

2.问题导向，自主建构

问题是学习的动力，以问题为载体，可以激发学生的探究欲望。如课堂活动4 “点蜡烛，切洋葱，不流泪”是真的吗？和课堂活动5“根据热力环流原理，武钢的位置是否合理呢？”，引导学生在解决问题的过程中，促进已有图式“热力环流原理”的扩展和更新，自主建构“热力环流原理”解释地理现象或解决实际问题的分析能力、应用能力和迁移能力。

问题是思维的引擎，以问题为平台，可以发展学生的思维能力。如课前自主学习任务（一）设计的问题链：①观察实验1与实验2中的烟雾是如何飘动的？并在下图中用箭头绘制出烟雾的飘动方向；②比较两次实验在条件上有什么不同？③比较两次实验在条件与现象上的差异，你知道烟雾的运动与什么因素有关吗？这种因素引起的大气运动叫什么呢？引导学生展开积极、有效的思维，让不同层次的学生都能参与思考，让他们的思考在不断爬坡中加深理解，自主构建“热力环流的概念和成因”。

问题是反思的支架，以问题为指针，可以启发学生的内省智能。如在自主学习检测环节中，有一位同学对第3题提出质疑，这时，笔者提出1个问题“你到前面来，指图说说你是怎么判断的呢？”该生指着图刚说了一句就发现自己原来的认识有错误，立马改口说：“老师，我做错了”。笔者启发道：“你错在哪儿了呢？”他从容答道：“大陆空气上升，高空形成高压，等压线向高处凸起，应该选②等压线，我看成①了”。这说明，学生在问题的指引下，能够自主反思，自主修正，自主建构“热力环流对等压线的影响”。一句话，在问题引导的支持下，学生具有发现真理的能力。

 

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,2015:205-219.

[2] 马莉莉.探触高中地理翻转课堂中“任务单”的设计[J]. 中学地理教学参考,2014,12