工程型課程翻轉課堂教學模式研究

羅代忠 刁善會

摘 要：針對理論與實踐具有三種教學形態(tài)的工程型課程，顛覆傳統(tǒng)教學結構，重構適切工程型課程的教學模型，搭建符合工程型課程的翻轉課堂教學環(huán)境，重組課前與課堂活動流程，重塑教與學內(nèi)容；將概念圖融入學習視頻可視化表示知識，引入自主學習活動客觀化評價學習效果，貫入課堂活動直觀化師生互動探討，為工程型課程課堂教學改革探索一條有效路徑。

關鍵詞：翻轉課堂；工程教育；教學模式；概念圖

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1673-8454（2015）18-0016-04

教與學認知體系的重構是課堂教學改革的核心課題，調(diào)整教與學的關系，不僅可以優(yōu)化教學活動，而且能有效促進課堂教學質量。傳統(tǒng)學習環(huán)境，教師在有限課堂時間傳授新知識，學生沒有機會表達疑惑或陳述其理解情況，教師也難顧及每位學生的質疑或提問，這些制約因素嚴重影響了教學效果。近年來，先后出現(xiàn)了“先學后教”、“以學定教”等新型教學模式，形成了一股課堂教學改革潮流，取得了一定成效；但新型教學模式尚處于探索試點階段，尚未取得根本性突破，構建新型教學模式仍是當前課堂教學改革的重要任務。

一、教學模式現(xiàn)存問題

教與學模式不匹配。目前教師普遍定位在傳道和授業(yè)上，從教師“教”的角度構建教學目標、教學策略和程序以及師生活動，注重教師的主導作用和“教”，忽略學生的主動作用和“學”，因此是一種“教”模式。高效的課堂教學應該兼顧“教”與“學”，使“教”模式與“學”模式匹配才是最理想的教學模式。

學生學習主動性缺乏。傳統(tǒng)課堂教學教師主導并掌控學習，導致學生不能發(fā)揮自主性，學習潛能受到嚴重壓制，學習興趣薄弱，學習質量和學習效率低；同時，整齊劃一的教學導致學習速度快的學生深受束縛，而學習速度慢的學生跟不上，即使同一程度的學生在不同的學習環(huán)節(jié)上的學習速度也是各不相同的，因此造成學生內(nèi)生動力不足，缺乏學習主動性。

信息技術被捆綁。近年來，信息技術帶給高校課堂教學的創(chuàng)新應用主要體現(xiàn)在建設了一批網(wǎng)絡課程、課件等學習資源，然而這些學習資源的利用率極低，有些更是成了項目評估材料，與現(xiàn)實的課堂教學沒有任何關系；缺乏對信息技術背景下個性化課堂教學的變革與創(chuàng)新，課堂教學改革僅僅是被捆綁上了信息技術，課堂教學與信息技術深度融合不夠。

二、翻轉課堂

翻轉課堂是近年興起的一種顛覆傳統(tǒng)教學結構、引領現(xiàn)代課堂轉型、革新教與學關系、以學生為中心的新型教學模式，學生課前利用教師制作的數(shù)字資源自主學習課程知識，然后在課堂上參加互動活動并完成作業(yè)訓練的一種教學形態(tài)[1]。翻轉課堂從注重教師“教”向注重學生“學”轉變，成為促進課堂教學變革的契機，信息技術推動了翻轉課堂的變革進程。

1.翻轉課堂國內(nèi)現(xiàn)狀

近年來，國內(nèi)學者對翻轉課堂的研究逐漸增多，曾貞探討了翻轉課堂的特征、實踐及問題，認為翻轉課堂是運用現(xiàn)代數(shù)字技術，探索個別化教學的成功范例[2]；張金磊、王穎等構建了翻轉課堂教學模型[3]指導課堂教學改革；馬秀麟、趙國慶對大學信息技術公共課翻轉課堂教學進行了實證研究[4]。張金磊、張寶輝提出了基于游戲化學習理念的翻轉教學模式 [5]。目前融入了翻轉課堂理念的教學模式在我國尚處于探索階段，因此探索翻轉課堂在高校的應用實踐，特別是工程教育課程中的應用實踐，對推動高校課堂教學改革具有重大的價值意義。

2.翻轉課堂內(nèi)涵及要素

翻轉課堂將知識傳授過程放在課堂外，學生通過如學習視頻、網(wǎng)絡學習社區(qū)資源、網(wǎng)絡教室直播、電子教材等形式自主學習新知識；而把知識內(nèi)化過程放在課堂內(nèi)，通過課堂交互研討與訓練實踐“吸收內(nèi)化”知識。翻轉課堂與傳統(tǒng)課堂下的教學理論、學習理論和教學設計理論完全不同，其教學要素間存在較大差異，對比分析如表1所示。

三、工程型翻轉課堂教學模式

1.工程型課程形態(tài)特征

工程型課程與實踐是不可分割的，其最顯著特征是通過實踐教學培養(yǎng)學生工程實踐能力。實踐教學與理論教學的關系主要有三種形態(tài)：一是專業(yè)基礎課程，實踐依附于理論教學；二是工程實踐課程，實踐獨立于理論教學；三是專業(yè)技術課程，實踐融合于理論教學。針對工程型課程的三種實踐教學形態(tài)，目前推行的項目式學習和任務驅動學習方法，對培養(yǎng)學生工程實踐能力起到了較好效果，一定程度上解決了學生主動參與問題，但尚未從根本上解決教與學的關系，需結合翻轉課堂進一步深化課堂教學模式改革。

2.工程型翻轉課程教學流程

依據(jù)工程型課程的實踐特性，工程型課程翻轉課堂由自主學習平臺和教學活動等組成（如圖1）。自主學習平臺由教師搭建符合工程教育的個性化協(xié)作式自主學習環(huán)境，提供學習視頻、課件、在線測試等學習資源。教學活動以學生為中心，分成“學”與“教”兩個環(huán)節(jié)?！皩W”環(huán)節(jié)借助自主學習平臺課前先學工程基礎理論知識；“教”環(huán)節(jié)借助課堂活動開展符合工程教育的教學，教師與學生、學生與學生之間互動式探究、討論自主學習中對工程基礎知識的困惑，或者通過科學實驗解惑，教師重心工作是設疑、點撥、引導，充分調(diào)動學生學習積極性，指導學生內(nèi)化知識。翻轉課堂包括學習資源、教師和學生三大要素，其中學習資源通過自主學習平臺提供，教師按工程教育理念創(chuàng)建學習視頻和組織課堂活動，學生參與課前自主學習和課堂活動。

3.翻轉課堂自主學習平臺

自主學習平臺提供課程學習視頻、課件、學習記錄、課前診斷和課后測試等學習資源，其中教師課前精制學習視頻。學習視頻承載了教學內(nèi)容的呈現(xiàn)，因此傳統(tǒng)課堂的教學設計將轉化為兩部分，一是自主學習視頻的教學設計，建議借助概念圖[6]呈現(xiàn)互動教學資源，二是基于課堂活動的教學設計。

首先設計學習視頻。一是設計學習視頻時長。翻轉課堂的學習視頻以“短視頻+交互式練習”為基本教學單元，時長控制在十分鐘左右，便于碎片化學習，也有利于學生記憶與理解。二是設計學習視頻內(nèi)容。依據(jù)學生學習規(guī)律、教學規(guī)律和工程型課程實踐性特征，結合三種不同實踐教學形態(tài)、教學目標和知識體系，裁剪教學知識、教學項目或教學實踐任務，設計學習視頻呈現(xiàn)核心知識內(nèi)容的方式。呈現(xiàn)教學內(nèi)容選擇符合人體認知思維的概念圖，它作為課程知識表達，教師組織和引導學生科學設立知識網(wǎng)絡的結點以及尋找各知識點之間相互聯(lián)系的工具，貫穿于整個教學活動。

其次創(chuàng)建學習視頻。學習視頻應該包括課件、聲音和板書，課件是學習視頻呈現(xiàn)課程知識的載體。概念圖在學習視頻中作為課程知識表達的組織工具，按知識結構將課程劃分為單元，抽取單元內(nèi)容的關鍵知識點，對概念知識間的異同及內(nèi)在聯(lián)系進行整理，以層次或圖等方式表達知識點隸屬關系或關聯(lián)關系，使教師能夠更好地梳理課程知識脈絡，易于突出重點內(nèi)容。學生通過對概念圖的理解和討論，逐步吸收和內(nèi)化課程知識，最終達到遷移和應用，形成自己的知識體系，同時還可以使用概念圖設計每堂課的工程理論知識點和測試訓練題，讓學生觀看了學習視頻能夠重構知識和內(nèi)化知識。

再次創(chuàng)建其它教學資源。如課前診斷、課后測試、電子書等作為學習視頻補充，課前診斷根據(jù)教師學習內(nèi)容設惑，期待學生在學習過程中解答；課后測試診斷學生自主學習效果；電子書側重學習重難點以及課堂互動討論中有深度達成目標的知識。

4.工程型翻轉課堂教學活動

（1）工程型翻轉課堂教學模型

翻轉課堂運用于工程型課程尚無借鑒的成熟模型，我們針對三種不同實踐教學形態(tài)的工程型課程，構建“工程型”翻轉課堂教學模型（如圖2）。實踐依附于理論教學的專業(yè)基礎課程重視理論知識，以理論知識對學生實踐操作指導為主線，課前學習視頻偏重理論知識的深度學習，由知識導引、知識學習、自我診斷和疑問提出等環(huán)節(jié)組成；課堂活動偏重知識內(nèi)化，由問題導向、知識固化、科學實驗、知識拓展和點撥總結等環(huán)節(jié)構成。實踐獨立于理論教學的專業(yè)實踐課程重視工程實踐任務，以學生完成任務成果提升工程能力為主線，課前學習視頻偏重技能學習，由任務導引、技能學習、整理收獲和疑問提出等環(huán)節(jié)構成；課堂活動偏重工程訓練探究，由任務分解、工程實踐、協(xié)作探究、作品展示和成果總結等環(huán)節(jié)構成。實踐融合于理論教學的專業(yè)技術課程重視知識與技術融合，以完整商用項目分解為知識點后融入專業(yè)技術課程為主線，課前學習視頻偏重技術知識學習，由項目導引、技術學習、整理收獲和疑問提出等環(huán)節(jié)構成；課堂活動偏重項目技術能力訓練，由項目分解、項目訓練、引領創(chuàng)新、項目展示和技術總結等環(huán)節(jié)構成。

（2）課前視頻學習

學習視頻將貫穿整個教學流程，課前觀看是學生自主學習，課堂研討觀看是消化知識和促進思考，課后觀看是鞏固知識。學生通過學習視頻，按照教師以概念圖形式呈現(xiàn)的知識結構，結合學生需要自定進度、節(jié)奏、速度與方式，在課前進行深度的自主學習。深度自主學習要求教師在知識點講解之前設計問題，讓學生帶著問題觀看學習視頻并在其中尋找答案；在每個知識點講解播放結束之后，學生完成教師布置的訓練題，測驗結果反饋給學生。學生通過概念圖載體呈現(xiàn)的知識關鍵點，標識出學習過程中的疑惑知識，然后學生運用概念圖自我整理知識和疑問，帶進課堂向教師提出質疑。學生課前深度自主學習是將課堂活動互動引向更高層次的基礎，是學生內(nèi)化知識的前提，也是翻轉課堂得以實現(xiàn)的根本。

（3）課堂訓練內(nèi)化

課堂活動的面對面互動學習活動是翻轉課堂最具價值的環(huán)節(jié)，學生能充分運用自主學習知識，因此課堂內(nèi)更需要高質量的學習活動。首先，用結構化方式呈現(xiàn)的概念圖作為學生課前的基礎學習評價、師生課堂討論和交互的載體。教師針對學生課前自主學習過程中提出的問題答疑解惑，或者根據(jù)自主學習知識的測試反饋情況，開展針對性的微型講座。其次，根據(jù)工程型課程的三種不同實踐教學形態(tài)開展課堂訓練內(nèi)化（如圖2）。實踐依附于理論教學的專業(yè)基礎課程可根據(jù)學生自主學習設計的概念圖為脈絡，教師設疑、解惑、知識固化與拓展、引導科學實驗，最后教師點撥總結。融入了商用項目的專業(yè)技術課程可設計為課程目標、單元目標和課時目標，其中課程目標是貫穿于一門完整課程的課程項目目標，能覆蓋該課程的核心知識體系，需要完成一個完整的項目才能實現(xiàn)；單元目標是一個完整項目中的子項目目標；課時目標是子項目中的一項或幾項任務，也是每次課堂活動應該達成的教學任務，通過學生結對訓練、學生項目展示或討論、學生提問，最后教師知識技術總結。實踐獨立于理論教學的專業(yè)實踐課程可按照一個完整工程實踐任務需要的技術邏輯進行建構課堂活動，通過搭建真實工作情境，讓學生在工程實踐中受到工程能力訓練，綜合運用已學知識，主動探究知識，完成部署的工程任務，展示實現(xiàn)作品，接受教師和學生的質疑與評價。然后，師生深入交互討論和探究。在學生基礎知識學習、結對訓練、展示成果的基礎上，教師針對學生疑惑逐個釋疑，不僅有利于學生吸收內(nèi)化知識和有助于學生個性化學習，而且學生暴露出的問題可以使教師更有針對性地進行課堂活動的再次備課，為課堂后續(xù)活動的“引導”做鋪墊。最后，教師運用概念圖梳理知識和技術進行課堂歸納總結，利于學生課堂內(nèi)化知識和拓展延伸。

（4）翻轉課堂學習效果評價

“以學生為中心”的翻轉課堂，評價關注的主體對象是學生和教師，評價焦點是學生學習效果與表現(xiàn)，關注學生課前的自主學習效果以及學生課堂教學活動訓練內(nèi)化知識的效果，最后才是學生課程成績；其評價貫穿學生整個學習過程，而不是僅僅將課程成績作為唯一評價結果，同時從多維視角評價教師課堂教學質量；學生自主學習效果可以使用概念圖作為其掌握知識情況的評價工具，通過為每個概念設置問答和小測驗，能夠了解每個學生自學學習階段對概念知識的理解程度，作為評價學生對知識點掌握情況的反饋。

四、總結

翻轉課堂顛倒了課堂知識傳授與知識內(nèi)化流程，真正解決了“以學生為中心”的教與學匹配問題。依據(jù)工程型課程理論與實踐教學的三種不同教學形態(tài)，將概念圖融于教學全過程，工程型課程翻轉課堂通過設計學習視頻、創(chuàng)建學習視頻和其它教學資源等環(huán)節(jié)搭建自主學習平臺，通過課前視頻學習和課堂訓練內(nèi)化等階段開展課堂教學活動，有效地實現(xiàn)了工程型課堂翻轉。

參考文獻：

[1]Gregory S. Mason，Teodora Rutar Shuman， and Kathleen E.Cook. Comparing the Effectiveness of an Inverted Classroom to a Traditional Classroom in an Upper-Division Engineering Course[J]. IEEE Transactions on Education，2013（4）：430-435.

[2]曾貞.反轉教學的特征、實踐及問題[J].中國電化教育，2012，306（7）：114-117.

[3]張金磊，王穎，張寶輝.翻轉課堂教學模式研究[J].遠程教育雜志，2012（4）：46-51.

[4]馬秀麟，趙國慶，鄔彤.大學信息技術公共課翻轉課堂教學的實證研究[J].遠程教育雜志，2013（1）： 79-85.

[5]張金磊，張寶輝.游戲化學習理念在翻轉課堂教學模式中的應用研究[J].遠程教育雜志，2013（1）： 73-79.

[6]Kamal Bijlani， Shiffon Chatterjee， Sruthy Anand. Concept Maps for Learning in a Flipped Classroom.2013 IEEE Fifth International Conference on Technology for Education，2013 IEEE：57-60.

（編輯：郭桂真）