翻轉(zhuǎn)課堂在教學實踐中若干問題探討
——以西建大機械原理教學實踐為例

康智強，仝美娟，解妙霞

（西安建筑科技大學機電工程學院，陜西西安710055）

一、翻轉(zhuǎn)課堂模式研究現(xiàn)狀

翻轉(zhuǎn)課堂 （flipping classroom）或顛倒課堂，就是教師創(chuàng)建視頻，學生可以在家中或課外利用業(yè)余時間觀看學習課程視頻教師的講解，等上課時學生回到課堂上師生面對面交流并完成作業(yè)的一種教學形態(tài)［1］。通過視頻可以將課堂的內(nèi)容得到永久存檔，方便學生預習、復習或補課。與傳統(tǒng)的課堂教學模式不同，在“翻轉(zhuǎn)課堂教學模式”下，學生在家完成知識的學習，而課堂變成了老師與學生之間和學生與學生之間互動的場所，包括答疑解惑、知識的運用等，從而達到更好的教育效果。

翻轉(zhuǎn)課堂起源于孟加拉裔美國人薩爾曼·汗（Salman Khan），他利用錄制的教學視頻為家人輔導功課時，發(fā)現(xiàn)了意想不到的效果。

2012年翻轉(zhuǎn)課堂開始在我國興起，并迅速發(fā)展，在我國教育界掀起翻轉(zhuǎn)熱潮［2］。隨著近兩年的發(fā)展，翻轉(zhuǎn)課堂已成為教育界研究的焦點。

我國教育領域特別是基礎教育領域的課程改革在經(jīng)歷了“探究式課堂”、“先學后教式教學模式”之后，又迎來了信息化環(huán)境下的“翻轉(zhuǎn)課堂”。三年來，“翻轉(zhuǎn)課堂”不管是理論研究還是實踐層面，都已成為教育管理者、研究者、各級各類教師關注的熱點［3］。2014年8月，由北京大學數(shù)字化學習研究中心汪瓊教授主講的 MOOC“翻轉(zhuǎn)課堂教學法”在網(wǎng)易公開課上線。何朝陽［4］等分析了邁阿密大學、中田納西州立大學等進行翻轉(zhuǎn)課堂教學的過程相比傳統(tǒng)課堂更有優(yōu)勢。董輝［5］提到翻轉(zhuǎn)課堂是對傳統(tǒng)課堂的顛覆性改變。卜彩麗［6］以中國學術期刊網(wǎng)絡出版總庫CNKI為數(shù)據(jù)來源，從文章數(shù)量、期刊分布、高產(chǎn)作者、高被引論文、研究主題、研究熱點六個維度，定量分析了我國翻轉(zhuǎn)課堂的研究現(xiàn)狀和特征，并提出未來幾年翻轉(zhuǎn)課堂在國內(nèi)發(fā)展的建議。

由上述分析可知，翻轉(zhuǎn)課堂對于促進教學改革、提升教學優(yōu)勢的作用，已被廣大學者逐漸認可。翻轉(zhuǎn)課堂雖然符合很多課程教學，但是這種模式對于一些理論和實驗性要求很強的專業(yè)課程有所缺憾，僅僅依靠翻轉(zhuǎn)課堂，學生在理解這些課程的理論時仍然會疑惑重重，所以本文針對具體課程探索這種教學模式，以獲得更優(yōu)的教學效果。

二、我校翻轉(zhuǎn)課堂推廣中存在的主要問題

1.現(xiàn)有群體教學模式下，學生不可能按自己的節(jié)奏學習

統(tǒng)計我校機械設計制造及自動化專業(yè)2017-2018第一學年教學計劃安排，周內(nèi)共有40課時。其中大一上課時間28小時，業(yè)余12小時，周末上課6小時；大二上課時間26小時，業(yè)余14小時，周末上課2小時；大三上課時間38小時，業(yè)余2小時，周末無課。

統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，根據(jù)教育部專業(yè)教學要求，不同的專業(yè)都有明確的課程和上課要求，對于不同的專業(yè)采用的教學模式應該有一定的區(qū)別。

對于工科學生采用翻轉(zhuǎn)課堂 （例如我校機械原理教學）要想取得卓有成效的教學效果，首先就要提供具有實踐指導性的教學設計模型，整合學習過程中的各種教學資源，為學習者課前的自主學習和課上的協(xié)作學習提供服務。

翻轉(zhuǎn)課堂這種已經(jīng)日趨完美的教學模式，在當代中國教育環(huán)境下實際運作過程中卻不盡人意。原因在于機械原理課堂教學仍然采用群體教學模式，這種教學模式還頑固地存在著，所以學生不可能按自己的時間和節(jié)奏進行學習，學生被傳統(tǒng)教學模式占用大量時間。尤其到大三的專業(yè)課學習。例如機械原理課程，學生每周內(nèi)業(yè)余時間只有2課時，自由支配時間非常有限，目前的工科學生上課主要還是填鴨式教學，其原因是課時壓縮大、要求不斷提高，知識點反而更多。

翻轉(zhuǎn)課堂的產(chǎn)生源于美國教學實踐的需要，由于中國國情和美國差異很大，適合美國的教育不一定適合中國。因此，必須清醒地認識到，要全面、深刻、具體地揭示翻轉(zhuǎn)課堂的一系列問題，將其應用于中國特色的教育環(huán)境中，絕非易事。

針對此問題，機械原理教學可嘗試采取群體教學與掌握學習相結(jié)合的教學策略——群體學習，并輔之以每個學生所需的頻繁的反饋和個別化的矯正性幫助。反饋通常采取形成性檢測的方式揭示學生在學習中存在的問題；再通過個別化輔導協(xié)助學生矯正錯誤，達成學習目標。

2.學習活動的多樣性容易引起學生的不安

已有的大部分研究結(jié)果都支持翻轉(zhuǎn)課堂要優(yōu)于傳統(tǒng)課堂，但也有部分研究顯示翻轉(zhuǎn)課堂未能達到預期效果。如Strayer（2007）在其博士論文中介紹了自2004年以來在中西部基督教文理大學（Midwestern Christian Liberal Arts University） 的“統(tǒng)計學導論”課程中進行翻轉(zhuǎn)課堂教學的實證研究，他通過現(xiàn)場記錄、成績單、個人及小組訪談和學生反思記錄等渠道收集大量數(shù)據(jù)，然后結(jié)合量化和質(zhì)性的研究方法進行研究。研究結(jié)果顯示，在翻轉(zhuǎn)課堂中，學生對課堂結(jié)構(gòu)的調(diào)整不太滿意，學習活動的多樣性容易引起學生的不安，學生學習活動舒適度的概念被提出和發(fā)展。

每個學生都有自己的個性特點，如果提出適合于大多數(shù)學生的翻轉(zhuǎn)課堂模式在課外傳遞給學生后，那么課堂內(nèi)更需要高質(zhì)量的學習活動，讓學生有機會在具體環(huán)境中應用其所學內(nèi)容，但是翻轉(zhuǎn)課堂不能給學生提供具體環(huán)境，包括學生創(chuàng)建內(nèi)容、獨立解決問題、探究式活動、基于項目的學習、實驗等環(huán)節(jié)。針對不同的學生，需要設計不同的課堂活動類型，這種需求在國內(nèi)使用翻轉(zhuǎn)課堂較難。

3.教學視頻制作中存在問題

在多年以前人們就進行過探索，利用制作好的課堂教學視頻來實施教學。我國很多大學舉辦過遠程教育，把上課錄制好的視頻讓學生在業(yè)余時間自學。為什么當年所做的探索沒有對傳統(tǒng)的教學模式帶來多大的影響，而“翻轉(zhuǎn)課堂”卻倍受關注呢？

翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)的教學課堂相比，教師的角色發(fā)生了重要改變［7］，不再是從前的主導者，教師需要把握教學環(huán)節(jié)：確定將哪些教學內(nèi)容從課堂遷移到教學視頻或?qū)W習資源中，如何把握教學視頻的時間長度，如何設計課堂教學活動 （巧妙設計問題、作業(yè)、小組活動等），讓學生覺得上課很有意義。其中視頻制作的題材和質(zhì)量是決定翻轉(zhuǎn)課堂成敗的一個重要因素。

如何創(chuàng)建高質(zhì)量的教學視頻。首先，應明確學生必須掌握的目標，以及視頻最終需要表現(xiàn)的內(nèi)容；其次，收集和創(chuàng)建視頻的多樣性題材，選用題材和內(nèi)容時應考慮不同教師和班級的差異；最后，在制作過程中應站在學生的角度，以適應不同學生的學習方法和習慣［8］。機械原理課程教學視頻還應做到：①教學視頻短小精悍。視頻根據(jù)內(nèi)容可以只有幾分鐘或十幾分鐘。每個視頻都針對一個特定的問題，有較強的針對性，查找起來也比較方便；視頻的長度控制在學生注意力能比較集中的時間范圍內(nèi)，符合學生身心發(fā)展特征。②教學信息清晰明確。薩爾曼·汗的教學視頻有一個顯著的特點，就是在視頻中唯一能夠看到的就是他的手，不斷地書寫一些數(shù)學的符號，并緩慢地填滿整個屏幕。除此之外，就是配合書寫進行講解的畫外音。用薩爾曼·汗自己的話來說：“這種方式，它似乎并不像我站在講臺上為你講課，它讓人感到貼心，就像我們同坐在一張桌子面前，一起學習，并把內(nèi)容寫在一張紙上?！保?］這是“翻轉(zhuǎn)課堂”教學視頻與傳統(tǒng)教學錄像的不同之處。視頻中出現(xiàn)的教師頭像、以及教室里的各種物品擺設，都會分散學生的注意力，特別是在學生自主學習的情況下。

除了自己錄制微課之外，教師也可以推薦學生看其他學校的視頻，以及發(fā)布在網(wǎng)絡上的慕課。慕課是大規(guī)模的網(wǎng)絡開放課程，它是為了增強知識傳播而由具有分享和協(xié)作精神的個人組織發(fā)布的、散布于互聯(lián)網(wǎng)上的開放課程［9］。目前信息化發(fā)達，慕課給了學生良好的機遇，教師可以選擇一些與課堂內(nèi)容貼切的慕課，推薦給學生。這樣學生既可以聽世界名師的講解，也可以聽不同名師的不同見解，利于開發(fā)學生的思維，站在巨人的肩膀上看世界。

但是對于一些實驗性非常強的骨干課程，例如大學物理、化學和機械原理等，學生即使認真觀看視頻，但如果沒有實驗配合，仍然很難理解其中的理論知識。

4.學生缺乏課前無監(jiān)督學習

翻轉(zhuǎn)課堂的有效實施必須以學生學習的主動性為前提。

翻轉(zhuǎn)課堂的課前學習階段缺乏監(jiān)督，不能保證每個學生都能夠及時收看視頻并積極思考，這將會大大影響翻轉(zhuǎn)課堂的教學效果。

針對此問題，教師可以設計學習任務單來幫助學生在課前明確自主學習的內(nèi)容、目標和方法，并提供相應的學習資源。此方法能讓學生根據(jù)個人需要有一個自定進度的學習，即讓每個學生按照自己的步驟學習，取得自主學習實效。有了“學習任務單”，就能幫助教師有效地組織起“翻轉(zhuǎn)課堂”，提高教學質(zhì)量，變革教學方式，培養(yǎng)創(chuàng)新人才。如機械原理翻轉(zhuǎn)課堂教學前，先進行提問和小答題，測驗學生課前學習效果。如果沒有達到這些效果，授課教師應該立即補課，否則使用翻轉(zhuǎn)課堂教學效果更差。課堂教學結(jié)束前要布置下次課思考的問題，使學生在課后能夠針對該問題積極準備預習。通過這些措施，能夠有效解決學生缺乏課前無監(jiān)督學習并積極思考的現(xiàn)象。

三、我校機械原理課程教學設計方面的教學改革

以我校工科機械原理教學為例進行研究，通過對美國Purdue大學、MIT、Brigham Young大學的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，國外工業(yè)發(fā)達國家的機械原理教學主要講授機構(gòu)設計的一般要求和設計方法，以及一些典型基本機構(gòu)運動和動力分析及設計方法，而留給學生大量的自學內(nèi)容。這些學校的機械原理教學基本上都要求學生完成1～2個大作業(yè)或機械裝置的設計制作任務，大作業(yè)或設計制作成績所占比例為50%左右。其突出特點是將創(chuàng)新設計內(nèi)容貫穿機械原理教學的全過程，給學生有一個充分的通過自主學習進行創(chuàng)新設計的思考時間。

目前國內(nèi)多數(shù)高校機械原理教學普遍存在的缺陷是重理論，輕實踐，使得學生實踐機會少，動手能力差，與課程本身所具有實踐性強的特征形成了突出的矛盾。學生要想把理論學好，必須要有實驗結(jié)合。

根據(jù)全國機械原理理事會調(diào)查，許多工科院校開設的機械原理課程理論教學課時都有不同程度壓縮，但是大綱要求卻不斷提高。原來的70學時教學任務有的學校已壓縮至48學時，甚至更少。我校機械原理課時也減少很多。如何解決這一矛盾，機械原理教學團隊在課堂教學和實驗教學中，對教學內(nèi)容、教學手段和教學方法進行著不斷地改革和探索。

1.構(gòu)建全新的課程和實驗體系

為了學生能夠在課外學習，機械原理教學團隊錄制了機械原理所有知識點微課，學生可以利用任何業(yè)余時間上網(wǎng)觀看。微課雖然解決了學生學習理論不受時間和空間的限制，但是機械原理課程實踐性非常強，沒有實驗環(huán)節(jié)，學生對該課程理論知識仍然是一知半解，如不能及時解惑可能影響學生學習的積極性，所以該課程理論學習必須結(jié)合實驗教學。

由于學時和資源限制，學生能力層差不齊，實驗室能夠給學生提供的實驗課時和機會非常有限，符合每個學生水平的實驗不可能都準備，大量的實驗在實驗室開展比較困難。機械原理教學團隊根據(jù)學生學習能力，準備大量實驗內(nèi)容，并將實驗內(nèi)容分成3個層次，讓學有余力的學生有施展才能的空間；結(jié)合院系專業(yè)特色開設特色實驗，因材施教和促進學生個性發(fā)展。

2.將虛擬樣機技術融入到實踐中

由于我校機械原理課程學生上課時間集中，學校實驗室資源有限，教學安排的實驗時間也有限，給學生開設所有實驗較難實現(xiàn)，所以教學團隊開始自己搭建虛擬實驗室。虛擬實驗室設有虛擬樣機，一方面，學生通過虛擬樣機可以較方便地對機械原理中的機構(gòu)設計與分析結(jié)果進行驗證和模擬［10］，使之更形象化、實用化；另一方面，使學生了解和基本掌握一種先進的機構(gòu)分析與設計工具 （ADAMS），達到既具有扎實的機構(gòu)學基礎理論知識［11］，又具有會使用先進設計與分析工具的能力，同時開闊了視野。

3.增加實驗彌補翻轉(zhuǎn)課堂不足

學生利用翻轉(zhuǎn)課堂學習了理論知識，而且也能夠及時做實驗，虛擬實驗中強化學生自主創(chuàng)新設計能力與動手實踐能力的培養(yǎng)。這種方式能夠很好地鍛煉學生的自主創(chuàng)新設計能力，學生如果能獨立制作機構(gòu)物理樣機或?qū)嵨锬Ｐ?，該方法更高層次地培養(yǎng)了學生的動手實踐能力。

在實驗設計上，教學團隊根據(jù)學生的能力層次設計出三個實驗水平層次，以此來滿足各個層次學生的要求 （圖1）。

圖1 實驗項目的三個層次

圖1中，第1層次實驗的目的是強化學生對機構(gòu)的理論認識和對所學知識的深刻理解；第2層次的實驗是培養(yǎng)學生運用知識解決實際問題的能力，體現(xiàn)出創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力及方法的培養(yǎng)；第3層次的實驗是在培養(yǎng)創(chuàng)新能力的基礎上，加強學生動手能力和自主創(chuàng)造能力的培養(yǎng)，正可謂“聞之不如見之，見之不如親歷之”。此外，在第1、2層次的實驗中，要根據(jù)院系專業(yè)特點來分配或建議學生要完成的相應實驗，其目的是為后續(xù)的專業(yè)課打下更為堅實的技術基礎知識。第3層次的實驗以學生自選為主，鍛煉學生的設計與動手制作能力。

針對機械原理課程教學和實驗教學而建設的虛擬樣機設計與仿真實驗軟硬件 （ADAMS軟件+計算機硬件）的有效利用 （圖2）。

圖2 機構(gòu)設計過程

“虛擬樣機建模與仿真分析實驗”從2010年就在教學中開始試點并推廣，是我校機械原理教學的首創(chuàng)，具有將經(jīng)典機械設計與分析理論與先進技術與手段相結(jié)合的特征。目前我校已經(jīng)建設完成了良好的有多臺計算機的實驗室空間，為課堂教學內(nèi)容的擴展和實驗教學的有效進行提供了可靠的保證。實施理論和實驗相結(jié)合的新教學模式將率先使“虛擬樣機建模與仿真分析實驗室”成為一個開放實驗室，讓學生有足夠的機會和充足的時間走進實驗室。這種設計補充了翻轉(zhuǎn)課堂教學的不足，對于理論和實驗緊密結(jié)合的課程，只依靠視頻講解不能達到理想的教學效果，必需結(jié)合實驗才能加強學生對知識的理解。

四、結(jié) 語

促進師生共同發(fā)展的“翻轉(zhuǎn)課堂”教學模式，是以學生為核心，教師升格為學生學習的設計者、指導者、幫助者和學習伙伴。在這一模式中，學生和教師教學相長，都能在國家戰(zhàn)略發(fā)展目標框架下得到發(fā)展。本文在研究翻轉(zhuǎn)課堂實踐現(xiàn)狀的基礎上，提出了翻轉(zhuǎn)課堂要在實踐中取得較好的成績需解決的幾個問題，并提出了可能的應對措施。使用翻轉(zhuǎn)課堂教學應該針對不同專業(yè)采用不同教學方式，本文以機械原理教學為例，補充了翻轉(zhuǎn)課堂的不足，提出利用翻轉(zhuǎn)課堂不僅要學習好理論知識，而且對于實驗要求很強的機械原理課可利用虛擬實驗室讓學生能夠不受時間和空間限制地做實驗，讓學生將難以理解的理論知識在實驗中理解，理論和實驗中的問題都能在課堂和老師探討，更加激發(fā)學生學習的積極性和趣味性，因此本文對豐富翻轉(zhuǎn)課堂教學模式，補充從理論和實驗相結(jié)合進行教學，具有一定的指導意義。

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