“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的翻轉(zhuǎn)課堂

姜訓(xùn)勇 何朝成

摘要：本文以“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程實(shí)驗(yàn)為對(duì)象，以學(xué)生為中心，嘗試將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，將實(shí)驗(yàn)課堂交給學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。運(yùn)行結(jié)果表明，采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法可以提高實(shí)驗(yàn)課堂的時(shí)間利用效率，有利于學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)知識(shí)。運(yùn)行結(jié)果表明翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂；材料科學(xué)基礎(chǔ)；課程實(shí)驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）01-0270-02

一、引言

翻轉(zhuǎn)課堂（Flipping Classroom）是一種新出現(xiàn)的課堂教學(xué)組織形式，起源于美國(guó)科羅拉多州落基山林地公園高中的Jon Bergmann和Aaron Sam這兩位化學(xué)老師的實(shí)踐，他們將結(jié)合實(shí)時(shí)講解和PPT演示的視頻上傳到網(wǎng)絡(luò)而引起眾人關(guān)注。到2011年，由于薩爾曼畸千（Salman khan）和他創(chuàng)立的汗學(xué)院（Khan Academy）的里程碑式推動(dòng)作用，翻轉(zhuǎn)課堂開(kāi)始為眾多教師熟知，并成為全球教育界關(guān)注的教學(xué)模式[1]。翻轉(zhuǎn)課堂最大的特點(diǎn)是以學(xué)生為中心，將課堂交給學(xué)生。這種教學(xué)方式尤其對(duì)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)非常合適。實(shí)驗(yàn)教學(xué)在學(xué)生的專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)中處于重要的地位，是培養(yǎng)學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)能力的重要途徑。

二、目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題

目前傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式還是沿襲了傳統(tǒng)課堂教學(xué)的模式，即在實(shí)驗(yàn)課上教師先進(jìn)行講授或演示，然后學(xué)生進(jìn)行具體實(shí)驗(yàn)，教師在旁邊指導(dǎo)。在日益增加的學(xué)生人數(shù)面前，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式顯得力不從心。目前傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式存在很多不足，主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。

（一）實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀念滯后

傳統(tǒng)教學(xué)，以教師為中心，以課堂教學(xué)為主，重視理論課程的教學(xué)，使得實(shí)驗(yàn)課程成為理論課程的附庸、驗(yàn)證和補(bǔ)充。實(shí)驗(yàn)課程中，多以教師指令為主，學(xué)生自主較少，強(qiáng)調(diào)“灌輸式”教學(xué)。這對(duì)學(xué)生的主動(dòng)性、獨(dú)立思考能力、動(dòng)手操作能力等都是一個(gè)很大的沖擊，不利于學(xué)生的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

（二）現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的問(wèn)題

當(dāng)實(shí)驗(yàn)課學(xué)生人數(shù)比較多的時(shí)候，傳統(tǒng)師徒式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式存在有很大的不足。比較典型的情景是老師在設(shè)備前面講，學(xué)生圍在周?chē)?tīng)，在外圍同學(xué)聽(tīng)的效果就比較差。另外實(shí)驗(yàn)教師在授課時(shí)，對(duì)于有些實(shí)驗(yàn)的來(lái)龍去脈可能介紹得不夠，學(xué)生對(duì)于為什么這么做實(shí)驗(yàn)不是很清楚。如何在有限實(shí)驗(yàn)設(shè)備的基礎(chǔ)上獲得良好的實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)效果是急需解決的問(wèn)題。

三、翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選擇

為了將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，需要選擇一定的典型實(shí)驗(yàn)作為試點(diǎn)?！安牧峡茖W(xué)基礎(chǔ)”是材料類(lèi)專(zhuān)業(yè)的重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。該門(mén)課程主要講述材料科學(xué)的相關(guān)基礎(chǔ)理論，是材料專(zhuān)業(yè)后續(xù)課程的基礎(chǔ)?！安牧峡茖W(xué)基礎(chǔ)”設(shè)計(jì)的課程實(shí)驗(yàn)為金相試樣制備和金相顯微鏡使用兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，課程學(xué)時(shí)為4學(xué)時(shí)。其主要目的通過(guò)實(shí)驗(yàn)力學(xué)掌握金相試樣的基本制備方法和金相顯微鏡的構(gòu)造及使用方法。

四、教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）本實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)

金相分析是金屬材料試驗(yàn)的重要手段之一。它需要學(xué)生能獨(dú)立完成從原始樣品上取樣、鑲樣、粗磨、細(xì)磨、拋光、腐蝕、操作金相顯微鏡進(jìn)行試樣組織觀察，要求學(xué)生對(duì)于金相顯微鏡的結(jié)構(gòu)和操作有了解。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的目標(biāo)就是要求學(xué)生掌握金相實(shí)驗(yàn)的流程，會(huì)獨(dú)立操作金相顯微鏡。

（二）翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)施的設(shè)想

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的是鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，那就需要改變以前實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)模式，讓學(xué)生成為實(shí)驗(yàn)的主體，充分激發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣，充分發(fā)揮學(xué)生的個(gè)性和潛力，著力點(diǎn)充分考慮培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新能力。教師提供基本實(shí)驗(yàn)材料，讓學(xué)生來(lái)獨(dú)自完成實(shí)驗(yàn)，教師在旁邊起指導(dǎo)作用。具體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程修改如下。

1.教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，制作整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程的操作視頻，對(duì)操作的每一步進(jìn)行詳細(xì)講解，做到實(shí)驗(yàn)操作的標(biāo)準(zhǔn)化。

2.根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容制作相應(yīng)的口試題。

3.在實(shí)驗(yàn)前將實(shí)驗(yàn)操作視頻和口試題大綱發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生對(duì)操作的每一步都有仔細(xì)的準(zhǔn)備。

4.在實(shí)驗(yàn)課時(shí)，由于已經(jīng)提前把實(shí)驗(yàn)視頻下發(fā)，省略講解實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，換之以抽測(cè)，檢查學(xué)生預(yù)習(xí)情況。預(yù)習(xí)不合格不能參加實(shí)驗(yàn)。

5.具體實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，教師在旁邊進(jìn)行指導(dǎo)，糾正學(xué)生操作中的問(wèn)題。

（三）實(shí)驗(yàn)教學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂模式的特點(diǎn)

我們?cè)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的翻轉(zhuǎn)課堂模式是對(duì)于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改進(jìn)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中突出以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生是實(shí)驗(yàn)的主體，并且強(qiáng)調(diào)學(xué)生實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力的訓(xùn)練。在教師提前制作的實(shí)驗(yàn)視頻中，教師給出實(shí)驗(yàn)操作的具體步驟、安全注意事項(xiàng)。這樣就做到了事實(shí)上的一對(duì)一實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使得學(xué)生可以對(duì)實(shí)驗(yàn)的各個(gè)細(xì)節(jié)有很好的準(zhǔn)備，知道整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程中哪些是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這樣在實(shí)驗(yàn)課的時(shí)候就會(huì)有的放矢。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的老師先講，然后學(xué)生再做相比，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的翻轉(zhuǎn)課堂可以讓學(xué)生充分預(yù)習(xí)，克服了前文中提出的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中遇到的種種問(wèn)題。

在實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的設(shè)計(jì)上，從以下三個(gè)層次考慮對(duì)學(xué)生進(jìn)行能力的培養(yǎng)。

1.淺層次的動(dòng)手能力的培養(yǎng)。利用實(shí)驗(yàn)的可用因素使得學(xué)生了解相關(guān)實(shí)驗(yàn)，獲得可以獨(dú)立自主的完成實(shí)驗(yàn)的技術(shù)。

2.深層次的理解。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)使得同學(xué)們對(duì)于實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)有更直觀的了解，而且讓其了解實(shí)驗(yàn)原理。

3.對(duì)于科學(xué)學(xué)習(xí)知識(shí)、開(kāi)拓學(xué)習(xí)認(rèn)知理念的樹(shù)立。在學(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)學(xué)生進(jìn)行思路的誘導(dǎo)及學(xué)習(xí)時(shí)提問(wèn)的方式對(duì)同學(xué)的思維進(jìn)行拓展，使同學(xué)們有一初步的科學(xué)性思維，訓(xùn)練學(xué)生總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論的能力。

五、翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)的具體流程

（一）實(shí)驗(yàn)教學(xué)視頻的設(shè)計(jì)

目前數(shù)碼設(shè)備已經(jīng)得到了普及，在個(gè)人計(jì)算機(jī)上就可以制作各種視頻。翻轉(zhuǎn)課堂的第一步工作是制作實(shí)驗(yàn)視頻。視頻的制作流程是設(shè)計(jì)腳本→拍攝素材→素材修改完善。腳本設(shè)計(jì)是視頻制作的第一步。按照實(shí)驗(yàn)流程對(duì)腳本設(shè)計(jì)如下。

1.取樣。從大塊材料上取下金相樣品。采用手工取樣和切割機(jī)取樣。每種方法設(shè)備的操作方法進(jìn)行詳細(xì)介紹演示。

2.鑲樣。將獲得的金相樣品鑲嵌在鑲嵌料。對(duì)冷鑲法和熱鑲法的操作步驟進(jìn)行詳細(xì)演示。

3.磨制試樣。演示粗磨和精磨試樣的操作方法。

4.浸蝕試樣操作的演示

5.金相顯微鏡的介紹，操作方法演示。

實(shí)驗(yàn)?zāi)_本的設(shè)計(jì)要突出實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)的介紹，將整個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行分解，對(duì)每一步操作進(jìn)行拍攝，使得學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)的各個(gè)操作環(huán)節(jié)都能做到細(xì)致了解。

（二）實(shí)驗(yàn)視頻的攝制及加工

采用家用數(shù)碼相機(jī)作為攝影器材；采用媒體編輯軟件如愛(ài)視頻軟件對(duì)視頻進(jìn)行剪輯拼接；在視頻中加入圖片素材和音頻資源，解釋的文字也可以加入視頻中。

（三）測(cè)試題的設(shè)計(jì)

測(cè)試題用來(lái)驗(yàn)證學(xué)生預(yù)習(xí)視頻的效果。我們針對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)設(shè)備操作、實(shí)驗(yàn)操作步驟設(shè)計(jì)了一套口試題。通過(guò)口試題驗(yàn)證學(xué)生的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)效果。實(shí)驗(yàn)課上根據(jù)視頻內(nèi)容對(duì)學(xué)生進(jìn)行提問(wèn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)設(shè)備操作進(jìn)行討論。如果學(xué)生通過(guò)了口試測(cè)試，才可以進(jìn)入具體實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程。

六、翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的使用效果

我們已經(jīng)將“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程實(shí)驗(yàn)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式運(yùn)用于6屆學(xué)生的課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。從課件使用的反饋看，大部分同學(xué)反映在播放完視頻然后做實(shí)驗(yàn)獲得了比較好的效果，有助于學(xué)生對(duì)材料科學(xué)的研究基本技能有所了解。在問(wèn)題交代是否清晰上，大部分同學(xué)們認(rèn)為在觀看視頻后有效地解決了之前疑惑的問(wèn)題，表明通過(guò)翻轉(zhuǎn)課堂模式?jīng)]有削弱學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的理解。從實(shí)驗(yàn)的感受來(lái)看，多數(shù)同學(xué)反映經(jīng)過(guò)視頻教學(xué)后，對(duì)于實(shí)驗(yàn)流程有比較好的了解，可以自主操作實(shí)驗(yàn)。

七、小結(jié)及后期改進(jìn)設(shè)想

將翻轉(zhuǎn)課堂運(yùn)用于“材料科學(xué)基礎(chǔ)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中具有良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，使學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作步驟在實(shí)驗(yàn)前就有比較清晰的了解，在實(shí)驗(yàn)課上的時(shí)間利用效率大大提高。下一步的工作是將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式推廣使用于其他實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的教學(xué)中去。

致謝：本課題由天津理工大學(xué)教改項(xiàng)目基金YB17-04資助。

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