郭一珺, 張志龍, 楊鴻文, 桑 林
(北京郵電大學(xué) 信息與通信工程學(xué)院,北京 100876)
課程學(xué)習(xí)是高校學(xué)生在校的主要任務(wù)之一,因此課程教學(xué)質(zhì)量是決定高校教育質(zhì)量的核心要素。國(guó)家近兩年對(duì)課程改革和建設(shè)的重視程度逐年提高,教育部高教司吳巖司長(zhǎng)在題為《嚴(yán)起來(lái),難起來(lái),實(shí)起來(lái),忙起來(lái),把本科教育質(zhì)量實(shí)實(shí)在在提起來(lái)》的報(bào)告中指出:“要精準(zhǔn)把握高等教育發(fā)展大勢(shì),超前識(shí)變、積極應(yīng)變、主動(dòng)求變,學(xué)校要狠抓教學(xué)改革,把本科教育質(zhì)量實(shí)實(shí)在在提起來(lái)!”
“通信原理”課程是電子信息類專業(yè)的核心必修課程,為“移動(dòng)通信”、“寬帶通信”等后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí),通信技術(shù)人才的培養(yǎng)奠定理論基礎(chǔ)。從該課程的先修課程“概率論與隨機(jī)過(guò)程”、“信號(hào)與系統(tǒng)”等來(lái)看,其對(duì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求較高,具有知識(shí)點(diǎn)繁雜、理論性強(qiáng)、公式推導(dǎo)多、基本原理抽象等特點(diǎn)[1],對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)和教師教學(xué)均有較高的要求。
翻轉(zhuǎn)課堂是一種新型教學(xué)模式,學(xué)生在課前完成知識(shí)的自主學(xué)習(xí),在課堂上完成知識(shí)的內(nèi)化[2]。翻轉(zhuǎn)課堂將傳統(tǒng)的課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái),重新調(diào)整課堂內(nèi)外的時(shí)間,把學(xué)習(xí)的決定權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生。一方面能夠充分發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的主觀能動(dòng)性,將“被動(dòng)學(xué)習(xí)”變?yōu)椤爸鲃?dòng)學(xué)習(xí)”,提高學(xué)習(xí)效果;另一方面其課下學(xué)習(xí)、課堂討論等環(huán)節(jié)也有望解決群體教育與個(gè)體差異之間的矛盾。目前,許多高校已經(jīng)開展了引入翻轉(zhuǎn)課堂的嘗試,在結(jié)合資源上,提出了基于慕課、微課、雨課堂等方式的翻轉(zhuǎn)手段[3,4],在課堂環(huán)節(jié)上,則有提問(wèn)搶答、小組討論、隨堂測(cè)驗(yàn)等諸多方式[5,6]。
在“通信原理”課程的教學(xué)過(guò)程中遇到的一個(gè)重要問(wèn)題是,學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)存在較大的差異性,而“通信原理”課程內(nèi)容環(huán)環(huán)相扣,學(xué)習(xí)效果與學(xué)習(xí)基礎(chǔ)密切相關(guān),以教師講授為主的“一統(tǒng)式”、“填鴨式”等傳統(tǒng)教學(xué)模式往往起不到好的效果。分析其主要原因有二:
(1)難以兼顧不同層次的學(xué)生:提高授課深度,基礎(chǔ)較弱的學(xué)生容易感到困難,失去學(xué)習(xí)興趣;降低授課難度,基礎(chǔ)較好的學(xué)生則會(huì)收獲不足;
(2)師生互動(dòng)少:學(xué)生始終處于被動(dòng)接受信息的狀態(tài),并未充分發(fā)揮積極思考與深入探索求知的主觀能動(dòng)性,學(xué)習(xí)興趣也未得到充分調(diào)動(dòng),導(dǎo)致對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解深度和廣度不足[7]。
考慮到翻轉(zhuǎn)課堂在應(yīng)對(duì)學(xué)生個(gè)體差異、提高學(xué)習(xí)積極性方面的顯著優(yōu)勢(shì),我們嘗試將翻轉(zhuǎn)課堂引入“通信原理”課程的教學(xué)中,探索能解決上述問(wèn)題的差異化教學(xué)方法。實(shí)際上,一個(gè)好的翻轉(zhuǎn)課堂設(shè)計(jì)應(yīng)與課程特點(diǎn)和學(xué)生特點(diǎn)緊密契合。例如,思政類、美育類課程側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生的綜合思維、口頭表達(dá)等能力,其翻轉(zhuǎn)課堂環(huán)節(jié)一般設(shè)計(jì)為針對(duì)開放式問(wèn)題的小組討論形式[8]。而“通信原理”課程的特點(diǎn)是公式推導(dǎo)多、邏輯性強(qiáng),側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)建模、理論分析能力,口頭的小組討論容易淺嘗輒止,導(dǎo)致翻轉(zhuǎn)課堂流于形式,無(wú)法起到預(yù)期的教學(xué)效果。這一問(wèn)題在其它理論性強(qiáng)、學(xué)習(xí)難度大的專業(yè)課程教學(xué)中也均存在,因此,對(duì)于此類課程進(jìn)一步探索合適的翻轉(zhuǎn)課堂模式是十分必要的。
針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的無(wú)法應(yīng)對(duì)學(xué)生差異性、學(xué)生學(xué)習(xí)積極性差等問(wèn)題,引入翻轉(zhuǎn)課堂,通過(guò)翻轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)差異化教學(xué):①對(duì)基礎(chǔ)較弱的學(xué)生,降低參與門檻,提高學(xué)習(xí)興趣;②對(duì)學(xué)有余力的學(xué)生,挖掘其自主學(xué)習(xí)能力,提高挑戰(zhàn)度;最終讓不同層次的學(xué)生都能獲得較好的學(xué)習(xí)效果。在“通信原理”課程學(xué)習(xí)上,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性,提高整體優(yōu)良率;從長(zhǎng)遠(yuǎn)“立德樹人”角度,培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)新理念。
我們針對(duì)通信工程專業(yè)2016級(jí)學(xué)生進(jìn)行了翻轉(zhuǎn)教學(xué)嘗試,課程共計(jì)64學(xué)時(shí),覆蓋學(xué)生106人。翻轉(zhuǎn)課程的方案設(shè)計(jì)是影響翻轉(zhuǎn)教學(xué)效果的關(guān)鍵因素,將會(huì)直接影響學(xué)生知識(shí)內(nèi)化的質(zhì)量水平。結(jié)合本輪次教學(xué)的課程和學(xué)生特點(diǎn),對(duì)翻轉(zhuǎn)教學(xué)的設(shè)計(jì)要求分析如下:
(1)“好”、“壞”學(xué)生之間在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上的差異較大,因此翻轉(zhuǎn)教學(xué)應(yīng)能區(qū)分不同層次學(xué)生,即對(duì)不同層次學(xué)生有不同的難度要求;
(2)課程的公式推導(dǎo)多,理論難度大,因此翻轉(zhuǎn)教學(xué)應(yīng)能監(jiān)督學(xué)生自主學(xué)習(xí)的理論深度;
(3)學(xué)生總?cè)藬?shù)多,因此翻轉(zhuǎn)教學(xué)的課堂環(huán)節(jié)應(yīng)具有良好的時(shí)間效率。
基于上述考慮,我們將翻轉(zhuǎn)教學(xué)設(shè)計(jì)為“學(xué)生上講臺(tái)”的形式:將學(xué)生分為“小老師”和“討論者”兩個(gè)角色,其中“小老師”需要在課堂上向全體學(xué)生講授指定知識(shí)點(diǎn),這一角色不但要求學(xué)生能通過(guò)自主學(xué)習(xí)理解相應(yīng)知識(shí)點(diǎn),還要求能有條理地表達(dá)出來(lái),挑戰(zhàn)度較高,主要面向基礎(chǔ)好、能力強(qiáng)的學(xué)生;“討論者”需對(duì)“小老師”講授的內(nèi)容提出疑問(wèn)并展開討論,適合大多數(shù)基礎(chǔ)和能力適中的學(xué)生。下面從前期準(zhǔn)備、翻轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)與激勵(lì)機(jī)制、效果分析對(duì)比這四個(gè)方面對(duì)我們的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)案例展開詳細(xì)闡述。
在正式開展翻轉(zhuǎn)教學(xué)前,需要進(jìn)行的前期準(zhǔn)備工作如圖1所示,主要包括:老師準(zhǔn)備自主學(xué)習(xí)資源、選擇合適的翻轉(zhuǎn)教學(xué)內(nèi)容、有針對(duì)性地設(shè)計(jì)自主學(xué)習(xí)任務(wù)單,學(xué)生結(jié)合自身特點(diǎn)和興趣自主報(bào)名翻轉(zhuǎn)教學(xué)中的不同角色。
圖1 前期準(zhǔn)備工作
1)自主學(xué)習(xí)資源
自主學(xué)習(xí)資源是翻轉(zhuǎn)教學(xué)的重要基礎(chǔ),首先應(yīng)和課程內(nèi)容緊密結(jié)合,且具備良好的可讀性,讓學(xué)生能夠通過(guò)對(duì)資源的自主學(xué)習(xí)達(dá)到教學(xué)大綱的基本要求;其次還應(yīng)具備一定的擴(kuò)展性,能夠引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行更深層次的思考?;谏鲜隹紤],我們采用的自主學(xué)習(xí)資源為:①M(fèi)OOC:課程組建設(shè)的“通信原理”MOOC已在學(xué)堂在線和中國(guó)大學(xué)MOOC兩大慕課平臺(tái)上線數(shù)輪,并于2018年被評(píng)為國(guó)家精品在線課程;②網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資料:授課教師日常積累的關(guān)于課程內(nèi)容的理解和擴(kuò)展資料。
2)翻轉(zhuǎn)內(nèi)容和數(shù)量
在學(xué)期正式開始前,按照教學(xué)大綱提前做好教學(xué)計(jì)劃,從大綱中選擇數(shù)量適中、內(nèi)容適當(dāng)?shù)闹R(shí)點(diǎn)用于翻轉(zhuǎn)課堂。在內(nèi)容方面,我們側(cè)重于選擇信息量適中、內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立、不太依賴于知識(shí)積累和行業(yè)經(jīng)驗(yàn)的知識(shí)點(diǎn),使得學(xué)生通過(guò)對(duì)指定教學(xué)資源的自主學(xué)習(xí),輔助一定的網(wǎng)絡(luò)信息搜索,能夠基本掌握該知識(shí)點(diǎn),例如:數(shù)字PAM信號(hào)的功率譜密度分析、AWGN信道下利用匹配濾波器接收的誤碼率分析等。
在數(shù)量方面,傳統(tǒng)課堂教學(xué)雖然存在諸多問(wèn)題,但因其授課效率高、邏輯連貫性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)仍然是大班授課的主流方式。翻轉(zhuǎn)教學(xué)雖因其開放性能有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,但也存在時(shí)間效率低等不足之處,應(yīng)將其作為對(duì)傳統(tǒng)課堂教學(xué)的輔助,穿插其中。次數(shù)過(guò)少,覆蓋面不夠,效果不明顯;次數(shù)過(guò)多,將會(huì)打亂總體授課計(jì)劃,起到反面作用。綜合上述考慮,我們一共選擇了12個(gè)知識(shí)點(diǎn),占全部教學(xué)內(nèi)容的20%左右。
3)任務(wù)單和隨堂測(cè)驗(yàn)
對(duì)于選定的知識(shí)點(diǎn),授課教師有針對(duì)性地準(zhǔn)備自主學(xué)習(xí)任務(wù)單和隨堂測(cè)驗(yàn)題。其中,任務(wù)單設(shè)計(jì)成任務(wù)點(diǎn)和問(wèn)題的形式,用于為學(xué)生提供方向性指導(dǎo),讓學(xué)生在自主學(xué)習(xí)時(shí)有明確的目標(biāo);隨堂測(cè)驗(yàn)題用于掌握學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)情況,對(duì)于每個(gè)知識(shí)點(diǎn),我們都從了解基本概念、掌握相關(guān)計(jì)算、能夠靈活運(yùn)用這三個(gè)層次準(zhǔn)備了3-5道測(cè)驗(yàn)題。
4)學(xué)生自主分組報(bào)名
翻轉(zhuǎn)教學(xué)中的“小老師”角色需針對(duì)指定知識(shí)點(diǎn)自行準(zhǔn)備授課資料并在課堂上向全體學(xué)生講授,挑戰(zhàn)度高,設(shè)計(jì)為1-2人一組,由學(xué)生自行組隊(duì)報(bào)名;剩余學(xué)生均是“討論者”。需要指出的是,為了保障“小老師”角色由合適的人選擔(dān)任,我們采用了分?jǐn)?shù)激勵(lì)和質(zhì)量控制兩方面手段。其中分?jǐn)?shù)激勵(lì)是在總評(píng)中分出一部分作為擔(dān)任“小老師”的獎(jiǎng)勵(lì),從而能鼓勵(lì)有能力的學(xué)生積極報(bào)名。質(zhì)量控制是對(duì)“小老師”的講授提出一些具體要求,例如深入理解、清晰講述、結(jié)合實(shí)際等,并建立有效的講授效果反饋機(jī)制,即任課老師會(huì)對(duì)每個(gè)“小老師”的講授效果打分并納入總評(píng),從而避免一些學(xué)生單純?yōu)榱朔謹(jǐn)?shù)報(bào)名而草草應(yīng)對(duì)的情況發(fā)生。
最終的報(bào)名情況是:參與授課的“小老師”20余人,占總?cè)藬?shù)約20%,參與提問(wèn)和討論的“討論者”80余人,占總?cè)藬?shù)約80%。
翻轉(zhuǎn)教學(xué)環(huán)節(jié)和流程如圖2所示。
圖2 翻轉(zhuǎn)教學(xué)環(huán)節(jié)和流程
1)課前
授課教師提前2周左右發(fā)給學(xué)生自主學(xué)習(xí)任務(wù)單,全體學(xué)生基于該任務(wù)單進(jìn)行課前自主學(xué)習(xí),其中擔(dān)任“小老師”角色的學(xué)生需進(jìn)一步針對(duì)相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)準(zhǔn)備授課資料,擔(dān)任“討論者”角色的學(xué)生則需記錄自己在學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的疑惑和問(wèn)題。
2)課中
首先由“小老師”對(duì)指定知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講授,講授形式多樣,可以是板書推導(dǎo)、PPT動(dòng)畫、筆記分享等;講授完畢后,“討論者”結(jié)合自身自主學(xué)習(xí)情況和聽課過(guò)程中的理解,對(duì)“小老師”講授的內(nèi)容提出問(wèn)題并展開討論,此環(huán)節(jié)授課老師也參與其中;討論完畢后,授課老師根據(jù)學(xué)生講授和討論的情況,對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的相關(guān)內(nèi)容查缺補(bǔ)漏,概括總結(jié);最后,進(jìn)行10-20分鐘針對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的隨堂測(cè)驗(yàn),利用雨課堂教學(xué)工具獲取學(xué)生的得分率和錯(cuò)誤詳情,準(zhǔn)確了解學(xué)生對(duì)于該知識(shí)點(diǎn)的掌握程度。
3)課后
授課教師通過(guò)交流了解學(xué)生關(guān)于該次翻轉(zhuǎn)教學(xué)的感受,并結(jié)合該次翻轉(zhuǎn)實(shí)踐過(guò)程提出下次的改進(jìn)建議;學(xué)生則對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)習(xí)和鞏固。
總評(píng)結(jié)構(gòu)的確定主要基于以下兩方面考慮:
(1)對(duì)不同層次學(xué)生均能有效激勵(lì):相比于傳統(tǒng)教學(xué)模式,翻轉(zhuǎn)教學(xué)需要學(xué)生額外投入許多時(shí)間和精力。學(xué)生自身對(duì)學(xué)習(xí)的興趣是驅(qū)動(dòng)上述投入的重要因素,在總評(píng)成績(jī)中對(duì)學(xué)生的投入給予體現(xiàn)也能有效激發(fā)學(xué)生參與翻轉(zhuǎn)課堂的積極性。此外,總評(píng)結(jié)構(gòu)的設(shè)定還需兼顧學(xué)生差異性,在激勵(lì)高水平學(xué)生參與挑戰(zhàn)的同時(shí),也照顧到基礎(chǔ)和能力較弱的學(xué)生,不讓他們望而卻步。
(2)能夠客觀反映學(xué)生學(xué)習(xí)效果:“通信原理”在我校屬于重要的專業(yè)必修課,是保研、考研時(shí)評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的一個(gè)重要維度。因此,總評(píng)結(jié)構(gòu)中平時(shí)成績(jī)占比不宜過(guò)高,否則容易出現(xiàn)過(guò)程替代結(jié)果的現(xiàn)象,導(dǎo)致總評(píng)成績(jī)趨于統(tǒng)一,無(wú)法起到合理評(píng)價(jià)和區(qū)分學(xué)生學(xué)習(xí)水平的效果。
綜上所述,我們的評(píng)價(jià)和激勵(lì)機(jī)制設(shè)計(jì)如圖3所示??傇u(píng)由學(xué)習(xí)過(guò)程考核和學(xué)習(xí)效果考核兩部分構(gòu)成。
圖3 總評(píng)成績(jī)結(jié)構(gòu)和激勵(lì)手段
過(guò)程考核占20%,其中7%是線上學(xué)習(xí)評(píng)價(jià),主要來(lái)自學(xué)生在MOOC平臺(tái)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)的相關(guān)數(shù)據(jù),能夠反映翻轉(zhuǎn)教學(xué)環(huán)節(jié)中課前自主學(xué)習(xí)的情況;7%是課堂學(xué)習(xí)評(píng)價(jià),主要來(lái)自學(xué)生課堂討論和測(cè)驗(yàn)的相關(guān)數(shù)據(jù),能夠反映翻轉(zhuǎn)教學(xué)環(huán)節(jié)中課堂吸收內(nèi)化情況;剩余的6%來(lái)自課后習(xí)題或報(bào)名翻轉(zhuǎn)課堂“小老師”,學(xué)生可以二選一,這部分主要是針對(duì)“通信原理”課程理論性強(qiáng)的特點(diǎn),反映學(xué)生的理論分析能力。此外,為了鼓勵(lì)學(xué)生積極報(bào)名“小老師”,我們還額外增設(shè)了最高占總評(píng)5%的獎(jiǎng)勵(lì)分。上述過(guò)程考核辦法全面覆蓋了學(xué)生線上、線下的學(xué)習(xí)情況,并有效監(jiān)督了翻轉(zhuǎn)教學(xué)的所有環(huán)節(jié)。此外,對(duì)于基礎(chǔ)好、能力強(qiáng)的同學(xué),也可激勵(lì)他們挑戰(zhàn)更高難度,從而獲得差異化教學(xué)的效果。
效果考核占80%,由期中成績(jī)40%和期末成績(jī)40%組成。期中考試、期末考試覆蓋了大綱里的所有知識(shí)點(diǎn),均為閉卷考試,且考教分離、全年級(jí)流水閱卷,能客觀、有效地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。
為了檢驗(yàn)翻轉(zhuǎn)教學(xué)的效果,我們首先對(duì)同一授課教師引入翻轉(zhuǎn)教學(xué)前后學(xué)生的期中、期末成績(jī)分布進(jìn)行了縱向?qū)Ρ?,結(jié)果如圖4所示,其中18-19學(xué)年為未采用翻轉(zhuǎn)教學(xué)的傳統(tǒng)授課,19-20學(xué)年為本文中闡述的翻轉(zhuǎn)教學(xué)授課,兩個(gè)輪次的學(xué)生專業(yè)相同。由于本課程前三章節(jié)內(nèi)容主要是信號(hào)與系統(tǒng)、隨機(jī)過(guò)程的相關(guān)數(shù)學(xué)基礎(chǔ),因此,我們進(jìn)行翻轉(zhuǎn)教學(xué)的12個(gè)知識(shí)點(diǎn)主要集中在教學(xué)大綱的中后段。圖4中兩輪次授課在期中成績(jī)上的差異反映了學(xué)生自身的差異性,可以看出,19-20學(xué)年學(xué)生在基礎(chǔ)和能力上稍弱于18-19學(xué)年學(xué)生。但隨著19-20學(xué)年翻轉(zhuǎn)教學(xué)的開展,在期末成績(jī)的分布上,19-20學(xué)年學(xué)生的優(yōu)秀率達(dá)到33.5%,顯著高于18-19學(xué)年學(xué)生15%的優(yōu)秀率。該結(jié)果有力地證明了引入翻轉(zhuǎn)教學(xué)對(duì)教學(xué)效果的提升。
圖4 縱向?qū)Ρ龋和唤處煵捎梅D(zhuǎn)教學(xué)前后的授課效果
其次,我們對(duì)19-20學(xué)年采用翻轉(zhuǎn)教學(xué)的班級(jí)(簡(jiǎn)稱實(shí)驗(yàn)班)和采用傳統(tǒng)教學(xué)的班級(jí)(簡(jiǎn)稱對(duì)照班)的期末成績(jī)進(jìn)行了橫向比較,實(shí)驗(yàn)班和對(duì)照班的學(xué)生來(lái)源相同,結(jié)果如圖5所示。
可以看出,實(shí)驗(yàn)班的優(yōu)良率顯著高于只采用傳統(tǒng)教學(xué)的對(duì)照班。(郭一珺等文)
圖5 橫向?qū)Ρ龋和惠喆螌?shí)驗(yàn)班與普通班的期末成績(jī)比較
本文面向理論性強(qiáng)、公式推導(dǎo)多的專業(yè)基礎(chǔ)課,針對(duì)基礎(chǔ)和能力存在較大差異的學(xué)生群體,提出了一種合理可行的翻轉(zhuǎn)教學(xué)實(shí)踐方案。實(shí)踐結(jié)果表明,所提翻轉(zhuǎn)教學(xué)方案提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度和主動(dòng)性,獲得了顯著優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)的授課效果。一方面,所設(shè)計(jì)的課前學(xué)習(xí)指引環(huán)節(jié)和課后交流反饋環(huán)節(jié),使所提方案既能了解不同學(xué)生的學(xué)習(xí)程度和個(gè)性,又能調(diào)動(dòng)不同層次學(xué)生參與學(xué)習(xí)的積極性,從而獲得良好的差異化教學(xué)效果;另一方面,通過(guò)對(duì)課堂中不同翻轉(zhuǎn)角色的設(shè)計(jì),所提方案既能尊重個(gè)人選擇,又能鼓勵(lì)個(gè)性發(fā)展,達(dá)到不拘一格培養(yǎng)人才的最終目的。
本文對(duì)差異化翻轉(zhuǎn)教學(xué)進(jìn)行了初步探索,所提翻轉(zhuǎn)教學(xué)方案對(duì)課程和學(xué)生特點(diǎn)相似的其他專業(yè)課程具有借鑒作用,未來(lái)我們將向著更精準(zhǔn)的差異化和智能化教學(xué)繼續(xù)努力。