基于新工科背景的農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)課程應(yīng)用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式探索

牛曉麗，馬天成，王一博，李心平，周罕覓，趙 娜，尹冬雪，燕 輝

(河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)裝備工程學(xué)院，河南 洛陽 471003)

0 引言

隨著智能移動終端的快速發(fā)展，“互聯(lián)網(wǎng)+”作為新的學(xué)習(xí)平臺應(yīng)運(yùn)而生，對傳統(tǒng)的教育教學(xué)方式提出了新的挑戰(zhàn)[1]。2017年以來，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識”“天大行動”和“北京指南”，并發(fā)布了《關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》和《關(guān)于推進(jìn)新工科研究與實踐項目的通知》，全力探索形成領(lǐng)跑全球工程教育的中國模式、中國經(jīng)驗，助力高等教育強(qiáng)國建設(shè)?！靶鹿た啤笔窃谛驴萍几锩?、新產(chǎn)業(yè)革命和新經(jīng)濟(jì)背景下工程教育改革的重大戰(zhàn)略選擇，是教育部發(fā)起的專業(yè)教育交叉融合新動向，更強(qiáng)調(diào)學(xué)科的實用性、交叉性與綜合性[2-3]。如何體現(xiàn)學(xué)生的個性化需求，探索更具多樣化的學(xué)習(xí)方式，已成為當(dāng)前教學(xué)中亟待解決的問題。

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式是一種基于教學(xué)思想建立的獨(dú)具翻轉(zhuǎn)特性的教學(xué)框架和程序，關(guān)注學(xué)生全面發(fā)展和主觀能動性，是一項系統(tǒng)化工程[3]。利用現(xiàn)有信息技術(shù)手段，構(gòu)建信息化教學(xué)環(huán)境，重新規(guī)劃課前、課內(nèi)和課后，實現(xiàn)傳統(tǒng)教學(xué)中師生角色的翻轉(zhuǎn)，達(dá)到對傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式革新的教學(xué)設(shè)計方法。因此，新工科背景下翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的有效運(yùn)用意義非凡。

河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)裝備工程學(xué)院農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)是繼華北水利水電大學(xué)之后，河南省第2個農(nóng)業(yè)水利工程本科培養(yǎng)單位，是2019年9月教育部獲批成立的新專業(yè)，能夠與農(nóng)業(yè)機(jī)械化、農(nóng)業(yè)電氣化、環(huán)境工程、土木工程和建筑學(xué)等相關(guān)學(xué)科有機(jī)結(jié)合，形成專業(yè)集成優(yōu)勢。教學(xué)目的是培養(yǎng)具備農(nóng)業(yè)水利工程學(xué)科的基本理論，掌握農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)、城市園林灌溉技術(shù)、農(nóng)業(yè)水資源高效利用、農(nóng)業(yè)水土環(huán)境和城市水利工程等方面的基本知識，能在水利、水電和水保等部門從事水利工程勘測、規(guī)劃、設(shè)計、施工、管理和試驗研究，以及教學(xué)、科研等方面的工作，且兼?zhèn)鋵嵺`能力和創(chuàng)新精神的應(yīng)用研究型高級工程技術(shù)人才。該專業(yè)旨在把專業(yè)建設(shè)和人才培養(yǎng)放在首位，強(qiáng)化工程實踐能力、動手能力和創(chuàng)新能力。在新專業(yè)開始之際，為突顯新專業(yè)特色，培養(yǎng)面向新工科的農(nóng)業(yè)水利工程應(yīng)用型本科人才，將理論融于實踐，提高學(xué)生創(chuàng)新、工程能力，亟需探索創(chuàng)新性的課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)、教學(xué)流程和工程教學(xué)模式。

以給學(xué)生提供個性化、信息化的學(xué)習(xí)環(huán)境為目的，在農(nóng)業(yè)水利工程類相關(guān)課程中嘗試翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，可以避免學(xué)生在自主環(huán)節(jié)喪失興趣或信心，通過精心設(shè)計練習(xí)、模擬、探究和發(fā)現(xiàn)等活動主題，使學(xué)生完全掌握相關(guān)的知識或技能，增加師生之間的互動，提高學(xué)生的自主積極性，將對該專業(yè)教學(xué)質(zhì)量的提升和學(xué)生自主創(chuàng)新能力的發(fā)展具有實踐意義[4]。

1 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)優(yōu)勢及取得的成效

傳統(tǒng)教學(xué)中，教師通常都是根據(jù)教學(xué)大綱按部就班的授課，學(xué)生只能被動地學(xué)習(xí)，大多本科課堂氛圍不活躍、學(xué)生學(xué)習(xí)效果差、學(xué)生會逐漸失去主動學(xué)習(xí)探索的意識。然而，“翻轉(zhuǎn)課堂”是學(xué)生課前進(jìn)行自學(xué)教學(xué)視頻、教學(xué)課件和前沿知識等學(xué)習(xí)材料，上課時由教師組織學(xué)生通過小組合作學(xué)習(xí)等方式開展課堂教學(xué)，促進(jìn)教學(xué)成效最大化的一種新型教學(xué)模式[5-6]。這種教學(xué)方式突出學(xué)生的主體作用，通過與教師互動、同學(xué)協(xié)作等方式完成相應(yīng)的教學(xué)任務(wù)。采用“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)方式，使用各種課堂教學(xué)軟件，不僅可以使教學(xué)資源得到充分利用，也能及時獲取學(xué)生的課后反饋信息，學(xué)生也能真正地參與到課堂中。“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)方式讓整個教學(xué)活動變得更具靈活性，可以針對每個學(xué)生的個體差異做出適當(dāng)?shù)呐袛?，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，實現(xiàn)教師教學(xué)與學(xué)生學(xué)習(xí)效率的最大化。

2 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式特征

現(xiàn)代教育要求培養(yǎng)學(xué)生主動獲取知識、靈活應(yīng)用知識的能力。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式“以學(xué)生為本”，把學(xué)生的綜合素質(zhì)培養(yǎng)(包括知覺能力、觀察能力、動手能力、記憶能力、思維能力及理論聯(lián)系實際的能力等)有機(jī)地融合，使學(xué)生既獲得知識，又鍛煉了學(xué)生自身的思維能力(包括形象思維能力、抽象思維能力及思維方法)，促進(jìn)學(xué)生心智的平衡發(fā)展，在民主、和諧的教學(xué)環(huán)境中更好地提高教學(xué)效果[7]。新工科背景下，教師更應(yīng)當(dāng)將課堂主動權(quán)真正地交還給學(xué)生，開展豐富多元的專業(yè)實踐活動，有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動性，積極踴躍的參與翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)習(xí)模式之中。在此過程中，教師應(yīng)當(dāng)創(chuàng)新課程教學(xué)模式，鼓勵學(xué)生積極踴躍發(fā)表想法和意見，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識與實踐能力，從而潛移默化的促進(jìn)學(xué)生的專業(yè)水平，有助于增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)以致用能力[8]。

3 農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)課程教學(xué)改革的必要性

3.1 本科招生現(xiàn)狀促使教學(xué)改革

隨著信息化、大數(shù)據(jù)和智能化的迅猛發(fā)展，這些高新技術(shù)行業(yè)人才需求量迅速上升，并且待遇豐厚，更多的生源在填報志愿時優(yōu)先偏好技術(shù)技能高的新興專業(yè)，勢必對老牌、傳統(tǒng)專業(yè)生源數(shù)量帶來較大影響。另外，考生對農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)帶有一定的偏見，認(rèn)為帶“農(nóng)”字的專業(yè)將來工作條件艱苦、待遇低，特別在當(dāng)今經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的形勢下，考生從自身利益考慮優(yōu)先選擇就業(yè)形勢好的高新技術(shù)行業(yè)。盡管農(nóng)業(yè)水利工程在我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，具有不可替代的作用，大力發(fā)展該行業(yè)對于推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的發(fā)展意義重大，屬于我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展基礎(chǔ)，但互聯(lián)網(wǎng)、信息平臺等新聞媒體對培養(yǎng)農(nóng)業(yè)水利專業(yè)高級工程技術(shù)人才的重要性和緊迫性宣傳力度還不夠。為了更有效地吸引學(xué)生攻讀農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)，并積極投入到農(nóng)業(yè)水利建設(shè)事業(yè)中，探索更具吸引力、有自身特色的培養(yǎng)模式勢在必行。

目前，河南科技大學(xué)該專業(yè)本科招生采用的是農(nóng)業(yè)工程大類招生，大二時學(xué)生根據(jù)個人興趣及對學(xué)院所設(shè)專業(yè)的了解，選擇未來3年所學(xué)專業(yè)，現(xiàn)有農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)學(xué)生為一個教學(xué)班?，F(xiàn)有專任教師14人，其中，教授1人，副教授3人，講師10人。前期已投入180萬元建成農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)本科教學(xué)實驗場地共計1 000 m2，具有便攜式土壤水分精準(zhǔn)測定系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)田間信號采集分析系統(tǒng)、伯努利方程實驗系統(tǒng)、虛擬仿真實驗室和自循環(huán)明渠水槽等先進(jìn)儀器設(shè)備。在教學(xué)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等方面已經(jīng)具有了初步的基礎(chǔ)，但與學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動化、農(nóng)業(yè)電氣化等老牌專業(yè)相比差距較大。只有通過改變本專業(yè)課程課堂教學(xué)模式體現(xiàn)專業(yè)優(yōu)勢，才能更有效地吸引農(nóng)業(yè)工程大類招收的學(xué)生攻讀農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)。

3.2 課程實踐性強(qiáng)亟須教學(xué)改革

農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)設(shè)有《工程測量學(xué)》《水力學(xué)》《工程水文學(xué)》《灌溉排水工程學(xué)》《水工建筑物》《水泵與水泵站》《水利工程施工》《節(jié)水灌溉理論與技術(shù)》《工程地質(zhì)與水文地質(zhì)》《工程概預(yù)算與招投標(biāo)》和《水資源利用與規(guī)劃》等核心課程，均屬于工科門類專業(yè)課程，區(qū)別于數(shù)學(xué)、英語等基礎(chǔ)類課程，是工程性較強(qiáng)的應(yīng)用課程。在教學(xué)實踐過程中，應(yīng)注重學(xué)生的工程思維、工程意識、分析和解決工程問題的能力。然而，每位學(xué)生的基礎(chǔ)相差較大，思維敏捷程度更是完全不一樣，學(xué)習(xí)的主動性有差別，如若采用同一的教學(xué)速度、默認(rèn)的教學(xué)方法和一樣的表達(dá)方式，難以培養(yǎng)出優(yōu)秀的農(nóng)業(yè)水利工程復(fù)合應(yīng)用型人才。因此，為讓每個學(xué)生每堂課學(xué)有所獲，從興趣出發(fā)學(xué)習(xí)，就必須使課堂教學(xué)能夠產(chǎn)生多層次、多方位的效果，大力推動教學(xué)模式改革[9]。

4 應(yīng)用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式可行性分析

4.1 教師方面

農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)專任教師14人，均為碩士以上學(xué)歷，具有博士學(xué)位的占教師總數(shù)的92.9%，40歲以下青年教師占教師總數(shù)的78.6%。該專業(yè)教師均具有優(yōu)秀的專業(yè)知識素養(yǎng)，且年輕教師居多，有活力，對新思想、新技術(shù)掌握更高效，敢于轉(zhuǎn)變舊的教學(xué)理念，愿意在新穎的課程設(shè)計上花更多的時間。因此，翻轉(zhuǎn)課堂新型教學(xué)模式在教師中應(yīng)用推廣有較高的接受度和可行性。

4.2 學(xué)習(xí)對象方面

目前該專業(yè)學(xué)生較少，采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式進(jìn)行小班教學(xué)，有時間、有空間，可以滿足學(xué)生的個性化需求，解決學(xué)生之間的差異化問題。該專業(yè)小班教學(xué)模式為翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用提供了有效的平臺。

4.3 學(xué)習(xí)內(nèi)容方面

本專業(yè)課程豐富多樣，學(xué)習(xí)內(nèi)容趣味性強(qiáng)，與實際結(jié)合多。如《水泵與水泵站》要求學(xué)生在系統(tǒng)學(xué)習(xí)水泵與水泵站課程的基礎(chǔ)上，具備水泵選型及水泵站的設(shè)計、施工和管理等方面的能力。重點(diǎn)需要掌握水泵運(yùn)行工況點(diǎn)的確定、水泵工況的調(diào)節(jié)、汽蝕相似律和汽蝕防護(hù)、水泵的選型、灌溉和排澇泵站的規(guī)劃、泵房內(nèi)部布置和尺寸確定?！豆こ谈蓬A(yù)算與招投標(biāo)》要求學(xué)生能合理確定水利建筑產(chǎn)品的計劃價格，提投資的經(jīng)濟(jì)效益，正確編制單位工程施工圖預(yù)算；正確編制單位工程竣工結(jié)算和竣工決算；編制單位工程招、投標(biāo)文件。重點(diǎn)和難點(diǎn)是設(shè)計概算的審查、工程價款的結(jié)算、竣工決算。其強(qiáng)實踐性要求學(xué)生從記憶知識轉(zhuǎn)變到運(yùn)用知識來創(chuàng)新思維，要求教師以教為中心的教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心的教學(xué)，使學(xué)生成為知識的主動學(xué)習(xí)者、自主建構(gòu)者和探索者[10]。

5 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式運(yùn)用策略

5.1 課前準(zhǔn)備

(1)教師在課前向?qū)W生講解“翻轉(zhuǎn)課堂”的概念及授課模式，使學(xué)生對“翻轉(zhuǎn)課堂”有一個完整的認(rèn)識。確定該章節(jié)教學(xué)方法，設(shè)計教學(xué)方案，設(shè)置預(yù)習(xí)關(guān)注重點(diǎn)問題，制作預(yù)習(xí)幻燈片，在PPT中布置給學(xué)生要完成的任務(wù)。

(2)制作專業(yè)課程相關(guān)的微課視頻，其中附帶實驗講解，如針對《工程水文學(xué)》實驗，錄制如何應(yīng)用HR型流速測算儀測量河流、水庫、水電站、溢港道等高、中、低流速。已錄制的視頻通過雨課堂發(fā)送給學(xué)生，可供學(xué)生在實驗課前觀看學(xué)習(xí)。對每個實驗設(shè)定實驗?zāi)繕?biāo)，提出相應(yīng)實驗注意事項，布置思考題目，調(diào)動學(xué)生的思考能力及對知識的掌握。

5.2 課中學(xué)習(xí)和討論

(1)協(xié)作探究教學(xué)活動。學(xué)生根據(jù)教師課前布置的預(yù)習(xí)問題分組查找資料，整理知識點(diǎn)，帶著問題進(jìn)入課堂。如：水利水電樞紐工程的設(shè)計方法及步驟、可能引起的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)問題和防治方法、水環(huán)境的修復(fù)技術(shù)等，課堂上讓學(xué)生暢所欲言、演練技能，并把學(xué)習(xí)的疑惑及難點(diǎn)反饋給授課教師，使得教師的授課有的放矢，真正做到重點(diǎn)突出。

(2)展示交流學(xué)習(xí)成果。每個小組派出一名代表到講臺上展示本小組的學(xué)習(xí)成果，轉(zhuǎn)述小組成員各自的觀點(diǎn)并進(jìn)行綜合評價。與此同時，臺下的學(xué)生通過雨課堂的“彈幕功能”，即時發(fā)表自己的見解，形成班集體全員互動。教師與學(xué)生平等的姿態(tài)聆聽，與學(xué)生進(jìn)行雙向溝通、交流，實現(xiàn)“單向灌輸式”向“雙向互動式”教學(xué)的轉(zhuǎn)變。

(3)教師總結(jié)點(diǎn)評。教師對小組代表的發(fā)言進(jìn)行點(diǎn)評、總結(jié)，并強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)予以升華提煉，引導(dǎo)學(xué)生拓展思維深入思考、答疑解惑糾正偏差。學(xué)生通過“彈幕功能”向教師追問辯解，實現(xiàn)課堂“對話”，迎合了年輕人追求“上墻”時尚感的同時極大地增強(qiáng)了課堂的趣味性。

(4)形成書面材料。經(jīng)過課堂的充分討論與總結(jié)，以小組為單位形成書面材料，簡要記錄學(xué)習(xí)過程，突出體現(xiàn)學(xué)習(xí)思維與學(xué)習(xí)心得，把學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的問題記錄下來形成反思。

(5)課堂習(xí)題測試。為了檢驗學(xué)習(xí)效果組織隨堂測試。通過雨課堂插入習(xí)題，向?qū)W生手機(jī)終端推送單選題、多選題并限時作答；之后將學(xué)生的答題情況予以公布，并通過柱狀圖向?qū)W生直觀展示答題情況，講解正確答案；最后，根據(jù)整個班級對重點(diǎn)、難點(diǎn)知識點(diǎn)的掌握情況進(jìn)行查漏補(bǔ)缺，進(jìn)一步提升學(xué)習(xí)效果。

5.3 課后跟蹤輔導(dǎo)評價

授課結(jié)束后，學(xué)生仍可通過手機(jī)終端在雨課堂上回顧教師的授課課件，復(fù)習(xí)相關(guān)課程內(nèi)容。對于不明白或者想進(jìn)一步探討的地方，通過雨課堂“報告老師”板塊向教師反饋，與教師進(jìn)行實時問答、互動探討。課后安排相應(yīng)的實驗，增強(qiáng)思考能力及動手操作能力。教師可以通過課程平臺了解學(xué)生登錄情況，包括登錄次數(shù)、學(xué)習(xí)時間長短和課前作業(yè)完成情況等。同時結(jié)合課堂個人匯報和小組討論等作為評價手段，分析翻轉(zhuǎn)教學(xué)過程中的收獲和問題。綜合評定成績由個人匯報成績、課堂討論表現(xiàn)成績、實驗成績、實習(xí)報告成績、期中考試成績和期末考試成績共同構(gòu)成。通過定量評價和定性評價相結(jié)合評估方式客觀地反映教學(xué)效果。

6 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式預(yù)期效果

(1)為“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下的農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)課程翻轉(zhuǎn)課堂提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)和指導(dǎo)。

在翻轉(zhuǎn)課堂的實施過程中，課前學(xué)習(xí)、課堂活動和課后總結(jié)3個階段對教學(xué)效果有著重要的影響，解決問題的關(guān)鍵是構(gòu)建一個有效的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模型，根據(jù)本專業(yè)學(xué)生的實際和學(xué)科特點(diǎn)對兩個環(huán)節(jié)的教學(xué)過程進(jìn)行精心設(shè)計，并通過實踐不斷完善，構(gòu)建一個完善的信息化教育環(huán)境。

(2)優(yōu)化基于“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的設(shè)計和策略。

基于“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式是一種全新的教學(xué)模式，需要通過不斷探索和實踐來改進(jìn)和完善教學(xué)過程各環(huán)節(jié)的教學(xué)設(shè)計和教學(xué)策略，才能真正提高這種新型教學(xué)模式的教學(xué)質(zhì)量。

(3)提升教師的專業(yè)能力，加強(qiáng)組織和管理。

翻轉(zhuǎn)課堂使學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主體、教師成為學(xué)習(xí)活動的組織者和指導(dǎo)者，這就需要教師轉(zhuǎn)變教育觀念、掌握新的教學(xué)技能、運(yùn)用新的教學(xué)策略和提高信息技術(shù)能力。

7 結(jié)束語

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在其他專業(yè)課程中已經(jīng)有所應(yīng)用。鄭書華等[4]在數(shù)控技術(shù)課程中引入該教學(xué)模式，發(fā)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式期末成績和總評成績顯著高于傳統(tǒng)教學(xué)模式，教學(xué)效果反饋評分顯著提高，有效提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程實踐能力。張繼成等[2]開展了基于微課的“翻轉(zhuǎn)課堂”模式在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用研究，發(fā)現(xiàn)該教學(xué)模式越來越受學(xué)生歡迎，方便教師與學(xué)生交流，可加深學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握和理解?？梢?，與傳統(tǒng)教學(xué)相比，該教學(xué)模式展現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。目前，擬將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式應(yīng)用于農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)各課程中，但該模式對基礎(chǔ)設(shè)施條件要求教高，農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)資源、授課資源等條件還有限。而且，該專業(yè)教師仍需加強(qiáng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)培訓(xùn)和提升教學(xué)質(zhì)量，需制定出能體現(xiàn)各課程自身特色的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)計劃。另外，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式能否起到積極作用還取決于教師與學(xué)生之間的交流和配合程度[10]。因此，有限基礎(chǔ)設(shè)施資源、待提高的教師教學(xué)質(zhì)量及與學(xué)生配合程度的高低都將對農(nóng)業(yè)水利專業(yè)課程應(yīng)用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式提出了新的挑戰(zhàn)。