基于微課的“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式在教學(xué)中的應(yīng)用
——以中職《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》課程為例

陳 曄,鄭振興,姚 屏，賓 坤，唐賀清

（廣東技術(shù)師范大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，廣東 廣州 510665）

0 引言

隨著《2020年教育信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作要點》的推進(jìn)，翻轉(zhuǎn)課堂、MOOC和SPOC等全新教育理念的提出，以及雨課堂等數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)平臺的廣泛應(yīng)用，各類學(xué)校開始引用翻轉(zhuǎn)課堂，并且采用微課等數(shù)字化資源以及“雨課堂”等數(shù)字化平臺對傳統(tǒng)課程進(jìn)行改革和優(yōu)化，這也為中職院校開展課程教學(xué)的改革提供了新的思路和支持[1].

1 《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》課程采用“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)的必要性

1.1 課程教學(xué)現(xiàn)狀

《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》是中職工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用專業(yè)中一門核心的專業(yè)課程，包括工業(yè)機(jī)器人的編程，工業(yè)機(jī)器人的安裝交付和工業(yè)機(jī)器人的調(diào)試等典型工作任務(wù)，該課程既需要學(xué)生擁有扎實的理論基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上還需要一定的操作與編程能力，因此對學(xué)生的綜合素質(zhì)要求較高，并且《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》這門課程共有80學(xué)時，依然采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法和教學(xué)模式，其中理論課時占據(jù)80%以上，側(cè)重于知識的灌輸[2-3].

1.2 課程教學(xué)中存在的問題

目前本課程主要以講授法為主，課堂以教師為中心，學(xué)生處于被動的接收狀態(tài)，在教學(xué)實施中存在些問題.

1.2.1 課堂教學(xué)手法單一，教學(xué)效果欠佳

本課程屬于工業(yè)機(jī)器人專業(yè)中基礎(chǔ)類課程，大多教師選擇講授和灌輸為主的教學(xué)方式，學(xué)生在其中扮演者被動接受的角色.因此學(xué)生學(xué)習(xí)本課程興趣較低，且機(jī)器類課程理論知識較多且零散，學(xué)生容易出現(xiàn)重難點掌握不牢固的情況，從而導(dǎo)致課堂學(xué)習(xí)效率低下.

1.2.2 教師缺少結(jié)合信息化技術(shù)的手段，課堂中心易偏移

本課程主要包括了工業(yè)機(jī)器人的概念、基礎(chǔ)數(shù)學(xué)、機(jī)械系統(tǒng)和動力系統(tǒng)等知識點，教授內(nèi)容以理論為主且內(nèi)容較多，講授過程容易出現(xiàn)平鋪直敘的情況，忽略學(xué)生上課的狀態(tài)和效率，導(dǎo)致學(xué)生知識吸收效果不好，教學(xué)質(zhì)量下降，不利于學(xué)生深刻理解知識點，也無法做到以學(xué)生為中心，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、組織協(xié)調(diào)能力以及綜合職業(yè)能力，影響了之后課程的學(xué)習(xí)效果[4].

1.3 課程教學(xué)無法給學(xué)生提供個性需求

《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》課程在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，會很容易忽略學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性.學(xué)生很難實現(xiàn)理論知識和實踐學(xué)習(xí)的真正內(nèi)化.而“翻轉(zhuǎn)課堂+微課”不同于傳統(tǒng)課堂，既強調(diào)學(xué)生的主體性地位，注重學(xué)生對知識的主動思考和構(gòu)建，又因其模式新穎，對課堂教學(xué)中教師、學(xué)生、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)媒體四要素進(jìn)行了根本性改革，“顛覆”了課堂，大大提高了學(xué)生的自主性和教師的引導(dǎo)和組織作用，從而受到了廣大教育者的認(rèn)可和推崇[5].

2 基于微課的“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式設(shè)計

“翻轉(zhuǎn)課堂”在學(xué)者鐘曉流等人看來，就是在信息化環(huán)境中，課程教師提供以教學(xué)視頻為主要形式的學(xué)習(xí)資源，學(xué)生在上課前完成對教學(xué)視頻等學(xué)習(xí)資源的觀看和學(xué)習(xí)，師生在課堂上一起完成作業(yè)答疑、協(xié)作探究和互動交流等活動的一種新型的教學(xué)模式[6].自2011年胡鐵生提出“微課”這個概念以來，這種新型教學(xué)資源方式對我國教育行業(yè)發(fā)揮越來越重要的作用，加強了學(xué)習(xí)者對課程，特別是枯燥無趣的知識點的理解和吸收[7].微課給現(xiàn)代教學(xué)資源方式注入了新的活力，成為職業(yè)教育變革的助力之一，為現(xiàn)代中職課堂注入了新鮮活力，收到了廣大教師和學(xué)者的關(guān)注.

本文基于微課的“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式應(yīng)用到《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》課程，設(shè)計方案如下：

2.1 搭建自主學(xué)習(xí)平臺

根據(jù)課程特點和要求，首先搭建“微課資源平臺—討論組—即時通信”的自主交互網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，教師根據(jù)相關(guān)課程需求制作相應(yīng)的數(shù)字化資源，并通過雨課堂等平臺發(fā)布，學(xué)生利用碎片化的時間，在平臺上完成相關(guān)任務(wù)，遇到問題可以與同學(xué)在討論組進(jìn)行討論，也可以即時與教師溝通，獲得個性化指導(dǎo)，學(xué)生在這個過程中進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)的效率.

2.2 數(shù)字化資源的支持

筆者將工業(yè)機(jī)器人的機(jī)座、臀部、腕部、末端執(zhí)行器和傳動機(jī)構(gòu)等內(nèi)容制作成微課，在上課前通過數(shù)字化平臺推送給學(xué)生觀看學(xué)習(xí)，每個微課視頻的時長在5至10分鐘，考慮到中職生心理特征，將微課時間控制在較短時間內(nèi)，方便學(xué)生隨時觀看，在觀看之后，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計課后練習(xí)，包括主觀題和判斷題，從而達(dá)到既定的課前學(xué)習(xí)目標(biāo).

2.3 課中教學(xué)

根據(jù)學(xué)生人數(shù)，將學(xué)生以5～8人為一組，分成若干組；課堂上就每個章節(jié)重點如動力系統(tǒng)進(jìn)行交流和思考，每組選出代表將總結(jié)好的答案通過匯報的形式進(jìn)行發(fā)言，組間可以相互指出錯誤并且糾正，最后由教師根據(jù)大多數(shù)存在的問題進(jìn)行分析和總結(jié).

2.4 課后教學(xué)總結(jié)

課后教師記錄課前學(xué)生觀看微課視頻的進(jìn)度、學(xué)習(xí)任務(wù)完成情況以及課中小組討論和發(fā)言回答表現(xiàn)等；學(xué)生對于自己在學(xué)習(xí)過程的表現(xiàn)進(jìn)行自我評價，并對小組其他成員進(jìn)行小組評價；采用發(fā)放調(diào)查問卷的方式，收集學(xué)生對該教學(xué)模式的意見和建議，從而進(jìn)一步補充和完善教學(xué)方法.

3 基于微課的“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式的應(yīng)用

美國教授Robert Talbert通過長時間的實踐和積累，總結(jié)了翻轉(zhuǎn)課堂的結(jié)構(gòu)模型（見圖1）.本文根據(jù)中職教學(xué)的特點以及中職學(xué)生心理特征，翻轉(zhuǎn)課堂將整個教學(xué)實施過程分為課前深度自學(xué)、課中知識內(nèi)化、課后知識提升三個階段（見圖2）.

圖1 Robert Talbert的翻轉(zhuǎn)課堂結(jié)構(gòu)圖①Robert Talbert. Inverting the Linear Algebra Classroom[EB/OL].

圖2 《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》課程翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式構(gòu)建

3.1 課前深度自學(xué)

在課前階段，教師通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，發(fā)布微課視頻等數(shù)字化教學(xué)任務(wù)，學(xué)生利用微課視頻進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，并與同學(xué)交流或向老師請教，再經(jīng)過思考和總結(jié)完成教師布置的任務(wù).教師在課前要尋找符合本節(jié)課學(xué)習(xí)內(nèi)容的相關(guān)資料，導(dǎo)入微課中，通過課前學(xué)生自學(xué)階段向?qū)W生展示，豐富了學(xué)生課前學(xué)習(xí)的內(nèi)容.

本次研究內(nèi)容以坐標(biāo)系及其關(guān)系描述這章為例，在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，本章內(nèi)容采用傳授法教學(xué)，教師通過書本講解，結(jié)合黑板等工具進(jìn)行輔助，但此方法只適合簡單的陳述性知識，對于坐標(biāo)系這類復(fù)雜且抽象的圖形和概念，則不太適用.而在新型教學(xué)模式下，利用微課等新穎的教學(xué)資源進(jìn)行教學(xué)，例如在講解不同坐標(biāo)系的異同時，采用萬彩動畫大師或者camtasia studio等軟件制作微課，包括用Time machine來添加字幕，通過Vegas合成視頻等，最后用動畫的方式展現(xiàn)三種主要坐標(biāo)系的特點（見圖3），空間直角坐標(biāo)系OXYZ意為取三條相互垂直的具有一定方向和度量單位的直線，原先通過書本上的文字和圖片解釋起來比較晦澀抽象，現(xiàn)在采用軟件制作出人手的模型，模仿空間直角坐標(biāo)系，并且人手可以旋轉(zhuǎn)各個角度，更加生動，易于理解.柱面坐標(biāo)系和球面坐標(biāo)系則可以采用工業(yè)機(jī)器人手臂和地球動畫作為案例，更加立體接近生活，并且充滿科幻感.相比傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，新型教學(xué)模式使課堂脫離了枯燥的講解，通過微課等呈現(xiàn)方式將復(fù)雜抽象的知識形象化，加深了學(xué)生對抽象性概念的認(rèn)知，提高了學(xué)生知識吸收的效率.

圖3 《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》微課截圖

在上課前，教師要熟知本節(jié)課的內(nèi)容，設(shè)計的教學(xué)過程要符合教師在本節(jié)課教學(xué)的內(nèi)容，努力提升學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的效率.對于學(xué)生而言，在課程準(zhǔn)備階段，應(yīng)當(dāng)按照教師的教學(xué)計劃，觀看相關(guān)的微課視頻，完成教學(xué)資源平臺派發(fā)的學(xué)習(xí)任務(wù)，根據(jù)自己的知識儲備和對課程的理解選擇一些相關(guān)書籍和資料進(jìn)行閱讀，學(xué)生可以利用網(wǎng)絡(luò)平臺將自己無法解決的問題與同學(xué)交流，或請教老師，學(xué)生通過任務(wù)的分析，合作討論，不僅達(dá)到課前預(yù)習(xí)和準(zhǔn)備的效果，還有助于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、相互溝通和合作的能力.

3.2 課中知識內(nèi)化

“翻轉(zhuǎn)課堂”不同于傳統(tǒng)的教學(xué)過程，學(xué)生在課前自主學(xué)習(xí)本節(jié)課的內(nèi)容；知識的內(nèi)化過程在課堂上完成，在課堂上大部分時間用于學(xué)業(yè)的作業(yè)答疑、小組的協(xié)作探究以及師生之間深入交流等[8].課堂上教師根據(jù)學(xué)生線上學(xué)習(xí)情況，對學(xué)生普遍反饋的重點難點的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)的講解，學(xué)生自由發(fā)表自己的觀點，并且與同學(xué)老師進(jìn)行交流，通過思想的交流和碰撞加深對知識點的認(rèn)知，使得復(fù)雜、繁瑣且重要的概念得到強化，幫助學(xué)生對新知識的學(xué)習(xí)和吸收.教師在課堂除了解答課前學(xué)生留下的問題外，還要立足本節(jié)課教學(xué)目標(biāo)，以教材為依據(jù)，呼應(yīng)課前設(shè)計的教學(xué)內(nèi)容提出問題，例如課前學(xué)生通過微課知曉了工業(yè)機(jī)器人的動力裝置概念和組成，在此基礎(chǔ)上教師向?qū)W生展示動力裝置不同部位的圖片，提問學(xué)生“如何辨別工業(yè)機(jī)器人動力裝置？”，先組織學(xué)生討論，組內(nèi)無法解決，在組與組之間再進(jìn)行二次討論，在學(xué)生交流過程中，教師可以在適當(dāng)時機(jī)為學(xué)生提供思路和解題方向，例如學(xué)生在討論中無法準(zhǔn)確地分辨直線氣缸和擺動氣缸時，教師通過舉生活中常見事物的例子，采用聯(lián)想法記憶，促進(jìn)學(xué)生對知識點的理解，從而掌握課堂進(jìn)程，討論結(jié)束后，每組代表發(fā)言，教師開始系統(tǒng)點評.教師根據(jù)回答來補充和強調(diào)，通過強化問題細(xì)節(jié)，如學(xué)生在已知工業(yè)機(jī)器人中的帶傳動和鏈傳動通過帶輪或鏈輪傳遞回轉(zhuǎn)運動，提問學(xué)生“有時還用來做什么？”通過提問細(xì)節(jié)的方式進(jìn)一步達(dá)到鞏固知識點的目的，最后教師開始總結(jié)，例如讓學(xué)生在本子上列出“工業(yè)機(jī)器人的傳動結(jié)構(gòu)有哪幾種？”，讓班上所有同學(xué)都參與進(jìn)來，相互交流，相互查漏補缺，教師再進(jìn)行歸納總結(jié)，從而可以鍛煉學(xué)生們聆聽他人，組織協(xié)作的能力，提高思考和記憶的效率.

3.3 課后知識提升

在課后階段，教師通過以下幾個步驟做到鞏固、提升學(xué)生知識和綜合素質(zhì)：通過觀察學(xué)生課堂的具體表現(xiàn)，包括是否有集中精力聽講，作業(yè)完成質(zhì)量高低，小組討論是否有積極參與等.收集總結(jié)學(xué)生課前任務(wù)完成情況，包括學(xué)生客觀題的正確率以及主觀題的完成率等.將兩者結(jié)論進(jìn)行比較，分析教學(xué)過程中出現(xiàn)的各類問題，經(jīng)過思考和討論，歸納、整理、完善教學(xué)設(shè)計和教學(xué)方法.針對微課等教學(xué)資源平臺要分析發(fā)現(xiàn)其中的問題，并進(jìn)行修正和補充，將課堂中發(fā)現(xiàn)的問題，延展出的知識精簡，用微課的方式發(fā)送給學(xué)生進(jìn)行復(fù)習(xí)，學(xué)生能通過聽、說和寫三個過程，做到鞏固和深入理解.并且還可以豐富平臺資源.有利于促進(jìn)學(xué)生對知識點的理解和深化掌握.教師對課程要做到反思，主要包括學(xué)生是否已經(jīng)完成本章節(jié)的學(xué)習(xí)任務(wù)，是否掌握了課程的重點難點，是否進(jìn)行了合作能力、溝通能力等綜合能力的訓(xùn)練，課前課后微課視頻的制作是否還有提高的地方，如何可以精簡微課視頻，提高課前自主學(xué)習(xí)的效率，課堂上的課程設(shè)定是否對提升學(xué)生學(xué)習(xí)效率和效果有幫助等方面進(jìn)行反思.學(xué)生也要對任務(wù)完成過程中學(xué)習(xí)到的知識進(jìn)行總結(jié)、歸納、反思和評價，對于還未完全或沒有掌握的知識要通過在線平臺與同學(xué)和教師進(jìn)行互動，進(jìn)一步鞏固課堂知識，提升自己的能力和綜合素質(zhì).

4 基于微課的“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式實驗設(shè)計以及效果分析

4.1 實驗設(shè)計

本次實驗采用統(tǒng)計分析法和問卷調(diào)查法的方式收集數(shù)據(jù)，統(tǒng)計學(xué)分析法主要通過對學(xué)生實驗后在該課程成績進(jìn)行分析，驗證該模式是否對學(xué)生成績產(chǎn)生影響.問卷調(diào)查主要是在進(jìn)行教學(xué)實驗后，對學(xué)生發(fā)放問卷，采集相關(guān)數(shù)據(jù)，包括對自己學(xué)習(xí)積極性是否有影響以及對學(xué)習(xí)態(tài)度是否發(fā)生改變等.

研究對象選取H職校高一年級a班（46人）為對照組與b班（44人）為試驗組，對照組采用常規(guī)教學(xué)模式，實驗班采用基于微課的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，兩個班級學(xué)生均為男生，平均年齡為（15±0.5）歲，均通過普通中學(xué)考試進(jìn)入該校，入學(xué)分班屬于隨機(jī)分班，入學(xué)成績、智力、學(xué)習(xí)能力以及求學(xué)背景差異不明顯，且都具備基本的信息網(wǎng)絡(luò)素質(zhì)，相應(yīng)的移動網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，包括智能手機(jī)或筆記本電腦等.

本次教學(xué)實驗將原本的課堂面授進(jìn)行調(diào)整，分成兩個部分，包括課堂面授和自主學(xué)習(xí)，即線上學(xué)習(xí)和線下學(xué)習(xí)，總時間為一個月（4周）.

4.2 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析

采用SPSS26.0軟件對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，檢驗水準(zhǔn)P≤0.05表示差異顯著[9].

如表1所示，兩組學(xué)生均為高一新生，授課前無工業(yè)機(jī)器人相關(guān)基礎(chǔ)知識，教師評閱試卷標(biāo)準(zhǔn)相同，評卷教師相同，考試結(jié)果表明：試驗組學(xué)生成績平均分為78.68.對照組學(xué)生考試成績平均分為69.41，兩組學(xué)生課后考核成績具有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05），對試驗組和對照組的結(jié)果分析表明，試驗組高分段人數(shù)占總?cè)藬?shù)的比例高于對照組（P<0.05），試驗組低于60分學(xué)生的人數(shù)比例顯著低于對照組學(xué)生（P<0.05）.

表1 試驗組對照組授課后考核成績 分

4.3 調(diào)查問卷

基于微課的“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式在中職學(xué)校工業(yè)機(jī)器人專業(yè)的應(yīng)用是否有效果的問題，通過課程結(jié)束后問卷調(diào)查的方式進(jìn)行驗證.對a班和b班共90名學(xué)生進(jìn)行不記名的問卷調(diào)查，共發(fā)放90份問卷，回收問卷90份，有效率100%（見表2）.由表2可知，絕大部分同學(xué)認(rèn)為基于微課的“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式能夠提高他們的學(xué)習(xí)的積極性，轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)的態(tài)度，新型教學(xué)模式下，不僅能夠促進(jìn)學(xué)習(xí)的能力和自信心，還可以提高團(tuán)隊協(xié)作的能力，同學(xué)們也認(rèn)為該模式可以活躍課堂的氣氛，增強大家的課堂表達(dá)能力.有少數(shù)同學(xué)認(rèn)為在該教學(xué)模式下不能完成全部的學(xué)習(xí)任務(wù).總體上，該模式受到學(xué)生們的認(rèn)可度較高，課堂的學(xué)習(xí)效率有明顯提升.

表2 調(diào)差問卷結(jié)果 %

5 結(jié)語

綜上所述，在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，教師一般是單方向傳授，學(xué)生處于被動位置，效果甚微，特別是對于工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)這類課程效果不佳，該課程的特點是知識點密集、基礎(chǔ)知識較多、概念抽象枯燥等[10],而且課程后期需要學(xué)生接觸實操內(nèi)容，教師如果只注重知識的灌輸，學(xué)生很難提高學(xué)習(xí)的主動性和積極性，導(dǎo)致課堂教學(xué)效果欠佳.基于微課的“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式下，教師擺脫了只充當(dāng)傳授知識的角色，學(xué)生也不僅僅只是知識的被動接受者，而是通過課前自主學(xué)習(xí)，完成相應(yīng)的任務(wù)，并在課堂上接受教師的引導(dǎo)和組織進(jìn)行內(nèi)化學(xué)習(xí)，這就是以學(xué)生為主體，教師為組織者的教學(xué)模式.

試驗分析證明，在基于微課的“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式下，總體分?jǐn)?shù)分布中，高分比例增加，低分比例減少，學(xué)生總體平均成績較之傳統(tǒng)教學(xué)模式下有明顯提高；調(diào)差問卷結(jié)果表明：基于微課的“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式下，對于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性有一定幫助，對于學(xué)生對學(xué)習(xí)的態(tài)度也有一定正面影響，有利于學(xué)生提高自信心、學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊協(xié)作和溝通能力等，有助于學(xué)生在面對問題時通過不同的視角看待問題，在今后的學(xué)習(xí)工作中用更加積極的態(tài)度去應(yīng)對.