對(duì)分課堂+翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)改革探究

伍秀玭，李曉歐，司博宇，涂華婷，伍 雯

（1.上海健康醫(yī)學(xué)院醫(yī)療器械學(xué)院，上海 201318；2.重慶大學(xué)藥學(xué)院，重慶 401331）

對(duì)分課堂是復(fù)旦大學(xué)張學(xué)新教授提出的一種新的教學(xué)模式[1]，該教學(xué)方法包括講授、獨(dú)立學(xué)習(xí)、獨(dú)立做作業(yè)、小組討論和全班交流5個(gè)環(huán)節(jié)。雖然這5個(gè)環(huán)節(jié)是日常教學(xué)中常規(guī)的教學(xué)手段，但不同的結(jié)構(gòu)安排就能實(shí)現(xiàn)不同的教學(xué)效果。對(duì)分課堂明確了開(kāi)展各環(huán)節(jié)的出發(fā)點(diǎn)、要求和步驟，講授環(huán)節(jié)采用精講留白的方式，在宏觀層面上告訴學(xué)生為何學(xué)、學(xué)什么和如何學(xué)，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣為目的，著重展開(kāi)知識(shí)框架和重、難點(diǎn)，并結(jié)合留白的藝術(shù)手段，使學(xué)生有時(shí)間去思考，而非傳統(tǒng)的講解。講授環(huán)節(jié)還包括布置作業(yè)，理想的作業(yè)建議圍繞梯度性、基本性和挑戰(zhàn)性等7個(gè)特點(diǎn)開(kāi)展，既要起到溫習(xí)鞏固課堂內(nèi)容的目的，又要具有挑戰(zhàn)性，讓學(xué)生在內(nèi)化階段產(chǎn)生疑惑和問(wèn)題。此外，提出“亮考幫”的理念，完成作業(yè)時(shí)總結(jié)學(xué)會(huì)了什么，有什么收獲，還有什么疑惑之處，為之后的討論環(huán)節(jié)做好鋪墊。對(duì)分課堂最初的出發(fā)點(diǎn)是延遲討論，希望學(xué)生利用較為充裕的課后時(shí)間來(lái)消化吸收上節(jié)課的內(nèi)容，也就是說(shuō)本次課堂討論上次課堂的內(nèi)容，該形式稱(chēng)為隔堂對(duì)分[2]，完整的隔堂對(duì)分流程見(jiàn)圖1。小組討論環(huán)節(jié)通常以4人為一個(gè)小組，進(jìn)行15～25分鐘的生生交流，組內(nèi)充分分享各自的“亮考幫”，互幫互助、答疑解惑，并凝練小組最終的“亮考幫”結(jié)果。然后教師隨機(jī)抽取3～4個(gè)小組學(xué)生代表發(fā)言，最后教師就學(xué)生的疑問(wèn)和遺漏的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)。由于有些課程內(nèi)容相對(duì)簡(jiǎn)單，也可以利用課堂時(shí)間讓學(xué)生完成自學(xué)過(guò)程，從而有了隔堂對(duì)分的簡(jiǎn)化版，稱(chēng)為當(dāng)堂對(duì)分[3-4]。教學(xué)環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)安排不變，只是每個(gè)環(huán)節(jié)的時(shí)間被縮短。

圖1 對(duì)分課堂教學(xué)模式示意圖

翻轉(zhuǎn)課堂始于美國(guó)，翻譯為“Flipped Classroom”或“Inverted Classroom”[5]。該教學(xué)方法真正進(jìn)入大眾視野是2007年，美國(guó)科羅拉多州的化學(xué)教師為給缺席的學(xué)生補(bǔ)課，使用視頻軟件錄制PPT并配備相應(yīng)的語(yǔ)音供學(xué)生學(xué)習(xí)，而課堂上主要進(jìn)行問(wèn)題輔導(dǎo)。伴隨互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，翻轉(zhuǎn)課堂逐漸在全球引發(fā)熱議和深入研究。翻轉(zhuǎn)課堂以“先學(xué)后教”和“學(xué)進(jìn)去教別人”的理念開(kāi)展自主式學(xué)習(xí)、探究式學(xué)習(xí)和合作式學(xué)習(xí)[6-7]。該教學(xué)方法依托網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，包括3個(gè)部分：課前導(dǎo)學(xué)、課堂活動(dòng)和課后拓展，如圖2所示。課前導(dǎo)學(xué)讓學(xué)生利用課余時(shí)間學(xué)習(xí)與下次課堂內(nèi)容相關(guān)的視頻資源、網(wǎng)絡(luò)資料、課本教參等，這些參考資料需要教師做相關(guān)的功課，尤其是錄制與下次課堂內(nèi)容相關(guān)的微視頻，然后分享到學(xué)習(xí)平臺(tái)，同時(shí)發(fā)布相關(guān)的作業(yè)和任務(wù)。學(xué)生在自學(xué)之后進(jìn)行自測(cè)，從而發(fā)現(xiàn)自身的學(xué)習(xí)漏洞，總結(jié)未解決的疑問(wèn)，待下次課堂解決。課堂活動(dòng)以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性為出發(fā)點(diǎn)，圍繞學(xué)生的疑問(wèn)，靈活采用分組討論或課堂展示等手段讓學(xué)生相互學(xué)習(xí)和幫助。該環(huán)節(jié)教師是引導(dǎo)者，引導(dǎo)學(xué)生積極參與、主動(dòng)思考。同時(shí)，還需有針對(duì)性地解答學(xué)生解決不了的難點(diǎn)問(wèn)題，升華學(xué)習(xí)內(nèi)容。最后的課后拓展環(huán)節(jié)的目的在于溫習(xí)鞏固課堂知識(shí)點(diǎn)，并做知識(shí)遷移和創(chuàng)新，從而提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。該環(huán)節(jié)教師在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)布置任務(wù)，學(xué)生利用課余時(shí)間完成。

圖2 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式示意圖

1 對(duì)分課堂+翻轉(zhuǎn)課堂的提出

對(duì)分課堂和翻轉(zhuǎn)課堂均以調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、提高教學(xué)效果為目的，利用課余時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)探索，在課堂進(jìn)行答疑解惑。不同之處是對(duì)分課堂在課堂上講授下次課堂需討論的內(nèi)容，且對(duì)課堂討論的安排較為模式化；而翻轉(zhuǎn)課堂采用微視頻等方式讓學(xué)生自學(xué)下次課堂內(nèi)容，課堂活動(dòng)未做明確規(guī)定，比較靈活，同時(shí)還需開(kāi)展課后拓展。翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方式會(huì)占用學(xué)生大量的課余時(shí)間，不僅要完成下次課程的自學(xué)和自測(cè)，還需要完成課后拓展任務(wù)。應(yīng)用型本科醫(yī)學(xué)院校的學(xué)生并不希望在課余時(shí)間被安排較多的學(xué)習(xí)任務(wù)，這意味著大部分學(xué)生無(wú)法完成翻轉(zhuǎn)課堂安排的課后任務(wù)。

為探究更適合應(yīng)用型本科醫(yī)學(xué)院校學(xué)生的教學(xué)方法，提出對(duì)分課堂+翻轉(zhuǎn)課堂的混合教學(xué)模式，以取兩者之長(zhǎng)，避兩者之短。該混合式教學(xué)方法以對(duì)分課堂的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，將翻轉(zhuǎn)課堂課前導(dǎo)學(xué)的微視頻等線上資料引入對(duì)分課堂的獨(dú)立學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)資料，提供更多的學(xué)習(xí)途徑。將翻轉(zhuǎn)課堂展示環(huán)節(jié)靈活地插入對(duì)分課堂的全班交流環(huán)節(jié)，通過(guò)學(xué)會(huì)的學(xué)生去講去教，讓全體學(xué)生從不同角度思考和學(xué)習(xí)。

2 對(duì)分課堂+翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)過(guò)程

對(duì)分課堂+翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)過(guò)程包括課堂講授、課后內(nèi)化和課堂活動(dòng)。由于課后內(nèi)化和課堂活動(dòng)是以學(xué)生為主體的自學(xué)和互學(xué)環(huán)節(jié)，此處以生物醫(yī)學(xué)超聲技術(shù)課程的球形聲場(chǎng)重建為例，詳細(xì)闡述課堂講授內(nèi)容，主要分3個(gè)部分：為何學(xué)、學(xué)習(xí)框架、學(xué)習(xí)思路和布置作業(yè)。

2.1 為何學(xué)

醫(yī)學(xué)超聲作為四大醫(yī)學(xué)影像技術(shù)之一，被廣泛應(yīng)用到肝臟、甲狀腺和乳房等疾病的檢查，輔助疾病的及時(shí)發(fā)現(xiàn)和治療。生物醫(yī)學(xué)超聲技術(shù)課程通過(guò)理論學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)結(jié)合的方式，學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)超聲發(fā)展、超聲物理基礎(chǔ)、壓電材料和換能器分類(lèi)以及換能器的聲場(chǎng)重建模型相關(guān)內(nèi)容，可以為今后的學(xué)習(xí)和工作做好鋪墊。超聲換能器的聲場(chǎng)重建內(nèi)容是本課程的重點(diǎn)內(nèi)容之一，要求理解聲場(chǎng)重建的數(shù)學(xué)模型，并利用工具去仿真分析聲場(chǎng)的空間分布。

2.2 學(xué)習(xí)框架（見(jiàn)圖3）

圖3 聲場(chǎng)計(jì)算的知識(shí)框架

如圖3（a）所示，超聲換能器聲場(chǎng)分布的計(jì)算包括兩個(gè)部分，首先計(jì)算換能器微元面積對(duì)空間上任意位置的聲場(chǎng)貢獻(xiàn)，然后通過(guò)積分運(yùn)算求取整個(gè)換能器的聲場(chǎng)分布。聲場(chǎng)計(jì)算的數(shù)學(xué)模型中，較為復(fù)雜的是如何劃分微元，如圖3（b）所示，可以按兩個(gè)步驟進(jìn)行，第一步沿平行于換能器口徑平面的方向切割，得到N個(gè)半徑不同的圓盤(pán)，第二步將每個(gè)圓盤(pán)對(duì)應(yīng)的球冠表面積區(qū)域劃分為M個(gè)微矩形即可。

2.3 學(xué)習(xí)思路

借鑒高等數(shù)學(xué)中微積分的概念，若要計(jì)算不規(guī)則曲線所包圍的面積，則將該面積區(qū)域劃分為無(wú)數(shù)個(gè)小矩形，通過(guò)疊加這些矩形面積計(jì)算出不規(guī)則曲線所包圍的面積。三維坐標(biāo)下的球形換能器示意圖如圖4所示，聲場(chǎng)模型的建立首先計(jì)算球面上某個(gè)微元面積dS對(duì)空間上任意一點(diǎn)T的貢獻(xiàn)，可以表示為[8]：。其中ρ是換能器介質(zhì)密度，c為超聲波的聲速，k指波數(shù)，u表示振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的振速，α是角度。通過(guò)球面面積的積分運(yùn)算，可以得到最終球形換能器在空間上任意一點(diǎn)的聲場(chǎng)分布為：

圖4 三維坐標(biāo)下的球形換能器示意圖

由于數(shù)值仿真是離散的，需要將第2個(gè)公式進(jìn)行離散化處理，如下式：p（r'）=CΣnH（rn）ΔSn。其中，ΔS指第n個(gè)微元的面積。n

該數(shù)學(xué)模型的思路明確后，需要攻克的難題是如何劃分球面微元和相應(yīng)的計(jì)算過(guò)程?，F(xiàn)給出球形換能器微元的示意圖（見(jiàn)圖5），經(jīng)過(guò)兩次切割之后，微元實(shí)際是由兩個(gè)半徑不同的圓環(huán)所包圍的面積中的一個(gè)微矩形。需要注意的是，微矩形的長(zhǎng)和寬均為弧長(zhǎng)。

圖5 球形換能器微元?jiǎng)澐值氖疽鈭D

2.4 布置作業(yè)

課后作業(yè)共有5個(gè)題目，針對(duì)精講中需要大家掌握的基本知識(shí)、留白問(wèn)題和重點(diǎn)問(wèn)題，請(qǐng)學(xué)生根據(jù)自己的興趣和能力有選擇性地以“亮考幫+悟”的形式完成本次課程的課后作業(yè)。除完成每個(gè)題目本身外，還要總結(jié)思考學(xué)會(huì)的知識(shí)點(diǎn)，在學(xué)習(xí)知識(shí)的同時(shí)感悟?qū)W習(xí)過(guò)程中思想精神層面的收獲，比如勇于批判、團(tuán)結(jié)互助等。

3 成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)

為了準(zhǔn)確評(píng)估對(duì)分課堂+翻轉(zhuǎn)課堂在生物醫(yī)學(xué)超聲技術(shù)中的實(shí)施成效，綜合成績(jī)加入了參與性和個(gè)人能力的考評(píng)，同時(shí)利用層次分析法建立了更加科學(xué)的評(píng)價(jià)體系。層次分析法由美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家Saaty T.L.提出，是一種可解決多目標(biāo)復(fù)雜問(wèn)題的層次權(quán)重決策分析方法，適用于具有不確定性和主觀性的事件分析，能夠定量明確指標(biāo)的相對(duì)重要性。

成績(jī)?cè)u(píng)定由兩級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)組成（見(jiàn)圖6），通過(guò)層次分析法可準(zhǔn)確計(jì)算各級(jí)指標(biāo)在成績(jī)?cè)u(píng)定中所占權(quán)重。首先計(jì)算一級(jí)指標(biāo)中的課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)和考試成績(jī)，通過(guò)兩兩的重要性比對(duì)得到如下的成對(duì)比較矩陣：通過(guò)計(jì)算該矩陣的各行平均值和歸一化平均值，可以求取該矩陣的最大特征值λmax為3.006。由于成對(duì)比較矩陣的形成具有主觀性，可能出現(xiàn)兩兩因素矛盾的情況，因此需要判斷矩陣的一致性。只有符合一致性要求的矩陣才可以被接受，從而計(jì)算出相應(yīng)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。若矩陣的隨機(jī)一致性比率CR＜0.1，則認(rèn)為符合一致性判斷指標(biāo)，其計(jì)算公式如下：，其中t為矩陣階數(shù)，而平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI通過(guò)查表可知為0.58，因此計(jì)算出該矩陣的隨機(jī)一致性比率為0.005，在可接受的一致性范圍內(nèi)，然后計(jì)算得到一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重分別為0.12、0.24和0.64。同樣的，通過(guò)兩兩的重要性比對(duì)可得到二級(jí)指標(biāo)的成對(duì)比較矩陣分別為按照上述計(jì)算過(guò)程，分別得到相應(yīng)的二級(jí)指標(biāo)的成對(duì)比較矩陣的隨機(jī)一致性比率分別為0.012、0.053、0.053，均符合一致性評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)而得到關(guān)于課堂表現(xiàn)的二級(jí)指標(biāo)權(quán)重分別為0.31、0.16和0.53，關(guān)于實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)的二級(jí)指標(biāo)權(quán)重分別為0.27、0.58和0.15，關(guān)于考試成績(jī)的二級(jí)指標(biāo)權(quán)重分別為0.15、0.58和0.27。最后，根據(jù)上述分析，可計(jì)算出各二級(jí)指標(biāo)的總權(quán)重（見(jiàn)表1）。表1顯示，期末考試占比最高，為37.12%；然后是期中考試和實(shí)操能力，分別占比17.28%和13.92%；而積極主動(dòng)性和分析問(wèn)題能力所占比例相對(duì)較少。從各指標(biāo)權(quán)重可以看出，該成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)體系一方面延續(xù)傳統(tǒng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中期末考試的重要地位，另一方面也豐富了成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確、更全面的評(píng)價(jià)。

圖6 成績(jī)?cè)u(píng)定指標(biāo)

表1 各級(jí)指標(biāo)的權(quán)重

4 對(duì)分課堂+翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)

4.1 優(yōu)勢(shì)

4.1.1 學(xué)習(xí)成績(jī)的提高 本文采用優(yōu)、良、中、及格和不及格來(lái)評(píng)價(jià)學(xué)生的綜合成績(jī)，對(duì)應(yīng)的分?jǐn)?shù)段分別為≥90分、80～89分、70～79分、60～69分和60分。實(shí)施對(duì)分課堂+翻轉(zhuǎn)課堂的混合式教學(xué)方法后，無(wú)論用傳統(tǒng)的成績(jī)?cè)u(píng)定方法還是針對(duì)該混合教學(xué)模式提出的成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)方法，本班學(xué)生的成績(jī)都明顯提高?；趯哟畏治龇ǖ某煽?jī)?cè)u(píng)定方法結(jié)果表明，優(yōu)、良的占比分別從13%和25%上升到19%和36%，而不及格占比由11%下降到2%。學(xué)習(xí)成績(jī)是教學(xué)效果十分重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)，該結(jié)果表明了對(duì)分課堂+翻轉(zhuǎn)課堂在一定程度上可以實(shí)現(xiàn)有針對(duì)性的、有深度的有效教學(xué)。

4.1.2 個(gè)人能力的提高 針對(duì)對(duì)分課堂+翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式對(duì)個(gè)人能力的培養(yǎng)問(wèn)題，對(duì)本班學(xué)生進(jìn)行了課后訪談。反饋結(jié)果表明，通過(guò)完成開(kāi)放式的、具有挑戰(zhàn)性的課后任務(wù)，可以學(xué)習(xí)不同的資料檢索方法，拓展學(xué)習(xí)途徑，同時(shí)學(xué)習(xí)到如何過(guò)濾龐大的數(shù)據(jù)，篩查與研究課題相關(guān)的內(nèi)容。同時(shí)，以“亮考幫”形式獨(dú)立完成作業(yè)，有利于幫助學(xué)生厘清學(xué)習(xí)收獲和疑惑，加深其對(duì)知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)識(shí)。另外，以分組討論的形式互幫互助，讓學(xué)生能從與其他學(xué)生的交流中再次審視自我，做到查漏補(bǔ)缺。這些過(guò)程培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立思考、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，提升了學(xué)生的個(gè)人競(jìng)爭(zhēng)力。

4.1.3 其他方面的提高 對(duì)分課堂+翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式充分利用了數(shù)字時(shí)代學(xué)生的特質(zhì)，靈活利用網(wǎng)絡(luò)資料，豐富學(xué)習(xí)內(nèi)容，有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。另外，現(xiàn)今大學(xué)生團(tuán)結(jié)合作的意識(shí)薄弱，而對(duì)分課堂+翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式有助于培養(yǎng)互幫互助的合作精神。同時(shí)，可以營(yíng)造活躍的、良好的學(xué)習(xí)氛圍，對(duì)于自控力較差的學(xué)生起到了良性作用。

4.2 劣勢(shì)

對(duì)分課堂+翻轉(zhuǎn)課堂的混合教學(xué)模式對(duì)教師的個(gè)人能力要求較高，不僅要求具備專(zhuān)業(yè)知識(shí)，還要求了解學(xué)情、收集反饋、合理規(guī)劃內(nèi)容等，需要抽出一定的時(shí)間投入實(shí)踐，以得到能力上的提升。同時(shí)，對(duì)學(xué)生的自覺(jué)性和自主學(xué)習(xí)能力要求較高，對(duì)于學(xué)習(xí)熱情不高的學(xué)生來(lái)說(shuō)，并不愿意在課后花太多時(shí)間在學(xué)習(xí)上，這可能導(dǎo)致班上兩極分化嚴(yán)重。此外，該教學(xué)方法比較適合小班教學(xué)，對(duì)于大班教學(xué)不太適用。