本科實驗課程翻轉課堂教學設計與實踐

劉 艷， 江 冰， 朱昌平， 朱金秀

(河海大學 物聯網工程學院，江蘇 常州 213022)

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本科實驗課程翻轉課堂教學設計與實踐

劉 艷， 江 冰， 朱昌平， 朱金秀

(河海大學 物聯網工程學院，江蘇 常州 213022)

本科實驗教學中采取翻轉課堂教學法，能提高學生的參與度，實現個性化教學。課程整體教學設計建立在ARCS動機模型上，以興趣為驅動，保持學生積極性；課前任務利用問題為導向，引導學生自主學習；課堂活動分別在學生個性化學習、分組交流基礎上及時反饋，提高學生的滿足感；課后評價側重學生學習努力程度而非正確性，幫助學生樹立正確的學習觀。在通信工程專業“卓越工程師”試點班級的數字電子技術實驗課程的實踐發現，學生對知識的理解和掌握較傳統教學有了大幅提高，翻轉課堂教學法更能培養學生的自主學習能力和實踐創新能力。

翻轉課堂； ARCS動機模型； 自主學習能力

0 引 言

“翻轉課堂”把傳統的課堂教學內容移植課外，讓學生把省下來的時間進行個性化的學習，教師不再進行傳統的講授，轉而將重心轉移到對學生的個性輔導中來。對高校的本科生而言，自主學習能力在整個大學學習過程中至關重要，它是學生保持創新能力的基本條件。借助“翻轉課堂”教學模式，學生可以自己控制學習節奏和進度，更多的與同伴進行協作；教師可以丟棄重復的講解，將更多時間和精力放在指導學生實踐上，及時了解學生的學習需求，解決學生的問題。

自美國塞達維爾大學的Baker[1]提出“翻轉課堂”(classroom flip)這一概念并使用以來，諸多學者開展此模式在各階段的教育研究[2-3]。何朝陽[4]分析美國邁阿密大學、中田納西州立大學等進行翻轉課堂教學的過程，葉青[5]對比高校傳統教學與翻轉課堂，均得出翻轉課堂在諸多方面比傳統課堂更有優勢的結論。汪曉東[6]、王素敏等[7]將“翻轉課堂”以應用到英語課程教學中，較傳統教學提升了英語學習者的應用能力。宋金璠[8]、黃琰等[9]分別在大學物理實驗、“現代教育技術”實驗教學中嘗試了翻轉教學。

結合本校的“本科實踐教學建設年”工作，開展了“翻轉課堂”立項實踐工作[10]，以打破傳統“以教師為中心、以教材為中心、以教室為中心”的教學模式，加快從“以教為中心向以學為中心”“知識傳授為主向能力培養為主”“課堂學習為主向多種學習方式”轉變，著力培養學生的學習主動性、能動性、獨立性，提高學生的創新素質與創造潛能。

1 本科實踐教學改革內涵

1.1 本科實踐教學目標

《中華人民共和國高等教育法》明確規定：“高等教育的任務是培養具有創新精神和實踐能力的高級專門人才，發展科學技術文化，促進社會主義現代化建設。” 根據教育部《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020年)》、《全面提高高等教育質量的若干意見》(教高〔2012〕4號)，探索信息化環境下如何開展課堂教學方式改革，配合本校“卓越工程師教育培養計劃”，培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才。實踐教學作為本科生培養過程中的重要組成部分，以能力為導向[11]，結合相關理論課程，以實踐項目為載體，分別在基礎性、應用性、創新性實踐教學中培養學生[12]對知識的理解能力、理論聯系實際的動手能力、發現問題并解決問題的創新能力。

1.2 本科實驗課程教學共性問題分析

實驗課程是實踐課程教學的重要組成部分，傳統的實踐課程教學在不斷的發展過程中，逐漸形成了固有的教學模式。實驗課程教學一直是理論教學的輔助手段，教師與學生的重視程度普遍不高，因此，大部分本科實驗課程教學中，學生存在以下問題：學生認為實驗教學只是形式，對實驗項目的具體內容興趣不高；學生在參加學習前，沒有深入思考實驗課程的內容及相關知識點，將理論知識進行應用時遇到困難；智能信息終端如手機、平板的普及造就了許多“低頭族”，學生喜歡找已知答案而不是自己去解答；在實驗教學中學生避難就易，分析問題、解決問題的能力得不到鍛煉。

為提高學生的實踐創新能力，各高校教師在完善整個實踐教學體系中做了諸多工作[12-15]，歸納為加大創新性實踐環節比重、以學科競賽為契機培養學生、采取導師指導制、以科研團隊形式實現對少數學生的精英教學等方式。但在實驗課程教學中，面向整班學生的能力培養與提高模式尚在探索中。

1.3 翻轉課堂模式下的本科實驗教學

根據蘇珊·A·安布羅斯的《聰明教學7原理》，教學首先要了解學生已掌握知識；將已有知識進行分組和歸類，強調知識之間的關系；激勵學生的學習動機；使學習過程成為達成精熟的過程；利用有效設計練習和反饋；創建富有成效的課堂氣氛；幫助學生成為自主學習者。翻轉課堂模式下的本科實驗教學為實現對學生能力的培養，具有以下特點：

(1)增加并強調課前預習，明確課程學習目標，以教學視頻、范例、問答等激勵學生的學習動機；

(2)課堂教學中，教師角色由主導轉為引導，幫助學生自主學習，并有效組織學生討論并及時反饋；

(3)學生評價多樣化，不強調結果，突出過程的重要性。

對比翻轉課堂模式與傳統的實驗課程教學，兩者在課前、課中、學生評價方面有較大的區別，見表1。

表1 傳統實驗教學與翻轉實驗教學比較

2 本科實驗課程翻轉教學設計

實驗課程教學要求學生對學習內容保持興趣，根據美國佛羅里達大學的約翰.M.凱勒1983年提出的ARCS動機模型，即如何通過教學設計來調動學生的學習動機問題，翻轉教學設計分為課前任務設計、課堂教學活動設計、學生評價設計三部分內容。ARCS動機模型中，A(Attention)注意是個體進行學習的先決條件；R(Relevance)關聯讓學生發現已有知識與自身的知識背景、個人需求和生活經驗之間的關系，讓學生發現新知識可以用來解決生活中的實際問題；C(Confidence)信心需要在學習的不同階段，根據學生的需要，持續的給予支持和維護并讓學生對成功擁有更高的期望，相信自己能獲得成功；S(Satisfaction)滿足作為內部動機，讓學生感到所學知識有用，自己做的還不錯，而且評價很公平。

2.1 課前任務設計

課前任務根據教學目標設計，目標的深淺、層次和結構關系到學習效果，因此，設計課前任務前首先要確定課堂教學目標。設計任務前，必須要充分了解學生的興趣點和學習能力，根據理論教學內容及學生的學習情況，分析學習的目的，“想讓學生學會什么”；實踐活動的方法與資源有哪些，“怎樣教他們學會”；最終應怎樣進行評價，“怎樣知道他們學會了”。

根據布魯姆教學目標分類法[16]，教學目標在認知維度上分為認知、理解、應用、分析、評價、創造六個層次，在事實性、概念性、程序性、元認知性等知識維度上具有不同的行為目標、內涵和表述方式。課前任務設計要明確本項目中的教學目標具有那些層次，并將其轉化為達成目標，讓學生明確自主學習的內容難度、區分基礎知識和拓展性知識；將教學重點、難點和其他知識轉化為問題，設計出以解決問題為導向的任務路徑，激發學生自主學習的積極性。

課前任務應設計高效的自主學習環節。自主學習就是對自己學習負責，需要學生確立目標、進行自我監控和自我評價。建構主義學習理論認為教師是意義建構的幫助者和促進者，而不是知識的傳授者和灌輸者；學生是信息加工的主體主題，是意義的主動建構者，而不是外部刺激的被動接收者和被灌輸的對象。它倡導的自主學習和合作學習正是翻轉課堂教學所提倡并執行的。課前學習資料的表現形式多種多樣，如生動有趣的視頻，交互式教學[17]，不斷提問將被動學習變為主動學習，針對不同認知過程的專項練習加深學生在不同知識維度上的掌握程度等。

教師的課前任務設計內容在充分考慮以上問題的前提下，涵蓋項目名稱、知識點、學生情況分析、教學目標、課前學習資料、學習任務單、課上銜接準備等內容。

2.2 課堂教學活動設計

翻轉課堂顛覆了傳統課堂，要做好翻轉課堂，課堂學習活動需要達到有意義的學習效果，而不單是傳統課堂的補充；課堂組織高度結構化，整個課堂活動的說明詳細，促進學生認真參與；將學生對知識的掌握放在次要位置，更注重學生解決問題的能力；同時在課堂上提供思考和反思的機會。根據金陵的“課堂教學創新四步法”[18]，實驗課程的翻轉課堂教學活動流程及教師與學生的角色如圖1所示。

圖1 課堂教學活動流程

首先，課堂教學活動要檢測學生的自主學習成效，實驗教學的呈現方式為學生個人動手實驗。這部分內容的難度不能超過自主學習任務單難度，以完成該部分內容后學生有成就感和信心為宜。

第二步是進階階段，這部分內容具有梯度性，充分考慮學生的個體差異，在階梯化任務引導下激發學生潛能。

第三步為協作探究階段，一般以小組形式進行。針對個體實驗中的疑難問題，學生之間相互討論、學習，教師作為旁觀者觀察并記錄，僅當小組遇到瓶頸時給予疏導。

最后一步非常重要，它是對知識點的質疑和闡釋，常采用小組代表做總結的形式。此時教師要及時反饋，以贊揚為主，維持學生的信心。

課堂活動設計應注重細節，時間控制精確到分鐘，教師講話時間越少越好。

2.3 學生評價設計

傳統的學生評價設計主要包括預習、實驗結果和報告三部分，翻轉課堂教學的評價保留了傳統課堂上的評價部分并加以細化，同時課上更關注高階學習能力的培養，教師不斷評價學生的學習。

課堂研習活動的評價分為形成性評價和總結性評價。形成性評價為非正式評價，不計成績，通常體現在課堂研習過程中，針對當前活動進行隨時檢查，維持學生的信息與滿足感；總結性評價為正式評價，計成績，通常在一個單元或課程結束時進行，包括個人和小組兩方面的總結性評價。

對報告等主觀題目的評價，可以開展學生互評。學生互評能確保學習過程以學生為主體，充分發揮學生的主觀能動性。互評時，站在同一高度看問題，易被學生們所接受；學生評價他人的過程，同時也是自己加深對知識和問題的認識過程，促使學生思考，從而提高比較和分析能力；互評有利于調動學生的學習積極性，使學生成為學習的主人。互評的前提是教師的正確引導，教會學生正確評價的方法，譬如給出評價指標。

3 本科實驗課程翻轉教學實踐

以本校2013級通信工程專業(教育部“卓越工程師”試點專業)，118名學生的《數字電子技術實驗》課程為背景，借助學校的課程在線網絡平臺http://ktzx.hhu.edu.cn，開展了實驗課程翻轉課堂教學的實踐。翻轉課堂教學的具體實施方案在傳統模式的預習、實驗、報告基礎上改進為課前任務、課堂研習、課后作業、課程評價四個部分。

3.1 課前任務

課前任務設計緊扣教學目標，以問題為導向呈現，包括學習目標、實驗內容、原理及要求、預習任務等，表現方式為文檔、課件、視頻。精干短小的視頻部分穿插少量習題，實現交互式教學。預習任務除完成相關題目外，要求學生利用軟件對項目的電路設計方案進行仿真，并完成預習報告。為掌握學生的學生情況，除利用平臺統計學生完成各課前任務情況外，教師批閱課堂研習兩天前提交的預習報告，以根據學生的預習情況及時調整課堂研習的側重點和方案。

3.2 課堂研習

課堂研習分為個人實驗、小組討論、總結提高三個階段。整個過程強調“同伴教學法”[19]，教師作為引導者“退居二線”。

個人實驗主要讓學生把課前預習的理論與實驗結合起來，這部分允許學生自由交流討論，也可以向教師提問，但教師盡量做少發言的旁觀者，引導學生思考、解決自己遇到的各類問題。根據課前分好的4或5人學習小組，針對本次實驗的相關問題和教師引導的擴展性、開放性問題開展小組討論。每位同學扮演小組的不同角色，包括發言人1名(負責總結此次實驗)、記錄員1名(負責記錄此次實驗的討論、提問、總結情況)、操作員1或2名(負責本次實驗的再次操作)、提問專員1名。

總結提高階段，教師根據對學生個人實驗的觀察和小組討論的聆聽，組織各小組有序總結，同時引導其它小組對正在總結的小組提問。

3.3 課后作業

翻轉課堂教學的課后作業應盡量少。實驗教學的課后作業一般以報告的形式體現，每個項目一份報告，學生針對每一個實驗項目涉及的知識點進行深加工。本課程的實驗報告要求學生避免實驗原理的表述，側重方案的設計、實驗過程和解決問題的記錄。學生在每次實驗結束和下次實驗期間，完成并在線提交實驗報告，教師批改后作為課程評價的一部分。

3.4 課程評價

每門課程最后都以成績作為結束。在實驗教學中，努力程度比正確率更重要，因此，題目的正確與否、報告是否精美不是衡量學生成績的唯一標準。在翻轉模式教學下的數字電子技術實驗課程評價分為課前學習、課堂研習、課后作業、期末考試四個部分，見圖2。

圖2 課程評價結構

課前學習評價檢查學生課前自主學習情況，包括觀看課件或視頻、完成思考題情況、提交預習報告。

課堂研習評價檢查學生的現場完成情況、解決問題、團隊合作的能力，分為個人和小組兩種方式。個人表現著重評價學生個人在課堂上半部分的實驗過程中積極思考、解決問題的能力；小組表現評價小組討論內容及態度、提問和總結的程度。

課后作業評價即實驗報告評價，檢查學生個人總結課程內容情況，是否進一步思考問題本質。

實驗課程設置了期末考試，考察學生對知識的掌握情況、臨場解決問題能力。包括操作考試和基礎知識測試兩部分。操作考試要求學生在規定的時間(1 h)內，每個人隨機抽取實驗題目獨立完成現場操作；基礎知識測試要求學生圍繞課程中的基礎知識及實驗過程中的一些問題進行作答，題型中有50%為開放題。

4 教學實踐對比分析

“數字電子技術實驗”課程采取的翻轉課堂模式，經過一學期的應用研究，對照了同一年級的其他兩個班級的教學情況，采取發放問卷、訪談、在線平臺數據統計等方式，就學生在課前與課后對知識點的理解程度、實踐的興趣與積極性、參與討論和交流程度，課前預習和仿真對學生發揮的作用進行了對比分析。三個參與對比分析的班級，教學方式分別采用傳統教學、偽翻轉課堂、翻轉課堂模式，其中的偽翻轉課堂為不開展小組討論的翻轉教學。向三個班各發放問卷30份，總數為90份，分別回收有效問卷29、25、30份，統計數據見表2。

表2 三種教學模式對比試驗 %

由表2的數據可以看出，采取信息化手段并要求學生通過在線學習和仿真預習的措施大大提高了學生對實踐內容相關知識點的了解程度；翻轉課堂模式較另兩種模式更能提高學生的動手實踐的興趣與積極性；加入了教師引導的分組討論的課堂研習，使得學生更主動的參與討論和交流，深入思考實驗內容，加深學生對知識點的理解程度。

5 結 語

借助信息化手段的翻轉課堂教學模式，教師能更方便地掌握學生的學習情況，及時解答疑難、調整課上教學內容的深度和難度，實現以學生為本的層次化教學。采取ARCS動機模型設計的翻轉課堂教學設計，嚴格按照課前、課中、課后三個階段，在學生評價時側重學生分析、解決問題的能力，能最大限度地調動學生的興趣和積極性，培養學生自主學習能力。

在實驗教學中實施翻轉課堂模式，打破了課程原有的教學模式，使“你教我學”變成“我想學，你來教”，提高學生參與度，增強學生之間的合作，普遍提高學生的實踐創新能力。

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Design and Practice Research of Flipped Classroom in Bachelor Experimental Curriculum

LIUYan,JIANGBing,ZHUChang-ping,ZHUJin-xiu

(College of Internet of Things Engineering, Hohai University, Changzhou 213022, China)

Flipped classroom in bachelor experimental curriculum is more effective to promote degree of participation and individualization education than traditional education. The total teaching design is based on ARCS motivation model. It can hold enthusiasm of students. Before-class tasks guide them to self-study by problem-based direction. Classroom teaching bases on individual learning and panel discussion. It pays more attention on feedback immediately to primitive students’ satisfaction. After-class assessment focuses on effort level, is not accuracy. That can help students to establish correct learning view. The flipped classroom practice research bases on the digital circuit experiments in communication engineering which is the MOE Outstanding Engineers experimental program. This education method can grow significantly students’ knowledge comprehension ability and mastery. Flipped classroom teaching method can foster students’ self-study ability and innovative ability in practice.

flipped classroom; ARCS motivation model; self-study ability

2015-05-11

2014年度江蘇省研究生教育教學改革研究與實踐課題(2014JGLX14-29號)；江蘇高校品牌專業建設工程一期項目(PPZY2015B141)；河海大學高等教育科學研究2015年度立項課題(20151212)；河海大學第一期“翻轉課堂”立項實踐項目(河海教務〔2014〕56號)

劉 艷(1984-)，女，重慶江津人，碩士，實驗師，研究方向為電子技術、信息獲取與處理。

Tel.：13646117429；E-mail：liuyan_s@163.com

G 642.421

A

1006-7167(2016)04-0201-04