《燃燒技術與分析》引入“翻轉課堂”教學模式的探索

田澤民　何小民顏　應文者

摘 要：“翻轉課堂”教學理念已在國外有較成熟的應用，近年來我國也開始相關研究。本文將“翻轉課堂”教學理念應用于本專業的理論實踐相結合的專業課——《燃燒技術與分析》中。提出了相應的翻轉教學設計原則，以及教師在教學過程中應扮演的角色特點。為該課程制定了詳細的翻轉課堂教學方略并付諸實施，取得了較好的效果。研究發現，將翻轉課堂與傳統授課模式相結合的混合式授課方式能取得更好的教學效果。

關鍵詞：翻轉課堂 理論實踐課 應用策略 教學原則

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）03（c）-0199-03

1 緒論

《燃燒技術與分析》是南京航空航天大學能源與動力學院開設的一門針對航空發動機相關專業的本科大四課程。該課程與專業基礎課《燃燒學》和行業專業課《航空發動機燃燒室》授課內容不同。《燃燒學》主要涉及基礎的燃燒物理學和燃燒化學理論，強調數理背景和基本專業素養的培養。《航空發動機燃燒室》從航空發動機燃燒室的發展歷程開始，偏重介紹燃燒室的構型設計以及相關性能評估等。而《燃燒技術與分析》則強調的是燃燒學與航空發動機燃燒室之間的相互關聯，集中討論航空發動機燃燒室設計中的相關問題，并介紹近年來航空發動機燃燒中的新知識和新技術，如民機低污染燃燒技術、燃燒數值仿真技術、一體化加力燃燒室等。它是一門典型的理論與實踐相結合的綜合性專業課。

翻轉課堂最先是由美國提出的[1-2]，是指學生在課前利用各種資料，主要是教學短視頻，來完成知識的學習，這樣學生可以按照自己的計劃和進度來學習新知識，而教師不再利用課堂時間來細致傳授。在課堂上，老師主要的工作變成了答疑解惑、知識運用、理解加深和鞏固提高，也會將一部分作業和習題搬到課堂上。課堂變成了老師學生之間和學生與學生之間互動的場所。而課堂和老師的角色則發生了變化，老師更多的責任是去理解學生的問題和引導學生去運用知識。翻轉課堂的本質就是要求將學習的主動權交給學生，將老師的角色由帶領者徹底轉換為輔導者。這種教學模式特別適合于實踐理論性較強的專業課程。

翻轉課堂的廣泛應用也離不開互聯網在教育領域的普及和應用。在翻轉課堂最初出現在美國的時候，雖然很多教師認可這種教學方式，也愿意參與這樣的教學試驗，但是并非所有老師能夠制作滿足要求的教學視頻。而“可汗學院”借助互聯網的傳播，向大眾免費提供了優質的教學視頻，為克服“翻轉課堂”的實施障礙提供了重要的途徑。隨后，在2011年，慕課（MOOCs）的興起更加豐富了翻轉課堂的實施形式 [3]。在視頻授課中，穿插提問、隨堂測驗并開展專題討論，同時鼓勵學生利用社交工具互相研習討論，大大增強了課程實施過程中的交流、互動與反饋。與此同時，MOOCs還積極鼓勵、倡導學習者在參與慕課的過程中（尤其是在完成作業或專題討論的過程中），形成各種“在線學習社區”——學習者根據不同的主題和個人的興趣愛好，在不同的社交網站上構建起互助、協作、交流的亞群體，并隨著亞群體人員的聚集、學習社區的不斷擴大，又進一步衍生出與本課程相關的網站和資源庫。通過以上兩種方式——加強“互動與反饋”和倡導“在線學習社區”，就使學習者能在參與慕課的過程中產生一種“沉浸感”和“全程參與感”。

翻轉課堂作為一種新興的教學模式，也受到了國內的廣泛關注。相關研究顯示，自2013年我國對于翻轉課堂的相關研究數量出現了急速增長，迅速成為我國教育技術領域的研究熱點[4-7]。近兩年許多高校逐漸在本科教學實踐中加以推廣和應用，并且取得了一定的成效，但總體來看，教學實踐效果參差不齊。翻轉課堂的根本不在于課堂教學運用了怎樣的新興技術，而在于教學模式的設計與創新。基于翻轉課堂的教學模式設計，目前研究還處在初步階段。本次教學實踐中，在專業理論實踐課程《燃燒技術與分析》中應用翻轉課堂教學模式，探索其應用方法并總結經驗。

2 翻轉課堂教學原則

2.1 課堂教學活動設計原則

根據教學活動的兩個關鍵“內化知識”與“拓展能力”，確定“翻轉課堂”教學活動遵循四個步驟：

（1）檢驗。通過安排一些與課前自主學習任務難度相當的小問題、隨堂練習題等環節，讓學生體驗到再學習的成就感。

（2）作業。根據“最近發展區”理論，設置有難度梯度的練習作業，幫助學生深化知識學習，發揮其潛能，并幫助學生掌握相關的知識。

（3）協作。解決“檢驗”和“作業”中遇到的各種困惑。讓學生在“協作”中得到同伴的幫助，借助他人的意見與建議解決問題；其次，教師在整個活動中糾正、引導，不斷挖掘培養學生的自主學習能力

（4）展示。上述環節中到底“學到什么”、“解決什么”、“遺漏什么”等，在“展示”階段中通過小組匯報的形式加以呈現，這一過程不是簡單答題、研究成果的羅列，而是“展示、質疑、闡釋”一體化的過程。

2.2 教師教學原則

傳統教學過程中，教師的工作主要是教書，需要在課前課后做示范、講知識等。但“翻轉課堂”模式下，教師需要做的遠不止教書，講授知識、示范教學是基本的教學任務，更重要的是促進學生學習。因此，教師可從以下幾個角度加以轉變與創新。

第一，輔助學習技巧，幫助開展教學。在“翻轉課堂”教學模式下，最重要的環節在于如何組織活動，促進學生參與學習。“如何組織活動”很大程度上決定了課堂能否翻轉成功。主要的方法有：（1）問題討論，開展活動。比如《燃燒技術與分析》課程中有關低污染燃燒技術中渦扇發動機涵道比概念，涵道比越大，燃油消耗率越低，則可以引導同學們考慮，涵道比如果繼續增大，極限是多少？最后是什么發動機？另外涵道比增大，會導致什么問題？最終引出GTF發動機概念。（2）重視傾聽，給予回應。針對學生的回答，不論他的答案是否正確，都應給與鼓勵。同時也要細致地深入分析，幫助學生全面把握相關概念。（3）設置與教學內容相符的研究主題。比如《燃燒技術與分析》課程中主燃燒室和加力燃燒室都需要產生回流區來穩定火焰，課堂上老師可以提出問題：主燃燒室的旋流器和加力燃燒室的V型穩定器能否互換來穩定火焰？讓學生發散思考，從而把主燃燒室和加力燃燒室的內容聯系起來進行學習。（4）細致觀察，適當干預。如在《燃燒技術與分析》課程中針對上述討論，看到活躍學生要予以鼓勵，對低頭不語學生，老師要積極引導參與課堂討論中來。

第二，教師在“翻轉課堂”中找到多講與少講的平衡點。如果在課堂上講授太多，則又回到了傳統的授課模式，學生的課前視頻學習也就流于形式，收效不大。如果課堂上一味強調自由討論，又因為學生畢竟對于新知識不夠熟練，難以把握其中的關鍵問題和基礎概念而無法開展深入交流，導致不能牢固掌握知識。

3 翻轉課堂教學實踐過程

3.1 設計“學習任務單”

學習任務單，即教師設計的幫助學生在課前明確自主學習的內容、目標和方法，并提供相應的學習資源，以表單呈現方式的學習路徑文件包。

學習任務單的設計，應包含學習指南、學習任務、問題設計、建構性學習資源、學習測試、學習檔案和學習反思等內容。其中學習指南指的是《燃燒技術與分析》這門課程的學習主題（即燃燒的基本理論，包括化學反應動力學、層流與湍流燃燒、燃油霧化等；主要燃燒設備，包括主燃燒室、加力燃燒室、脈沖爆震發動機等；燃燒數值分析，包括湍流數學模型、數值計算方法等）、達成目標（主要包括燃燒基本理論的掌握、燃燒主要設備的基本結構和工作原理了解、具備采用數值計算模擬實際燃燒過程的基本能力等）、學習方法建議（理論學習方法、工程問題分析方法、數值模擬上機練習等）、課堂學習形式公布（提前告訴學生哪些課時是課堂討論、哪些課時是實物展示等）等。其中，問題設計是“學習任務單”設計的核心，是把傳統知識點灌輸轉化為任務驅動、問題導向的自主學習的關鍵，也是實現“翻轉課堂”的根本所在，因此要把《燃燒技術與分析》課程中的教學難點、重點或其他知識點轉化為問題提出來，使學生在解決問題的同時把握教學重難點或其它知識點，從而培養學生解決問題和舉一反三的能力。

3.2 創建教學資源庫

在對目前國內外網上教學資源進行收集與分析的基礎上，根據《燃燒技術與分析》課程教學內容，建立相應的教學資源庫，主要包括短小精悍的教學視頻，每一個視頻都針對一個特定的問題，有較強的針對性，通過設置合適的問題情境，激起學生學習興趣；視頻的長度控制在在學生注意力能比較集中的時間范圍內，符合學生身心發展特征；另外針對目前手機與微信的普及，制作一定的適用手機微信播放的微視頻，使學生隨時隨地都能進行相應的學習。

3.3 學生課前自主學習

學生課前自主學習效果的好壞直接影響后續翻轉課堂上教學環節效果的優劣。學生根據自身學習特點、學習需求以及學習方式，課前在寢室或家里，利用網上教學資源庫和電腦或手機進行自主學習，學習時間自由，學習方式也自由，從而實現學生的“差異化教學”。在學習過程中遇到的疑問或難題，通過利用網上交流平臺進行互動。

3.4 學生課上探究學習

由于學生已經把相應的教學內容在課前進行了學習與交流，因此課堂變成了老師與學生之間和學生與學生之間互動的場所，主要包括答疑解惑、知識的運用（運用燃燒理論知識來解決實際工程問題）、利用實際燃燒室實物進行實物展示等。教師利用網上交流平臺，能夠提前了解學生的學習困難，在課堂上給予有效的輔導，同時同學之間的相互交流更有助于促進學生對該知識的吸收內化過程，最終形成以學生為主的探究式學習。

3.5 學習效果評價

對《燃燒技術與分析》評價體系，主要實施以學生能力考核為主，主要包括以下幾個方面：

（1）課前評價體系：包括學生在網上交流平臺提出的問題情況、課前自測習題的回答情況以及學生與學生之間以及學生與老師之間的互動情況，從而掌握學生對教學內容的理解水平；

（2）課堂上的評價體系：課堂上，主要考核學生的主觀學習態度、學生與學生之間的交流與協作能力、學生對實際工程問題的理解水平等；

（3）課后評價體系：主要包括作業的提交情況、實踐作品的質量好壞以及最終的考試成績共三部分進行評價。

利用上述三個階段的評價體系，并根據一定的比例，最終獲得學生的最終成績。

4 教學反思

（1）在翻轉教學實施初期，學生普遍表現出對這一新的學習方式的好奇和興趣，學習興致較高，愿意積極配合。但是隨著課程的進行，一部分學生表現出懈怠消極的情緒。究其原因，主要是本課程仍設計較多的理論知識，自主學習難度較大，需要學生花費大量精力。但總的來說，相比以往傳統授課方式，采用翻轉教學模式調動了學生的積極性。

（2）翻轉教學對教師的要求更高。教師不僅要認真備課，還需要針對每個重要知識點尋找或錄制教學視頻，大大增加了工作量，也要求老師對所授課程有非常深入的認識。才能在課堂中穿針引線，做好學生的引導者。

（3）翻轉課題教學模式不能把傳統授課的所有內容均進行翻轉，只能對特定的部分內容進行翻轉。

（4）總體來講，翻轉課堂是有限的教學手段。不過，現階段看來，更合適的方案是將翻轉課堂融入到傳統課堂教學中。共同作用，發揮兩者的優勢。

參考文獻

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