《燃燒技術(shù)與分析》引入“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式的探索

田澤民　何小民顏　應(yīng)文者

摘 要：“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)理念已在國(guó)外有較成熟的應(yīng)用，近年來(lái)我國(guó)也開(kāi)始相關(guān)研究。本文將“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)理念應(yīng)用于本專(zhuān)業(yè)的理論實(shí)踐相結(jié)合的專(zhuān)業(yè)課——《燃燒技術(shù)與分析》中。提出了相應(yīng)的翻轉(zhuǎn)教學(xué)設(shè)計(jì)原則，以及教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)扮演的角色特點(diǎn)。為該課程制定了詳細(xì)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方略并付諸實(shí)施，取得了較好的效果。研究發(fā)現(xiàn)，將翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)授課模式相結(jié)合的混合式授課方式能取得更好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂 理論實(shí)踐課 應(yīng)用策略 教學(xué)原則

中圖分類(lèi)號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2019）03（c）-0199-03

1 緒論

《燃燒技術(shù)與分析》是南京航空航天大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院開(kāi)設(shè)的一門(mén)針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的本科大四課程。該課程與專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課《燃燒學(xué)》和行業(yè)專(zhuān)業(yè)課《航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室》授課內(nèi)容不同。《燃燒學(xué)》主要涉及基礎(chǔ)的燃燒物理學(xué)和燃燒化學(xué)理論，強(qiáng)調(diào)數(shù)理背景和基本專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)。《航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室》從航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的發(fā)展歷程開(kāi)始，偏重介紹燃燒室的構(gòu)型設(shè)計(jì)以及相關(guān)性能評(píng)估等。而《燃燒技術(shù)與分析》則強(qiáng)調(diào)的是燃燒學(xué)與航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室之間的相互關(guān)聯(lián)，集中討論航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室設(shè)計(jì)中的相關(guān)問(wèn)題，并介紹近年來(lái)航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒中的新知識(shí)和新技術(shù)，如民機(jī)低污染燃燒技術(shù)、燃燒數(shù)值仿真技術(shù)、一體化加力燃燒室等。它是一門(mén)典型的理論與實(shí)踐相結(jié)合的綜合性專(zhuān)業(yè)課。

翻轉(zhuǎn)課堂最先是由美國(guó)提出的[1-2]，是指學(xué)生在課前利用各種資料，主要是教學(xué)短視頻，來(lái)完成知識(shí)的學(xué)習(xí)，這樣學(xué)生可以按照自己的計(jì)劃和進(jìn)度來(lái)學(xué)習(xí)新知識(shí)，而教師不再利用課堂時(shí)間來(lái)細(xì)致傳授。在課堂上，老師主要的工作變成了答疑解惑、知識(shí)運(yùn)用、理解加深和鞏固提高，也會(huì)將一部分作業(yè)和習(xí)題搬到課堂上。課堂變成了老師學(xué)生之間和學(xué)生與學(xué)生之間互動(dòng)的場(chǎng)所。而課堂和老師的角色則發(fā)生了變化，老師更多的責(zé)任是去理解學(xué)生的問(wèn)題和引導(dǎo)學(xué)生去運(yùn)用知識(shí)。翻轉(zhuǎn)課堂的本質(zhì)就是要求將學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，將老師的角色由帶領(lǐng)者徹底轉(zhuǎn)換為輔導(dǎo)者。這種教學(xué)模式特別適合于實(shí)踐理論性較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)課程。

翻轉(zhuǎn)課堂的廣泛應(yīng)用也離不開(kāi)互聯(lián)網(wǎng)在教育領(lǐng)域的普及和應(yīng)用。在翻轉(zhuǎn)課堂最初出現(xiàn)在美國(guó)的時(shí)候，雖然很多教師認(rèn)可這種教學(xué)方式，也愿意參與這樣的教學(xué)試驗(yàn)，但是并非所有老師能夠制作滿(mǎn)足要求的教學(xué)視頻。而“可汗學(xué)院”借助互聯(lián)網(wǎng)的傳播，向大眾免費(fèi)提供了優(yōu)質(zhì)的教學(xué)視頻，為克服“翻轉(zhuǎn)課堂”的實(shí)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(zhuǎn)課堂的實(shí)施形式 [3]。在視頻授課中，穿插提問(wèn)、隨堂測(cè)驗(yàn)并開(kāi)展專(zhuān)題討論，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生利用社交工具互相研習(xí)討論，大大增強(qiáng)了課程實(shí)施過(guò)程中的交流、互動(dòng)與反饋。與此同時(shí)，MOOCs還積極鼓勵(lì)、倡導(dǎo)學(xué)習(xí)者在參與慕課的過(guò)程中（尤其是在完成作業(yè)或?qū)ｎ}討論的過(guò)程中），形成各種“在線(xiàn)學(xué)習(xí)社區(qū)”——學(xué)習(xí)者根據(jù)不同的主題和個(gè)人的興趣愛(ài)好，在不同的社交網(wǎng)站上構(gòu)建起互助、協(xié)作、交流的亞群體，并隨著亞群體人員的聚集、學(xué)習(xí)社區(qū)的不斷擴(kuò)大，又進(jìn)一步衍生出與本課程相關(guān)的網(wǎng)站和資源庫(kù)。通過(guò)以上兩種方式——加強(qiáng)“互動(dòng)與反饋”和倡導(dǎo)“在線(xiàn)學(xué)習(xí)社區(qū)”，就使學(xué)習(xí)者能在參與慕課的過(guò)程中產(chǎn)生一種“沉浸感”和“全程參與感”。

翻轉(zhuǎn)課堂作為一種新興的教學(xué)模式，也受到了國(guó)內(nèi)的廣泛關(guān)注。相關(guān)研究顯示，自2013年我國(guó)對(duì)于翻轉(zhuǎn)課堂的相關(guān)研究數(shù)量出現(xiàn)了急速增長(zhǎng)，迅速成為我國(guó)教育技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[4-7]。近兩年許多高校逐漸在本科教學(xué)實(shí)踐中加以推廣和應(yīng)用，并且取得了一定的成效，但總體來(lái)看，教學(xué)實(shí)踐效果參差不齊。翻轉(zhuǎn)課堂的根本不在于課堂教學(xué)運(yùn)用了怎樣的新興技術(shù)，而在于教學(xué)模式的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新。基于翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式設(shè)計(jì)，目前研究還處在初步階段。本次教學(xué)實(shí)踐中，在專(zhuān)業(yè)理論實(shí)踐課程《燃燒技術(shù)與分析》中應(yīng)用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，探索其應(yīng)用方法并總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

2 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)原則

2.1 課堂教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)原則

根據(jù)教學(xué)活動(dòng)的兩個(gè)關(guān)鍵“內(nèi)化知識(shí)”與“拓展能力”，確定“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)活動(dòng)遵循四個(gè)步驟：

（1）檢驗(yàn)。通過(guò)安排一些與課前自主學(xué)習(xí)任務(wù)難度相當(dāng)?shù)男?wèn)題、隨堂練習(xí)題等環(huán)節(jié)，讓學(xué)生體驗(yàn)到再學(xué)習(xí)的成就感。

（2）作業(yè)。根據(jù)“最近發(fā)展區(qū)”理論，設(shè)置有難度梯度的練習(xí)作業(yè)，幫助學(xué)生深化知識(shí)學(xué)習(xí)，發(fā)揮其潛能，并幫助學(xué)生掌握相關(guān)的知識(shí)。

（3）協(xié)作。解決“檢驗(yàn)”和“作業(yè)”中遇到的各種困惑。讓學(xué)生在“協(xié)作”中得到同伴的幫助，借助他人的意見(jiàn)與建議解決問(wèn)題；其次，教師在整個(gè)活動(dòng)中糾正、引導(dǎo)，不斷挖掘培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力

（4）展示。上述環(huán)節(jié)中到底“學(xué)到什么”、“解決什么”、“遺漏什么”等，在“展示”階段中通過(guò)小組匯報(bào)的形式加以呈現(xiàn)，這一過(guò)程不是簡(jiǎn)單答題、研究成果的羅列，而是“展示、質(zhì)疑、闡釋”一體化的過(guò)程。

2.2 教師教學(xué)原則

傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中，教師的工作主要是教書(shū)，需要在課前課后做示范、講知識(shí)等。但“翻轉(zhuǎn)課堂”模式下，教師需要做的遠(yuǎn)不止教書(shū)，講授知識(shí)、示范教學(xué)是基本的教學(xué)任務(wù)，更重要的是促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)。因此，教師可從以下幾個(gè)角度加以轉(zhuǎn)變與創(chuàng)新。

第一，輔助學(xué)習(xí)技巧，幫助開(kāi)展教學(xué)。在“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式下，最重要的環(huán)節(jié)在于如何組織活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生參與學(xué)習(xí)。“如何組織活動(dòng)”很大程度上決定了課堂能否翻轉(zhuǎn)成功。主要的方法有：（1）問(wèn)題討論，開(kāi)展活動(dòng)。比如《燃燒技術(shù)與分析》課程中有關(guān)低污染燃燒技術(shù)中渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)涵道比概念，涵道比越大，燃油消耗率越低，則可以引導(dǎo)同學(xué)們考慮，涵道比如果繼續(xù)增大，極限是多少？最后是什么發(fā)動(dòng)機(jī)？另外涵道比增大，會(huì)導(dǎo)致什么問(wèn)題？最終引出GTF發(fā)動(dòng)機(jī)概念。（2）重視傾聽(tīng)，給予回應(yīng)。針對(duì)學(xué)生的回答，不論他的答案是否正確，都應(yīng)給與鼓勵(lì)。同時(shí)也要細(xì)致地深入分析，幫助學(xué)生全面把握相關(guān)概念。（3）設(shè)置與教學(xué)內(nèi)容相符的研究主題。比如《燃燒技術(shù)與分析》課程中主燃燒室和加力燃燒室都需要產(chǎn)生回流區(qū)來(lái)穩(wěn)定火焰，課堂上老師可以提出問(wèn)題：主燃燒室的旋流器和加力燃燒室的V型穩(wěn)定器能否互換來(lái)穩(wěn)定火焰？讓學(xué)生發(fā)散思考，從而把主燃燒室和加力燃燒室的內(nèi)容聯(lián)系起來(lái)進(jìn)行學(xué)習(xí)。（4）細(xì)致觀(guān)察，適當(dāng)干預(yù)。如在《燃燒技術(shù)與分析》課程中針對(duì)上述討論，看到活躍學(xué)生要予以鼓勵(lì)，對(duì)低頭不語(yǔ)學(xué)生，老師要積極引導(dǎo)參與課堂討論中來(lái)。

第二，教師在“翻轉(zhuǎn)課堂”中找到多講與少講的平衡點(diǎn)。如果在課堂上講授太多，則又回到了傳統(tǒng)的授課模式，學(xué)生的課前視頻學(xué)習(xí)也就流于形式，收效不大。如果課堂上一味強(qiáng)調(diào)自由討論，又因?yàn)閷W(xué)生畢竟對(duì)于新知識(shí)不夠熟練，難以把握其中的關(guān)鍵問(wèn)題和基礎(chǔ)概念而無(wú)法開(kāi)展深入交流，導(dǎo)致不能牢固掌握知識(shí)。

3 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實(shí)踐過(guò)程

3.1 設(shè)計(jì)“學(xué)習(xí)任務(wù)單”

學(xué)習(xí)任務(wù)單，即教師設(shè)計(jì)的幫助學(xué)生在課前明確自主學(xué)習(xí)的內(nèi)容、目標(biāo)和方法，并提供相應(yīng)的學(xué)習(xí)資源，以表單呈現(xiàn)方式的學(xué)習(xí)路徑文件包。

學(xué)習(xí)任務(wù)單的設(shè)計(jì)，應(yīng)包含學(xué)習(xí)指南、學(xué)習(xí)任務(wù)、問(wèn)題設(shè)計(jì)、建構(gòu)性學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)測(cè)試、學(xué)習(xí)檔案和學(xué)習(xí)反思等內(nèi)容。其中學(xué)習(xí)指南指的是《燃燒技術(shù)與分析》這門(mén)課程的學(xué)習(xí)主題（即燃燒的基本理論，包括化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、層流與湍流燃燒、燃油霧化等；主要燃燒設(shè)備，包括主燃燒室、加力燃燒室、脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)等；燃燒數(shù)值分析，包括湍流數(shù)學(xué)模型、數(shù)值計(jì)算方法等）、達(dá)成目標(biāo)（主要包括燃燒基本理論的掌握、燃燒主要設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理了解、具備采用數(shù)值計(jì)算模擬實(shí)際燃燒過(guò)程的基本能力等）、學(xué)習(xí)方法建議（理論學(xué)習(xí)方法、工程問(wèn)題分析方法、數(shù)值模擬上機(jī)練習(xí)等）、課堂學(xué)習(xí)形式公布（提前告訴學(xué)生哪些課時(shí)是課堂討論、哪些課時(shí)是實(shí)物展示等）等。其中，問(wèn)題設(shè)計(jì)是“學(xué)習(xí)任務(wù)單”設(shè)計(jì)的核心，是把傳統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)灌輸轉(zhuǎn)化為任務(wù)驅(qū)動(dòng)、問(wèn)題導(dǎo)向的自主學(xué)習(xí)的關(guān)鍵，也是實(shí)現(xiàn)“翻轉(zhuǎn)課堂”的根本所在，因此要把《燃燒技術(shù)與分析》課程中的教學(xué)難點(diǎn)、重點(diǎn)或其他知識(shí)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為問(wèn)題提出來(lái)，使學(xué)生在解決問(wèn)題的同時(shí)把握教學(xué)重難點(diǎn)或其它知識(shí)點(diǎn)，從而培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題和舉一反三的能力。

3.2 創(chuàng)建教學(xué)資源庫(kù)

在對(duì)目前國(guó)內(nèi)外網(wǎng)上教學(xué)資源進(jìn)行收集與分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)《燃燒技術(shù)與分析》課程教學(xué)內(nèi)容，建立相應(yīng)的教學(xué)資源庫(kù)，主要包括短小精悍的教學(xué)視頻，每一個(gè)視頻都針對(duì)一個(gè)特定的問(wèn)題，有較強(qiáng)的針對(duì)性，通過(guò)設(shè)置合適的問(wèn)題情境，激起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；視頻的長(zhǎng)度控制在在學(xué)生注意力能比較集中的時(shí)間范圍內(nèi)，符合學(xué)生身心發(fā)展特征；另外針對(duì)目前手機(jī)與微信的普及，制作一定的適用手機(jī)微信播放的微視頻，使學(xué)生隨時(shí)隨地都能進(jìn)行相應(yīng)的學(xué)習(xí)。

3.3 學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)

學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)效果的好壞直接影響后續(xù)翻轉(zhuǎn)課堂上教學(xué)環(huán)節(jié)效果的優(yōu)劣。學(xué)生根據(jù)自身學(xué)習(xí)特點(diǎn)、學(xué)習(xí)需求以及學(xué)習(xí)方式，課前在寢室或家里，利用網(wǎng)上教學(xué)資源庫(kù)和電腦或手機(jī)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)時(shí)間自由，學(xué)習(xí)方式也自由，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生的“差異化教學(xué)”。在學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的疑問(wèn)或難題，通過(guò)利用網(wǎng)上交流平臺(tái)進(jìn)行互動(dòng)。

3.4 學(xué)生課上探究學(xué)習(xí)

由于學(xué)生已經(jīng)把相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容在課前進(jìn)行了學(xué)習(xí)與交流，因此課堂變成了老師與學(xué)生之間和學(xué)生與學(xué)生之間互動(dòng)的場(chǎng)所，主要包括答疑解惑、知識(shí)的運(yùn)用（運(yùn)用燃燒理論知識(shí)來(lái)解決實(shí)際工程問(wèn)題）、利用實(shí)際燃燒室實(shí)物進(jìn)行實(shí)物展示等。教師利用網(wǎng)上交流平臺(tái)，能夠提前了解學(xué)生的學(xué)習(xí)困難，在課堂上給予有效的輔導(dǎo)，同時(shí)同學(xué)之間的相互交流更有助于促進(jìn)學(xué)生對(duì)該知識(shí)的吸收內(nèi)化過(guò)程，最終形成以學(xué)生為主的探究式學(xué)習(xí)。

3.5 學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)

對(duì)《燃燒技術(shù)與分析》評(píng)價(jià)體系，主要實(shí)施以學(xué)生能力考核為主，主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）課前評(píng)價(jià)體系：包括學(xué)生在網(wǎng)上交流平臺(tái)提出的問(wèn)題情況、課前自測(cè)習(xí)題的回答情況以及學(xué)生與學(xué)生之間以及學(xué)生與老師之間的互動(dòng)情況，從而掌握學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解水平；

（2）課堂上的評(píng)價(jià)體系：課堂上，主要考核學(xué)生的主觀(guān)學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)生與學(xué)生之間的交流與協(xié)作能力、學(xué)生對(duì)實(shí)際工程問(wèn)題的理解水平等；

（3）課后評(píng)價(jià)體系：主要包括作業(yè)的提交情況、實(shí)踐作品的質(zhì)量好壞以及最終的考試成績(jī)共三部分進(jìn)行評(píng)價(jià)。

利用上述三個(gè)階段的評(píng)價(jià)體系，并根據(jù)一定的比例，最終獲得學(xué)生的最終成績(jī)。

4 教學(xué)反思

（1）在翻轉(zhuǎn)教學(xué)實(shí)施初期，學(xué)生普遍表現(xiàn)出對(duì)這一新的學(xué)習(xí)方式的好奇和興趣，學(xué)習(xí)興致較高，愿意積極配合。但是隨著課程的進(jìn)行，一部分學(xué)生表現(xiàn)出懈怠消極的情緒。究其原因，主要是本課程仍設(shè)計(jì)較多的理論知識(shí)，自主學(xué)習(xí)難度較大，需要學(xué)生花費(fèi)大量精力。但總的來(lái)說(shuō)，相比以往傳統(tǒng)授課方式，采用翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性。

（2）翻轉(zhuǎn)教學(xué)對(duì)教師的要求更高。教師不僅要認(rèn)真?zhèn)湔n，還需要針對(duì)每個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)尋找或錄制教學(xué)視頻，大大增加了工作量，也要求老師對(duì)所授課程有非常深入的認(rèn)識(shí)。才能在課堂中穿針引線(xiàn)，做好學(xué)生的引導(dǎo)者。

（3）翻轉(zhuǎn)課題教學(xué)模式不能把傳統(tǒng)授課的所有內(nèi)容均進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，只能對(duì)特定的部分內(nèi)容進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。

（4）總體來(lái)講，翻轉(zhuǎn)課堂是有限的教學(xué)手段。不過(guò)，現(xiàn)階段看來(lái)，更合適的方案是將翻轉(zhuǎn)課堂融入到傳統(tǒng)課堂教學(xué)中。共同作用，發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì)。

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