雨課堂+翻轉課堂在通信工程新工科專業教學中的應用探索

高震森 孫粵輝

摘 ?要：新時代新工科建設的戰略實施亟待工程教育模式的革新。針對通信工程新工科專業教學中存在的問題，在教學實踐中采用雨課堂+翻轉課堂的新型教學模式，借助先進的互聯網教學工具，催生智慧型工程教育課堂，重塑課堂師生地位，突出以學生為主體、教師為引導的課堂結構，促進師生課前、課中和課后的實時互動，激發學生的學習興趣，全面掌控教學效果，對推動新工科教育中傳統專業的教學改革進行了有益的探索。

關鍵詞：雨課堂;翻轉課堂;新工科;通信工程

中圖分類號：G642 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）18-0115-05

Abstract： The innovation of engineering education model is urgently needed with the strategy implementation of the new engineering disciplines in the new era. Aiming at the teaching problems of communication engineering， the new teaching model of combined rain class + flipped classes are employed in our teaching practice， using advanced Internet teaching tools to promote intelligent engineering education class， reshaping the status of teachers and students in the classroom， and highlighting the structure of class with students as the main body and teachers as the guidance， which is beneficial to promote the real-time interaction between teachers and students before and after class. It is also able to stimulate students' interest in learning， comprehensively control the teaching effect and students' learning status， which is conducive and beneficial exploration to promote the teaching reform of traditional majors for new engineering education.

Keywords： rain class; flipped class; new engineering; communication engineering

近年來，隨著人工智能、5G通信、物聯網、機器人等高新技術的快速發展，世界各國紛紛制定了各自的技術規劃，如美國、德國等國家率先提出了“工業互聯網”和“工業4.0”的科技強國理念。中國也提出了“中國制造2025”作為我國實施制造強國戰略目標的行動綱領。實現“中國制造2025”關系到中華民族的偉大復興，關系到我國能否由工業大國轉變為工業強國。在實施“中國制造2025”的新形勢下，高等教育的變革勢在必行。創新型人才的培養是新時代賦予高等教育的使命。

為了適應新時代工程教育的發展需求， 教育部高等教育司于2017年頒布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》的文件，明確提出了推進新工科的建設與發展，并把工程教育的新理念、學科專業的新結構、人才培養的新模式、教育教學的新質量、分類發展的新體系作為新工科建設的主要內容[1]。新工科應始終圍繞“新結構、新模式、新質量、新體系”四新開展，提出工程教育改革創新的理念和思路，開展新興工科專業的研究與探索，探索人才培養模式改革研究和實踐，開展多維度的教育教學質量評價，研究工程人才分類培養的體系結構，最終為社會培養適應時代變化和需求的卓越工程人才。廣東工業大學作為廣東省的地方工科院校，工科專業眾多，在新工科的教育背景下，如何立足于地方，充分挖掘新工科教育的特色，在積極開設人工智能、智能控制等原來沒有的新興工科專業的同時，也要注重對傳統工科專業的升級改造。

通信工程專業是工科院校電子信息類的傳統專業，旨在培養通信技術領域從事研究、制造以及運營管理的高級技術人才。但針對新工科教育提出的新要求，傳統的教學模式在培養通信工程應用型人才方面仍然存在著巨大的問題。通信專業的很多教師仍然遵循傳統的教育模式，過分依賴書本上的知識，他們把授課重點放在“知識灌輸”以及“學后考”而忽略了通信專業特有的“應用性”，忽視了學生的實際動手能力，也不能跟隨最新的通信技術進展，往往導致教學模式僵化，達不到新工科教育的預期效果[2]。而隨著近年來互聯網技術的迅猛發展，如何充分利用最新的信息技術工具更好地為新工科教育服務，實現教育的信息化，是值得每一個高校教師深入探索的課題。本文結合當前新型教學工具和教學理念，探析“雨課堂+翻轉課堂”的教學模式在通信工程新工科專業教學中的應用，以通信工程專業中的光纖通信課程為例，展開該混合教學模式的課堂教學策略、具體的教學實施方案和教學效果分析，提出通信工程新工科專業教育的一些課堂改革建議，以達到培養適應時代發展的應用型通信工程專業人才的目的。

一、傳統課堂在通信工程新工科專業教學中面臨的挑戰

在通信工程專業的系列課程中，光纖通信課程是該專業的一門主干課程，其涵蓋內容非常廣泛，包括各類光纖、光無源和有源器件、通信原理、網絡架構等知識，需要具備一定的物理基礎才能掌握，而大多數通信工程專業學生的物理基礎較為薄弱，學習起來非常吃力，并且較為枯燥，容易喪失學習興趣。在傳統的課堂教學中，大多數教師遵循傳統的授課模式，以教師在講臺上詳細講授本課程的各個內容為主，學生被動地聽，這種教學模式在光纖通信技術迅速發展的今天所面臨的挑戰和不足主要表現在以下幾個方面[3-4]：

（一）教學模式固化、教學手段陳舊

許多工科院校在光纖通信的專業課教學中奉行的主要教學模式還是以教師為中心，由教師來主導整節課堂，滔滔不絕地講授整節課的內容，適當地加以提問，以形成和學生的互動。而學生在整節課基本處于被動接受教師灌輸的狀態，在不懂的地方也無法及時提問，課后如不另加補習，相關知識點就會徹底遺忘。教師的教學手段以黑板和目前流行的PPT為主，一部分教師依靠傳統的板書，黑板上大篇幅的推導公式使得學生感覺枯燥，并且浪費了大量的講解時間，而另一部分老師則完全依賴PPT來講授，缺乏對教學內容的延伸和擴展，只是傳遞PPT上的知識點，缺乏教學互動，學生不能及時的消化和理解，教學效果不佳。

（二）教學內容壓縮、評估方式單一

光纖通信課程涉及的內容繁多，而現在大多數高校在普遍壓縮單門課的學時，如果多數教師仍繼續遵循傳統的授課方式，將直接導致許多教師感到新課時很難適應所有內容的講授需求，只能刪除其中部分內容或者對所有內容只是蜻蜓點水、一帶而過，學生很難在短時間內迅速掌握課程的核心，領會其中的關鍵。此外，現有的課程評估方式非常單一，教師主要依靠該課程的出勤、平時作業和考試成績來對學生進行評價，學生往往只是適應以考試為核心的評估方式。對教師來說，如果一門課程掛科學生太多，則該課程可能會被認為存在嚴重的教學問題。因此，有些教師把主要精力放在了如何讓學生通過該課程的考試內容上，只對考試內容進行重點講解，而對其他有用但復雜的知識點不去涉獵，導致學生知識體系欠缺，很多應該掌握的知識沒有學過甚至沒有聽過，對構建新工科大學生的應用能力形成嚴峻挑戰。

（三）學生學習缺乏主動性、參與性和趣味性

傳統課堂由于教學手段僵化、缺乏革新，難以和現代信息技術有機融合。在授課過程中，學生有不懂的地方也不能及時提問，得到解答，使得學習有困難的學生對課程逐步喪失信心，學生的主觀能動性不太容易調動，他們只是在被動地等待教師的傳授，完成作業和通過考試即可，思考能力受到限制，無法讓他們體驗到課堂的參與感，不能充分感受到課堂的樂趣，激發學習的熱情，并且不同學生的基礎和接受能力差異較大，對他們進行統一模式的教學不利于因材施教及挖掘不同學生的潛力和特長。

二、翻轉課堂教學模式在通信工程新工科專業教學中的構建

（一）翻轉課堂教學模式

翻轉課堂教學模式的出現得益于移動互聯網的飛速發展。翻轉課堂又稱為“顛倒課堂”，是一種源于美國的教學模式。早在2004年，薩爾曼·可汗（Salman Khan）為了幫助遠方的表妹學習，嘗試錄制了教學錄像并分享到Youtube上，取得了廣泛的關注。隨后，他成立了可汗學院，涵蓋了各學科的網絡課程。正式啟用翻轉課堂的是美國科羅拉多州的兩位化學老師貝格曼（Jonathan Bergmann）和山姆（Aaron Sams）[5]。他們借助先進的屏幕錄像軟件錄制PPT的教學視頻，供學生在家提前觀看，并在課堂上對學生的問題進行解答，該教學模式打破了傳統的學生課上學習、課下完成作業的模式，創造了一種學生課下學習、課上提問釋疑的全新課堂模式，受到了學生的廣泛歡迎，被稱為“翻轉課堂”[6]。

翻轉課堂教學模式呈現三個主要的特點[7]：1. 教師和學生的角色翻轉。在翻轉課堂中，教師不再是課堂的主導者，而是轉變為課堂的協調者和答疑者，引導學生主動思考，解決疑難問題，教師變成了輔助學生進步的引導者，學生則成為了課堂的主體;2. 教學方法和教學工具的革新。基于現代信息技術的進步，翻轉課堂可以借助更加先進的互聯網工具來開展網絡教學，教師也不再是單項灌輸知識，學生可以足夠自由地學習網絡課程，參與感和趣味感更有利于激發學生興趣;3. 教學形式的創新。翻轉課堂將教師授課為主的教學形式，轉變為學生事先通過網絡資源進行預習和課堂研討為主，課程上著重解釋學生學習的難點，而將課后的作業減少。翻轉課堂的出現對高校教學改革起到了重大的推動作用，為高校教師開展教學提供了一種全新的思路。它徹底改變了傳統課堂模式，教師不再完全依賴于黑板和PPT，讓學生在課外提前通過觀看視頻，理解相關內容的含義，教師在課堂上就會有精力來幫助學生解答疑難，進而使其學會運用知識進行新知識、新技術的創造等，極大地提高了教學效果。

（二）翻轉課堂教學模式的運用

根據翻轉課堂的特點，翻轉課堂的教學模式大致分為四個部分，如圖1所示，包括“構建學習資源”“課前預習”“課堂授課”以及“課后反思”[3，8]。

在光纖通信課程的教學中，教師首先需要確立教學的目標、教學任務和教學內容，并據此搜集相關的教學資料。如以光放大器一章為例，目的是為了讓學生掌握光放大器背后的工作原理，常見的光放大器及其特點，因此，教師可以事先準備光的自發輻射、受激輻射以及受激吸收等基本物理概念的材料，然后提供光放大的工作原理介紹，并對常見的幾種典型光放大器進行分析和比較;接下來，根據掌握的教學素材，構建學習資源庫，設計開發課程的PPT，可以將光放大器工作的過程利用動畫形式呈現出來，錄制教學視頻，并做成慕課、微課等多種形式的網絡課程，提前將該章節需要掌握的內容發布給學生。

在翻轉課堂的第二階段，學生地位翻轉，學生變成了主體。學生課前主動學習教師事先發布的學習資源，認真學習基本的概念，進行消化和吸收，對課程形成整體的把握，對不理解的內容可以借助網絡或者和同學討論盡量解決，對遺留的難點進行記錄，在此基礎上完成學習任務。比如：針對教師發布的光放大器學習資源，學生事先掌握光放大產生的基本條件，并對比不同的放大器，區別不同放大器的特點和工作原理，對難以理解的部分如激光器速率方程的內涵等可以查閱相關資料，并在課堂上進行討論和提問。

在翻轉課堂的活動中，教師與學生要進行充分的互動和交流，“教”與“學”的傳統方式被打破，提高學生的課堂主動性和參與感，取得了良好的教學效果。具體地，在授課開始時，教師首先通過事先發給學生的教學視頻喚醒學生的回憶，加深對所學內容的印象，然后通過設計問題、進行提問的方式引入，把學生正式帶入翻轉課堂中。比如：在光放大器章節中，可以提問學生：為什么現在的光纖可以傳輸上萬公里的距離呢？通過問題導入，就可以逐步將學生引入到光放大器的翻轉課堂學習中。教師可以把學生分成幾個小組，讓不同小組來對學生提出的難點問題進行討論和交流，最后，小組各自分享對相關問題的觀點，教師可以著重解釋課程中學生難以理解的問題，提高學生的學習積極性和主動性。在整個翻轉課堂上，學生可以自由發言，發表對相關問題的見解，學生之間也可以取長補短、互相學習，構建一個民主、自由的課堂氛圍。

最后，在課堂授課結束后，教師要及時進行課后總結和反思。該階段的主要內容是形成對翻轉課堂教學過程的記錄以備后續查閱，對學生的學習效果進行評價，進而總結教學過程中存在的問題，優化課前的視頻資源，并進一步改進教學設計，對課堂的師生互動和討論環節進行反思，提出后續課程中的改進措施，針對每一次課堂活動的總結都是對下一次課堂教學的經驗積累，最終，通過多次的教學嘗試和課堂翻轉活動，可有效地提高通信工程專業課程的教學效果。

翻轉課堂雖然有利于改變傳統課堂的教學模式，翻轉“教”與“學”的地位，但容易出現以下一些問題[9]：1. 學生事先要自學教師發放的教學資源，觀看教學視頻，并理解基本的概念，找出自身的難點問題以在課堂中提問和討論，解決疑問。這給了學生很大的自由空間，但對部分自控能力弱的學生存在不能自主完成任務的問題，容易造成資源浪費，學生不能把控自身的學習，課堂上也不積極參與，降低了翻轉課堂的效果。2. 現在許多學生都自帶先進的通信終端如智能手機、平板電腦等上課，形成了頻繁觀看電子設備的習慣，課堂授課時精力不集中，容易走神，造成翻轉課堂的實際效果不能達到預期。因此，必須進一步改進教學工具和方法，彌補翻轉課堂的不足。

三、基于雨課堂+翻轉課堂的通信工程專業新型教

學模式探索及分析

“雨課堂”是信息技術高度發達的產物，是一種新型的教學工具和教學方法，它的出現對于信息技術與工程教育的融合起到了極大的推動作用。所謂“雨課堂”，是由清華大學和學堂在線共同推出的智慧型教學工具，目的是全面提升課堂的教學體驗，借助先進的智能終端設備，將師生有效地連接起來，讓師生的互動更加便捷和高效，最大限度地提升現代高等教育的質量[10]。雨課堂充分利用現代師生所熟悉的PowerPoint和微信軟件，將它們融入到課堂的教學中，教師可以預先將教學視頻、習題以及PPT課件發送到學生的通信終端，學生可以在通信終端上方便地觀看課程的內容，及時提出問題和反饋，建立師生高效溝通的橋梁，實現課堂永遠在線。如果把雨課堂這一智慧型教學工具靈活運用到翻轉課堂中，是對翻轉課堂的一種有效補充，可有效形成課前、課上、課后的及時學習氛圍，極大地調動學生的學習興趣，提高教學質量，達到預期教學目標。

（一）雨課堂+翻轉課堂的教學策略

在開展雨課堂+翻轉課堂的教學活動前，需要探討這種教學模式的整體策略[11]。首先，開課之前，明確哪些課程內容適合采用雨課堂+翻轉課堂的教學模式。對課程涵蓋知識面多、基本概念理解難度大、學生不易掌握的章節可以通過該教學模式，利用雨課堂教學工具，結合翻轉課堂教學方法，激發學生的學習興趣;然后，明確如何實施雨課堂+翻轉課堂的教學活動，針對課前準備、課堂翻轉和課后評價，進行教學設計，并需要提前讓學生學會如何使用雨課堂軟件來進行學習;在課堂上，教師要充分發揮雨課堂軟件的優勢，利用課堂隨機點名、習題練習、彈幕等功能，有效實施翻轉課堂的教學。最后，課程結束后，要進行及時總結，對教學實踐內容指出不足并提出改進建議。

（二）雨課堂+翻轉課堂教學實施和評價

在2020學年第2學期，以通信工程2019級學生為對象，將雨課堂引入到翻轉課堂中進行教學嘗試。

授課前，教師首先需要在計算機的PPT上安裝“雨課堂”插件，在課件中可以靈活地插入測試和練習題，并將錄制的教學視頻嵌入其中，形成課前預習材料，發布給學生進行學習，并有針對性地提出問題，引導學生主動思考和解決問題，完成課前練習題。對于難以理解的地方，學生可以記錄，在翻轉課堂中重點和教師進行交流互動。

在課堂上，教師關注“雨課堂”微信公眾號，創建自己擬開課的課程名稱和班級名稱，并邀請學生通過掃描微信班級二維碼，加入到“雨課堂”中。由于雨課堂兼具視覺和聽覺效果，教師可以充分利用雨課堂內部的各種功能來進行翻轉課堂的教學。如教師可以利用“隨機點名”來隨機了解學生的上課情況，或者隨時向某個學生進行提問，以了解該學生的課堂學習狀況;還可以引入智能終端上的隨堂練習或者彈幕功能提升師生的互動，把翻轉課堂變得生動活潑[12]。如圖2（a）所示，學生可以通過彈幕功能，對教師講授的某個知識點（如光衰減器的工作原理）及時提出自己的反饋，教師就可以隨時觀看到學生的理解程度，這避免了傳統課堂上，教師依靠觀察學生的眼神、神態來判斷學生的掌握情況，同時也有助于了解部分相對內向的學生對該部分內容的學習狀況[9]。此外，教師可以隨時開啟部分難點的測試，如圖2（b）所示，并讓學生完成后提交，及時掌控全班的整體答題情況和學習進展，在保證學生獲取知識的同時，有利于增加學生的課堂參與感，激發學生的學習興趣。

課堂授課結束后，一方面教師要將授課過程中發現的問題進行整理，對整個知識點進行系統地梳理，把學生遇到的難點問題提煉出來，重點強化這部分內容的練習，反思整個教學實踐中存在的問題，提出改進雨課堂+翻轉課堂教學模式的建議;另一方面，學生也可以通過在課堂中的體驗，向教師提出自己的意見，哪些是自身不理解的地方，哪些是可以通過自己課后強化解決的，哪些需要得到教師的幫助才能完全掌握，形成一個良性的師生互動氛圍和課后反饋機制，提升雨課堂+翻轉課堂在新工科教育中的效果。

四、結束語

在新工科教育發展的大背景下，傳統通信工程專業的教學模式亟待變革。基于雨課堂+翻轉課堂的智慧型教學模式提倡以學生為中心，打破傳統的“教”與“學”的絕對關系，通過引入新時代互聯網的新型教學手段，可極大地增強學生的課堂參與感，調動學生的積極性，并激發學生的學習興趣。基于這種混合式的智慧課堂，在光纖通信課程中進行了教學實踐和探索，對新工科通信工程專業的教學改革提供了一種新思路。

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基金項目：廣東省本科高校高等教育教學改革項目“面向工程教育專業認證的‘翻轉課堂探索與實踐——以‘模電教學為例”（粵教高函〔2018〕180號）;廣東工業大學校級質量工程項目“面向工程教育專業認證的‘翻轉課堂探索與實踐——以‘模電教學為例”（廣工大教字〔2018〕132號）

作者簡介：高震森（1986-），男，漢族，山西忻州人，博士，研究員，碩士研究生導師，研究方向：光纖通信。