自主性與信息化深度融合的《熱工實驗》翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計

付 越*，吳明鉑，陳樹軍

（1.中國石油大學(xué)（華東）新能源學(xué)院，山東 青島 266580；2.中國石油大學(xué)（華東）儲運與建筑工程學(xué)院，山東 青島 266580）

中國石油大學(xué)（華東）能源與動力工程專業(yè)是國家級特色專業(yè)，已建成國家級實驗教學(xué)示范中心，形成了“熱科學(xué)在石油石化工程中應(yīng)用”的專業(yè)特色和學(xué)科優(yōu)勢。《熱工實驗》是依托省級精品課《傳熱學(xué)》和《工程熱力學(xué)》并結(jié)合能源與動力工程專業(yè)的特點，開設(shè)的一門獨立實驗課程，共48學(xué)時。其前身是熱工實驗實訓(xùn)，上課人數(shù)已達1200多人次。《熱工實驗》在突出能源與動力工程專業(yè)特色，培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力和創(chuàng)新能力等方面具有舉足輕重的作用。

1 《熱工實驗》目前存在的問題

大學(xué)教育的水平不僅取決于大學(xué)的人才培養(yǎng)目標、教育教學(xué)條件、教師水平等，還有賴于學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和行為、有著良好的師生互動和教與學(xué)行為等生機勃勃的教學(xué)過程[1]。大學(xué)生學(xué)習(xí)知識的過程應(yīng)該是“發(fā)展性”的，而不是“接受性”的，應(yīng)遵循學(xué)生的個體差異，突出學(xué)生主體性，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力，制定新型實驗教學(xué)模式進而提高實驗教學(xué)質(zhì)量。然而，目前《熱工實驗》在實驗教學(xué)模式上還存在著一些問題。

（1）實驗課前學(xué)生缺少有效的課前預(yù)習(xí)。優(yōu)質(zhì)的實驗教學(xué)實施效果依賴于學(xué)生課前自學(xué)的情況，只有高效的課前預(yù)習(xí)才能為學(xué)生在課上留有更多的時間進行自主探究，提升實驗?zāi)芰蛣?chuàng)新能力。傳統(tǒng)的實驗課缺少教師和學(xué)生溝通的工具，更缺乏豐富和多元化的預(yù)習(xí)資料，學(xué)生無法在實驗前深入理解實驗背后的相關(guān)理論知識，降低了理論與實踐結(jié)合的效果，不利于培養(yǎng)學(xué)生獨立思考能力和解決問題的能力。

（2）實驗教學(xué)手段單一，缺乏靈活性和多樣性。計算機和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺等現(xiàn)代教學(xué)手段是先進教學(xué)理念的實施載體。《熱工實驗》目前采用常規(guī)的實驗教學(xué)手段，盡管實驗教師具備了先進的教學(xué)理念，但因教學(xué)手段的缺乏而無用武之地，更無法全面調(diào)動學(xué)生的積極性和主動性。

（3）以“教師為中心”的傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式。在傳統(tǒng)的實驗教學(xué)中，學(xué)生對教師有極高的依賴性。實驗教學(xué)過程以教師為主，即教師講解和實操演示，學(xué)生重復(fù)實驗步驟。實驗內(nèi)容被鎖定，實驗操作機械化，學(xué)生被動接受知識，沒有主動權(quán)和掌控權(quán)，難以激發(fā)學(xué)生的探索欲和求知欲。

2 翻轉(zhuǎn)課堂的內(nèi)涵和應(yīng)用

翻轉(zhuǎn)課堂理念緣起于哈佛大學(xué)馬祖爾教授在1990年開展的同儕互助教學(xué)，美國邁阿密大學(xué)和洛基山“林地公園”高中進行了早期的成功實踐。翻轉(zhuǎn)課堂是指教育者借助計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，利用教學(xué)視頻把知識傳授的過程放在教室外，給予學(xué)生更多的自由，允許學(xué)生選擇最適合自己的學(xué)習(xí)方式接受新知識，確保課前深入學(xué)習(xí)真正發(fā)生；而把知識內(nèi)化的過程放在教室內(nèi)，以便同學(xué)之間、同學(xué)和老師之間有更多的溝通和交流，確保課堂上能夠真正引發(fā)觀點的相互碰撞，使問題引向更深層次。

在本質(zhì)上，翻轉(zhuǎn)課堂是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)。翻轉(zhuǎn)課堂將教學(xué)過程四要素的內(nèi)涵和地位轉(zhuǎn)變主要體現(xiàn)在學(xué)生與教師的角色、教材的內(nèi)容與生成方式、媒體影響范圍及所發(fā)揮作用等方面，教學(xué)活動進程轉(zhuǎn)變呈現(xiàn)出全時空、泛在性和開放性等特征。近年很多高校在理論課上開展了翻轉(zhuǎn)課堂，逐漸地也將翻轉(zhuǎn)課堂成功應(yīng)用于實驗教學(xué)中，并取得了較好的教學(xué)效果。翻轉(zhuǎn)課堂將實驗課和專業(yè)課相互銜接、相互滲透與交融，也使教師由原來的講授者轉(zhuǎn)變?yōu)橹笇?dǎo)者、監(jiān)督者和組織者，提高了實驗教學(xué)質(zhì)量。

3 自主性與信息化深度融合的熱工實驗翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)設(shè)計

開展自主性和信息化深度融合的翻轉(zhuǎn)課堂，以“自主、探究、合作”的學(xué)習(xí)方式為主線，在教學(xué)過程中強調(diào)把主動權(quán)交給學(xué)生，給學(xué)生充分的思考空間，重點培養(yǎng)學(xué)生實驗意識和創(chuàng)新精神。

（1）分解和重構(gòu)實驗內(nèi)容，建立微視頻實驗教學(xué)資料。將實驗內(nèi)容架構(gòu)進行分解，創(chuàng)建和開發(fā)基礎(chǔ)知識點，每個知識點涵蓋預(yù)備知識、實驗儀器、實驗原理、實驗操作及拓展分析等知識模塊。凝煉重點和難點，并提煉出思考題。基于碎片化的知識點和課程內(nèi)容，制作課件，建立微視頻，形成課前預(yù)習(xí)資料。

（2）建成實驗小組，實施合作學(xué)習(xí)。學(xué)生自由組建學(xué)習(xí)小組，開展合作學(xué)習(xí)。合作學(xué)習(xí)模式下學(xué)生通過小組合作形式解決問題、完成任務(wù)、實現(xiàn)共同目標。小組學(xué)習(xí)可使學(xué)生互相幫助、啟發(fā)和促進，既能培養(yǎng)學(xué)生團隊精神，也有利于均等化提升全體學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。在實驗方案的制訂、實驗臺的搭建、實驗完成效果等方面也以實驗小組為單位進行考核和評定。

（3）借助智慧樹和雨課堂課程平臺，指導(dǎo)學(xué)生做好實驗前的預(yù)習(xí)。通過智慧樹將實驗指導(dǎo)書、視頻庫中相關(guān)視頻和錄制的實驗視頻推送給學(xué)生，學(xué)生在課前可通過文字和視頻等多種資料，掌握基本知識點、實驗相關(guān)內(nèi)容和儀器操作方法。教師以實驗?zāi)康臑閷?dǎo)向，精心設(shè)計指向明確的問題作為探究的起點，提出綜合任務(wù)和創(chuàng)新任務(wù)并在智慧樹上發(fā)布，引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計實驗方案。學(xué)生以小組為單位將實驗方案反饋給教師，教師在線與學(xué)生討論實驗方案設(shè)計情況，對實驗方案進行針對性調(diào)整，實現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和小組學(xué)習(xí)。課后教師可以通過學(xué)生在智慧樹上的預(yù)習(xí)時長、預(yù)習(xí)次數(shù)和互動次數(shù)考查學(xué)生的預(yù)習(xí)情況。由于學(xué)生課前進行了深入的自主學(xué)習(xí)，他們在課上便有更多時間進行實驗操作、誤差分析和實驗改進，進而更好地提升實驗效果。

（4）以學(xué)生為中心，促進學(xué)生自主探究。學(xué)生通過前期的知識儲備、預(yù)習(xí)和實驗方案設(shè)計，學(xué)習(xí)將由線上學(xué)習(xí)變?yōu)榻淌覂?nèi)的學(xué)習(xí)，進入實驗方案的實施階段。將實驗中的重點和難點合理設(shè)計成題目，學(xué)生通過雨課堂答題，引導(dǎo)學(xué)生在實驗中不斷地思考，加深對重點難點的理解。實施“自主設(shè)計、自主搭建、自主調(diào)試、自主探索”的實驗教學(xué)過程，學(xué)生不斷地發(fā)現(xiàn)新問題，修正實驗方案，直到得到預(yù)期的實驗結(jié)果。學(xué)生展示實驗數(shù)據(jù)，討論結(jié)果的準確性并分析可能存在的誤差，根據(jù)討論結(jié)果繼續(xù)完善和改進實驗方案，最終獲得滿意的實驗數(shù)據(jù)。教師根據(jù)學(xué)生在雨課堂的答題情況，考查學(xué)生對實驗中重點和難點的掌握情況。以實驗小組為單位，重點考查學(xué)生實驗方案的實施和實驗操作情況。

4 總結(jié)

以自主式、啟發(fā)式和探究式的實驗教學(xué)理念為指導(dǎo)，深度融合信息技術(shù)，實施小組式、討論式和參與式的翻轉(zhuǎn)課堂，可顯著提升實驗教學(xué)效果。借助智慧樹和雨課堂課程平臺，加強了教師和學(xué)生的溝通和互動，強化了學(xué)生的課前預(yù)習(xí)。實施以學(xué)生為主體的合作式學(xué)習(xí)，通過“自主設(shè)計、自主搭建、自主調(diào)試和自主探索”，改善了學(xué)生被動學(xué)習(xí)的局面，提高了學(xué)生的參與度，調(diào)動了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，提高了學(xué)生的深度思考能力、主動學(xué)習(xí)能力和動手實踐能力，也更好地體現(xiàn)了翻轉(zhuǎn)課堂的實質(zhì)和特征。