工程型课程翻转课堂教学模式研究

罗代忠 刁善会

摘 要：针对理论与实践具有三种教学形态的工程型课程，颠覆传统教学结构，重构适切工程型课程的教学模型，搭建符合工程型课程的翻转课堂教学环境，重组课前与课堂活动流程，重塑教与学内容；将概念图融入学习视频可视化表示知识，引入自主学习活动客观化评价学习效果，贯入课堂活动直观化师生互动探讨，为工程型课程课堂教学改革探索一条有效路径。

关键词：翻转课堂；工程教育；教学模式；概念图

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2015）18-0016-04

教与学认知体系的重构是课堂教学改革的核心课题，调整教与学的关系，不仅可以优化教学活动，而且能有效促进课堂教学质量。传统学习环境，教师在有限课堂时间传授新知识，学生没有机会表达疑惑或陈述其理解情况，教师也难顾及每位学生的质疑或提问，这些制约因素严重影响了教学效果。近年来，先后出现了“先学后教”、“以学定教”等新型教学模式，形成了一股课堂教学改革潮流，取得了一定成效；但新型教学模式尚处于探索试点阶段，尚未取得根本性突破，构建新型教学模式仍是当前课堂教学改革的重要任务。

一、教学模式现存问题

教与学模式不匹配。目前教师普遍定位在传道和授业上，从教师“教”的角度构建教学目标、教学策略和程序以及师生活动，注重教师的主导作用和“教”，忽略学生的主动作用和“学”，因此是一种“教”模式。高效的课堂教学应该兼顾“教”与“学”，使“教”模式与“学”模式匹配才是最理想的教学模式。

学生学习主动性缺乏。传统课堂教学教师主导并掌控学习，导致学生不能发挥自主性，学习潜能受到严重压制，学习兴趣薄弱，学习质量和学习效率低；同时，整齐划一的教学导致学习速度快的学生深受束缚，而学习速度慢的学生跟不上，即使同一程度的学生在不同的学习环节上的学习速度也是各不相同的，因此造成学生内生动力不足，缺乏学习主动性。

信息技术被捆绑。近年来，信息技术带给高校课堂教学的创新应用主要体现在建设了一批网络课程、课件等学习资源，然而这些学习资源的利用率极低，有些更是成了项目评估材料，与现实的课堂教学没有任何关系；缺乏对信息技术背景下个性化课堂教学的变革与创新，课堂教学改革仅仅是被捆绑上了信息技术，课堂教学与信息技术深度融合不够。

二、翻转课堂

翻转课堂是近年兴起的一种颠覆传统教学结构、引领现代课堂转型、革新教与学关系、以学生为中心的新型教学模式，学生课前利用教师制作的数字资源自主学习课程知识，然后在课堂上参加互动活动并完成作业训练的一种教学形态[1]。翻转课堂从注重教师“教”向注重学生“学”转变，成为促进课堂教学变革的契机，信息技术推动了翻转课堂的变革进程。

1.翻转课堂国内现状

近年来，国内学者对翻转课堂的研究逐渐增多，曾贞探讨了翻转课堂的特征、实践及问题，认为翻转课堂是运用现代数字技术，探索个别化教学的成功范例[2]；张金磊、王颖等构建了翻转课堂教学模型[3]指导课堂教学改革；马秀麟、赵国庆对大学信息技术公共课翻转课堂教学进行了实证研究[4]。张金磊、张宝辉提出了基于游戏化学习理念的翻转教学模式 [5]。目前融入了翻转课堂理念的教学模式在我国尚处于探索阶段，因此探索翻转课堂在高校的应用实践，特别是工程教育课程中的应用实践，对推动高校课堂教学改革具有重大的价值意义。

2.翻转课堂内涵及要素

翻转课堂将知识传授过程放在课堂外，学生通过如学习视频、网络学习社区资源、网络教室直播、电子教材等形式自主学习新知识；而把知识内化过程放在课堂内，通过课堂交互研讨与训练实践“吸收内化”知识。翻转课堂与传统课堂下的教学理论、学习理论和教学设计理论完全不同，其教学要素间存在较大差异，对比分析如表1所示。

三、工程型翻转课堂教学模式

1.工程型课程形态特征

工程型课程与实践是不可分割的，其最显著特征是通过实践教学培养学生工程实践能力。实践教学与理论教学的关系主要有三种形态：一是专业基础课程，实践依附于理论教学；二是工程实践课程，实践独立于理论教学；三是专业技术课程，实践融合于理论教学。针对工程型课程的三种实践教学形态，目前推行的项目式学习和任务驱动学习方法，对培养学生工程实践能力起到了较好效果，一定程度上解决了学生主动参与问题，但尚未从根本上解决教与学的关系，需结合翻转课堂进一步深化课堂教学模式改革。

2.工程型翻转课程教学流程

依据工程型课程的实践特性，工程型课程翻转课堂由自主学习平台和教学活动等组成（如图1）。自主学习平台由教师搭建符合工程教育的个性化协作式自主学习环境，提供学习视频、课件、在线测试等学习资源。教学活动以学生为中心，分成“学”与“教”两个环节。“学”环节借助自主学习平台课前先学工程基础理论知识；“教”环节借助课堂活动开展符合工程教育的教学，教师与学生、学生与学生之间互动式探究、讨论自主学习中对工程基础知识的困惑，或者通过科学实验解惑，教师重心工作是设疑、点拨、引导，充分调动学生学习积极性，指导学生内化知识。翻转课堂包括学习资源、教师和学生三大要素，其中学习资源通过自主学习平台提供，教师按工程教育理念创建学习视频和组织课堂活动，学生参与课前自主学习和课堂活动。

3.翻转课堂自主学习平台

自主学习平台提供课程学习视频、课件、学习记录、课前诊断和课后测试等学习资源，其中教师课前精制学习视频。学习视频承载了教学内容的呈现，因此传统课堂的教学设计将转化为两部分，一是自主学习视频的教学设计，建议借助概念图[6]呈现互动教学资源，二是基于课堂活动的教学设计。

首先设计学习视频。一是设计学习视频时长。翻转课堂的学习视频以“短视频+交互式练习”为基本教学单元，时长控制在十分钟左右，便于碎片化学习，也有利于学生记忆与理解。二是设计学习视频内容。依据学生学习规律、教学规律和工程型课程实践性特征，结合三种不同实践教学形态、教学目标和知识体系，裁剪教学知识、教学项目或教学实践任务，设计学习视频呈现核心知识内容的方式。呈现教学内容选择符合人体认知思维的概念图，它作为课程知识表达，教师组织和引导学生科学设立知识网络的结点以及寻找各知识点之间相互联系的工具，贯穿于整个教学活动。

其次创建学习视频。学习视频应该包括课件、声音和板书，课件是学习视频呈现课程知识的载体。概念图在学习视频中作为课程知识表达的组织工具，按知识结构将课程划分为单元，抽取单元内容的关键知识点，对概念知识间的异同及内在联系进行整理，以层次或图等方式表达知识点隶属关系或关联关系，使教师能够更好地梳理课程知识脉络，易于突出重点内容。学生通过对概念图的理解和讨论，逐步吸收和内化课程知识，最终达到迁移和应用，形成自己的知识体系，同时还可以使用概念图设计每堂课的工程理论知识点和测试训练题，让学生观看了学习视频能够重构知识和内化知识。

再次创建其它教学资源。如课前诊断、课后测试、电子书等作为学习视频补充，课前诊断根据教师学习内容设惑，期待学生在学习过程中解答；课后测试诊断学生自主学习效果；电子书侧重学习重难点以及课堂互动讨论中有深度达成目标的知识。

4.工程型翻转课堂教学活动

（1）工程型翻转课堂教学模型

翻转课堂运用于工程型课程尚无借鉴的成熟模型，我们针对三种不同实践教学形态的工程型课程，构建“工程型”翻转课堂教学模型（如图2）。实践依附于理论教学的专业基础课程重视理论知识，以理论知识对学生实践操作指导为主线，课前学习视频偏重理论知识的深度学习，由知识导引、知识学习、自我诊断和疑问提出等环节组成；课堂活动偏重知识内化，由问题导向、知识固化、科学实验、知识拓展和点拨总结等环节构成。实践独立于理论教学的专业实践课程重视工程实践任务，以学生完成任务成果提升工程能力为主线，课前学习视频偏重技能学习，由任务导引、技能学习、整理收获和疑问提出等环节构成；课堂活动偏重工程训练探究，由任务分解、工程实践、协作探究、作品展示和成果总结等环节构成。实践融合于理论教学的专业技术课程重视知识与技术融合，以完整商用项目分解为知识点后融入专业技术课程为主线，课前学习视频偏重技术知识学习，由项目导引、技术学习、整理收获和疑问提出等环节构成；课堂活动偏重项目技术能力训练，由项目分解、项目训练、引领创新、项目展示和技术总结等环节构成。

（2）课前视频学习

学习视频将贯穿整个教学流程，课前观看是学生自主学习，课堂研讨观看是消化知识和促进思考，课后观看是巩固知识。学生通过学习视频，按照教师以概念图形式呈现的知识结构，结合学生需要自定进度、节奏、速度与方式，在课前进行深度的自主学习。深度自主学习要求教师在知识点讲解之前设计问题，让学生带着问题观看学习视频并在其中寻找答案；在每个知识点讲解播放结束之后，学生完成教师布置的训练题，测验结果反馈给学生。学生通过概念图载体呈现的知识关键点，标识出学习过程中的疑惑知识，然后学生运用概念图自我整理知识和疑问，带进课堂向教师提出质疑。学生课前深度自主学习是将课堂活动互动引向更高层次的基础，是学生内化知识的前提，也是翻转课堂得以实现的根本。

（3）课堂训练内化

课堂活动的面对面互动学习活动是翻转课堂最具价值的环节，学生能充分运用自主学习知识，因此课堂内更需要高质量的学习活动。首先，用结构化方式呈现的概念图作为学生课前的基础学习评价、师生课堂讨论和交互的载体。教师针对学生课前自主学习过程中提出的问题答疑解惑，或者根据自主学习知识的测试反馈情况，开展针对性的微型讲座。其次，根据工程型课程的三种不同实践教学形态开展课堂训练内化（如图2）。实践依附于理论教学的专业基础课程可根据学生自主学习设计的概念图为脉络，教师设疑、解惑、知识固化与拓展、引导科学实验，最后教师点拨总结。融入了商用项目的专业技术课程可设计为课程目标、单元目标和课时目标，其中课程目标是贯穿于一门完整课程的课程项目目标，能覆盖该课程的核心知识体系，需要完成一个完整的项目才能实现；单元目标是一个完整项目中的子项目目标；课时目标是子项目中的一项或几项任务，也是每次课堂活动应该达成的教学任务，通过学生结对训练、学生项目展示或讨论、学生提问，最后教师知识技术总结。实践独立于理论教学的专业实践课程可按照一个完整工程实践任务需要的技术逻辑进行建构课堂活动，通过搭建真实工作情境，让学生在工程实践中受到工程能力训练，综合运用已学知识，主动探究知识，完成部署的工程任务，展示实现作品，接受教师和学生的质疑与评价。然后，师生深入交互讨论和探究。在学生基础知识学习、结对训练、展示成果的基础上，教师针对学生疑惑逐个释疑，不仅有利于学生吸收内化知识和有助于学生个性化学习，而且学生暴露出的问题可以使教师更有针对性地进行课堂活动的再次备课，为课堂后续活动的“引导”做铺垫。最后，教师运用概念图梳理知识和技术进行课堂归纳总结，利于学生课堂内化知识和拓展延伸。

（4）翻转课堂学习效果评价

“以学生为中心”的翻转课堂，评价关注的主体对象是学生和教师，评价焦点是学生学习效果与表现，关注学生课前的自主学习效果以及学生课堂教学活动训练内化知识的效果，最后才是学生课程成绩；其评价贯穿学生整个学习过程，而不是仅仅将课程成绩作为唯一评价结果，同时从多维视角评价教师课堂教学质量；学生自主学习效果可以使用概念图作为其掌握知识情况的评价工具，通过为每个概念设置问答和小测验，能够了解每个学生自学学习阶段对概念知识的理解程度，作为评价学生对知识点掌握情况的反馈。

四、总结

翻转课堂颠倒了课堂知识传授与知识内化流程，真正解决了“以学生为中心”的教与学匹配问题。依据工程型课程理论与实践教学的三种不同教学形态，将概念图融于教学全过程，工程型课程翻转课堂通过设计学习视频、创建学习视频和其它教学资源等环节搭建自主学习平台，通过课前视频学习和课堂训练内化等阶段开展课堂教学活动，有效地实现了工程型课堂翻转。

参考文献：

[1]Gregory S. Mason，Teodora Rutar Shuman， and Kathleen E.Cook. Comparing the Effectiveness of an Inverted Classroom to a Traditional Classroom in an Upper-Division Engineering Course[J]. IEEE Transactions on Education，2013（4）：430-435.

[2]曾贞.反转教学的特征、实践及问题[J].中国电化教育，2012，306（7）：114-117.

[3]张金磊，王颖，张宝辉.翻转课堂教学模式研究[J].远程教育杂志，2012（4）：46-51.

[4]马秀麟，赵国庆，邬彤.大学信息技术公共课翻转课堂教学的实证研究[J].远程教育杂志，2013（1）： 79-85.

[5]张金磊，张宝辉.游戏化学习理念在翻转课堂教学模式中的应用研究[J].远程教育杂志，2013（1）： 73-79.

[6]Kamal Bijlani， Shiffon Chatterjee， Sruthy Anand. Concept Maps for Learning in a Flipped Classroom.2013 IEEE Fifth International Conference on Technology for Education，2013 IEEE：57-60.

（编辑：郭桂真）