本科实验课程翻转课堂教学设计与实践

刘 艳， 江 冰， 朱昌平， 朱金秀

(河海大学 物联网工程学院，江苏 常州 213022)



本科实验课程翻转课堂教学设计与实践

刘 艳， 江 冰， 朱昌平， 朱金秀

(河海大学 物联网工程学院，江苏 常州 213022)

本科实验教学中采取翻转课堂教学法，能提高学生的参与度，实现个性化教学。课程整体教学设计建立在ARCS动机模型上，以兴趣为驱动，保持学生积极性；课前任务利用问题为导向，引导学生自主学习；课堂活动分别在学生个性化学习、分组交流基础上及时反馈，提高学生的满足感；课后评价侧重学生学习努力程度而非正确性，帮助学生树立正确的学习观。在通信工程专业“卓越工程师”试点班级的数字电子技术实验课程的实践发现，学生对知识的理解和掌握较传统教学有了大幅提高，翻转课堂教学法更能培养学生的自主学习能力和实践创新能力。

翻转课堂； ARCS动机模型； 自主学习能力

0 引 言

“翻转课堂”把传统的课堂教学内容移植课外，让学生把省下来的时间进行个性化的学习，教师不再进行传统的讲授，转而将重心转移到对学生的个性辅导中来。对高校的本科生而言，自主学习能力在整个大学学习过程中至关重要，它是学生保持创新能力的基本条件。借助“翻转课堂”教学模式，学生可以自己控制学习节奏和进度，更多的与同伴进行协作；教师可以丢弃重复的讲解，将更多时间和精力放在指导学生实践上，及时了解学生的学习需求，解决学生的问题。

自美国塞达维尔大学的Baker[1]提出“翻转课堂”(classroom flip)这一概念并使用以来，诸多学者开展此模式在各阶段的教育研究[2-3]。何朝阳[4]分析美国迈阿密大学、中田纳西州立大学等进行翻转课堂教学的过程，叶青[5]对比高校传统教学与翻转课堂，均得出翻转课堂在诸多方面比传统课堂更有优势的结论。汪晓东[6]、王素敏等[7]将“翻转课堂”以应用到英语课程教学中，较传统教学提升了英语学习者的应用能力。宋金璠[8]、黄琰等[9]分别在大学物理实验、“现代教育技术”实验教学中尝试了翻转教学。

结合本校的“本科实践教学建设年”工作，开展了“翻转课堂”立项实践工作[10]，以打破传统“以教师为中心、以教材为中心、以教室为中心”的教学模式，加快从“以教为中心向以学为中心”“知识传授为主向能力培养为主”“课堂学习为主向多种学习方式”转变，着力培养学生的学习主动性、能动性、独立性，提高学生的创新素质与创造潜能。

1 本科实践教学改革内涵

1.1 本科实践教学目标

《中华人民共和国高等教育法》明确规定：“高等教育的任务是培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才，发展科学技术文化，促进社会主义现代化建设。” 根据教育部《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》、《全面提高高等教育质量的若干意见》(教高〔2012〕4号)，探索信息化环境下如何开展课堂教学方式改革，配合本校“卓越工程师教育培养计划”，培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才。实践教学作为本科生培养过程中的重要组成部分，以能力为导向[11]，结合相关理论课程，以实践项目为载体，分别在基础性、应用性、创新性实践教学中培养学生[12]对知识的理解能力、理论联系实际的动手能力、发现问题并解决问题的创新能力。

1.2 本科实验课程教学共性问题分析

实验课程是实践课程教学的重要组成部分，传统的实践课程教学在不断的发展过程中，逐渐形成了固有的教学模式。实验课程教学一直是理论教学的辅助手段，教师与学生的重视程度普遍不高，因此，大部分本科实验课程教学中，学生存在以下问题：学生认为实验教学只是形式，对实验项目的具体内容兴趣不高；学生在参加学习前，没有深入思考实验课程的内容及相关知识点，将理论知识进行应用时遇到困难；智能信息终端如手机、平板的普及造就了许多“低头族”，学生喜欢找已知答案而不是自己去解答；在实验教学中学生避难就易，分析问题、解决问题的能力得不到锻炼。

为提高学生的实践创新能力，各高校教师在完善整个实践教学体系中做了诸多工作[12-15]，归纳为加大创新性实践环节比重、以学科竞赛为契机培养学生、采取导师指导制、以科研团队形式实现对少数学生的精英教学等方式。但在实验课程教学中，面向整班学生的能力培养与提高模式尚在探索中。

1.3 翻转课堂模式下的本科实验教学

根据苏珊·A·安布罗斯的《聪明教学7原理》，教学首先要了解学生已掌握知识；将已有知识进行分组和归类，强调知识之间的关系；激励学生的学习动机；使学习过程成为达成精熟的过程；利用有效设计练习和反馈；创建富有成效的课堂气氛；帮助学生成为自主学习者。翻转课堂模式下的本科实验教学为实现对学生能力的培养，具有以下特点：

(1)增加并强调课前预习，明确课程学习目标，以教学视频、范例、问答等激励学生的学习动机；

(2)课堂教学中，教师角色由主导转为引导，帮助学生自主学习，并有效组织学生讨论并及时反馈；

(3)学生评价多样化，不强调结果，突出过程的重要性。

对比翻转课堂模式与传统的实验课程教学，两者在课前、课中、学生评价方面有较大的区别，见表1。

表1 传统实验教学与翻转实验教学比较

2 本科实验课程翻转教学设计

实验课程教学要求学生对学习内容保持兴趣，根据美国佛罗里达大学的约翰.M.凯勒1983年提出的ARCS动机模型，即如何通过教学设计来调动学生的学习动机问题，翻转教学设计分为课前任务设计、课堂教学活动设计、学生评价设计三部分内容。ARCS动机模型中，A(Attention)注意是个体进行学习的先决条件；R(Relevance)关联让学生发现已有知识与自身的知识背景、个人需求和生活经验之间的关系，让学生发现新知识可以用来解决生活中的实际问题；C(Confidence)信心需要在学习的不同阶段，根据学生的需要，持续的给予支持和维护并让学生对成功拥有更高的期望，相信自己能获得成功；S(Satisfaction)满足作为内部动机，让学生感到所学知识有用，自己做的还不错，而且评价很公平。

2.1 课前任务设计

课前任务根据教学目标设计，目标的深浅、层次和结构关系到学习效果，因此，设计课前任务前首先要确定课堂教学目标。设计任务前，必须要充分了解学生的兴趣点和学习能力，根据理论教学内容及学生的学习情况，分析学习的目的，“想让学生学会什么”；实践活动的方法与资源有哪些，“怎样教他们学会”；最终应怎样进行评价，“怎样知道他们学会了”。

根据布鲁姆教学目标分类法[16]，教学目标在认知维度上分为认知、理解、应用、分析、评价、创造六个层次，在事实性、概念性、程序性、元认知性等知识维度上具有不同的行为目标、内涵和表述方式。课前任务设计要明确本项目中的教学目标具有那些层次，并将其转化为达成目标，让学生明确自主学习的内容难度、区分基础知识和拓展性知识；将教学重点、难点和其他知识转化为问题，设计出以解决问题为导向的任务路径，激发学生自主学习的积极性。

课前任务应设计高效的自主学习环节。自主学习就是对自己学习负责，需要学生确立目标、进行自我监控和自我评价。建构主义学习理论认为教师是意义建构的帮助者和促进者，而不是知识的传授者和灌输者；学生是信息加工的主体主题，是意义的主动建构者，而不是外部刺激的被动接收者和被灌输的对象。它倡导的自主学习和合作学习正是翻转课堂教学所提倡并执行的。课前学习资料的表现形式多种多样，如生动有趣的视频，交互式教学[17]，不断提问将被动学习变为主动学习，针对不同认知过程的专项练习加深学生在不同知识维度上的掌握程度等。

教师的课前任务设计内容在充分考虑以上问题的前提下，涵盖项目名称、知识点、学生情况分析、教学目标、课前学习资料、学习任务单、课上衔接准备等内容。

2.2 课堂教学活动设计

翻转课堂颠覆了传统课堂，要做好翻转课堂，课堂学习活动需要达到有意义的学习效果，而不单是传统课堂的补充；课堂组织高度结构化，整个课堂活动的说明详细，促进学生认真参与；将学生对知识的掌握放在次要位置，更注重学生解决问题的能力；同时在课堂上提供思考和反思的机会。根据金陵的“课堂教学创新四步法”[18]，实验课程的翻转课堂教学活动流程及教师与学生的角色如图1所示。

图1 课堂教学活动流程

首先，课堂教学活动要检测学生的自主学习成效，实验教学的呈现方式为学生个人动手实验。这部分内容的难度不能超过自主学习任务单难度，以完成该部分内容后学生有成就感和信心为宜。

第二步是进阶阶段，这部分内容具有梯度性，充分考虑学生的个体差异，在阶梯化任务引导下激发学生潜能。

第三步为协作探究阶段，一般以小组形式进行。针对个体实验中的疑难问题，学生之间相互讨论、学习，教师作为旁观者观察并记录，仅当小组遇到瓶颈时给予疏导。

最后一步非常重要，它是对知识点的质疑和阐释，常采用小组代表做总结的形式。此时教师要及时反馈，以赞扬为主，维持学生的信心。

课堂活动设计应注重细节，时间控制精确到分钟，教师讲话时间越少越好。

2.3 学生评价设计

传统的学生评价设计主要包括预习、实验结果和报告三部分，翻转课堂教学的评价保留了传统课堂上的评价部分并加以细化，同时课上更关注高阶学习能力的培养，教师不断评价学生的学习。

课堂研习活动的评价分为形成性评价和总结性评价。形成性评价为非正式评价，不计成绩，通常体现在课堂研习过程中，针对当前活动进行随时检查，维持学生的信息与满足感；总结性评价为正式评价，计成绩，通常在一个单元或课程结束时进行，包括个人和小组两方面的总结性评价。

对报告等主观题目的评价，可以开展学生互评。学生互评能确保学习过程以学生为主体，充分发挥学生的主观能动性。互评时，站在同一高度看问题，易被学生们所接受；学生评价他人的过程，同时也是自己加深对知识和问题的认识过程，促使学生思考，从而提高比较和分析能力；互评有利于调动学生的学习积极性，使学生成为学习的主人。互评的前提是教师的正确引导，教会学生正确评价的方法，譬如给出评价指标。

3 本科实验课程翻转教学实践

以本校2013级通信工程专业(教育部“卓越工程师”试点专业)，118名学生的《数字电子技术实验》课程为背景，借助学校的课程在线网络平台http://ktzx.hhu.edu.cn，开展了实验课程翻转课堂教学的实践。翻转课堂教学的具体实施方案在传统模式的预习、实验、报告基础上改进为课前任务、课堂研习、课后作业、课程评价四个部分。

3.1 课前任务

课前任务设计紧扣教学目标，以问题为导向呈现，包括学习目标、实验内容、原理及要求、预习任务等，表现方式为文档、课件、视频。精干短小的视频部分穿插少量习题，实现交互式教学。预习任务除完成相关题目外，要求学生利用软件对项目的电路设计方案进行仿真，并完成预习报告。为掌握学生的学生情况，除利用平台统计学生完成各课前任务情况外，教师批阅课堂研习两天前提交的预习报告，以根据学生的预习情况及时调整课堂研习的侧重点和方案。

3.2 课堂研习

课堂研习分为个人实验、小组讨论、总结提高三个阶段。整个过程强调“同伴教学法”[19]，教师作为引导者“退居二线”。

个人实验主要让学生把课前预习的理论与实验结合起来，这部分允许学生自由交流讨论，也可以向教师提问，但教师尽量做少发言的旁观者，引导学生思考、解决自己遇到的各类问题。根据课前分好的4或5人学习小组，针对本次实验的相关问题和教师引导的扩展性、开放性问题开展小组讨论。每位同学扮演小组的不同角色，包括发言人1名(负责总结此次实验)、记录员1名(负责记录此次实验的讨论、提问、总结情况)、操作员1或2名(负责本次实验的再次操作)、提问专员1名。

总结提高阶段，教师根据对学生个人实验的观察和小组讨论的聆听，组织各小组有序总结，同时引导其它小组对正在总结的小组提问。

3.3 课后作业

翻转课堂教学的课后作业应尽量少。实验教学的课后作业一般以报告的形式体现，每个项目一份报告，学生针对每一个实验项目涉及的知识点进行深加工。本课程的实验报告要求学生避免实验原理的表述，侧重方案的设计、实验过程和解决问题的记录。学生在每次实验结束和下次实验期间，完成并在线提交实验报告，教师批改后作为课程评价的一部分。

3.4 课程评价

每门课程最后都以成绩作为结束。在实验教学中，努力程度比正确率更重要，因此，题目的正确与否、报告是否精美不是衡量学生成绩的唯一标准。在翻转模式教学下的数字电子技术实验课程评价分为课前学习、课堂研习、课后作业、期末考试四个部分，见图2。

图2 课程评价结构

课前学习评价检查学生课前自主学习情况，包括观看课件或视频、完成思考题情况、提交预习报告。

课堂研习评价检查学生的现场完成情况、解决问题、团队合作的能力，分为个人和小组两种方式。个人表现着重评价学生个人在课堂上半部分的实验过程中积极思考、解决问题的能力；小组表现评价小组讨论内容及态度、提问和总结的程度。

课后作业评价即实验报告评价，检查学生个人总结课程内容情况，是否进一步思考问题本质。

实验课程设置了期末考试，考察学生对知识的掌握情况、临场解决问题能力。包括操作考试和基础知识测试两部分。操作考试要求学生在规定的时间(1 h)内，每个人随机抽取实验题目独立完成现场操作；基础知识测试要求学生围绕课程中的基础知识及实验过程中的一些问题进行作答，题型中有50%为开放题。

4 教学实践对比分析

“数字电子技术实验”课程采取的翻转课堂模式，经过一学期的应用研究，对照了同一年级的其他两个班级的教学情况，采取发放问卷、访谈、在线平台数据统计等方式，就学生在课前与课后对知识点的理解程度、实践的兴趣与积极性、参与讨论和交流程度，课前预习和仿真对学生发挥的作用进行了对比分析。三个参与对比分析的班级，教学方式分别采用传统教学、伪翻转课堂、翻转课堂模式，其中的伪翻转课堂为不开展小组讨论的翻转教学。向三个班各发放问卷30份，总数为90份，分别回收有效问卷29、25、30份，统计数据见表2。

表2 三种教学模式对比试验 %

由表2的数据可以看出，采取信息化手段并要求学生通过在线学习和仿真预习的措施大大提高了学生对实践内容相关知识点的了解程度；翻转课堂模式较另两种模式更能提高学生的动手实践的兴趣与积极性；加入了教师引导的分组讨论的课堂研习，使得学生更主动的参与讨论和交流，深入思考实验内容，加深学生对知识点的理解程度。

5 结 语

借助信息化手段的翻转课堂教学模式，教师能更方便地掌握学生的学习情况，及时解答疑难、调整课上教学内容的深度和难度，实现以学生为本的层次化教学。采取ARCS动机模型设计的翻转课堂教学设计，严格按照课前、课中、课后三个阶段，在学生评价时侧重学生分析、解决问题的能力，能最大限度地调动学生的兴趣和积极性，培养学生自主学习能力。

在实验教学中实施翻转课堂模式，打破了课程原有的教学模式，使“你教我学”变成“我想学，你来教”，提高学生参与度，增强学生之间的合作，普遍提高学生的实践创新能力。

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Design and Practice Research of Flipped Classroom in Bachelor Experimental Curriculum

LIUYan,JIANGBing,ZHUChang-ping,ZHUJin-xiu

(College of Internet of Things Engineering, Hohai University, Changzhou 213022, China)

Flipped classroom in bachelor experimental curriculum is more effective to promote degree of participation and individualization education than traditional education. The total teaching design is based on ARCS motivation model. It can hold enthusiasm of students. Before-class tasks guide them to self-study by problem-based direction. Classroom teaching bases on individual learning and panel discussion. It pays more attention on feedback immediately to primitive students’ satisfaction. After-class assessment focuses on effort level, is not accuracy. That can help students to establish correct learning view. The flipped classroom practice research bases on the digital circuit experiments in communication engineering which is the MOE Outstanding Engineers experimental program. This education method can grow significantly students’ knowledge comprehension ability and mastery. Flipped classroom teaching method can foster students’ self-study ability and innovative ability in practice.

flipped classroom; ARCS motivation model; self-study ability

2015-05-11

2014年度江苏省研究生教育教学改革研究与实践课题(2014JGLX14-29号)；江苏高校品牌专业建设工程一期项目(PPZY2015B141)；河海大学高等教育科学研究2015年度立项课题(20151212)；河海大学第一期“翻转课堂”立项实践项目(河海教务〔2014〕56号)

刘 艳(1984-)，女，重庆江津人，硕士，实验师，研究方向为电子技术、信息获取与处理。

Tel.：13646117429；E-mail：liuyan_s@163.com

G 642.421

A

1006-7167(2016)04-0201-04