翻转课堂教学模式在中学机器人教学中的应用——以成都石室中学机器人教学为例

◎王庆伟

纵观我国机器人教育的发展，机器人竞赛无疑是推动机器人教育的重要动力，也引发了各学校开展机器人活动的热潮。然而，机器人教育兴盛发展的同时，机器人教学的状况却明显滞后，目前，只有极少数地区和学校将机器人教学纳入正规的课堂教学。［1］同时，在机器人教学方面，现阶段的机器人教育既没有规范统一的教材，亦缺乏系统科学的教学模式。从另一个方面讲，机器人教学又具有极大的开放性极。从机器人的搭建到整个方案的解决，可以充分激发学生的潜能，让学生自由的发挥他们的想象力和创作力，对于提高学生的综合能力、培养其开放思维和团队意识会起到重要作用。因此，机器人教学必须打破常规教学模式，充分发挥学生的主动性，反转课堂教学模式的提出与普及为机器人教学提供了一种新思路。

FCM最早产生于美国，是“Flipped Class Model”的简称，通常被翻译成“翻转课堂”、“反转课堂”或“颠倒课堂”，或者称为“翻转课堂教学模式”。其基本思路是：把传统的学习过程翻转过来，让学习者在课外时间完成针对知识点和概念的自主学习，课堂则变成了教师与学生之间互动的场所，主要用于解答疑惑、汇报讨论，从而达到更好的教学效果。［2］与传统课堂相比，反转课堂更能体现学生学习的主动性，激发学生的积极性，培养学生的创新能力。

一、学校开展机器人教学研究的现状

学校一直高度重视机器人科技创新活动，从2005年建设机器人实验室以来，机器人教育规模逐年扩大，曾开展有VEX、FTC、综合技能、足球、FLL等机器人科技创新项目。特别是机器人选修课开设以来，参与机器人学习的学生越来越多，活动开展已趋于常规化，曾多次参加青少年机器人世锦赛、全国机器人比赛、四川省机器人比赛。共获得世界性奖励3次，全国一等奖15次，四川省一等奖50次，取得了丰硕的成果，同时也积累了丰富的机器人教育资源。本文结合学校历年开展机器人教学的经验，并结合“翻转课堂”教学模式，尝试探索一种新型的机器人课堂教学模式。

二、反转课堂教学模式的应用模型

教学模式都有其特定的逻辑步骤和操作程序，或者说是应用模型，它规定着在整个教学过程中，教师和学生先做什么、后做什么，各个环节中应当完成的任务。翻转课堂实现了知识传授和知识内化的颠倒。将传统课堂中知识的传授转移至课外完成，知识的内化则由原先主要集中在课外作业的活动转移至课堂中的学习活动。［3］美国富兰克林学院数学与计算科学专业的Robert Talbert教授经过多年应用翻转课堂教学总结出翻转课堂的结构。根据Robert Talbert的翻转课堂结构图，翻转课堂操作程序分成课前和课中两个阶段，在课前阶段分为观看教学视频和针对性的实践练习两个环节，在课中阶段分为快速少量的测评、解决问题并促使知识内化和总结、反馈等三个环节。［4］

在Robert Talbert教授对翻转课堂研究的基础上，本文结合翻转课堂的理念、系统化设计思想，遵循机器人教学的特点，构建出翻转课堂在中学机器人教学中的应用模型。此教学应用模型体现在“以学生为中心”的教育理念基础上，尊重学生的主体性地位，强调教师的引导作用，同时关注模型在课程应用中的可操作性。该模型主要由课前、课中、课后三个阶段组成，每个阶段分别由教师活动和学生活动两部分组织，强调利用信息技术环境支持的师生互动活动，并详细描述了在教学应用中的具体步骤和各活动之间的关系。

1.课前应用阶段

（1）教师活动部分

①教学内容分析。教师在上课之前要进行有效的教学设计，根据每节课的教学目标，并结合学生自主学习的特点，制定适合翻转课堂的教学目标，即把一个综合性的目标细化成许多小的、分散性的目标。目标在描述时尽可能分层次，从而体现结构性特点，说明哪些是课前应达到的目标，哪些是课堂中应达到的目标，那些是课后应达到的目标。

②学习环境创设。教师在课前要进行学习环境的创设，包括硬件环境和软件环境。硬件坏境是指学生用的电脑和机器人搭建过程中的各种器材等；软件环境是指学生编写程序用的软件和网络自主学习平台。

③任务清单制作。学习任务清单，是教师设计的帮助学生在课前明确自主学习的内容、目标和方法，并提供相应的学习资源，以表单为呈现方式的学习路径文件包。问题设计是学习任务单清单设计的核心，是把传统的知识点灌输转化为任务驱动、问题导向的自主学习的关键，也是实现翻转课堂的根本所在。教师要把教学重难点或其它知识点转化为问题提出来，使学生在解决问题的同时把握教学重难点或其它知识点，从而培养学生解决问题和举一反三的能力。制作好后，上传到网络学习平台上面。

④微课视频制作。微课视频的制作在整个翻转课堂中占有重要地位，微视频时间不要超过10分钟，内容只包含一个知识点或一个教学环节，并能很好地解决一个教学重点或是疑难点。制作好后，上传到网络学习平台上面。

（2）学生活动部分

①研究任务清单。学生在课前要完成任务清单的研习，明确学习的目标、内容以及核心问题。并且要把任务清单的研究放在首位，带着问题进行新知预习。

②阅读校本教材。机器人校本教材是我校机器人教练团队根据多年的培训经验，并结合学校学生的兴趣特点自主开发的校本课程。学生通过课前校本教材的学习，能够提前了解上课的重点、难点，回顾已学知识，了解背景知识。

③观看微课视频。学生通过网络观看教师提供的教学视频或其他形式的学习材料开展学习，对学习收获进行记录，并利用交流平台提出问题。

④自主预习新知。通过第一阶段的预习，学生要尝试回答这五个问题：“我知道什么？”“我想学什么？”“我发现了什么问题？”“我已经学会了什么？我如何学会的？”，并通过网络平台，及时的反馈给教师。

2.课中应用阶段

（1）教师活动部分。

①任务解析。翻转课堂的任务强调细化，即教师要把一综合综合型的任务细化成许多小的、分散性的小任务。任务在描述或者解析时要尽可能的联系实际情况，方便学生进行理解。

②分工协作。教师根据学生特点将学生进行分组，一般小组规模不能太大，控制在5人以内，并强调学生要明确小组任务、相互支持和配合、并能对活动成效进行评价。

③教师辅导。在翻转课堂上，教师的角色成为了学生学习的辅助者或指导者。教师要全面监控学生任务完成的进度，针对个别学生提出的疑难问题，教师单独解，而对于学生普遍存在的问题，进行集中讲解，采用分层教学，教师重点是帮助学生解决疑难问题，并对学生的学习效果给予及时的反馈评价。

④评价反馈。教师对小组完成任务的质量、效率进行评价和反馈。评价对象主要以小组为单位，评价结果尽可能等级化。

（2）学生活动部分。

①微课助学。微课助学应贯穿于整个课堂中，学生则是通过自主学习和合作交流学习相结合，适时利用“微课”帮助学生解决重点、难点、疑点、易错点和易混淆点，完成知识内化，强化学习兴趣，针对实操步骤记不清的地方，可以借助“微课”视频，边看演示内容边自己动手实操，在探究中发现问题、手脑并用，寻求解决问题的方案。

②协作学习。在翻转课堂中，学生通过协作学习发展个体的思维能力，增强学生个体之间的沟通能力及学生相互之间的包容能力。具体操作包括：小组内要进行明确的任务分工，明确小组任务、相互支持和配合、并能对活动成效进行评价。如果涉及的问题比较小，可以先进行个体自主探究，然后在小组内相互交流成果。

③交流汇报。学生经过独立探索、协作学习之后，完成个人或者小组的成果集锦。学生需要在课堂上进行汇报、交流学习体验、分享作品制作的成功和喜悦。

④小组评价。小组内的评价包含自评和他评，主要指标应包含活跃度、参与度、个人素质、领导力等，意在促进小组合作的积极性。进行测评时，一定要组织好各组学生，规范有序进行。

3.课后应用阶段

（1）教师活动部分。

①教师反思。在课后，教师需要进行课后反思，经过学生课前预习和课堂上发现的问题，反思在微课和研学案的制作中还存在什么问题，需要如何改进。

②跟踪指导。通过网络交流平台（教学论坛、QQ群、微信群）对部分学生进行进一步的跟踪指导。

③分享发布。通过网络交流平台（教学论坛、QQ群、微信群），分享优秀学生的成功案例；激励学生创作更为优秀的作品。

④总结叫轮流。通过网络交流平台（教学论坛、QQ群、微信群）与学生课后交流，及时反馈学生发现的新问题，并总结教学的成果、存在的不足和改进的措施。

（2）学生活动部分。

①学生反思。学生也要反思自己上课的收获和存在的问题，对没有熟练的内容借助微课视频帮助学生复习，巩固重点、难点、疑点、易错点、易混淆点，通过扩展学习、迁移应用、查漏补缺，引出后续学习内容，强化对教学内容的记忆。

②深化创新。机器人教育一项培养学生创新能力的活动，学生在课后需要进一步思考自己作品的创新点。

③任务完善。通过网络交流平台（教学论坛、QQ群、微信群），获取教师和其他小组的帮助，完善自己的作品和创作。

④工程日志。在每次课后，学生需要提交工程日志。工程日志主要记录了学生在整个机器人学习过程中遇到的困难，学到的经验，获得的收获等。

三、翻转课堂教学应用模式的特点

1.提升了学生的问题意识 一节课，学生是带着问题来，又并带着问题开始新的探索。课上解决的问题，也是学生提出、自主解决问题的，而不是老师人为安排的。置身于这样课堂中，学生的学习是充满着活力的，学生的思维极具活跃的。学生之间在提出问题、解决问题的过程锻炼了思维能力，积累了基本数学思维活动经验。

2.使互动交流成为可能 在问题解决环节，教师注意引导学生进行组与组的问题讲解，极大的调动了学生的积极。心理学上讲，学生是很愿意当“小老师”给别人讲题的，这样的课堂满足了学生的基本心理需求。给学生带来兴趣的同时，也促使了课堂中生与生之间不同观点的碰撞。学生在互动交流、质疑问难中实现了信息的共享、思维的碰撞。课堂上，既关注到了不同学生的差异，也为不同层次的学生自身基于基础的提升提供了可能。

3.拓宽了学生学习空间 课堂翻转之后，有之前视频在线学习，课上解决学生的疑惑点，还有课后教师预留下探究的问题。这样就无形当中拓宽了学习的空间，将课前学习、课中学习、课后学习有机结合与补充。由于先进的网络平台与强大的数据统计，教师课前就已经掌握了学生关注点，为课上有针对性的讲解与讨论提供可能；因为数学知识具有系统性，临近课下提出下节课的研究问题，为学生课下的学习提供可能。课堂学习的空间因为有课前的在线学习和课后的问题探索拓宽了，实际上，拓宽了的不仅仅课堂的空间，还拓宽了学生数学思维。

4.生成资源取代了预设性资源 由于不同的学生面对同一个问题，会有不同的疑惑，因此课前的预设就不一定是学生关注的。这对教师是个挑战，教师需要了解学生学习经验和学习心理，同时还要精通本节课，甚至是本单元、本次的知识。否则的话，面对学生的问题，教师将会无所适从。

5.评价方式能加的多元化 评价要强调内容多样化，评价内容不仅关注学生的知识和技能的获得情况，更关注学生学习的过程、方法，以及相应的情感态度和价值观等方面的发展。改变单一由教师评价学生的状况，将教师的评价与学生的自我评价小组评价相结合，注意使学生评价成为管理者、教师、学生共同积极参与的交互活动，也就是落实评价主体的多样化。