以能力为导向构建实验课程翻转课堂模式

Dirk Burdinski

(科隆应用科学大学，德国 勒沃库森 51368)

1 实验课程存在的问题

实验课程是自然科学和工科教学的一个关键部分。一方面，实验课程旨在使学生学到专业要求的实际操作技能；另一方面，学生从第一学期起就接触到的抽象理论知识，通过实验课可以加深对它们的理解。以化学为例，学生仅在反应方程式的基础上不太可能真正明白两种物质是如何相互反应而形成新物质的，只有通过在实验室里真实和亲自的操作并观察反应过程才能真正理解。

因此，专业能力的提高跟实践操作能力的发展密不可分。[1]这不仅适用于化学专业，也同样适用于物理、生物学和工程学等专业。在上述学科的教学计划里，通常都会在第一和第二学期(专业学习的入门阶段)至少安排一个实验课程模块。在之后的学期(专业课学习)里，会定期开设对自主性要求越来越高的实验课程。学生是否能为实验任务做充分准备，这对他们实验操作能力的发展起决定性作用。 特别是在专业学习的入门阶段，学生刚开始进行实验操作，是需要有较强的自学能力的。[2]然而，在上述提到的专业中，现实往往是另外一回事。出于资源不够的原因，实验课程通常不会被评分，学生只需要通过就行。教师不会对学生的实验操作表现做出过于差异化的评价，这样就使得很多学生抱有“反正都能过的心态”，而不是激励他们产生真正的学习动机。[3]结果是，这样的学生即使实际上并没有达到所需能力水平，但往往也都可以顺利地通过实验课程模块。如果这样的学生没有通过，那么他们多数会感到困惑和沮丧。最坏的情况下，他们会很早就辍学。

在德国，特别是自然学科学生的学业成功率比其他学科明显要低很多。尤其是化学专业的辍学率多年都保持在40%左右。[4]学习绩效不足是导致学生早期辍学的主要的非私人原因之一，体现为学生在主观上感觉“达不到专业的要求”以及由于期望未实现而导致的“学习动机不足”[5]。

另一方面，化学专业的实验操作入门课程对学生的要求历来都很高。一般来说，学生会先根据老师发的实验课讲义为完成实验任务做准备。实验课讲义通常都具有清晰的结构，包含相关背景知识和具体的实验任务。借助讲义里的文字信息和图片信息(如步骤表、图片等)，学生要思量采用什么样的实验方法，并在此基础上设计实验流程。在设计和实施实验的过程中，学生要发挥综合能力，即观察、记录、评价和解释的能力。[6]

对于那些几乎没有或者只有很少相关实验经验的学生来说，这些复杂的要求会让他们感到压力过大，从而导致他们在准备实验课时采用的方法不正确，比如说准备工作没有条理性、不把重点放在实际内容上。错误的是，很多学生把精力集中在满足实验的形式要求上，也就是说，他们会更多地用死记硬背的方式来准备实验操作前的预考或口试，希望以此来满足最低要求，从而顺利通过预考或口试。然而，这样的准备工作对在实验室的实际操作会产生什么效果却不是很多学生所关心的。

从学习理论的角度出发，教师不希望学生这样学习。有研究证明，实验前充分的准备工作对实验操作能力的发展至关重要。[7]从认知科学的角度来讲，预先掌握重要的基础知识对进一步拓展知识和发展行为能力(Handlungskompetenz)也是至关重要的。由于在具体的实验环境中需要进行的操作非常复杂，因此，能够快速地提取大量的基础知识是一个重要的前提。在工作记忆里还未得到巩固的知识只可能在有限的范围内可以被用到。相反，存储在长期记忆里已牢固的知识则可以快速且有效地用于学习过程。这些事实清楚地表明，不充分的实验准备将很难满足实验课程提出的综合要求。

根据Hartmann等人的理论，构建一个能够满足学生群体不同学习需求的准备阶段可以帮助学生克服相应的学习困难，前提是学生在准备阶段能够得到及时的反馈。[8]特别是在专业学习的入门阶段，这样可以减少，甚至是完全防止出现学生认知超负荷的现象，并且可以避免学生选择性地把重点放在一些他们主观认为对实现短期目标重要的内容和技能上。[9]准备阶段如能满足这样的条件，学生便可以更为深入地理解实验操作对整个学习过程的重要性，从而激发他们的学习积极性。[10]

2 翻转课堂模式的原则以及应用

2.1 翻转课堂模式的原则

那么，在实验准备阶段、实验阶段本身以及具体实验任务的收尾阶段，如何能够更好地满足学生的学习需求呢？首先可以确定的是，实验的准备阶段最为重要，见图1。在此，把高校教学法中的诸多新理论和数字化带来的与日俱增的机遇相互结合起来，就可以创造出多种多样的解决方法。[11]这也是混合学习(Blended-Learning)理念的核心思想：为学生提供更多在家学习的机会，以使他们有针对性地做好面授课(这里特别是指实验课)的前期准备和后期回顾工作，并在期间给与他们支持。针对学生的个人学习，可以越来越多地给他们能够自动生成的、个性化的反馈。在此基础上，根据学生的学习需求给他们提供个性化的促进措施也成为可能。[12]

传统模式下，在实验课程教学中会对实验准备和回顾阶段做同样份量的设计(图1)。 然而，在过去20年里，对这些阶段的看法发生了变化。如之前所述，在构建一致性(Constructive Alignment[13])的意义上，实验课程的目标已转移为培养学生取得预先明确定义好的行为能力。 实验准备阶段的意义在于使学生在面授课阶段，即在实验操作阶段能够在能力发展上有真正地提高。这一点现在已成为教学法关注的重点。[14]

强调实验操作行为能力的培养也直接导致了学生的大量学习负荷须从回顾阶段转移到准备阶段(图1)。[15]改变学生以在面授课上学习为主的模式，这是翻转课堂，或者说颠倒课堂的标志之一。[16]因此，以这样模式设计的实验课程也被称为翻转实验课堂(Flipped Lab)。[17]

图1 实验课程中的不同教学/学习阶段

注释：其中，实验回顾 (N) 包括数据分析、实验记录以及在必要时的错误纠正。在传统模式的实验课程里，实验回顾是在实验操作阶段 (L) 之后或者之外进行的。而在翻转课堂模式下，实验回顾在实验室里进行，并仍然属于实践阶段 (P) ，是实践阶段的一个组成部分，也就是说也仍然还有老师指导。在翻转实验课堂模式下，学生要把更多的精力放在实验准备阶段(V)。

翻转课堂意义上的教学形式通常都具有一个特点，即学生要先在自学阶段学习新的内容和概念，在面授课堂上，学生在知识应用的环境和老师的支持下深化对所学知识和概念的理解。 在面授课上，老师不会正规地传授基础知识本身。通过在面授课堂上学生和老师的共同合作，学习成果(Learning Outcomes)中定义的能力得到发展和巩固。[18]翻转课堂模式使教师和学生都从中受益。它带给学生的最大益处是他们可以按照自己的节奏学习。[19]这样就给面授课堂留出了空间用来解答学生的问题和深入探讨复杂的问题。对教师而言，他们因此有机会为学生提供个性化的反馈，并使学习过程能够更加灵活地适应学生的学习需求。通过与学生展开单独的沟通，无论是学习速度快还是学习速度慢的学生都能同样获得适合他们学习水平的帮助。这样也使学生群体的内部差异化发展成为可能。[20]学生会摆脱被动学习的状态，积极构建学习过程。通过这样的方式，学生不仅能够提高在专业上和方法上的能力，而且还能够发展非专业能力，比如说社会能力和自我能力。

在此的前提是，学生要准备好接受新的学习模式，放弃传统的学习态度。他们因此必须对自己的学习过程更加负责。同时，这也要求教师准备好适合学生学习水平、内容和形式上高质量的媒体资料。教师也可以自己制作这样的学习材料，但这通常会额外增加教师相当大的工作量。[21]

综上所述，翻转课堂模式通过使用学生喜爱的信息渠道来吸引学生，让他们为自己的学习成果负责，让他们找到自己的学习节奏，使他们能够深入地、以应用为导向进行学习。

2.2 翻转实验课堂的具体应用

把传统的实验课程转变为翻转实验课堂的目的是使学生在实验操作阶段能够对自己的行为能力建立必要的自信、在理论知识的支撑下以及在自我反思的过程中完成实验任务。为此，他们要出于内在动机、加以一定程度必要的外部监督来为这些实验任务做好广泛、有针对性的准备。其中，他们需要明白实验安全、理论知识和操作技能之间的相互联系，并运用这些知识来反思自己的行为。

为了达到这样的学习效果，学生在专业学习入门阶段尤其需要有全面且高质量的学习媒体，并且在必要时还应给他们提供较为容易实现的支持。 Kemper等人已经提出了一些采用科技手段来支持实验课学习的方法。他们很早就指出使用视频比使用静态图片更能为实验做有效准备。[22]Chittleborough等人也在进一步的研究中证实，在真正的实验操作开始之前就把理论知识和实践联系起来是十分有益的，而这是通过利用各种线上学习资源(如视频、测验或作业)就可以实现的。[23]他们还强调，直接给学生关于他们线上活动的反馈对提升他们的积极性和自我效能感起十分重要的作用。Gregory等人特别提到了使用媒体给实验课准备工作带来的额外价值，即通过结合概念化技能(konzeptionelle Kompetenz)和程序化能力(prozedurale Kompetenz)产生的价值。这些研究者认为，减少学生认知失调的关键是为他们提供不同的学习资源，比如说既提供惯用的实验学习资料和相关文献，也额外提供线上资料，例如视频和音频讲解、作业和测验等。 同时，这些措施也会促进学生组织能力的发展，从而产生更好的学习效果。[24]在独立为实验做准备的过程中，学生得以建立起对自己行为能力的自信心。这样可以减少学生，尤其是大一新生对实验任务的茫然和恐惧。

在实验课程教学中自始至终采用翻转课堂的教学原则会使整个学习过程发生改变。通过在实验准备阶段使用教学视频，可以为学生和教师在实验操作阶段进行更为深入的互动赢得时间。[25]归根结底，在构成学习过程的所有部分，即准备阶段、面授阶段和回顾阶段，都必须坚定不移地贯穿“从教学到学习的转变”(Shift from Teaching to Learning)理念，在此意义上对它们进行重新设计。[26]

3 把实验课程设计为翻转实验课堂

3.1 背景介绍

下面将通过一个实际案例说明如何把传统的实验课程构建为翻转实验课堂。该案例涉及的是科隆应用科学大学应用化学学院(勒沃库森校区)无机化学专业第一学期的实验课程。科隆应用科学大学是一所应用型大学，在教学中认同能力导向的原则。

在2011至2018年间，每年大约有工业化学专业(理学学士)和药物化学专业(理学学士)的共计120-200名学生在第一学期学习了这个实验课程。学生在该模块的总学习负荷量为150个小时。

在教学模式转变之前，学生每周需完成一个实验任务，共计10个。任务的分配采用一个轮流序号体系：每个学生要完成的第一个实验任务要尽可能不同，但接下来就按照任务的数字顺序按序进行。例如，某个学生的第一个实验任务序号是1，那么他接下来要完成的实验任务顺序是1-2-3-4-5-6-7-8-9-10。如果另外一个学生的第一个实验任务序号是7，那么他要完成的实验任务顺序是7-8-9-10-1-2-3-4-5-6。

在每个实验日到来之前，学生会收到一份PDF文档格式的实验操作指南，然后在实验日按照实验操作指南两人为一组进行实验操作。最后，他们需要在一周之内完成一份实验报告。必要时，他们还要在接下来的一周对实验报告进行修改(图2)。在这种传统模式下，学生每周都要完成一项新的实验任务。但其实他们每周必须同时处理3个不同主题的实验，只是每个实验所处的工作阶段不同而已。一般来说，学生每一周都会把精力集中在最需紧急完成的事情上，也就是说，大多数学生都会把重点放在完成上一周所做实验的实验报告上。

在上述案例的基础上，以下将具体描述翻转实验课堂的教学方案以及对传统模式的实验课程进行的改革，即把学生的学习重心前置到实际的实验操作之前(准备阶段)，如图2 右半部分所示。

图2 处理不同实验任务 (X)的时间分布图

注释：传统模式下，学生往往需要在一周里同时处理3个处于不同工作阶段 (实验准备阶段(V)、实验实施阶段(L)、 实验回顾阶段(N)， 此外还有可能要修改之前提交的实验报告(K)) 的实验。但在翻转实验课堂模式下，每一个实验任务在实践阶段 (P) 就结束了。

3.2 渐续性的能力发展

我们把翻转实验课堂分为4个阶段。这4个阶段的目的是逐步培养学生具有越来越独立且负责任地完成具体实验任务的能力。只有在前一个阶段的所有任务都成功完成了之后，学生才能被允许开始处理下一阶段的任务。没有成功完成的实验任务，学生可以经过再次深入准备后重做，但可以限定重做的范围。

在第一阶段，教师会采用上大课的形式给学生介绍实验课的所有规则和要求，并解答他们关于实验组织和流程的问题。所有规则也都能在实验手册里查阅到。

在第二阶段，学生被分为若干个2人小组。在开始做实验前，每个学生都要接受实验安全入门教育。在各自的小组中，学生将在具体情境中学习实验操作中的重要方法和技能(例如“称重和体积测量”“分析、搅拌和加热”以及“过滤、清洗和干燥”等)。在此，依据“同伴互助学习”[27](Peer-Assisted-Learning)的理念，学生助教会给参与实验的学生提供指导，以使他们能够在没有安全隐患的情况下尝试操作。

为了准备初次实验，学生必须认真学习有关处理化学品和使用实验室设施设备的规则和安全规定，并通过一个电子测验来证明他们掌握了这些基本知识。只有通过了电子测验，学生才会被允许参加首次的实验课。

在第三阶段，学生要在2个实验日(2周内)完成两项实验任务。相关任务涉及的是简单的实验操作步骤，没有什么需要学生自由发挥的地方，也就是说，他们不需要考虑太多的选项或者影响决定的多种因素。这样会在一定程度上增强学生的自信度。这些任务的水平要求不高，即使是没有实验经验的学生也都应能完成。但是，学生同时必须能够在符合基本要求的水平上运用在以后的实验中所需的所有重要实验方法，并证明掌握了这些方法的正确操作过程。在这一阶段，学生如果有任何问题，经验丰富的学生助教和老师都会积极帮助他们。

为第三阶段的实验任务做准备需要学生做深入的工作，这与为第四阶段的实验任务做准备是相当的(下一章将进一步描述准备阶段)。

在随后的第四阶段中，学生一共要处理7个内容更为广泛的实验任务，并且这些任务在这一阶段须由学生在自己的2人小组中基本上独立完成。学生会得到关于实验操作的一些提示，其中通常会指出可能有几种不同的解决方案(比如两种或更多种不同的分析方法)。学生可以从提供的不同方案中挑选一种，也可以同时使用多个方法来完成实验。特别是在这个阶段，对学生行为能力提出的要求是，学生能够在理论知识的支撑下对不同的行为选项进行选择。学生助教和老师在这一阶段虽然也为学生提供支持，但相对于前一个阶段而言，他们在这里更多地是扮演被动的角色。

3.3 多媒体支持的准备阶段

在学校的教学与学习平台Ilias上，学生可以获得所有相关的学习材料和媒体资料。其中有一部分资料是链接到其他信息库的(特别是视频平台YouTube)。在被允许做实验之前，学生必须先学习这些资料。学习成果必须在相应实验阶段开始的前一天以小组成果的形式提交。这样可以确保学生在做实验之前完成了所有专业理论知识的学习以及文档记录工作。教授的科研助理会检查学生提交的资料。在实验操作开始前，学生会以口头形式或以标准化反馈表的形式收到详细的反馈，以便了解有哪些可以改进的地方并加以落实。

准备阶段的学习材料包括：

(1)一份详细的实验讲义，包括对主题的介绍、专业背景知识以及实验操作的详细指南。针对每个实验，都会定义如下内容：

每个实验的学习成果(Learning Outcomes)。 这些学习成果综合起来便构成了整个实验课程的总体学习成果。

每个实验的各项任务。在规定任务的同时，也列出成功完成实验操作需要达到的标准(如公差范围或质量标准)。

关键词提示和具体的、限定范围的主题领域。学习这些主题领域的内容是实验准备工作的一个重点。

用于独立、深入学习的提示和信息。

(2)实验讲解视频：采用适当的教学方法对实验操作以及一些特定的实验方法与技能进行详细讲解。

(3)操作说明作业。学生在学完讲义和实验讲解视频的内容后，必须自己制作一份实验操作说明，把它作为作业提交。

(4)电子测验。学生在完成上述材料的学习后须独立完成一个电子测验。

3.4 实验讲解视频

针对实验课中给出的每项实验操作任务，在YouTube视频网站(频道名为：无机化学实验课)上都提供至少一个或多个时长各为7-14分钟的带字幕的详细讲解视频。[28]这些视频都有以下统一的结构：

(1)简短的引入，包括对具体任务和所要求取得的结果进行说明。

(2)对该实验的学习成果进行详细说明，以及它与整个模块(实验课程)的总体学习成果和学习目标之间的关系。

(3)综述该实验的主要操作步骤。

(4)对推荐的实验操作步骤进行详细的图像说明。重要的操作方法和步骤会被详细地介绍并加注评论。同时也明确指出可能出现的错误，并给出避免错误的建议。

理想情况下，学生应当先学习实验讲义(包括完成了其中的作业)并弄清了不明白的问题之后再观看实验讲解视频。这些视频通过把需要掌握的能力具体到细节，从而使相关的实验方法和操作技能，以及实验讲义中推荐的操作步骤变得直观化，从而更易于理解。实验讲解视频可以通过调动学生不同的感官来促进他们能力的发展，是实验讲义书面形式的知识传授以外语言形式(音频)的补充。对所有操作步骤详细的录像记录使学生不在实验室就可以深入细致地观察在实验室的实际操作。基于此，学生能够详细地规划自己接下来在实验室的工作，特别是能够符合实际地估计各个步骤所需的时间。这样也可以减少不确定性的出现。

3.5 线上交流论坛

学校的教学与学习平台还为学生提供线上的交流论坛，以便师生讨论问题。论坛由教师、教职员工和学生助教定期管理。

教师会使用论坛向学生发布最新信息，比如在某些实验任务里重复出现相同问题的时候。此外，针对每个实验任务都有一个对应的“提示与技巧”论坛板块，学生可以在里面讨论与该任务相关的问题，并分享自己的观察和发现。同时，这些观察和发现可能会对其他同学解决任务提供帮助。研究“提示和技巧”板块是实验准备工作重要的组成部分。

3.6 操作说明作为抽象化的工具

学生要针对每个实验都自己制作一份操作说明，目的是让他们在具体化和概念化的基础上表述他们自己的实验规划：

(1)他们要用自己的语言描述实验任务。 这样可以让他们把对实验任务的理解记录下来。

(2)他们要描述重要的反应过程(以反应方程式的形式)和必要的数学关系。

(3)他们要说明所用的化学品会带来的危险 (Hazard Statements)以及如何安全处理这些物质(Precautionary Statements)。

(4)他们要制定一个详细的操作方案，并以时间流程图的方式呈现整个实验的各个步骤、操作场所和决策的关键点。

特别是制定详细的操作方案，学生可以让自己和老师都清楚地了解整个实验的实施计划，并在一个较高的概念层面上把各个操作步骤按时间顺序排列。这样会使他们更容易地从整体上把握这个实验，也能更好地分析各个步骤之间的关系，从而达到预期目标。强调决策的关键点是为了让学生能够更加了解需要做出决策的具体情境并更有能力去应对。这样不仅会提升学生的自信度，也还会从整体上提高实验的安全性。

3.7 电子测验

在被允许做实验之前，学生必须通过一个电子测验，以此来证明掌握了完成实验任务所需具备的关于物质特性、其他理论方面的知识以及为自己的实验做好了规划。重要的是，学生应独立完成这个电子测验，以证明他们虽然是以小组形式准备了实验，但个人能力也得到了发展。电子测验的时长最长为12分钟，都是单项选择题。如果学生没有通过测验，就只能重新准备，并最早在第二天再次尝试。

3.8 获得做实验的许可

只有当组内的两名成员各自都通过了电子测验并完整无误地提交了作业(包括测验结果、操作说明和实验日志预制件)的情况下，该小组才能获得许可进入实验室操作。其他情况下，学生都无法获得许可。在不确定某些学生是否确实为实验做好了准备时，可以通过口试来审查。

3.9 实验室里的实际操作

取得实验操作许可的小组将随着实验阶段的进阶越来越独立地完成自己的实验任务。在实验的实施过程中，他们会在事先准备好的实验日志(实验日志预制件)中把实验的实施情况和结果手写记录下来。他们在此只需要把实验日当天的情况(具体的操作和观察、结果、结果分析和总结)填写到日志中即可。很多工作在实验日之前就可以完成，比如说创建测量值表和图表的坐标系，从而使这些工作不会干扰到在实验操作中其他认知性的任务。

在实际操作阶段，学生会在实验室里的具体情境下从老师那里得到关于实验记录的即时反馈。因为我们发现，对具体实验情境的反馈越及时，学生就越能感受到这种反馈的建设性和帮助性。

对实验中获得的测量数据、所做观察和结果的详细分析也同样在实验室里进行，同时有老师指导。 一般情况下，这些分析在实验结束后的30-60分钟内完成。学生要在实验日把完整的实验日志交给老师，并同时在此书面记录的基础上口头说明他们的观察、结论和实验结果。老师接下来会给他们单独的反馈。这样可以确保小组的两名成员对实验操作和实验记录承担同等的责任，而且可以确保他们的实验记录确实是自己完成的。如果老师认可了提交的实验日志，那么实验任务就算完成了。如果实验日志不能满足规定的要求，学生将在和老师的反馈谈话中得到详细的改进建议。谈话之后，学生在老师的指导下做相应的改进，并在实验室重新提交修改过的记录。 大多数学生都可以在实验日当天完成相应的实验任务。这也意味着由深入的准备阶段(V)和接下来的实践阶段(P)(其中也包括了回顾阶段 (N))组成的学习过程得以结束(图1)。

4 实施经验

“无机化学实验课”模块在2011年至2014年间逐步引入了翻转实验课堂的教学方案。随着实验课程教学方案的转变，我们对各项实验任务和整个课程模块的学习成果都做出了精准的定义。相应地，为了达到确定下来的目标，在对不同的学习成果设置的考核情境(电子测验、实验结果、实验日志)中，要求也变得更加明确。总体而言，对学生实验操作能力培养的质量得到了提高, 也更能可靠地证明成功完成该模块学习的学生达到了所要求的学习成果。

由于转型是在一个较长的时间段内，并且在不同的学生群体中逐步施行的，因此很难系统地分析出各项措施或者方案的各个组成部分对学生能力发展所起的效果，因为有多个条件和影响因素同时发生了变化。

转型措施在第一年没有得到系统性的实施。一些最终指标(例如成功完成实验课程的相关标准)在期间得到了调整，以适合改善了的教学条件，但因此也往往提高了相关要求。出于这个原因，成功完成实验课程模块的学生比例(合格率)似乎只能间接地反映学习成果的改善。此外，在整个项目进行的过程中，合格率总体上只有小幅度地提升。

然而，笔者认为，这恰好是重组实验课教学十分成功的地方。原因是：尽管提高了对行为能力(学习成果)的要求，并且对达到这些要求的标准进行了更加严格和连贯性地审查，但是顺利通过该模块的学生却没有减少。积极地来看，可以说，顺利通过考核的学生，他们的能力水平上升了。同时，学生和教师的学习与工作满意度(自我效能感)也提高了。[29]

多年的问卷调查结果显示，学生认为实验讲解视频对取得学习成功非常重要。这些视频被认为与实验操作具有同等重要的作用，并且比准备阶段的其他学习材料重要得多。[30]鉴于此，笔者认为，制作高质量的教学视频对学习效果至关重要。此外，学生群体日益增加的多样性要求从全方位学习设计理念(Universal Design for Learning)[31]出发，并以特别的敏感度来设计教学视频。

在使用高质量教学素材的前提下，笔者认为，对学生准备阶段的学习成果严格的且以透明的标准进行评价是十分重要的，并且不能允许准备不足和因此未达到学习要求的学生进入实验室做实验。这种方式可以让学生在准备阶段保持较高的学习动力，并使以上所描述的积极的学习效果具有可持续性。

5 结语与展望

翻转实验课堂把翻转课堂模式的原则运用到实验课程中。它特别强调准备阶段对学习过程的重要性。通过使用多媒体学习材料，特别是真实的带字幕的实验讲解视频可以帮助学生克服在准备阶段和在做实验时出现的困难，从而促进学生的实验操作技能有高效且可持续性地发展。随着数字化的推进，将来在高校对实验操作的准备、实施和记录也将发生长远的变化：实验室设备越来越多地用语音控制，实验越来越多地以电子和图像的方式记录在电子实验日志里，为了管理和分析大数据，数据库变得越来越重要。这些变化也都要求学生的能力构成有相应改变。因此，以新型、数字化的和实操的途径培养学生的能力变得十分必要。翻转实验课堂的教学理念能够在此意义上为学生达到这些要求提供许多有效方法。