雨课堂+翻转课堂在通信工程新工科专业教学中的应用探索

高震森 孙粤辉

摘  要：新时代新工科建设的战略实施亟待工程教育模式的革新。針对通信工程新工科专业教学中存在的问题，在教学实践中采用雨课堂+翻转课堂的新型教学模式，借助先进的互联网教学工具，催生智慧型工程教育课堂，重塑课堂师生地位，突出以学生为主体、教师为引导的课堂结构，促进师生课前、课中和课后的实时互动，激发学生的学习兴趣，全面掌控教学效果，对推动新工科教育中传统专业的教学改革进行了有益的探索。

关键词：雨课堂;翻转课堂;新工科;通信工程

中图分类号：G642       文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2021）18-0115-05

Abstract： The innovation of engineering education model is urgently needed with the strategy implementation of the new engineering disciplines in the new era. Aiming at the teaching problems of communication engineering， the new teaching model of combined rain class + flipped classes are employed in our teaching practice， using advanced Internet teaching tools to promote intelligent engineering education class， reshaping the status of teachers and students in the classroom， and highlighting the structure of class with students as the main body and teachers as the guidance， which is beneficial to promote the real-time interaction between teachers and students before and after class. It is also able to stimulate students' interest in learning， comprehensively control the teaching effect and students' learning status， which is conducive and beneficial exploration to promote the teaching reform of traditional majors for new engineering education.

Keywords： rain class; flipped class; new engineering; communication engineering

近年来，随着人工智能、5G通信、物联网、机器人等高新技术的快速发展，世界各国纷纷制定了各自的技术规划，如美国、德国等国家率先提出了“工业互联网”和“工业4.0”的科技强国理念。中国也提出了“中国制造2025”作为我国实施制造强国战略目标的行动纲领。实现“中国制造2025”关系到中华民族的伟大复兴，关系到我国能否由工业大国转变为工业强国。在实施“中国制造2025”的新形势下，高等教育的变革势在必行。创新型人才的培养是新时代赋予高等教育的使命。

为了适应新时代工程教育的发展需求， 教育部高等教育司于2017年颁布了《关于开展新工科研究与实践的通知》的文件，明确提出了推进新工科的建设与发展，并把工程教育的新理念、学科专业的新结构、人才培养的新模式、教育教学的新质量、分类发展的新体系作为新工科建设的主要内容[1]。新工科应始终围绕“新结构、新模式、新质量、新体系”四新开展，提出工程教育改革创新的理念和思路，开展新兴工科专业的研究与探索，探索人才培养模式改革研究和实践，开展多维度的教育教学质量评价，研究工程人才分类培养的体系结构，最终为社会培养适应时代变化和需求的卓越工程人才。广东工业大学作为广东省的地方工科院校，工科专业众多，在新工科的教育背景下，如何立足于地方，充分挖掘新工科教育的特色，在积极开设人工智能、智能控制等原来没有的新兴工科专业的同时，也要注重对传统工科专业的升级改造。

通信工程专业是工科院校电子信息类的传统专业，旨在培养通信技术领域从事研究、制造以及运营管理的高级技术人才。但针对新工科教育提出的新要求，传统的教学模式在培养通信工程应用型人才方面仍然存在着巨大的问题。通信专业的很多教师仍然遵循传统的教育模式，过分依赖书本上的知识，他们把授课重点放在“知识灌输”以及“学后考”而忽略了通信专业特有的“应用性”，忽视了学生的实际动手能力，也不能跟随最新的通信技术进展，往往导致教学模式僵化，达不到新工科教育的预期效果[2]。而随着近年来互联网技术的迅猛发展，如何充分利用最新的信息技术工具更好地为新工科教育服务，实现教育的信息化，是值得每一个高校教师深入探索的课题。本文结合当前新型教学工具和教学理念，探析“雨课堂+翻转课堂”的教学模式在通信工程新工科专业教学中的应用，以通信工程专业中的光纤通信课程为例，展开该混合教学模式的课堂教学策略、具体的教学实施方案和教学效果分析，提出通信工程新工科专业教育的一些课堂改革建议，以达到培养适应时代发展的应用型通信工程专业人才的目的。

一、传统课堂在通信工程新工科专业教学中面临的挑战

在通信工程专业的系列课程中，光纤通信课程是该专业的一門主干课程，其涵盖内容非常广泛，包括各类光纤、光无源和有源器件、通信原理、网络架构等知识，需要具备一定的物理基础才能掌握，而大多数通信工程专业学生的物理基础较为薄弱，学习起来非常吃力，并且较为枯燥，容易丧失学习兴趣。在传统的课堂教学中，大多数教师遵循传统的授课模式，以教师在讲台上详细讲授本课程的各个内容为主，学生被动地听，这种教学模式在光纤通信技术迅速发展的今天所面临的挑战和不足主要表现在以下几个方面[3-4]：

（一）教学模式固化、教学手段陈旧

许多工科院校在光纤通信的专业课教学中奉行的主要教学模式还是以教师为中心，由教师来主导整节课堂，滔滔不绝地讲授整节课的内容，适当地加以提问，以形成和学生的互动。而学生在整节课基本处于被动接受教师灌输的状态，在不懂的地方也无法及时提问，课后如不另加补习，相关知识点就会彻底遗忘。教师的教学手段以黑板和目前流行的PPT为主，一部分教师依靠传统的板书，黑板上大篇幅的推导公式使得学生感觉枯燥，并且浪费了大量的讲解时间，而另一部分老师则完全依赖PPT来讲授，缺乏对教学内容的延伸和扩展，只是传递PPT上的知识点，缺乏教学互动，学生不能及时的消化和理解，教学效果不佳。

（二）教学内容压缩、评估方式单一

光纤通信课程涉及的内容繁多，而现在大多数高校在普遍压缩单门课的学时，如果多数教师仍继续遵循传统的授课方式，将直接导致许多教师感到新课时很难适应所有内容的讲授需求，只能删除其中部分内容或者对所有内容只是蜻蜓点水、一带而过，学生很难在短时间内迅速掌握课程的核心，领会其中的关键。此外，现有的课程评估方式非常单一，教师主要依靠该课程的出勤、平时作业和考试成绩来对学生进行评价，学生往往只是适应以考试为核心的评估方式。对教师来说，如果一门课程挂科学生太多，则该课程可能会被认为存在严重的教学问题。因此，有些教师把主要精力放在了如何让学生通过该课程的考试内容上，只对考试内容进行重点讲解，而对其他有用但复杂的知识点不去涉猎，导致学生知识体系欠缺，很多应该掌握的知识没有学过甚至没有听过，对构建新工科大学生的应用能力形成严峻挑战。

（三）学生学习缺乏主动性、参与性和趣味性

传统课堂由于教学手段僵化、缺乏革新，难以和现代信息技术有机融合。在授课过程中，学生有不懂的地方也不能及时提问，得到解答，使得学习有困难的学生对课程逐步丧失信心，学生的主观能动性不太容易调动，他们只是在被动地等待教师的传授，完成作业和通过考试即可，思考能力受到限制，无法让他们体验到课堂的参与感，不能充分感受到课堂的乐趣，激发学习的热情，并且不同学生的基础和接受能力差异较大，对他们进行统一模式的教学不利于因材施教及挖掘不同学生的潜力和特长。

二、翻转课堂教学模式在通信工程新工科专业教学中的构建

（一）翻转课堂教学模式

翻转课堂教学模式的出现得益于移动互联网的飞速发展。翻转课堂又称为“颠倒课堂”，是一种源于美国的教学模式。早在2004年，萨尔曼·可汗（Salman Khan）为了帮助远方的表妹学习，尝试录制了教学录像并分享到Youtube上，取得了广泛的关注。随后，他成立了可汗学院，涵盖了各学科的网络课程。正式启用翻转课堂的是美国科罗拉多州的两位化学老师贝格曼（Jonathan Bergmann）和山姆（Aaron Sams）[5]。他们借助先进的屏幕录像软件录制PPT的教学视频，供学生在家提前观看，并在课堂上对学生的问题进行解答，该教学模式打破了传统的学生课上学习、课下完成作业的模式，创造了一种学生课下学习、课上提问释疑的全新课堂模式，受到了学生的广泛欢迎，被称为“翻转课堂”[6]。

翻转课堂教学模式呈现三个主要的特点[7]：1. 教师和学生的角色翻转。在翻转课堂中，教师不再是课堂的主导者，而是转变为课堂的协调者和答疑者，引导学生主动思考，解决疑难问题，教师变成了辅助学生进步的引导者，学生则成为了课堂的主体;2. 教学方法和教学工具的革新。基于现代信息技术的进步，翻转课堂可以借助更加先进的互联网工具来开展网络教学，教师也不再是单项灌输知识，学生可以足够自由地学习网络课程，参与感和趣味感更有利于激发学生兴趣;3. 教学形式的创新。翻转课堂将教师授课为主的教学形式，转变为学生事先通过网络资源进行预习和课堂研讨为主，课程上着重解释学生学习的难点，而将课后的作业减少。翻转课堂的出现对高校教学改革起到了重大的推动作用，为高校教师开展教学提供了一种全新的思路。它彻底改变了传统课堂模式，教师不再完全依赖于黑板和PPT，让学生在课外提前通过观看视频，理解相关内容的含义，教师在课堂上就会有精力来帮助学生解答疑难，进而使其学会运用知识进行新知识、新技术的创造等，极大地提高了教学效果。

（二）翻转课堂教学模式的运用

根据翻转课堂的特点，翻转课堂的教学模式大致分为四个部分，如图1所示，包括“构建学习资源”“课前预习”“课堂授课”以及“课后反思”[3，8]。

在光纤通信课程的教学中，教师首先需要确立教学的目标、教学任务和教学内容，并据此搜集相关的教学资料。如以光放大器一章为例，目的是为了让学生掌握光放大器背后的工作原理，常见的光放大器及其特点，因此，教师可以事先准备光的自发辐射、受激辐射以及受激吸收等基本物理概念的材料，然后提供光放大的工作原理介绍，并对常见的几种典型光放大器进行分析和比较;接下来，根据掌握的教学素材，构建学习资源库，设计开发课程的PPT，可以将光放大器工作的过程利用动画形式呈现出来，录制教学视频，并做成慕课、微课等多种形式的网络课程，提前将该章节需要掌握的内容发布给学生。

在翻转课堂的第二阶段，学生地位翻转，学生变成了主体。学生课前主动学习教师事先发布的学习资源，认真学习基本的概念，进行消化和吸收，对课程形成整体的把握，对不理解的内容可以借助网络或者和同学讨论尽量解决，对遗留的难点进行记录，在此基础上完成学习任务。比如：针对教师发布的光放大器学习资源，学生事先掌握光放大产生的基本条件，并对比不同的放大器，区别不同放大器的特点和工作原理，对难以理解的部分如激光器速率方程的内涵等可以查阅相关资料，并在课堂上进行讨论和提问。

在翻转课堂的活动中，教师与学生要进行充分的互动和交流，“教”与“学”的传统方式被打破，提高学生的课堂主动性和参与感，取得了良好的教学效果。具体地，在授课开始时，教师首先通过事先发给学生的教学视频唤醒学生的回忆，加深对所学内容的印象，然后通过设计问题、进行提问的方式引入，把学生正式带入翻转课堂中。比如：在光放大器章节中，可以提问学生：为什么现在的光纤可以传输上万公里的距离呢？通过问题导入，就可以逐步将学生引入到光放大器的翻转课堂学习中。教师可以把学生分成几个小组，让不同小组来对学生提出的难点问题进行讨论和交流，最后，小组各自分享对相关问题的观点，教师可以着重解释课程中学生难以理解的问题，提高学生的学习积极性和主动性。在整个翻转课堂上，学生可以自由发言，发表对相关问题的见解，学生之间也可以取长补短、互相学习，构建一个民主、自由的课堂氛围。

最后，在课堂授课结束后，教师要及时进行课后总结和反思。该阶段的主要内容是形成对翻转课堂教学过程的记录以备后续查阅，对学生的学习效果进行评价，进而总结教学过程中存在的问题，优化课前的视频资源，并进一步改进教学设计，对课堂的师生互动和讨论环节进行反思，提出后续课程中的改进措施，针对每一次课堂活动的总结都是对下一次课堂教学的经验积累，最终，通过多次的教学尝试和课堂翻转活动，可有效地提高通信工程专业课程的教学效果。

翻转课堂虽然有利于改变传统课堂的教学模式，翻转“教”与“学”的地位，但容易出现以下一些问题[9]：1. 学生事先要自学教师发放的教学资源，观看教学视频，并理解基本的概念，找出自身的难点问题以在课堂中提问和讨论，解决疑问。这给了学生很大的自由空间，但对部分自控能力弱的学生存在不能自主完成任务的问题，容易造成资源浪费，学生不能把控自身的学习，课堂上也不积极参与，降低了翻转课堂的效果。2. 现在许多学生都自带先进的通信终端如智能手机、平板电脑等上课，形成了频繁观看电子设备的习惯，课堂授课时精力不集中，容易走神，造成翻转课堂的实际效果不能达到预期。因此，必须进一步改进教学工具和方法，弥补翻转课堂的不足。

三、基于雨课堂+翻转课堂的通信工程专业新型教

学模式探索及分析

“雨课堂”是信息技術高度发达的产物，是一种新型的教学工具和教学方法，它的出现对于信息技术与工程教育的融合起到了极大的推动作用。所谓“雨课堂”，是由清华大学和学堂在线共同推出的智慧型教学工具，目的是全面提升课堂的教学体验，借助先进的智能终端设备，将师生有效地连接起来，让师生的互动更加便捷和高效，最大限度地提升现代高等教育的质量[10]。雨课堂充分利用现代师生所熟悉的PowerPoint和微信软件，将它们融入到课堂的教学中，教师可以预先将教学视频、习题以及PPT课件发送到学生的通信终端，学生可以在通信终端上方便地观看课程的内容，及时提出问题和反馈，建立师生高效沟通的桥梁，实现课堂永远在线。如果把雨课堂这一智慧型教学工具灵活运用到翻转课堂中，是对翻转课堂的一种有效补充，可有效形成课前、课上、课后的及时学习氛围，极大地调动学生的学习兴趣，提高教学质量，达到预期教学目标。

（一）雨课堂+翻转课堂的教学策略

在开展雨课堂+翻转课堂的教学活动前，需要探讨这种教学模式的整体策略[11]。首先，开课之前，明确哪些课程内容适合采用雨课堂+翻转课堂的教学模式。对课程涵盖知识面多、基本概念理解难度大、学生不易掌握的章节可以通过该教学模式，利用雨课堂教学工具，结合翻转课堂教学方法，激发学生的学习兴趣;然后，明确如何实施雨课堂+翻转课堂的教学活动，针对课前准备、课堂翻转和课后评价，进行教学设计，并需要提前让学生学会如何使用雨课堂软件来进行学习;在课堂上，教师要充分发挥雨课堂软件的优势，利用课堂随机点名、习题练习、弹幕等功能，有效实施翻转课堂的教学。最后，课程结束后，要进行及时总结，对教学实践内容指出不足并提出改进建议。

（二）雨课堂+翻转课堂教学实施和评价

在2020学年第2学期，以通信工程2019级学生为对象，将雨课堂引入到翻转课堂中进行教学尝试。

授课前，教师首先需要在计算机的PPT上安装“雨课堂”插件，在课件中可以灵活地插入测试和练习题，并将录制的教学视频嵌入其中，形成课前预习材料，发布给学生进行学习，并有针对性地提出问题，引导学生主动思考和解决问题，完成课前练习题。对于难以理解的地方，学生可以记录，在翻转课堂中重点和教师进行交流互动。

在课堂上，教师关注“雨课堂”微信公众号，创建自己拟开课的课程名称和班级名称，并邀请学生通过扫描微信班级二维码，加入到“雨课堂”中。由于雨课堂兼具视觉和听觉效果，教师可以充分利用雨课堂内部的各种功能来进行翻转课堂的教学。如教师可以利用“随机点名”来随机了解学生的上课情况，或者随时向某个学生进行提问，以了解该学生的课堂学习状况;还可以引入智能终端上的随堂练习或者弹幕功能提升师生的互动，把翻转课堂变得生动活泼[12]。如图2（a）所示，学生可以通过弹幕功能，对教师讲授的某个知识点（如光衰减器的工作原理）及时提出自己的反馈，教师就可以随时观看到学生的理解程度，这避免了传统课堂上，教师依靠观察学生的眼神、神态来判断学生的掌握情况，同时也有助于了解部分相对内向的学生对该部分内容的学习状况[9]。此外，教师可以随时开启部分难点的测试，如图2（b）所示，并让学生完成后提交，及时掌控全班的整体答题情况和学习进展，在保证学生获取知识的同时，有利于增加学生的课堂参与感，激发学生的学习兴趣。

课堂授课结束后，一方面教师要将授课过程中发现的问题进行整理，对整个知识点进行系统地梳理，把学生遇到的难点问题提炼出来，重点强化这部分内容的练习，反思整个教学实践中存在的问题，提出改进雨课堂+翻转课堂教学模式的建议;另一方面，学生也可以通过在课堂中的体验，向教师提出自己的意见，哪些是自身不理解的地方，哪些是可以通过自己课后强化解决的，哪些需要得到教师的帮助才能完全掌握，形成一个良性的师生互动氛围和课后反馈机制，提升雨课堂+翻转课堂在新工科教育中的效果。

四、结束语

在新工科教育发展的大背景下，传统通信工程专业的教学模式亟待变革。基于雨课堂+翻转课堂的智慧型教学模式提倡以学生为中心，打破传统的“教”与“学”的绝对关系，通过引入新时代互联网的新型教学手段，可极大地增强学生的课堂参与感，调动学生的积极性，并激发学生的学习兴趣。基于这种混合式的智慧课堂，在光纤通信课程中进行了教学实践和探索，对新工科通信工程专业的教学改革提供了一种新思路。

参考文献：

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[9]陈卓，詹玉枝，张家亮，等.基于雨课堂的翻转课堂应用实例分析[J].文化创新比较研究，2018，2（33）：119-120.

[10]梁荣，张进，崔海文.基于“雨课堂”的翻转课堂教学模式实践[J].教育教学论坛，2019（34）：155-156.

[11]唐雪莹.基于雨课堂和翻转课堂的混合式智慧课堂的研究[J].科技经济导刊，2019，27（27）：164.

[12]张远冬，邓燕君.“雨课堂”在工业药剂学教学中的应用体会[J].广东化工，2019，46（21）：158，144.

基金项目：广东省本科高校高等教育教学改革项目“面向工程教育专业认证的‘翻转课堂探索与实践——以‘模电教学为例”（粤教高函〔2018〕180号）;广东工业大学校级质量工程项目“面向工程教育专业认证的‘翻转课堂探索与实践——以‘模电教学为例”（广工大教字〔2018〕132号）

作者简介：高震森（1986-），男，汉族，山西忻州人，博士，研究员，硕士研究生导师，研究方向：光纤通信。