基于新工科背景的农业水利工程专业课程应用翻转课堂教学模式探索

牛晓丽，马天成，王一博，李心平，周罕觅，赵 娜，尹冬雪，燕 辉

(河南科技大学农业装备工程学院，河南 洛阳 471003)

0 引言

随着智能移动终端的快速发展，“互联网+”作为新的学习平台应运而生，对传统的教育教学方式提出了新的挑战[1]。2017年以来，教育部积极推进新工科建设，先后形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”，并发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》和《关于推进新工科研究与实践项目的通知》，全力探索形成领跑全球工程教育的中国模式、中国经验，助力高等教育强国建设。“新工科”是在新科技革命、新产业革命和新经济背景下工程教育改革的重大战略选择，是教育部发起的专业教育交叉融合新动向，更强调学科的实用性、交叉性与综合性[2-3]。如何体现学生的个性化需求，探索更具多样化的学习方式，已成为当前教学中亟待解决的问题。

翻转课堂教学模式是一种基于教学思想建立的独具翻转特性的教学框架和程序，关注学生全面发展和主观能动性，是一项系统化工程[3]。利用现有信息技术手段，构建信息化教学环境，重新规划课前、课内和课后，实现传统教学中师生角色的翻转，达到对传统课堂教学模式革新的教学设计方法。因此，新工科背景下翻转课堂教学模式的有效运用意义非凡。

河南科技大学农业装备工程学院农业水利工程专业是继华北水利水电大学之后，河南省第2个农业水利工程本科培养单位，是2019年9月教育部获批成立的新专业，能够与农业机械化、农业电气化、环境工程、土木工程和建筑学等相关学科有机结合，形成专业集成优势。教学目的是培养具备农业水利工程学科的基本理论，掌握农业节水灌溉技术、城市园林灌溉技术、农业水资源高效利用、农业水土环境和城市水利工程等方面的基本知识，能在水利、水电和水保等部门从事水利工程勘测、规划、设计、施工、管理和试验研究，以及教学、科研等方面的工作，且兼备实践能力和创新精神的应用研究型高级工程技术人才。该专业旨在把专业建设和人才培养放在首位，强化工程实践能力、动手能力和创新能力。在新专业开始之际，为突显新专业特色，培养面向新工科的农业水利工程应用型本科人才，将理论融于实践，提高学生创新、工程能力，亟需探索创新性的课堂教学结构、教学流程和工程教学模式。

以给学生提供个性化、信息化的学习环境为目的，在农业水利工程类相关课程中尝试翻转课堂教学模式，可以避免学生在自主环节丧失兴趣或信心，通过精心设计练习、模拟、探究和发现等活动主题，使学生完全掌握相关的知识或技能，增加师生之间的互动，提高学生的自主积极性，将对该专业教学质量的提升和学生自主创新能力的发展具有实践意义[4]。

1 翻转课堂教学优势及取得的成效

传统教学中，教师通常都是根据教学大纲按部就班的授课，学生只能被动地学习，大多本科课堂氛围不活跃、学生学习效果差、学生会逐渐失去主动学习探索的意识。然而，“翻转课堂”是学生课前进行自学教学视频、教学课件和前沿知识等学习材料，上课时由教师组织学生通过小组合作学习等方式开展课堂教学，促进教学成效最大化的一种新型教学模式[5-6]。这种教学方式突出学生的主体作用，通过与教师互动、同学协作等方式完成相应的教学任务。采用“翻转课堂”教学方式，使用各种课堂教学软件，不仅可以使教学资源得到充分利用，也能及时获取学生的课后反馈信息，学生也能真正地参与到课堂中。“翻转课堂”教学方式让整个教学活动变得更具灵活性，可以针对每个学生的个体差异做出适当的判断，提高学生学习效果，增强学生学习兴趣，实现教师教学与学生学习效率的最大化。

2 翻转课堂教学模式特征

现代教育要求培养学生主动获取知识、灵活应用知识的能力。翻转课堂教学模式“以学生为本”，把学生的综合素质培养(包括知觉能力、观察能力、动手能力、记忆能力、思维能力及理论联系实际的能力等)有机地融合，使学生既获得知识，又锻炼了学生自身的思维能力(包括形象思维能力、抽象思维能力及思维方法)，促进学生心智的平衡发展，在民主、和谐的教学环境中更好地提高教学效果[7]。新工科背景下，教师更应当将课堂主动权真正地交还给学生，开展丰富多元的专业实践活动，有效提高学生的学习主观能动性，积极踊跃的参与翻转课堂学习模式之中。在此过程中，教师应当创新课程教学模式，鼓励学生积极踊跃发表想法和意见，培养学生的创新意识与实践能力，从而潜移默化的促进学生的专业水平，有助于增强学生的学以致用能力[8]。

3 农业水利工程专业课程教学改革的必要性

3.1 本科招生现状促使教学改革

随着信息化、大数据和智能化的迅猛发展，这些高新技术行业人才需求量迅速上升，并且待遇丰厚，更多的生源在填报志愿时优先偏好技术技能高的新兴专业，势必对老牌、传统专业生源数量带来较大影响。另外，考生对农业水利工程专业带有一定的偏见，认为带“农”字的专业将来工作条件艰苦、待遇低，特别在当今经济高速发展的形势下，考生从自身利益考虑优先选择就业形势好的高新技术行业。尽管农业水利工程在我国社会经济发展中，具有不可替代的作用，大力发展该行业对于推动农业生产力的发展意义重大，属于我国国民经济的发展基础，但互联网、信息平台等新闻媒体对培养农业水利专业高级工程技术人才的重要性和紧迫性宣传力度还不够。为了更有效地吸引学生攻读农业水利工程专业，并积极投入到农业水利建设事业中，探索更具吸引力、有自身特色的培养模式势在必行。

目前，河南科技大学该专业本科招生采用的是农业工程大类招生，大二时学生根据个人兴趣及对学院所设专业的了解，选择未来3年所学专业，现有农业水利工程专业学生为一个教学班。现有专任教师14人，其中，教授1人，副教授3人，讲师10人。前期已投入180万元建成农业水利工程专业本科教学实验场地共计1 000 m2，具有便携式土壤水分精准测定系统、农业田间信号采集分析系统、伯努利方程实验系统、虚拟仿真实验室和自循环明渠水槽等先进仪器设备。在教学和基础设施建设等方面已经具有了初步的基础，但与学院农业机械化及其自动化、农业电气化等老牌专业相比差距较大。只有通过改变本专业课程课堂教学模式体现专业优势，才能更有效地吸引农业工程大类招收的学生攻读农业水利工程专业。

3.2 课程实践性强亟须教学改革

农业水利工程专业设有《工程测量学》《水力学》《工程水文学》《灌溉排水工程学》《水工建筑物》《水泵与水泵站》《水利工程施工》《节水灌溉理论与技术》《工程地质与水文地质》《工程概预算与招投标》和《水资源利用与规划》等核心课程，均属于工科门类专业课程，区别于数学、英语等基础类课程，是工程性较强的应用课程。在教学实践过程中，应注重学生的工程思维、工程意识、分析和解决工程问题的能力。然而，每位学生的基础相差较大，思维敏捷程度更是完全不一样，学习的主动性有差别，如若采用同一的教学速度、默认的教学方法和一样的表达方式，难以培养出优秀的农业水利工程复合应用型人才。因此，为让每个学生每堂课学有所获，从兴趣出发学习，就必须使课堂教学能够产生多层次、多方位的效果，大力推动教学模式改革[9]。

4 应用翻转课堂教学模式可行性分析

4.1 教师方面

农业水利工程专业专任教师14人，均为硕士以上学历，具有博士学位的占教师总数的92.9%，40岁以下青年教师占教师总数的78.6%。该专业教师均具有优秀的专业知识素养，且年轻教师居多，有活力，对新思想、新技术掌握更高效，敢于转变旧的教学理念，愿意在新颖的课程设计上花更多的时间。因此，翻转课堂新型教学模式在教师中应用推广有较高的接受度和可行性。

4.2 学习对象方面

目前该专业学生较少，采用翻转课堂教学模式进行小班教学，有时间、有空间，可以满足学生的个性化需求，解决学生之间的差异化问题。该专业小班教学模式为翻转课堂应用提供了有效的平台。

4.3 学习内容方面

本专业课程丰富多样，学习内容趣味性强，与实际结合多。如《水泵与水泵站》要求学生在系统学习水泵与水泵站课程的基础上，具备水泵选型及水泵站的设计、施工和管理等方面的能力。重点需要掌握水泵运行工况点的确定、水泵工况的调节、汽蚀相似律和汽蚀防护、水泵的选型、灌溉和排涝泵站的规划、泵房内部布置和尺寸确定。《工程概预算与招投标》要求学生能合理确定水利建筑产品的计划价格，提投资的经济效益，正确编制单位工程施工图预算；正确编制单位工程竣工结算和竣工决算；编制单位工程招、投标文件。重点和难点是设计概算的审查、工程价款的结算、竣工决算。其强实践性要求学生从记忆知识转变到运用知识来创新思维，要求教师以教为中心的教学转变为以学生为中心的教学，使学生成为知识的主动学习者、自主建构者和探索者[10]。

5 翻转课堂教学模式运用策略

5.1 课前准备

(1)教师在课前向学生讲解“翻转课堂”的概念及授课模式，使学生对“翻转课堂”有一个完整的认识。确定该章节教学方法，设计教学方案，设置预习关注重点问题，制作预习幻灯片，在PPT中布置给学生要完成的任务。

(2)制作专业课程相关的微课视频，其中附带实验讲解，如针对《工程水文学》实验，录制如何应用HR型流速测算仪测量河流、水库、水电站、溢港道等高、中、低流速。已录制的视频通过雨课堂发送给学生，可供学生在实验课前观看学习。对每个实验设定实验目标，提出相应实验注意事项，布置思考题目，调动学生的思考能力及对知识的掌握。

5.2 课中学习和讨论

(1)协作探究教学活动。学生根据教师课前布置的预习问题分组查找资料，整理知识点，带着问题进入课堂。如：水利水电枢纽工程的设计方法及步骤、可能引起的工程地质及水文地质问题和防治方法、水环境的修复技术等，课堂上让学生畅所欲言、演练技能，并把学习的疑惑及难点反馈给授课教师，使得教师的授课有的放矢，真正做到重点突出。

(2)展示交流学习成果。每个小组派出一名代表到讲台上展示本小组的学习成果，转述小组成员各自的观点并进行综合评价。与此同时，台下的学生通过雨课堂的“弹幕功能”，即时发表自己的见解，形成班集体全员互动。教师与学生平等的姿态聆听，与学生进行双向沟通、交流，实现“单向灌输式”向“双向互动式”教学的转变。

(3)教师总结点评。教师对小组代表的发言进行点评、总结，并强调重点予以升华提炼，引导学生拓展思维深入思考、答疑解惑纠正偏差。学生通过“弹幕功能”向教师追问辩解，实现课堂“对话”，迎合了年轻人追求“上墙”时尚感的同时极大地增强了课堂的趣味性。

(4)形成书面材料。经过课堂的充分讨论与总结，以小组为单位形成书面材料，简要记录学习过程，突出体现学习思维与学习心得，把学习过程中产生的问题记录下来形成反思。

(5)课堂习题测试。为了检验学习效果组织随堂测试。通过雨课堂插入习题，向学生手机终端推送单选题、多选题并限时作答；之后将学生的答题情况予以公布，并通过柱状图向学生直观展示答题情况，讲解正确答案；最后，根据整个班级对重点、难点知识点的掌握情况进行查漏补缺，进一步提升学习效果。

5.3 课后跟踪辅导评价

授课结束后，学生仍可通过手机终端在雨课堂上回顾教师的授课课件，复习相关课程内容。对于不明白或者想进一步探讨的地方，通过雨课堂“报告老师”板块向教师反馈，与教师进行实时问答、互动探讨。课后安排相应的实验，增强思考能力及动手操作能力。教师可以通过课程平台了解学生登录情况，包括登录次数、学习时间长短和课前作业完成情况等。同时结合课堂个人汇报和小组讨论等作为评价手段，分析翻转教学过程中的收获和问题。综合评定成绩由个人汇报成绩、课堂讨论表现成绩、实验成绩、实习报告成绩、期中考试成绩和期末考试成绩共同构成。通过定量评价和定性评价相结合评估方式客观地反映教学效果。

6 翻转课堂教学模式预期效果

(1)为“互联网+”环境下的农业水利工程专业课程翻转课堂提供优质的服务和指导。

在翻转课堂的实施过程中，课前学习、课堂活动和课后总结3个阶段对教学效果有着重要的影响，解决问题的关键是构建一个有效的翻转课堂教学模型，根据本专业学生的实际和学科特点对两个环节的教学过程进行精心设计，并通过实践不断完善，构建一个完善的信息化教育环境。

(2)优化基于“互联网+”环境下的翻转课堂教学模式的设计和策略。

基于“互联网+”环境下的翻转课堂教学模式是一种全新的教学模式，需要通过不断探索和实践来改进和完善教学过程各环节的教学设计和教学策略，才能真正提高这种新型教学模式的教学质量。

(3)提升教师的专业能力，加强组织和管理。

翻转课堂使学生真正成为学习的主体、教师成为学习活动的组织者和指导者，这就需要教师转变教育观念、掌握新的教学技能、运用新的教学策略和提高信息技术能力。

7 结束语

翻转课堂教学模式在其他专业课程中已经有所应用。郑书华等[4]在数控技术课程中引入该教学模式，发现翻转课堂教学模式期末成绩和总评成绩显著高于传统教学模式，教学效果反馈评分显著提高，有效提高了学生的创新能力和工程实践能力。张继成等[2]开展了基于微课的“翻转课堂”模式在计算机网络技术教学中的应用研究，发现该教学模式越来越受学生欢迎，方便教师与学生交流，可加深学生对知识点的掌握和理解。可见，与传统教学相比，该教学模式展现出明显的优势。目前，拟将翻转课堂教学模式应用于农业水利工程专业各课程中，但该模式对基础设施条件要求教高，农业水利工程专业相关的网络资源、授课资源等条件还有限。而且，该专业教师仍需加强互联网技术培训和提升教学质量，需制定出能体现各课程自身特色的翻转课堂教学计划。另外，翻转课堂教学模式能否起到积极作用还取决于教师与学生之间的交流和配合程度[10]。因此，有限基础设施资源、待提高的教师教学质量及与学生配合程度的高低都将对农业水利专业课程应用翻转课堂教学模式提出了新的挑战。