案例式教学-翻转课堂混合式教学模式研究及应用

陈攀　郭亮亮　陈军锋　张志祥　张健　崔莉红

［摘 要］课题组针对水文与水资源工程专业水文地质勘察课程教学过程中存在的问题开展了案例式教学（Case?Based Teaching，CBT）和翻转课堂（Flipped Class Model，FCM）混合式教学模式的研究及应用，采用超星学习通平台数据和问卷调查结果对教学效果进行评价。结果表明，该教学模式提高了学生解决实际工程问题的能力，增强了学生学习的积极性和主动性，提升了课程的教学效果。研究成果可为一流课程建设背景下水文地质勘察课程教学模式的持续改进提供参考。

［关键词］水文与水资源工程；水文地质勘察；案例式教学；翻转课堂

［中图分类号］G642.0［文献标识码］A［文章编号］2095-3437（2024）02-0054-04

水文地质勘察课程作为水文与水资源工程专业本科生的核心课程之一，目的在于使学生了解和掌握各种情况下水文地质的勘察方法，为后期开展水文地质工作奠定必要的理论和实践基础[1]。该课程在传统教学模式中多以理论教学为主，学生学习时感觉内容很抽象，积极性不高；实践内容的教学往往培养学生固定的解决问题的思路，无法满足后期工作中解决多样化水文地质勘察问题的需求，因此有必要对该课程实际教学中存在的问题探索新的教学模式和方法[2-3]。

太原理工大学水文与水资源工程专业已通过工程教育专业认证（有效期为2018—2023年），并入选国家一流专业建设点（2020—2022年）。笔者结合教学团队在水文地质勘察课程教学过程中发现的实际问题，通过案例式教学（Case?Based Teaching，CBT）和翻转课堂 （Flipped Class Model，FCM）开展混合教学模式的研究及应用，并对教学改革效果进行评价。

一、水文地质勘察课程教学的现状剖析

太原理工大学水文与水资源工程专业具有鲜明的水文地质与工程地质特色，开设有较为完整的水文地质方向相关课程[4]。学生在学习该课程之前已经具备扎实的专业基础知识，该课程在锻炼学生的实践能力方面起到承上启下的作用。笔者所在教学团队经过多年教学实践，发现该课程的教学存在三个方面的问题。

（一）教学内容偏重理论，实践性较弱

水文地质勘察课程以理论讲述为重点，配合一定的案例，但案例往往有着相对明确的解决方法，学生学会的是模式化的解决问题的思路，难以应对多样化的实际水文地质勘察问题。根据过去几年参加工作的毕业生和对应就业单位的反馈得知，学生在实际工作中的动手能力较弱。这主要是因为课程教学过程中缺少实践性内容的训练，导致学生难以利用理论知识解决一些实际问题。

（二）教学模式较为传统，学生学习的积极性不高

该课程以教师为主导，学生被动听讲和接受知识，即“填鸭式”教学。这种模式使得学生学习的积极性不高，缺乏创新性思维，因此有必要改革现有的教学模式，加强课堂互动，引导学生多分析和解决实际问题，从而培养学生的创新思维。

（三）课程考核方式不合理，评价指标单一

该课程的考核主要以考试成绩的高低、出勤和平时作业完成情况为评价标准，重点评价学生对基础理论知识的掌握情况。这对于技术方法课的考核是远远不够的，有必要考核学生对知识的运用情况，通过案例分析的方法考查学生解决实际问题的能力。

二、水文地质勘察课程教学模式的改进

（一）案例式教学方法

案例式教学方法（CBT）主要根据教学目标，在教师的指导下，通过组织学生对实际案例进行调查、分析和分组讨论等，提高学生解决实际问题的能力，加深学生对课程重难点知识的理解。1870年，美国兰德尔将该方法引入法学教育后，外国在很多教学领域开展了尝试[5]，国内也在许多课程中进行了推广应用，例如结构化学[6]和人工智能与模式识别[7]等。诸多课程实践表明，该方法能使学生更好地理解课程的实践性内容，较适用于技术方法课。水文地质勘察课程就是水文与水资源工程专业的一门技术方法课，采用该方法能最大限度地调动学生学习的积极性、自主性和创造性。此外，通过分组协作，有助于提升学生的团队合作能力。

（二）翻转课堂教学方法

翻转课堂教学方法（FCM）将传统由教师课上讲授教材知识点的教学模式，改变为课前学生观看视频，课中教师对重难点进行讲解、补充一些课外训练的教学模式，课堂内容更丰富，包括课堂练习、测验和讨论等。该方法在国内外均得到较为广泛的应用[8-9]。实践表明，翻转课堂可以突出课程重难点内容，促进师生间的相互交流，提高教学质量和教学效果；可以提供课程评价的多种指标和模式，改善课程的评价效果。将该方法应用于水文地质勘察课程教学活动可以提高学生学习的积极性与主动性，便于教师将一些新技术、新方法融入课程教学中。

（三）案例式教学与翻转课堂混合式教学模式

教学团队在水文地质勘察课程的授课中形成了一套融合案例式教学与翻转课堂的混合式教学模式。

课前，教学团队围绕地下水资源调查、水文钻探和水文地质物探、水文地质试验、地下水动态与均衡、地下水资源调查成果、水文地质调查的新技术新方法等教学内容录制了32个课程知识点视频，每个视频时长约20分钟，并将其上传到超星学习通平台。随后根据课程教学计划，提前一周发布对应的知识点视频，让学生观看并进行自主学习。

课堂上，教师带领学生回顾视频内容，梳理知识点；引导学生对知识点中的重难点问题进行提问，教师对这些问题进行回答；教师提出一些课前准备好的问题，组织学生进行讨论和抢答，以检验学生的学习效果。以课程中水文钻探部分的知识点为例，教师共发布三个学习通小视频，分别对水文钻探的基本任务、技术要求、钻孔的布置原则进行讲解；课堂上教师对这些知识点进行了回顾和梳理，随后让学生提问，例如学生普遍表示不太理解为什么要在钻进过程中进行水文地质观测，有學生疑惑为什么要观测冲洗液的消耗量及其颜色。教师从岩石本身的特性及其孔隙情况、含水层的富水情况进行解释，并提出一些问题，例如山前冲洪积平原地区钻孔该如何布置，引导学生讨论钻探的主要任务与钻孔布置方式之间的关系。这种翻转课堂的模式很大程度上提高了学生学习的自主性和创造性，加深了学生对基础知识的理解。

课堂中开展了三次基于案例的教学活动（如表1所示），教师首先介绍一个实际工程案例，发布相关任务，引导学生结合课程知识进行案例初步分析；教师将学生分为5～6人的小组，让学生分组对该案例中涉及的水文地质勘察问题和解决思路进行讨论；学生对讨论结果进行汇报，并对讨论结果进行自评和互评，教师则结合课程知识点进行最终的点评。以地下水资源调查案例为例，教师先明确开展该案例分析的目的，即认识地下水资源调查工作的具体内容，掌握调查设计书的编写方法，学会开展泉和水井的调查；引导学生回顾相关知识，随后发布具体任务，即结合具体项目制定地下水资源调查方案，完成泉或水井的調查记录表；学生结合具体案例根据课程知识进行初步分析并分组讨论，随后选派代表对小组讨论结果进行汇报。对每组的汇报，其他组的同学可以提出问题，并进行评价讨论。最终教师结合课本知识对所有讨论结果进行综合评价，纠正容易出现的问题。在案例分析讨论中，教师力求引导学生提出自己的观点，共同制定出几套不同的地下水资源调查方案，提出多条观测路线，随后让学生比较方案，找到相对较优的方案。在这个过程中，学生逐步认识到了实际工程问题与平时课堂上问题的差异。

为了更好地对课程教学效果进行评价，结合翻转课堂的中间评价环节，形成了一套新的评价模式，主要包括形成性评价和总结性评价两个方面。形成性评价根据超星学习通平台数据进行分析，包括课堂参与度、平时作业情况、讨论参与度和课堂表现情况等方面。该评价为基于大数据的客观性评价，体现评价过程的多维度特征。总结性评价主要包括教师对案例分析结果和期末考试成绩的评价以及教学活动中学生的自评和互评，体现出评价过程多主体特征。

融合案例式教学和翻转课堂混合式教学模式的实施方式如图1所示。总体采用逐层递进的方式开展科学实验：首先，通过观看视频完成基础知识的讲授；其次，通过翻转课堂，强化师生之间的互动讨论，提高学生学习的积极性，深化学生对课程重难点的理解；再次，通过案例式教学方法将学生带入实际的工程情景，提高学生的参与感和创新性；最后，引入多维度、多主体的教学评价体系对教学效果进行检验，以进一步完善教学内容、改进教学方法。

三、水文地质勘察课程教学效果的评价

教学方式改进的一个重要环节就是对学生学习效果的评价，及时发现存在的问题，从而进一步优化教学模式。教学团队根据超星学习通平台中课程音视频、章节测验、讨论、作业和签到等数据，分别对学生课堂参与度、平时作业情况、讨论参与度和课堂表现情况等方面进行评价。2020级74名学生课程音视频的完成情况达到97.82%，签到达到90.88%，这表明大部分学生都参与到了课程的教学环节中；章节测验和作业完成情况分别为79.51%和96.08%，这说明学生基本完成了课堂布置的任务，且完成效果较理想。相对而言，达成情况最不理想的是讨论部分，仅为68.92%，这说明还需要进一步优化讨论内容及方法，以激发学生参与讨论的积极性和主动性。

此外，采用无记名问卷方式对学生进行了教学改革效果的评价调查。调查结果表明，学生对案例式教学-翻转课堂混合式教学模式在重难点解析、提升课堂活跃度以及提高学生解决实际工程问题的能力方面给予了较高的认可。但也有部分学生表示还不太适应这种新型的教学模式，因此不能很好地参与到课程的讨论中。

四、结语

2020年底，国家首批一流本科课程公布，全国开始全面推进一流课程的建设。本文从水文地质勘察课程教学过程中存在的问题出发，开展了基于案例式教学和翻转课堂混合式教学模式的探索与实践。结果表明，该模式有效解决了课程实践性内容不足、学生积极主动性不高以及课程考核方式不合理等问题，提高了学生解决实际水文地质勘察问题的能力。本文的研究成果将丰富和发展混合式教学模式的理论方法，为相关课程的教学改革提供思路。此外，有必要结合评价中发现的问题进一步优化相关的案例内容和教学方法。

［ 参 考 文 献 ］

[1］ 陈南祥，杨素珍. 水文地质学课程体系改革设想[J]. 华北水利水电学院学报（社科版），1998，14（2）：56-57.

[2］ 李博.“新工科”背景下的“专门水文地质学”教学改革思考[J]. 科教导刊（下旬），2020（3）：152-153.

[3］ 崔芳鹏，仝亚男，崔芳静. 专门水文地质学课程研究型教学实践[J]. 科教文汇（上旬刊），2012（10）：54-55.

[4］ 郭亮亮，陈攀，陈军锋，等. 水文与水资源工程专业的工程地质学原理课程教学改革探索[J]. 大学教育，2023（9）：23-25.

[5］ JACKSON J. Case?based learning and reticence in a bilingual context： perceptions of business students in Hong Kong [J]. System， 2003， 31（4）：457-469.

[6］ 胡晨光，蔡艳青，许莹，等. 案例式教学在结构化学课程中的探索与应用[J]. 高教学刊，2022，8（3）：90-93.

[7］ 黄菁彦，谈一帆，熊伟，等. 《人工智能与模式识别》课程案例式教学实践[J]. 中国教育信息化，2021（22）：84-87.

[8］ ZAINUDDIN Z. Students' learning performance and perceived motivation in gamified flipped?class instruction [J]. Computers & Education， 2018（126）： 75-88.

[9］ 成小英，陈涛，王姝，等. 后疫情时代《湖泊河流水体污染控制工程》慕课-翻转课堂混合式教学模式研究及应用[J]. 广州化工，2022，50（2）：141-144.

［责任编辑：黄紧德］