陳 儒，周大镕

(1.桂林師范高等?？茖W校 宣傳部(統(tǒng)戰(zhàn)部)，廣西 桂林 541001；2.桂林理工大學 現(xiàn)代教育技術中心，廣西 桂林 541004)

?

信息技術支持的高?！胺D課堂”實驗教學模式構建

陳 儒1，周大镕2

(1.桂林師范高等?？茖W校 宣傳部(統(tǒng)戰(zhàn)部)，廣西 桂林 541001；2.桂林理工大學 現(xiàn)代教育技術中心，廣西 桂林 541004)

實驗課程作為學生提升動手能力、培養(yǎng)創(chuàng)新能力的重要科目，在高校理工科學生的培養(yǎng)計劃中具有舉足輕重的地位。然而當前高校實驗教學存在著教學模式單一、重理論輕實踐、實驗內容限制性大等問題，針對這些問題，實驗教學改革開始引入并使用信息技術手段，推動建立以學生為中心的課堂教學模式?！胺D課堂”實驗教學模式應運而生，該模式借助信息技術，把知識學習的過程放在實驗課外，而把知識內化和鞏固的過程放在課堂內。要構建“翻轉課堂”實驗教學模式，就需要整合教師、實驗室、課程等資源，而且教師角色、教學方法和實驗室定位也需要根據(jù)翻轉課堂的需要而轉變。翻轉課堂實驗課程設計要從學習資源的準備、課外自主學習、課內實驗、課堂反饋與改進等四個方面進行組織。

翻轉課堂；高校實驗教學；教學模式構建

實驗室是高校培養(yǎng)學生動手能力、激發(fā)創(chuàng)新能力的重要場所和教學方式，其教學模式與學生的能力成長需求是否一致將直接影響人才的培養(yǎng)?？v觀當前實驗教學現(xiàn)狀，形式化和刻板化的教學模式仍然十分普遍，雖然一些高校已經(jīng)開始了實驗教學的改革，也取得一定的成績，但是這些實驗教學模式還不完善，也沒有得到大范圍的推廣，仍不能滿足大學生創(chuàng)新能力提升的需要，也不能適應社會就業(yè)形勢的需求。2011年以來，“翻轉課堂”隨著信息技術的發(fā)展，在教學中應用日漸成熟，這為高校實驗教學模式改革提供了新的思考。翻轉課堂正符合了當代大學生關注網(wǎng)絡、思想活躍、偏好自學的特征，其日漸完善也是一種很好的選擇。如何將翻轉課堂的優(yōu)點融入到高校實驗教學改革中，提高實驗課堂的效果，成為了當前教育工作者的重要研究課題。

一、高校實驗教學存在的問題與改革趨勢

(一)高校實驗教學存在的問題

高校承擔著培養(yǎng)人才的主要任務，也是創(chuàng)新元素的主要輸出地?！皟蓜?chuàng)”提出以來，創(chuàng)新能力的培養(yǎng)處于高校培養(yǎng)計劃中的更重要的位置。實驗作為知行合一的學習活動，是培養(yǎng)理工科學生創(chuàng)新能力的重要教學方式。但是實際上，當前很多高校實驗教學方面存在一系列問題，難以發(fā)揮實驗創(chuàng)新培養(yǎng)功能，甚至成為單純的教具。

1.教學模式單一。當前高校實驗教學模式以課堂教學為主，課前預習和課后鞏固主要依靠學生的自覺性，沒有課外輔導和交流，也沒有學生自我測試，學習的效果很不理想。實驗過程也大都是固定的模式，告知實驗原理、提供實驗用品，然后按照教師給出的具體實驗步驟，測幾個數(shù)據(jù)，填寫一下實驗報告，整個實驗就算完成了。學生在實驗課中基本處于被動狀態(tài)，無需自己設計，實驗課甚至越來越演變成了大學生為了學分而應付的課程，實驗往往流于形式。一部分學生自我摸索，投入了很多時間，卻達不到預期的效果，這對學生的學習積極性也有一定的打擊。

2.重理論輕實踐?，F(xiàn)在很多高校實驗教學主要模式是課堂授課+實驗演示+課后作業(yè)，以理論知識的講解為主，實驗多為對課本理論和操作步驟的驗證和重復，實驗所占課堂時間的比重比較低。而實驗課作為知行合一的教學活動，其實質上更加側重于實踐，是理工科學生進行探索和能力拓展的重要方式，然而現(xiàn)實中卻與實驗的實質嚴重偏離。實驗室的重要性難以突出，實驗設備、資源難以充分利用，儀器的購買也缺乏針對性。

3.實驗內容限制性大，缺乏創(chuàng)新能力培養(yǎng)。課堂實驗多為教師組織，按照書本上的步驟按部就班地進行重復性實驗。教學內容和實驗內容都被限制在書本框架之中，跨學科的實驗幾乎不可能，學生自己設計、完成實驗更是難以實現(xiàn)。在現(xiàn)有實驗教學管理模式下，由于課堂時間被大量的理論教學占用，而且實驗時間又被制式實驗所占用，自主實驗的時間嚴重不足，而且課后實驗室開放的機會很少，大量學生難以有效地利用實驗室資源，進行自主實驗、探索與創(chuàng)新。

(二)高校實驗教學的改革趨勢

教育部在《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011-2020)》中提出信息技術與教育“深度融合”的全新理念，各高校也希望找到實現(xiàn)教育信息化目標的有效途徑與方法，以解決信息技術在教育領域應用成效不顯著的問題。隨著信息技術的發(fā)展和國家的重視，很多高校都開始將信息技術引入教學中，推動教學模式的改革與發(fā)展，特別是實驗教學中引入信息化手段，給實驗教學改革提供了新的方向。

1.引入并使用信息技術手段，提高實驗教學的信息化水平。信息技術服務的使用，例如模擬實驗室的使用，讓實驗不再僅限于實驗室和課堂時間，讓學生能夠在課外進行模擬實驗。所謂虛擬實驗室指利用網(wǎng)絡、計算機、仿真等技術，對實驗的各個環(huán)節(jié)進行模擬，是一種用軟件替代硬件的平臺[1]。模擬實驗室中“設備”的利用效率和維修成本低，基本不會出現(xiàn)損壞硬件的情況，前期實驗平臺開發(fā)完成后，后期的重點主要放在網(wǎng)絡硬件的維護上即可。此外，線上課程的使用也讓移動學習成為了現(xiàn)實，學生可以結合視頻教學內容和演示進行自我學習。線上視頻結合模擬實驗預習，為課堂學習的預習和掌握提供了新的途徑。

2.課堂教學中教師為中心向學生為中心轉變。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育理念要求提高學生的創(chuàng)新思維能力和動手實踐能力，教育要由“教”轉變?yōu)椤皩W”，學生不再是被動的受教育者，更是主動學習的探索者。在實驗教學內容的安排上，教學改革根據(jù)學生的知識水平和個性差異，將實驗教學內容分為三個層次：驗證性實驗、綜合性實驗和創(chuàng)新性實驗。驗證性實驗是指實驗對象、實驗器材和實驗步驟、實驗參考數(shù)據(jù)都已經(jīng)存在，然后學生按照步驟重復實驗過程，以實驗數(shù)據(jù)來驗證參考數(shù)據(jù)的正確性。綜合性實驗是指學生跨知識點進行實驗，不再僅限于單個實驗，甚至可以跨學科進行交叉性實驗。創(chuàng)新性實驗是指學生根據(jù)已有知識和技能，在現(xiàn)有實驗基礎上對創(chuàng)新性假設和想法進行深入研究。根據(jù)學生的差異性提供不同的實驗內容層次選擇，擺脫傳統(tǒng)的一刀切的實驗教學模式，做到因材施教，又能為心有余力的學生深入探究學習提供可能。

雖然信息技術的引入，讓實驗教學改革出現(xiàn)了突破性的發(fā)展，但是盲目地引進信息化手段，而沒有相適應的教學模式，導致很多高校信息化教學流于形式，甚至不僅沒有提高教師的教學效率和學生的學習效率，反而給教師和學生帶來了沉重的負擔。教師疲于接受信息化培訓和微課錄制，而學生又難以找到需要的學習資源，浪費了教師和學生的大量時間和精力。那么面對信息化潮流，如何有效的借助信息化手段促進實驗教學模式改革，本文從翻轉課堂的角度為實驗教學提供一個信息技術的應用模式。

二、“翻轉課堂”實驗教學模式構建

(一)翻轉課堂研究現(xiàn)狀

“翻轉課堂”2007年起源于美國，是一種學生自主學習和教師教學相結合的混合學習模式，學生通過課前觀看視頻，學習新知識，課堂上教師指導難點疑點和交流，完成知識的掌握和鞏固。這一教學改革被加拿大的《環(huán)球郵報》評為2011年“影響課堂教學的重大技術變革”。美國富蘭克林學院數(shù)學與計算科學專業(yè)的Robert Talhert教授在線性代數(shù)等課程中應用了翻轉課堂教學模式，張金磊等在其基礎上，在對國外教學實踐案例研究的基礎上構建出更加完善的翻轉課堂模型[2]，繼而與張寶輝一起又提出了基于游戲化學習理念的翻轉課堂模式[3]。徐妲等根據(jù)化學實驗教學的特點，提出了化學實驗翻轉課堂的教學模式[4]。曾明星等根據(jù)軟件工程專業(yè)的特點，構建了軟件工程翻轉課堂的教學模式及相適應的云計算教學平臺[5]。鐘曉流等提出了太極環(huán)式的翻轉課堂模型[6]。陳怡等設計并實施了計算機應用基礎的翻轉課堂模式[7]。這些翻轉課堂教學模型都是學者基于特定學科設計的，這些研究對本文有很大的啟發(fā)，本文將“翻轉課堂”應用于實驗教學中，構建符合實驗課程的“翻轉課堂”實驗教學模式構建。

(二)“翻轉課堂”實驗教學模式構建

一般實驗教學模式中會在實驗前由學生預習并填寫實驗指導書，一般這些內容都可以在教材中找到，然后教師對實驗原理、實驗步驟進行講解并演示實驗過程和注意事項，這一環(huán)節(jié)是一般課堂的主體部分，占用了大部分時間；實驗階段由學生按照實驗步驟，使用提供的實驗儀器和材料進行驗證性實驗；實驗后教師檢查實驗結果并對結果進行點評，但是由于一般實驗課只有一位教師來指導30名左右的學生，有很多教師對實驗后階段分配的時間很少，對學生實驗情況的考察主要體現(xiàn)在他們的實驗報告上，對學生的實驗技能提升情況缺乏了解(見下表)。

表 翻轉課堂模式與一般實驗教學模式的對比

在信息技術的支持下，“翻轉課堂”實驗教學模式構建主要將實驗課中沒有必要在課堂進行的環(huán)節(jié)都挪到課外進行，將主要的時間用于實驗操作、實驗結果點評及實驗中難點疑點的交流。翻轉課堂實驗教學模式中分別從教師活動和學生活動兩個行為主體進行構建，翻轉課堂中主要的環(huán)節(jié)是“2+1”模型，即知識學習、實驗與鞏固、交流與點評，不僅包括傳統(tǒng)翻轉課堂的課外知識學習和課內知識內化兩個環(huán)節(jié)，更是將交流和點評環(huán)節(jié)放到很重要的位置，經(jīng)常性的課堂交流和反饋是翻轉課堂下教師和學生相互磨合的必需過程(見下圖)。

圖 翻轉課堂實驗教學模式

知識學習階段發(fā)生在課外，教師為學生提供學習視頻和自學資源，而學生則進行自主學習和模擬實驗，將傳統(tǒng)的知識學習過程提前在課前完成。實驗與鞏固階段是發(fā)生在課內，這一階段以學生為中心，是學生實驗操作和知識鞏固的過程，在教師的個性化輔導和答疑解惑中將實驗知識內化，有余力要進行深入探究的學生可以在課堂實驗的基礎上進行綜合性實驗和創(chuàng)新性實驗。交流與點評階段不僅可以發(fā)生在課內，教師進行總結和點評，學生向教師反饋課堂學習進度。交流行為會在信息技術的支持下一直持續(xù)到課外，通過信息技術服務平臺的支持，例如即時通訊軟件、實驗分享交流平臺等信息化手段，可以使作品點評、教師與學生的交流、學生之間的交流打破課堂的限制。翻轉課堂實驗教學模式的“2+1”模型的應用需要信息技術的支持，而且在應用中需要教師教學方法和學生學習習慣的改變。

三、支持“翻轉課堂”的資源整合與轉變

(一)整合實驗教學資源

翻轉課堂作為一種新教學組織形式引入到實驗教學中，與一般實驗教學模式有很大不同，在課堂組織形式上是一種顛覆性的，而且在推行中需要大量實驗教學線上資源的支持，所以需要整合教師資源、實驗室資源和課程資源，以適應翻轉課堂教學需要。

1.教師資源

翻轉課堂的實行需要授課視頻和線上指導，這不是單個教師可以完成的，而且學生實驗更是有綜合性實驗和探究性實驗，需要更加豐富學科背景的教師進行點評和線上指導。將實驗演示和理論知識講解以視頻的形式搬到線上，一次性錄制可以長時間重復使用，在一定程度上可以減少教師的授課壓力，也為實驗課中留給學生更多實驗時間提供了可能性。教師資源的整合不再是單一學科，而是包括化學、生物、物理、數(shù)學等不同學科的教師，能夠在線上提供跨學科指導和交叉培養(yǎng)。創(chuàng)新是多種能力和思維交叉碰撞所產(chǎn)生的火花，多學科的綜合指導更有利于學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

2.實驗室資源

實驗室資源的整合是指將不同類型的實驗室，如物理實驗室、化學實驗室、生物實驗室等實驗室資源整合起來，通過一定的途徑告知學生開放的時間和申請方法，以便學生做綜合性實驗和探究性實驗，打破不同類型實驗室互相隔絕的局限，為學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)營造良好的氛圍。同時實驗室資源的整合也是利用信息化手段，提高實驗室資源利用效率的重要方式，為實驗儀器的更新提供了依據(jù)。同時，在翻轉課堂中要將虛擬實驗室和現(xiàn)實實驗室相結合，為學生隨時隨地進行實驗和探究提供可能性。

3.課程資源

由于翻轉課堂模式中學生的知識學習放在課外和線上，而且很多課程資源都是開放的，不再受學科的限制，所以實驗課程管理者需要將眾多學科整合起來，以發(fā)揮多學科課程資源的優(yōu)勢。同時線上課程資源也不只是教學視頻，還有配套的學習教案和測試題庫，其中學習教案是教案的學生版，學生可以通過此教案初步解答學生學習中經(jīng)常遇到的重點難點，提高學生自主學習的質量和效率。

(二)翻轉課堂實驗教學模式下的轉變

1.教師角色

在翻轉課堂中，教師授課不再是實驗的中心，而是實驗課堂的策劃者、組織者、參加者、評判者和導演，教師在實驗課上的主要任務是輔導和解惑，以學生自主實驗和探索為中心，將課堂時間交給學生。這方面的轉變對教師的教學能力和課堂掌控能力的要求很高，也很重要。

2.教學方法

“翻轉課堂”實驗教學模式中教學方法由以“教”為主轉變?yōu)橐浴皩W”為主。在這種教學模式下，課堂內的時間交給學生，學生由被動的接受知識轉變?yōu)楦鼘Ｗ⒂谥鲃拥幕谧陨砘A的學習，在教師解疑答惑的基礎上進行新的驗證實驗、綜合性實驗和創(chuàng)新性實驗，從而獲得更深層次的理解。教師將知識講授環(huán)節(jié)錄制成為視頻，讓學生根據(jù)自己學習習慣自主學習。教師還會將實驗相關的拓展資源放在網(wǎng)上，讓學生根據(jù)自己的學習進度和需求選擇性學習。而教師更加關注的是如何掌控好課堂的節(jié)奏和如何更好地為學生提供個性化的輔導。翻轉課堂也要求教師重視課外交流，重視學生的反饋。同時在設計翻轉課堂中要考慮學生的反饋和意見，積極將學生由純受眾變成翻轉課堂的設計參與者，錄制授課視頻、配套的授課材料等都可以讓學生參與進來。

3.實驗室的定位

在翻轉課堂中，實驗室不再是一個教具，而是學生驗證實驗理論知識、掌握實驗操作技能、培養(yǎng)創(chuàng)新能力的工具。實驗室的主要功能是實驗，而不再只是理論知識的講解和實驗演示的教室。

四、翻轉課堂實驗教學的組織策略

(一)學習資源準備

由于翻轉課堂將學習實驗知識理論、觀看實驗演示和模擬實驗放在了課外，由學生自己學習，所以就需要給學生提供大量的自主學習資源，例如，授課微視頻、模擬實驗軟件等。微視頻質量的高低和學生自主學習的效果直接影響實驗教學的效果。

教學微視頻的制作要注意幾點：第一，視頻長度不宜過長，盡量控制在20分鐘以內，每一個視頻只講述一個知識點，但是務必要將知識點講透徹。每學期開始教師要將實驗教學視頻傳到在線平臺上，以保證學生能夠自己學習，并且能夠根據(jù)在自主學習中發(fā)現(xiàn)的問題和疑惑，在課堂上與教師交流。第二，視頻的難度要有層次感。不同層次的視頻以滿足不同層次的學生觀看視頻的需要。實驗可以分為驗證性實驗、綜合性實驗和探究性實驗，相應的視頻教學內容也可以對應這三個層次。相應的不僅要為學生準備視頻資源，還要提供可以進行模擬實驗的平臺或軟件，以便學生能夠在觀看完教學視頻之后可以模擬實驗，進行驗證和探索。為了方便師生間的交流，每個實驗課堂都需要一個即時通訊方法，例如微信群、QQ群等，在學生有什么疑惑的時候，教師能夠及時答復。除此之外，教師還要準備一些測試題，讓學生能夠在觀看視頻之后進行自測。

(二)課外自主學習

課外自學是翻轉課堂實驗教學模式的重要環(huán)節(jié)，學生在課外時間利用教師提供的實驗教學視頻、模擬實驗室、自測題等資源，完成學習計劃，并對實驗內容和實驗過程進行思考。課外自學不是單純的觀看視頻，也需要一定的監(jiān)督和測試，不是簡單的完成的這一過程，而需要達到相應學習目標。對學生的監(jiān)督有兩種，第一種是技術上的監(jiān)督，通過信息技術手段檢查學生是否專注的學習視頻。第二種是效果上的監(jiān)督。這就需要相應的知識測試。學生學習完視頻之后，要根據(jù)教師提供的測試題進行自測，在模擬實驗中填寫實驗說明書進行自評，確定自己對知識的掌握程度和所在的層次，然后有針對性的進行提高。這一過程所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)匯集到教師的客戶端，教師能夠及時掌握學生的學習動態(tài)，以便適時調整教學策略。

(三)課內實驗、交流

翻轉課堂中學生的課內主要任務是做實驗和知識鞏固，力求將知識內化在課堂上完成。實驗是課前知識學習和模擬實驗的延伸和驗證，是學生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力不斷激發(fā)和強化的過程，也是學生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題和解決問題的過程。實驗中出現(xiàn)的共性問題就在課堂上集中講解，學生的個性化問題則針對性輔導。同時，不僅要鼓勵學生有獨立思考的能力，還要在實驗課內提高學生的團隊協(xié)作能力，對有深入探究興趣的學生進行引導，增加師生之間和學生之間的交流與溝通，實現(xiàn)知行合一，理論實踐結合，學習內容層層深入。翻轉課堂中的交流是十分重要的，這不僅是學生之間、師生之間知識和觀點的碰撞，深化知識認識理解的過程，也是教師及時了解課堂動態(tài)，把握課堂節(jié)奏的關鍵，同時也能為以后翻轉課堂的不斷完善提供依據(jù)。

(四)實驗課堂反饋與改進

翻轉課堂實驗教學模式作為一個標準化的教學模式，在應用中難免會因為學生群體的差異、教師理解和掌握翻轉課堂授課技巧的不同，與預期效果有所不同，所以在翻轉課堂實驗教學模式中需要設計一個反饋與改進的環(huán)節(jié)，積極聽取學生的建議，讓學生參與到翻轉課堂的設計中，這樣不僅可以逐步完善翻轉課堂，也能夠更大限度地提高學生的參與積極性和學習積極性。

五、結語

翻轉課堂以其學習形式的靈活性和自主性，為實驗教學模式提供了改革的方向，將教師和學生從傳統(tǒng)的教學課堂中解放出來，發(fā)揮各自的優(yōu)勢：學生自主學習的積極性和教師輔導的專業(yè)性。翻轉課堂符合學生的學習規(guī)律，能夠全方位的激發(fā)學生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)造能力，這也符合了國家提出的對高校學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的要求，符合社會的發(fā)展要求。

在應用翻轉課堂實驗教學模式的同時，也要認識到翻轉課堂不是統(tǒng)一不變的，而是要根據(jù)教師教學方法的不同和學生的差異進行調整。而且翻轉課堂教學模式嚴重依賴信息技術的支持，也會隨著信息技術的進步而改變，也需要做到與時俱進。至于如何將翻轉課堂揚長避短的應用到普通科目的教學中，教育工作者還需要豐富教學實踐和進一步探索研究。

(責任編輯：梁京章)

[1]彭慧.基于虛擬實驗室的高校實驗教學改革[J].赤峰學院學報(自然科學版),2016(3):264.

[2]張金磊，王穎，張寶輝.翻轉課堂教學模式研究[J].遠程教育雜志,2013(4):46-51.

[3]張金磊，張寶輝.游戲化學習理念在翻轉課堂教學中的應用研究[J].遠程教育雜志,2013(1):73-78.

[4]徐妲，鐘紹春，馬相春.基于翻轉課堂的化學實驗教學模式及支撐系統(tǒng)研究[J].遠程教育雜志,2013(5):107-112.

[5]曾明星，周清平，工曉波，等.軟件工程專業(yè)“翻轉課堂”云計算教學平臺探討[J].現(xiàn)代教育技術,2013,23(8):26-31.

[6]鐘曉流，宋述強，焦麗珍.信息化環(huán)境中基于翻轉課堂理念的教學設計研究[J].開放教育研究,2013,19(1):58-64.

[7]陳怡，趙呈領.基于翻轉課堂模式的教學設計及應用研究[J]. 現(xiàn)代教育技術,2014,24 (2):49-54.

Constructing the Flipped Classroom Experimental Teaching Model in Colleges and Universities Depend on the Information Technology

CHEN Ru,ZHOU Da-yong

(Propaganda Department (United), Guilin Normal College,Guilin 541001;Modern Education Technology Centre,Guilin University of Technology, Guilin 541004,China)

As a key subject for students to improve their practical ability and to cultivate their innovative ability, the experiment course play an important role in the training plan of science and engineering students in universities. However, problems in the experimental teaching in colleges and universities ,like single teaching mode,value theory more than practice,and experimental content restricted. Responding to these problems,with the use of information technology, the experimental teaching reform began to be introduced to promote the establishment of student-centered classroom teaching mode. Thus there occurred the flipped classroom experimental teaching mode. By using the information technology, this model put the process of knowledge learning outside of the experimental class, and put the internalization and consolidation knowledge in the classroom. To construct the flipped classroom experimental teaching mode, resources need to be integrated like teachers, laboratories and courses. And depending on the needs of the flipped classroom, the role of teachers, the teaching methods and finding the appropriate position of laboratory also need to change. The curriculum design of the flipped classroom experimental course should take the preparation of learning resources, autonomic learning outside the classroom, in class experiment, classroom feedback and improvement and other aspects.

the flipped classroom;experimental teaching in universities;the construction of teaching model

陳儒(1967-)，男，廣西桂林人，新聞中心主任，研究方向為多媒體技術。

2016-09-20

2016-09-30

G202

A

1671-9719(2016)12-0055-05