陶平 侯宇 孫瑛 熊禾根

[摘 要]工程知識(shí)屬于非良性領(lǐng)域的復(fù)雜知識(shí)，其建構(gòu)屬于漸進(jìn)式的知識(shí)內(nèi)化，即需要多次的、逐步的實(shí)現(xiàn)。翻轉(zhuǎn)課堂通過教學(xué)流程的變革，促使知識(shí)的內(nèi)化優(yōu)化。在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)中，學(xué)生課前以工程問題為導(dǎo)向，開展自主學(xué)習(xí)；課堂上以工程案例分析為主線，深入工程問題進(jìn)行探究，參與討論教學(xué)；課后強(qiáng)化工程項(xiàng)目訓(xùn)練，促使知識(shí)實(shí)現(xiàn)向能力的遷移。這一教學(xué)流程有利于增加知識(shí)內(nèi)化的次數(shù)，降低知識(shí)內(nèi)化的難度，促使學(xué)生多次內(nèi)化知識(shí)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工程知識(shí)的有效建構(gòu)。

[關(guān)鍵詞]翻轉(zhuǎn)課堂；工程知識(shí)；建構(gòu)主義；教學(xué)研究

[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2018）11-0079-03

○、前言

工程教育的主要目標(biāo)就是培養(yǎng)學(xué)生能夠深入運(yùn)用各種工程知識(shí)分析和解決復(fù)雜工程問題的能力。這些工程知識(shí)包括工程原理、工程技能、工程設(shè)計(jì)及工程實(shí)踐能力方面的知識(shí)[1]。工科學(xué)生對(duì)工程知識(shí)的學(xué)習(xí)建構(gòu)即將現(xiàn)有的工程知識(shí)內(nèi)化為自身的知識(shí)體系是一個(gè)非常重要的過程。如何幫助學(xué)生有效地實(shí)現(xiàn)工程知識(shí)建構(gòu)，建立個(gè)體化的工程知識(shí)體系，是我們教育工作者需要認(rèn)真思考的問題。

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為學(xué)習(xí)過程是在已有的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)基礎(chǔ)上，通過實(shí)踐活動(dòng)來(lái)建構(gòu)個(gè)體知識(shí)的過程，即知識(shí)是通過學(xué)習(xí)者自己建構(gòu)的[2]。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)是以教師為中心，知識(shí)單向、單一傳遞為主的“灌輸式”教學(xué)模式，這種方式缺乏師生互動(dòng)、討論交流，影響了學(xué)生自我思維的形成，學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)缺乏主動(dòng)性和積極性，從而限制了學(xué)生對(duì)知識(shí)的主動(dòng)建構(gòu)。

現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使工程教育進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代，翻轉(zhuǎn)課堂、微課、慕課等各種新的教學(xué)模式紛紛涌現(xiàn)，促進(jìn)了課堂教學(xué)的改革。在翻轉(zhuǎn)課堂中，學(xué)生在參與活動(dòng)中通過完成真實(shí)的任務(wù)來(lái)建構(gòu)知識(shí)，有效地實(shí)現(xiàn)了以學(xué)生為中心的轉(zhuǎn)變。

一、翻轉(zhuǎn)課堂與知識(shí)內(nèi)化

翻轉(zhuǎn)課堂是學(xué)生在課外觀看教學(xué)視頻來(lái)代替教師的課內(nèi)講授，自我完成知識(shí)學(xué)習(xí)，然后在課堂上與教師、同學(xué)進(jìn)行討論、交流、合作、答疑，完成作業(yè)和知識(shí)內(nèi)化的一種教學(xué)形態(tài)[3]。翻轉(zhuǎn)課堂將知識(shí)傳授由課堂講課提前到課前自學(xué)，徹底顛覆了傳統(tǒng)教學(xué)中學(xué)生“課內(nèi)接受知識(shí)、課后內(nèi)化知識(shí)”的教學(xué)模式，改變了單一的傳遞式教學(xué)方式及傳統(tǒng)教學(xué)中的師生角色，實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式的革新。

翻轉(zhuǎn)課堂中，學(xué)生課前觀看教師預(yù)先錄制好的教學(xué)視頻，開展自主學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的初步建構(gòu)，課堂上在教師的指導(dǎo)講解下，通過課堂討論實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的內(nèi)化。這符合建構(gòu)主義所倡導(dǎo)的“學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者在一定的情境下，借助他人的幫助和必要的學(xué)習(xí)資料，通過意義建構(gòu)的方式而獲得……（是）通過人之間的協(xié)作活動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的意義建構(gòu)過程”[4]。

知識(shí)內(nèi)化方式有同化式的知識(shí)內(nèi)化、順應(yīng)式的知識(shí)內(nèi)化和漸進(jìn)式的知識(shí)內(nèi)化[5]。工程知識(shí)屬于非良性領(lǐng)域的復(fù)雜知識(shí)[6]，其建構(gòu)屬于漸進(jìn)式的知識(shí)內(nèi)化，即需要多次地、逐步地實(shí)現(xiàn)。

翻轉(zhuǎn)課堂通過教學(xué)流程翻轉(zhuǎn)，將知識(shí)內(nèi)化提前，增加知識(shí)內(nèi)化的次數(shù)，降低知識(shí)內(nèi)化的難度，促進(jìn)學(xué)習(xí)者對(duì)知識(shí)的多次、逐步建構(gòu)。翻轉(zhuǎn)課堂中的知識(shí)內(nèi)化過程主要經(jīng)歷以下幾個(gè)環(huán)節(jié) [5]：?jiǎn)栴}引導(dǎo)環(huán)節(jié)，即教師首先提出一些與新知識(shí)有關(guān)的“熱身”問題，將相對(duì)應(yīng)的教學(xué)視頻發(fā)給學(xué)生。視頻觀看環(huán)節(jié)，這個(gè)環(huán)節(jié)是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是第一次知識(shí)內(nèi)化。問題解決環(huán)節(jié)，教師針對(duì)學(xué)生難以掌握的問題，通過與學(xué)生在課堂上討論、互動(dòng)，使這些問題得到解決，這個(gè)過程屬于第二次知識(shí)內(nèi)化。課后應(yīng)用環(huán)節(jié)，即學(xué)生課后通過工程實(shí)踐訓(xùn)練實(shí)現(xiàn)第三次知識(shí)內(nèi)化。

二、在翻轉(zhuǎn)課堂中建構(gòu)工程知識(shí)

工程知識(shí)來(lái)源于工程實(shí)踐，是關(guān)于工程原理與規(guī)律、技能和能力等方面的知識(shí)[6]。工程知識(shí)貫穿于工科的專業(yè)課程學(xué)習(xí)中，它具有如下特點(diǎn)：綜合性強(qiáng)、形式多樣、涉及學(xué)科面廣、實(shí)踐性強(qiáng)，屬于非良性領(lǐng)域的復(fù)雜知識(shí)，需要多次反復(fù)、逐步建構(gòu)。

根據(jù)翻轉(zhuǎn)課堂的內(nèi)涵[7-8]及建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，為實(shí)現(xiàn)工程知識(shí)的建構(gòu)，采用以問題驅(qū)動(dòng)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，如圖1所示。該教學(xué)模型主要由三部分組成：一是以工程問題引導(dǎo)的課前自學(xué)，二是強(qiáng)化工程案例分析的課堂討論，三是以工程項(xiàng)目訓(xùn)練為主的課后應(yīng)用。

學(xué)生在課前通過教學(xué)視頻并借助網(wǎng)絡(luò)上的同類精品視頻課、慕課、公開課等進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，通過自學(xué)指南把握知識(shí)脈絡(luò)、重點(diǎn)與難點(diǎn)，從不同角度建構(gòu)知識(shí)。課堂上教師與學(xué)生互動(dòng)，開展答疑解惑、課堂討論、成果展示、評(píng)價(jià)反饋等一系列協(xié)作交流，不斷擴(kuò)展和創(chuàng)造深度的知識(shí)，促使學(xué)生加深對(duì)知識(shí)的理解。課后積極開展項(xiàng)目訓(xùn)練、工程設(shè)計(jì)等實(shí)踐活動(dòng)，通過知識(shí)的熟練應(yīng)用促進(jìn)知識(shí)內(nèi)化。

由以上流程可見，翻轉(zhuǎn)課堂通過“反轉(zhuǎn)”教學(xué)，變革了傳統(tǒng)的教學(xué)流程，通過“問題引導(dǎo)—課前自學(xué)—協(xié)作交流—實(shí)踐應(yīng)用”的流程幫助學(xué)生多次內(nèi)化知識(shí)，實(shí)現(xiàn)了知識(shí)的內(nèi)化優(yōu)化。尤其對(duì)于那些比較抽象的、復(fù)雜的、非良性領(lǐng)域的、無(wú)法自發(fā)建立的工程知識(shí)，經(jīng)過課前自學(xué)、課中交流、課后實(shí)踐多次內(nèi)化，不斷得到修正、完善、提升，最終被學(xué)生掌握。下面我們結(jié)合機(jī)械工程專業(yè)方面的工程知識(shí)教學(xué)，談?wù)勅绾卫梅D(zhuǎn)課堂促進(jìn)工程知識(shí)的有效建構(gòu)。

（一）以工程問題引導(dǎo)，促進(jìn)第一次內(nèi)化

工程知識(shí)屬于非良性領(lǐng)域的復(fù)雜知識(shí)，學(xué)生剛學(xué)習(xí)時(shí)覺得難度較大，因此課前視頻應(yīng)采用相關(guān)的工程問題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)，促使學(xué)生認(rèn)識(shí)到工程知識(shí)在分析解決工程問題中的重要性和巨大作用，從而激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)工程知識(shí)的首次內(nèi)化。

在機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中，既要學(xué)習(xí)機(jī)械的工作原理又要學(xué)習(xí)機(jī)械的各種通用零部件的設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法，涉及大量機(jī)械工程專業(yè)的工程知識(shí)，如各類機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、設(shè)計(jì)規(guī)范、設(shè)計(jì)方法等[9]。學(xué)生如果僅僅按照這些知識(shí)點(diǎn)的字面意思來(lái)學(xué)習(xí)，會(huì)有一種陌生、枯燥、抽象的感覺，難以理解。工程知識(shí)來(lái)源于工程實(shí)踐，具有強(qiáng)烈的工程背景[6]，因此學(xué)生課前在網(wǎng)上課堂自主學(xué)習(xí)時(shí)，應(yīng)以工程問題為導(dǎo)引，基于工程問題的需求來(lái)學(xué)習(xí)相關(guān)的知識(shí)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的初步內(nèi)化。

如何以工程問題為導(dǎo)引呢？首先建立工程問題庫(kù)，如機(jī)械工程問題庫(kù)，通過數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)綜合應(yīng)用，將這些工程問題融入網(wǎng)上課堂教學(xué)中，由工程問題引導(dǎo)學(xué)生去學(xué)習(xí)有關(guān)的工程知識(shí)。例如：如何將散裝的鹽包裝成家用的一袋袋鹽，這類包裝機(jī)械如何運(yùn)動(dòng)和工作？洗衣機(jī)如何運(yùn)動(dòng)來(lái)洗滌衣物？從運(yùn)動(dòng)角度來(lái)看洗衣機(jī)由哪些機(jī)構(gòu)組成？各機(jī)構(gòu)由哪些構(gòu)件組成？各構(gòu)件之間如何連接？有哪些運(yùn)動(dòng)副？從工作能力方面來(lái)看洗衣機(jī)由哪些機(jī)械零部件組成？各零部件的主要失效形式是怎樣的？各零部件有什么作用？這樣就通過問題引出了相關(guān)的工程知識(shí)點(diǎn)（機(jī)構(gòu)、構(gòu)件、零件、運(yùn)動(dòng)副、失效形式、工作能力等），學(xué)生帶著問題在網(wǎng)上課堂學(xué)習(xí)，并且充分利用網(wǎng)上資源觀看包裝機(jī)械的工作視頻，加強(qiáng)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和內(nèi)化。

（二）強(qiáng)化工程案例分析，促進(jìn)工程知識(shí)的二次內(nèi)化

工程知識(shí)與工程背景密切相關(guān)，它是從現(xiàn)實(shí)工程物和現(xiàn)實(shí)工程活動(dòng)提煉、抽象出來(lái)；工程知識(shí)的學(xué)習(xí)必須要不斷關(guān)聯(lián)工程背景，這種關(guān)聯(lián)可以通過工程案例教學(xué)來(lái)實(shí)現(xiàn)。教師可以從工程實(shí)際中尋找一些與工程知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的工程實(shí)例作為案例引入課堂教學(xué)，組織學(xué)生分小組對(duì)具體工程案例進(jìn)行分析探討，消化抽象的理論知識(shí)，促進(jìn)工程知識(shí)的二次內(nèi)化。

在課堂教學(xué)中，教師以工程案例分析討論為主線，發(fā)現(xiàn)學(xué)生自學(xué)中存在的問題，講解知識(shí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，并解答學(xué)生在自學(xué)中發(fā)現(xiàn)的問題。比如在機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)中要學(xué)習(xí)軸類零件的設(shè)計(jì)，由于學(xué)生在課前已對(duì)軸的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行了學(xué)習(xí)，因此在課堂討論時(shí)就可以圍繞包裝機(jī)這個(gè)工程案例展開分析討論：包裝機(jī)有哪些軸？哪些是心軸、傳動(dòng)軸、轉(zhuǎn)軸？失效形式有哪些？如何確定軸的結(jié)構(gòu)尺寸？軸設(shè)計(jì)的思路是怎樣的？在教師指導(dǎo)下，學(xué)生以學(xué)習(xí)小組形式完成案例分析工作，并寫出一定量的工程案例分析報(bào)告，教師對(duì)工程案例分析報(bào)告進(jìn)行批閱，從而發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)工程知識(shí)掌握的不足，下次課再重點(diǎn)點(diǎn)評(píng)。

（三）加強(qiáng)課后的工程項(xiàng)目訓(xùn)練，促使知識(shí)實(shí)現(xiàn)向能力的遷移

工程知識(shí)的建構(gòu)過程是一個(gè)逐步升華的過程[6]，通過工程知識(shí)的逐步建構(gòu)最終實(shí)現(xiàn)工程能力的培養(yǎng)。因此必須加強(qiáng)課外項(xiàng)目訓(xùn)練，在實(shí)踐中促使學(xué)生主動(dòng)地去感悟和建構(gòu)工程知識(shí)，逐步培養(yǎng)自身的工程設(shè)計(jì)能力和工程素養(yǎng)。

1.根據(jù)某類課程工程知識(shí)的學(xué)習(xí)要求來(lái)開展項(xiàng)目設(shè)計(jì)訓(xùn)練

學(xué)生在專業(yè)基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)課學(xué)習(xí)過程中，通過一個(gè)綜合性的設(shè)計(jì)項(xiàng)目，將與此門課程有關(guān)的技能點(diǎn)、知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來(lái)，在邊做邊學(xué)的過程中完成綜合項(xiàng)目訓(xùn)練[10]。比如機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)可以工程案例為設(shè)計(jì)項(xiàng)目，推動(dòng)學(xué)生課程單元工程知識(shí)學(xué)習(xí)和建構(gòu)的實(shí)現(xiàn)。

2.針對(duì)某專業(yè)工程知識(shí)的學(xué)習(xí)來(lái)開展項(xiàng)目訓(xùn)練

結(jié)合具體專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)要求，選擇知識(shí)綜合性強(qiáng)或者具有學(xué)科交叉特點(diǎn)的項(xiàng)目，可以是實(shí)際應(yīng)用型課題，比如從企業(yè)搜集來(lái)的真實(shí)研發(fā)項(xiàng)目，也可以是研究型課題，如教師在研的項(xiàng)目。這類項(xiàng)目由于訓(xùn)練內(nèi)容多、難度較大，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)能力要求高，可以先組織優(yōu)秀學(xué)生如卓越工程師班的學(xué)生來(lái)實(shí)施。

3.開展各類專業(yè)能力系列競(jìng)賽

組織開展主要以專業(yè)大賽設(shè)計(jì)以及綜合性強(qiáng)的學(xué)科交叉類項(xiàng)目來(lái)進(jìn)行的機(jī)械裝置測(cè)繪競(jìng)賽、工程制圖（手工及電子繪圖）競(jìng)賽、機(jī)械產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)大賽、工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽、三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、機(jī)構(gòu)學(xué)競(jìng)賽、工業(yè)設(shè)計(jì)大賽、大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽等，目的是培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)綜合素質(zhì)和工程創(chuàng)新能力。

工程知識(shí)來(lái)源于工程實(shí)踐活動(dòng)，是人們?cè)诓粩嘟鉀Q工程問題的過程中逐步獲得的，因此無(wú)論采用何種教學(xué)形式，工程知識(shí)建構(gòu)都應(yīng)該圍繞工程問題來(lái)開展。比如在機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中，主要學(xué)習(xí)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面的知識(shí)，目的是培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)能力。因此總目標(biāo)是機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)問題，進(jìn)一步分解就包括機(jī)械的運(yùn)動(dòng)問題，機(jī)械零部件的強(qiáng)度、剛度、精度、耐磨性等問題，圍繞這些問題的解決就涉及數(shù)學(xué)、物理、力學(xué)、材料科學(xué)等多學(xué)科的知識(shí)綜合，學(xué)習(xí)新的工程知識(shí)過程是對(duì)前期所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用過程。學(xué)生采用多學(xué)科知識(shí)對(duì)新的工程問題進(jìn)行分析和解決，實(shí)現(xiàn)對(duì)新的工程知識(shí)的內(nèi)化，從而建構(gòu)新的工程知識(shí)認(rèn)知圖式。

信息化技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)開放課程的興起，為翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)提供了技術(shù)環(huán)境和豐富的教學(xué)資源，我們要充分利用網(wǎng)上的教學(xué)資源。學(xué)生在課前自學(xué)過程中不光要看老師給的教學(xué)視頻，還要借助網(wǎng)上的同類精品視頻課、慕課、公開課等課程學(xué)習(xí)資源，加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解；建立課程學(xué)習(xí)討論群來(lái)開展學(xué)習(xí)問題討論，實(shí)現(xiàn)課堂集體討論與課下個(gè)體交流相結(jié)合；在討論過程中，結(jié)合工程案例對(duì)課程里的碎片化知識(shí)進(jìn)行前后貫穿和歸納總結(jié)，讓學(xué)生形成系統(tǒng)化的認(rèn)知，建立個(gè)性化的知識(shí)體系，完成知識(shí)的內(nèi)化。

三、結(jié)語(yǔ)

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)上豐富的教學(xué)資源和全方位的網(wǎng)絡(luò)交互平臺(tái)為翻轉(zhuǎn)課堂提供了良好的教學(xué)環(huán)境?！盎ヂ?lián)網(wǎng) +”教學(xué)時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨，翻轉(zhuǎn)課堂將進(jìn)一步發(fā)展成為 “在線開放課程”與“課堂教學(xué)”相結(jié)合的混合式教學(xué)模式。在新的教學(xué)模式下，如何幫助學(xué)生根據(jù)個(gè)人需要和興趣來(lái)選擇學(xué)習(xí)的內(nèi)容，有效地整合信息與知識(shí)碎片，實(shí)現(xiàn)知識(shí)內(nèi)化，構(gòu)建個(gè)性化的知識(shí)結(jié)構(gòu)，還有許多值得我們探討的問題。

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[責(zé)任編輯：龐丹丹]