康智強(qiáng)，仝美娟，解妙霞

（西安建筑科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，陜西西安710055）

一、翻轉(zhuǎn)課堂模式研究現(xiàn)狀

翻轉(zhuǎn)課堂 （flipping classroom）或顛倒課堂，就是教師創(chuàng)建視頻，學(xué)生可以在家中或課外利用業(yè)余時間觀看學(xué)習(xí)課程視頻教師的講解，等上課時學(xué)生回到課堂上師生面對面交流并完成作業(yè)的一種教學(xué)形態(tài)［1］。通過視頻可以將課堂的內(nèi)容得到永久存檔，方便學(xué)生預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)或補(bǔ)課。與傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式不同，在“翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式”下，學(xué)生在家完成知識的學(xué)習(xí)，而課堂變成了老師與學(xué)生之間和學(xué)生與學(xué)生之間互動的場所，包括答疑解惑、知識的運(yùn)用等，從而達(dá)到更好的教育效果。

翻轉(zhuǎn)課堂起源于孟加拉裔美國人薩爾曼·汗（Salman Khan），他利用錄制的教學(xué)視頻為家人輔導(dǎo)功課時，發(fā)現(xiàn)了意想不到的效果。

2012年翻轉(zhuǎn)課堂開始在我國興起，并迅速發(fā)展，在我國教育界掀起翻轉(zhuǎn)熱潮［2］。隨著近兩年的發(fā)展，翻轉(zhuǎn)課堂已成為教育界研究的焦點。

我國教育領(lǐng)域特別是基礎(chǔ)教育領(lǐng)域的課程改革在經(jīng)歷了“探究式課堂”、“先學(xué)后教式教學(xué)模式”之后，又迎來了信息化環(huán)境下的“翻轉(zhuǎn)課堂”。三年來，“翻轉(zhuǎn)課堂”不管是理論研究還是實踐層面，都已成為教育管理者、研究者、各級各類教師關(guān)注的熱點［3］。2014年8月，由北京大學(xué)數(shù)字化學(xué)習(xí)研究中心汪瓊教授主講的 MOOC“翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法”在網(wǎng)易公開課上線。何朝陽［4］等分析了邁阿密大學(xué)、中田納西州立大學(xué)等進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的過程相比傳統(tǒng)課堂更有優(yōu)勢。董輝［5］提到翻轉(zhuǎn)課堂是對傳統(tǒng)課堂的顛覆性改變。卜彩麗［6］以中國學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)絡(luò)出版總庫CNKI為數(shù)據(jù)來源，從文章數(shù)量、期刊分布、高產(chǎn)作者、高被引論文、研究主題、研究熱點六個維度，定量分析了我國翻轉(zhuǎn)課堂的研究現(xiàn)狀和特征，并提出未來幾年翻轉(zhuǎn)課堂在國內(nèi)發(fā)展的建議。

由上述分析可知，翻轉(zhuǎn)課堂對于促進(jìn)教學(xué)改革、提升教學(xué)優(yōu)勢的作用，已被廣大學(xué)者逐漸認(rèn)可。翻轉(zhuǎn)課堂雖然符合很多課程教學(xué)，但是這種模式對于一些理論和實驗性要求很強(qiáng)的專業(yè)課程有所缺憾，僅僅依靠翻轉(zhuǎn)課堂，學(xué)生在理解這些課程的理論時仍然會疑惑重重，所以本文針對具體課程探索這種教學(xué)模式，以獲得更優(yōu)的教學(xué)效果。

二、我校翻轉(zhuǎn)課堂推廣中存在的主要問題

1.現(xiàn)有群體教學(xué)模式下，學(xué)生不可能按自己的節(jié)奏學(xué)習(xí)

統(tǒng)計我校機(jī)械設(shè)計制造及自動化專業(yè)2017-2018第一學(xué)年教學(xué)計劃安排，周內(nèi)共有40課時。其中大一上課時間28小時，業(yè)余12小時，周末上課6小時；大二上課時間26小時，業(yè)余14小時，周末上課2小時；大三上課時間38小時，業(yè)余2小時，周末無課。

統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，根據(jù)教育部專業(yè)教學(xué)要求，不同的專業(yè)都有明確的課程和上課要求，對于不同的專業(yè)采用的教學(xué)模式應(yīng)該有一定的區(qū)別。

對于工科學(xué)生采用翻轉(zhuǎn)課堂 （例如我校機(jī)械原理教學(xué)）要想取得卓有成效的教學(xué)效果，首先就要提供具有實踐指導(dǎo)性的教學(xué)設(shè)計模型，整合學(xué)習(xí)過程中的各種教學(xué)資源，為學(xué)習(xí)者課前的自主學(xué)習(xí)和課上的協(xié)作學(xué)習(xí)提供服務(wù)。

翻轉(zhuǎn)課堂這種已經(jīng)日趨完美的教學(xué)模式，在當(dāng)代中國教育環(huán)境下實際運(yùn)作過程中卻不盡人意。原因在于機(jī)械原理課堂教學(xué)仍然采用群體教學(xué)模式，這種教學(xué)模式還頑固地存在著，所以學(xué)生不可能按自己的時間和節(jié)奏進(jìn)行學(xué)習(xí)，學(xué)生被傳統(tǒng)教學(xué)模式占用大量時間。尤其到大三的專業(yè)課學(xué)習(xí)。例如機(jī)械原理課程，學(xué)生每周內(nèi)業(yè)余時間只有2課時，自由支配時間非常有限，目前的工科學(xué)生上課主要還是填鴨式教學(xué)，其原因是課時壓縮大、要求不斷提高，知識點反而更多。

翻轉(zhuǎn)課堂的產(chǎn)生源于美國教學(xué)實踐的需要，由于中國國情和美國差異很大，適合美國的教育不一定適合中國。因此，必須清醒地認(rèn)識到，要全面、深刻、具體地揭示翻轉(zhuǎn)課堂的一系列問題，將其應(yīng)用于中國特色的教育環(huán)境中，絕非易事。

針對此問題，機(jī)械原理教學(xué)可嘗試采取群體教學(xué)與掌握學(xué)習(xí)相結(jié)合的教學(xué)策略——群體學(xué)習(xí)，并輔之以每個學(xué)生所需的頻繁的反饋和個別化的矯正性幫助。反饋通常采取形成性檢測的方式揭示學(xué)生在學(xué)習(xí)中存在的問題；再通過個別化輔導(dǎo)協(xié)助學(xué)生矯正錯誤，達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)。

2.學(xué)習(xí)活動的多樣性容易引起學(xué)生的不安

已有的大部分研究結(jié)果都支持翻轉(zhuǎn)課堂要優(yōu)于傳統(tǒng)課堂，但也有部分研究顯示翻轉(zhuǎn)課堂未能達(dá)到預(yù)期效果。如Strayer（2007）在其博士論文中介紹了自2004年以來在中西部基督教文理大學(xué)（Midwestern Christian Liberal Arts University） 的“統(tǒng)計學(xué)導(dǎo)論”課程中進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的實證研究，他通過現(xiàn)場記錄、成績單、個人及小組訪談和學(xué)生反思記錄等渠道收集大量數(shù)據(jù)，然后結(jié)合量化和質(zhì)性的研究方法進(jìn)行研究。研究結(jié)果顯示，在翻轉(zhuǎn)課堂中，學(xué)生對課堂結(jié)構(gòu)的調(diào)整不太滿意，學(xué)習(xí)活動的多樣性容易引起學(xué)生的不安，學(xué)生學(xué)習(xí)活動舒適度的概念被提出和發(fā)展。

每個學(xué)生都有自己的個性特點，如果提出適合于大多數(shù)學(xué)生的翻轉(zhuǎn)課堂模式在課外傳遞給學(xué)生后，那么課堂內(nèi)更需要高質(zhì)量的學(xué)習(xí)活動，讓學(xué)生有機(jī)會在具體環(huán)境中應(yīng)用其所學(xué)內(nèi)容，但是翻轉(zhuǎn)課堂不能給學(xué)生提供具體環(huán)境，包括學(xué)生創(chuàng)建內(nèi)容、獨立解決問題、探究式活動、基于項目的學(xué)習(xí)、實驗等環(huán)節(jié)。針對不同的學(xué)生，需要設(shè)計不同的課堂活動類型，這種需求在國內(nèi)使用翻轉(zhuǎn)課堂較難。

3.教學(xué)視頻制作中存在問題

在多年以前人們就進(jìn)行過探索，利用制作好的課堂教學(xué)視頻來實施教學(xué)。我國很多大學(xué)舉辦過遠(yuǎn)程教育，把上課錄制好的視頻讓學(xué)生在業(yè)余時間自學(xué)。為什么當(dāng)年所做的探索沒有對傳統(tǒng)的教學(xué)模式帶來多大的影響，而“翻轉(zhuǎn)課堂”卻倍受關(guān)注呢？

翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)的教學(xué)課堂相比，教師的角色發(fā)生了重要改變［7］，不再是從前的主導(dǎo)者，教師需要把握教學(xué)環(huán)節(jié)：確定將哪些教學(xué)內(nèi)容從課堂遷移到教學(xué)視頻或?qū)W習(xí)資源中，如何把握教學(xué)視頻的時間長度，如何設(shè)計課堂教學(xué)活動 （巧妙設(shè)計問題、作業(yè)、小組活動等），讓學(xué)生覺得上課很有意義。其中視頻制作的題材和質(zhì)量是決定翻轉(zhuǎn)課堂成敗的一個重要因素。

如何創(chuàng)建高質(zhì)量的教學(xué)視頻。首先，應(yīng)明確學(xué)生必須掌握的目標(biāo)，以及視頻最終需要表現(xiàn)的內(nèi)容；其次，收集和創(chuàng)建視頻的多樣性題材，選用題材和內(nèi)容時應(yīng)考慮不同教師和班級的差異；最后，在制作過程中應(yīng)站在學(xué)生的角度，以適應(yīng)不同學(xué)生的學(xué)習(xí)方法和習(xí)慣［8］。機(jī)械原理課程教學(xué)視頻還應(yīng)做到：①教學(xué)視頻短小精悍。視頻根據(jù)內(nèi)容可以只有幾分鐘或十幾分鐘。每個視頻都針對一個特定的問題，有較強(qiáng)的針對性，查找起來也比較方便；視頻的長度控制在學(xué)生注意力能比較集中的時間范圍內(nèi)，符合學(xué)生身心發(fā)展特征。②教學(xué)信息清晰明確。薩爾曼·汗的教學(xué)視頻有一個顯著的特點，就是在視頻中唯一能夠看到的就是他的手，不斷地書寫一些數(shù)學(xué)的符號，并緩慢地填滿整個屏幕。除此之外，就是配合書寫進(jìn)行講解的畫外音。用薩爾曼·汗自己的話來說：“這種方式，它似乎并不像我站在講臺上為你講課，它讓人感到貼心，就像我們同坐在一張桌子面前，一起學(xué)習(xí)，并把內(nèi)容寫在一張紙上?！保?］這是“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)視頻與傳統(tǒng)教學(xué)錄像的不同之處。視頻中出現(xiàn)的教師頭像、以及教室里的各種物品擺設(shè)，都會分散學(xué)生的注意力，特別是在學(xué)生自主學(xué)習(xí)的情況下。

除了自己錄制微課之外，教師也可以推薦學(xué)生看其他學(xué)校的視頻，以及發(fā)布在網(wǎng)絡(luò)上的慕課。慕課是大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)開放課程，它是為了增強(qiáng)知識傳播而由具有分享和協(xié)作精神的個人組織發(fā)布的、散布于互聯(lián)網(wǎng)上的開放課程［9］。目前信息化發(fā)達(dá)，慕課給了學(xué)生良好的機(jī)遇，教師可以選擇一些與課堂內(nèi)容貼切的慕課，推薦給學(xué)生。這樣學(xué)生既可以聽世界名師的講解，也可以聽不同名師的不同見解，利于開發(fā)學(xué)生的思維，站在巨人的肩膀上看世界。

但是對于一些實驗性非常強(qiáng)的骨干課程，例如大學(xué)物理、化學(xué)和機(jī)械原理等，學(xué)生即使認(rèn)真觀看視頻，但如果沒有實驗配合，仍然很難理解其中的理論知識。

4.學(xué)生缺乏課前無監(jiān)督學(xué)習(xí)

翻轉(zhuǎn)課堂的有效實施必須以學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性為前提。

翻轉(zhuǎn)課堂的課前學(xué)習(xí)階段缺乏監(jiān)督，不能保證每個學(xué)生都能夠及時收看視頻并積極思考，這將會大大影響翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)效果。

針對此問題，教師可以設(shè)計學(xué)習(xí)任務(wù)單來幫助學(xué)生在課前明確自主學(xué)習(xí)的內(nèi)容、目標(biāo)和方法，并提供相應(yīng)的學(xué)習(xí)資源。此方法能讓學(xué)生根據(jù)個人需要有一個自定進(jìn)度的學(xué)習(xí)，即讓每個學(xué)生按照自己的步驟學(xué)習(xí)，取得自主學(xué)習(xí)實效。有了“學(xué)習(xí)任務(wù)單”，就能幫助教師有效地組織起“翻轉(zhuǎn)課堂”，提高教學(xué)質(zhì)量，變革教學(xué)方式，培養(yǎng)創(chuàng)新人才。如機(jī)械原理翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)前，先進(jìn)行提問和小答題，測驗學(xué)生課前學(xué)習(xí)效果。如果沒有達(dá)到這些效果，授課教師應(yīng)該立即補(bǔ)課，否則使用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)效果更差。課堂教學(xué)結(jié)束前要布置下次課思考的問題，使學(xué)生在課后能夠針對該問題積極準(zhǔn)備預(yù)習(xí)。通過這些措施，能夠有效解決學(xué)生缺乏課前無監(jiān)督學(xué)習(xí)并積極思考的現(xiàn)象。

三、我校機(jī)械原理課程教學(xué)設(shè)計方面的教學(xué)改革

以我校工科機(jī)械原理教學(xué)為例進(jìn)行研究，通過對美國Purdue大學(xué)、MIT、Brigham Young大學(xué)的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家的機(jī)械原理教學(xué)主要講授機(jī)構(gòu)設(shè)計的一般要求和設(shè)計方法，以及一些典型基本機(jī)構(gòu)運(yùn)動和動力分析及設(shè)計方法，而留給學(xué)生大量的自學(xué)內(nèi)容。這些學(xué)校的機(jī)械原理教學(xué)基本上都要求學(xué)生完成1～2個大作業(yè)或機(jī)械裝置的設(shè)計制作任務(wù)，大作業(yè)或設(shè)計制作成績所占比例為50%左右。其突出特點是將創(chuàng)新設(shè)計內(nèi)容貫穿機(jī)械原理教學(xué)的全過程，給學(xué)生有一個充分的通過自主學(xué)習(xí)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計的思考時間。

目前國內(nèi)多數(shù)高校機(jī)械原理教學(xué)普遍存在的缺陷是重理論，輕實踐，使得學(xué)生實踐機(jī)會少，動手能力差，與課程本身所具有實踐性強(qiáng)的特征形成了突出的矛盾。學(xué)生要想把理論學(xué)好，必須要有實驗結(jié)合。

根據(jù)全國機(jī)械原理理事會調(diào)查，許多工科院校開設(shè)的機(jī)械原理課程理論教學(xué)課時都有不同程度壓縮，但是大綱要求卻不斷提高。原來的70學(xué)時教學(xué)任務(wù)有的學(xué)校已壓縮至48學(xué)時，甚至更少。我校機(jī)械原理課時也減少很多。如何解決這一矛盾，機(jī)械原理教學(xué)團(tuán)隊在課堂教學(xué)和實驗教學(xué)中，對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和教學(xué)方法進(jìn)行著不斷地改革和探索。

1.構(gòu)建全新的課程和實驗體系

為了學(xué)生能夠在課外學(xué)習(xí)，機(jī)械原理教學(xué)團(tuán)隊錄制了機(jī)械原理所有知識點微課，學(xué)生可以利用任何業(yè)余時間上網(wǎng)觀看。微課雖然解決了學(xué)生學(xué)習(xí)理論不受時間和空間的限制，但是機(jī)械原理課程實踐性非常強(qiáng)，沒有實驗環(huán)節(jié)，學(xué)生對該課程理論知識仍然是一知半解，如不能及時解惑可能影響學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，所以該課程理論學(xué)習(xí)必須結(jié)合實驗教學(xué)。

由于學(xué)時和資源限制，學(xué)生能力層差不齊，實驗室能夠給學(xué)生提供的實驗課時和機(jī)會非常有限，符合每個學(xué)生水平的實驗不可能都準(zhǔn)備，大量的實驗在實驗室開展比較困難。機(jī)械原理教學(xué)團(tuán)隊根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)能力，準(zhǔn)備大量實驗內(nèi)容，并將實驗內(nèi)容分成3個層次，讓學(xué)有余力的學(xué)生有施展才能的空間；結(jié)合院系專業(yè)特色開設(shè)特色實驗，因材施教和促進(jìn)學(xué)生個性發(fā)展。

2.將虛擬樣機(jī)技術(shù)融入到實踐中

由于我校機(jī)械原理課程學(xué)生上課時間集中，學(xué)校實驗室資源有限，教學(xué)安排的實驗時間也有限，給學(xué)生開設(shè)所有實驗較難實現(xiàn)，所以教學(xué)團(tuán)隊開始自己搭建虛擬實驗室。虛擬實驗室設(shè)有虛擬樣機(jī)，一方面，學(xué)生通過虛擬樣機(jī)可以較方便地對機(jī)械原理中的機(jī)構(gòu)設(shè)計與分析結(jié)果進(jìn)行驗證和模擬［10］，使之更形象化、實用化；另一方面，使學(xué)生了解和基本掌握一種先進(jìn)的機(jī)構(gòu)分析與設(shè)計工具 （ADAMS），達(dá)到既具有扎實的機(jī)構(gòu)學(xué)基礎(chǔ)理論知識［11］，又具有會使用先進(jìn)設(shè)計與分析工具的能力，同時開闊了視野。

3.增加實驗彌補(bǔ)翻轉(zhuǎn)課堂不足

學(xué)生利用翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)習(xí)了理論知識，而且也能夠及時做實驗，虛擬實驗中強(qiáng)化學(xué)生自主創(chuàng)新設(shè)計能力與動手實踐能力的培養(yǎng)。這種方式能夠很好地鍛煉學(xué)生的自主創(chuàng)新設(shè)計能力，學(xué)生如果能獨立制作機(jī)構(gòu)物理樣機(jī)或?qū)嵨锬Ｐ?，該方法更高層次地培養(yǎng)了學(xué)生的動手實踐能力。

在實驗設(shè)計上，教學(xué)團(tuán)隊根據(jù)學(xué)生的能力層次設(shè)計出三個實驗水平層次，以此來滿足各個層次學(xué)生的要求 （圖1）。

圖1 實驗項目的三個層次

圖1中，第1層次實驗的目的是強(qiáng)化學(xué)生對機(jī)構(gòu)的理論認(rèn)識和對所學(xué)知識的深刻理解；第2層次的實驗是培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識解決實際問題的能力，體現(xiàn)出創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力及方法的培養(yǎng)；第3層次的實驗是在培養(yǎng)創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)學(xué)生動手能力和自主創(chuàng)造能力的培養(yǎng)，正可謂“聞之不如見之，見之不如親歷之”。此外，在第1、2層次的實驗中，要根據(jù)院系專業(yè)特點來分配或建議學(xué)生要完成的相應(yīng)實驗，其目的是為后續(xù)的專業(yè)課打下更為堅實的技術(shù)基礎(chǔ)知識。第3層次的實驗以學(xué)生自選為主，鍛煉學(xué)生的設(shè)計與動手制作能力。

針對機(jī)械原理課程教學(xué)和實驗教學(xué)而建設(shè)的虛擬樣機(jī)設(shè)計與仿真實驗軟硬件 （ADAMS軟件+計算機(jī)硬件）的有效利用 （圖2）。

圖2 機(jī)構(gòu)設(shè)計過程

“虛擬樣機(jī)建模與仿真分析實驗”從2010年就在教學(xué)中開始試點并推廣，是我校機(jī)械原理教學(xué)的首創(chuàng)，具有將經(jīng)典機(jī)械設(shè)計與分析理論與先進(jìn)技術(shù)與手段相結(jié)合的特征。目前我校已經(jīng)建設(shè)完成了良好的有多臺計算機(jī)的實驗室空間，為課堂教學(xué)內(nèi)容的擴(kuò)展和實驗教學(xué)的有效進(jìn)行提供了可靠的保證。實施理論和實驗相結(jié)合的新教學(xué)模式將率先使“虛擬樣機(jī)建模與仿真分析實驗室”成為一個開放實驗室，讓學(xué)生有足夠的機(jī)會和充足的時間走進(jìn)實驗室。這種設(shè)計補(bǔ)充了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的不足，對于理論和實驗緊密結(jié)合的課程，只依靠視頻講解不能達(dá)到理想的教學(xué)效果，必需結(jié)合實驗才能加強(qiáng)學(xué)生對知識的理解。

四、結(jié) 語

促進(jìn)師生共同發(fā)展的“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式，是以學(xué)生為核心，教師升格為學(xué)生學(xué)習(xí)的設(shè)計者、指導(dǎo)者、幫助者和學(xué)習(xí)伙伴。在這一模式中，學(xué)生和教師教學(xué)相長，都能在國家戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)框架下得到發(fā)展。本文在研究翻轉(zhuǎn)課堂實踐現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了翻轉(zhuǎn)課堂要在實踐中取得較好的成績需解決的幾個問題，并提出了可能的應(yīng)對措施。使用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)應(yīng)該針對不同專業(yè)采用不同教學(xué)方式，本文以機(jī)械原理教學(xué)為例，補(bǔ)充了翻轉(zhuǎn)課堂的不足，提出利用翻轉(zhuǎn)課堂不僅要學(xué)習(xí)好理論知識，而且對于實驗要求很強(qiáng)的機(jī)械原理課可利用虛擬實驗室讓學(xué)生能夠不受時間和空間限制地做實驗，讓學(xué)生將難以理解的理論知識在實驗中理解，理論和實驗中的問題都能在課堂和老師探討，更加激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和趣味性，因此本文對豐富翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，補(bǔ)充從理論和實驗相結(jié)合進(jìn)行教學(xué)，具有一定的指導(dǎo)意義。

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