鄧小龍 楊希祥

[摘 要]大學(xué)生創(chuàng)新實踐活動是現(xiàn)代高校教學(xué)活動的一個重要組成部分，可積極促進學(xué)生掌握學(xué)科知識體系，提高自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新意識和實踐能力，是提高學(xué)生科研能力和科研素養(yǎng)的重要手段，受到國內(nèi)外高校的廣泛重視。該研究以“臨近空間浮空器設(shè)計”創(chuàng)新實踐活動課程為基礎(chǔ)，結(jié)合課程知識結(jié)構(gòu)特點引入翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，通過對課程內(nèi)容的翻轉(zhuǎn)設(shè)計和有效實施，研究翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在創(chuàng)新實踐活動中的應(yīng)用方法和策略。同時結(jié)合創(chuàng)新實踐活動的自身特點，指出翻轉(zhuǎn)課堂在創(chuàng)新實踐活動中可能面臨的問題，為翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在創(chuàng)新實踐活動類課程的推廣提供參考。

[關(guān)鍵詞]創(chuàng)新實踐活動；翻轉(zhuǎn)課堂；臨近空間浮空器設(shè)計；教學(xué)模型

[中圖分類號] G642 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）08-0163-03

大學(xué)生創(chuàng)新實踐活動是以課程知識體系為基礎(chǔ)，結(jié)合其他相關(guān)學(xué)科知識，形成針對明確對象開展實踐型研究的課題。學(xué)生需要針對課題項目內(nèi)容，開展相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的調(diào)研、學(xué)習(xí)、探索和實踐，通過理論與實踐相結(jié)合的辦法完成課程任務(wù)，達到預(yù)先設(shè)定的課程目標(biāo)[1]。通過對教學(xué)目標(biāo)和方法的合理分析和設(shè)計，創(chuàng)新實踐活動可有效促進大學(xué)生對學(xué)科知識體系的掌握，提高針對具體項目或問題的自主學(xué)習(xí)能力，以及應(yīng)用知識解決具體問題的能力，最終達到能力培養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)。經(jīng)過多年發(fā)展，科技創(chuàng)新實踐活動已經(jīng)成為高校教學(xué)活動的一個重要組成部分，并且受到了各高校的廣泛重視。同時，為鼓勵大學(xué)生積極參與科技創(chuàng)新實踐活動，國家各級教育管理部門和高校出臺了大量的相關(guān)鼓勵政策[2]。

當(dāng)前，針對創(chuàng)新實踐活動的教學(xué)模式嘗試不斷涌現(xiàn)，但主流上仍采用較傳統(tǒng)的講解式教學(xué)模式。雖然這種教學(xué)模式能滿足常規(guī)知識內(nèi)容傳遞的教學(xué)目標(biāo)，但對于創(chuàng)新實踐活動的多學(xué)科背景、多項目內(nèi)容且項目具體化等要求，難以適應(yīng)其構(gòu)建學(xué)科知識體系、培養(yǎng)創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力的教學(xué)目標(biāo)。近年來，融合了講解式教學(xué)方法和建構(gòu)主義理論的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式受到廣泛關(guān)注，國內(nèi)外均在對這種新型教學(xué)模式進行教學(xué)理論研究和教學(xué)實踐研究[3]。

本文從“臨近空間浮空器設(shè)計”創(chuàng)新實踐活動出發(fā)，基于學(xué)生知識背景特點，從翻轉(zhuǎn)課堂的設(shè)計、實施、注意事項等方面開展翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在大學(xué)生創(chuàng)新實踐活動中應(yīng)用的探討。

一、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式簡介

翻轉(zhuǎn)課堂源于美國教師喬納森·伯爾曼和亞倫·薩姆斯的新教學(xué)模式嘗試。他們首先錄制課程講稿和授課的視頻并上傳到網(wǎng)絡(luò)上，學(xué)生通過課前觀看視頻完成知識傳授環(huán)節(jié)，課堂上通過學(xué)習(xí)互動及隨堂練習(xí)等方式完成對前面自主學(xué)習(xí)知識的理解消化和吸收，形成了一種“學(xué)習(xí)知識在課外、內(nèi)化知識在課堂”的新型教學(xué)模式，取得了較好的教學(xué)效果。在2011年，可汗學(xué)院創(chuàng)始人薩爾曼·可汗通過《用視頻重新創(chuàng)造教育》的演講向大眾介紹了翻轉(zhuǎn)課堂的概念及其實踐推廣經(jīng)驗，引發(fā)了全球教育界對這種新型教學(xué)的探索和實踐[3-5]。

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式通過融合講解式教學(xué)方法和建構(gòu)主義理論教學(xué)模式，課前和課后依靠信息技術(shù)的輔助完成知識傳授過程，知識內(nèi)化通過師生課堂合作完成，改變了傳統(tǒng)模式的課堂內(nèi)容安排、教師和學(xué)生角色、課程時間分配等，可以有效避免傳統(tǒng)教學(xué)中學(xué)習(xí)內(nèi)容和時間的強制性、思維過程的依賴性[6]。在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式中，課堂只是鞏固和內(nèi)化知識的平臺，減少了知識傳授環(huán)節(jié)，為課堂中教師與學(xué)生的互動交流，學(xué)生與學(xué)生的協(xié)作學(xué)習(xí)預(yù)留了充足的時間，在陳述、質(zhì)疑、競爭的過程中使學(xué)生的語言表達、合作能力得到提高，還能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果[7， 8]。

結(jié)合創(chuàng)新實踐活動課程中多學(xué)科背景、多項目內(nèi)容以及項目內(nèi)容具體化等特點，此類課程更注重對知識的理解、消化、應(yīng)用，并將大量的課堂時間用于師生之間的討論和交流。因此，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在創(chuàng)新實踐活動課程中具有良好的應(yīng)用前景。

二、創(chuàng)新實踐活動翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)課程設(shè)計

“臨近空間浮空器設(shè)計”創(chuàng)新實踐活動是為飛行器設(shè)計相關(guān)專業(yè)學(xué)生開設(shè)的一門綜合了專業(yè)與開放的綜合性創(chuàng)新實踐課程，旨在通過對具體浮空器項目的需求分析、技術(shù)指標(biāo)分解、分系統(tǒng)方案設(shè)計、多學(xué)科總體方案設(shè)計、建模仿真與優(yōu)化等研究，全面提升學(xué)生運用專業(yè)知識發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。該課程囊括了飛行器設(shè)計、優(yōu)化方法及動力學(xué)與控制等相關(guān)專業(yè)課程，通過學(xué)習(xí)可強化學(xué)生對飛行器設(shè)計這一課程的理解，提升學(xué)生在飛行器領(lǐng)域的創(chuàng)新和實踐能力[9-12]。由于“臨近空間浮空器設(shè)計”是一門針對飛行器設(shè)計學(xué)科的實踐課程，其知識內(nèi)容范圍廣、創(chuàng)新實踐要求高，開展翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式課程設(shè)計時應(yīng)特別注重構(gòu)建知識框架，梳理知識要點，學(xué)習(xí)與實踐相融合。

（一）構(gòu)建知識框架

“臨近空間浮空器設(shè)計”是本校飛行器設(shè)計及相關(guān)學(xué)科專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新實踐類課程，課程涉及眾多學(xué)科知識，主要內(nèi)容包括空氣靜力學(xué)、空氣動力學(xué)、柔性充氣結(jié)構(gòu)設(shè)計、循環(huán)能源設(shè)計、高空推阻平衡設(shè)計、浮空器熱特性分析與控制、浮空器總體設(shè)計方法、低動態(tài)浮空器動力學(xué)與控制等[13]。一方面，這門課程所涉及的部分知識點學(xué)生已經(jīng)在專業(yè)課程如空氣動力學(xué)、總體設(shè)計方法、飛行器動力學(xué)與控制等中學(xué)過；另一方面，臨近空間浮空器所特有的部分知識點需要進行詳細(xì)講授，如柔性充氣結(jié)構(gòu)設(shè)計、浮空器熱特性分析與控制、循環(huán)能源設(shè)計方法等。此外，作為實踐活動類課程，運用課程知識開展創(chuàng)新實踐項目是本課程不可或缺的重要環(huán)節(jié)。因此，如何協(xié)調(diào)處理學(xué)生已學(xué)知識與未學(xué)知識的關(guān)系，如何將課堂教學(xué)內(nèi)容與創(chuàng)新實踐能力需求有機結(jié)合起來，是構(gòu)建“臨近空間浮空器設(shè)計”課程知識框架需要考慮的兩個主要問題。

（二）明確知識要點

在確定知識框架的基礎(chǔ)上，需要進一步梳理好課程的知識要點，并仔細(xì)分析知識要點的類型，在此基礎(chǔ)上進一步明確教學(xué)模式。需要指出的是，不是課程的全部知識內(nèi)容均適合采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，翻轉(zhuǎn)課堂在基礎(chǔ)知識傳授方面的優(yōu)勢并不明顯，例如浮空器熱特性分析、靜力學(xué)與動力學(xué)等。對這類章節(jié)的知識點講授，采用直接講解法不僅節(jié)省教和學(xué)的時間，而且學(xué)生掌握知識的效果也較好。但是對于總體設(shè)計、分系統(tǒng)設(shè)計這類強調(diào)自主性、創(chuàng)新性和實踐性知識的教學(xué)，翻轉(zhuǎn)課堂模式優(yōu)勢則較為明顯。我們在開展“臨近空間浮空器設(shè)計”課程翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)探索時發(fā)現(xiàn)，課程設(shè)計應(yīng)結(jié)合教師對課程的理解以及教師自身的教學(xué)能力，側(cè)重于打造理論基礎(chǔ)、實踐能力，對課程知識點進行分類教學(xué)。

（三）融合學(xué)習(xí)實踐

創(chuàng)新實踐活動課程的核心是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新實踐能力，主要是培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、邏輯推理、分工協(xié)作、問題分析和問題解決的能力。創(chuàng)新實踐活動方案設(shè)計和實施通常是充分體現(xiàn)多領(lǐng)域跨學(xué)科知識和能力的融合，反映學(xué)科研究的最新成果。因此，創(chuàng)新實踐活動的教學(xué)應(yīng)特別強調(diào)理論教學(xué)、實驗教學(xué)互動?！芭R近空間浮空器設(shè)計”創(chuàng)新實踐活動課程教學(xué)，通過創(chuàng)建多種應(yīng)用場景和任務(wù)模式，促使學(xué)生主動學(xué)習(xí)和探索，提出不同的創(chuàng)新解決方案。課堂中，教師積極為學(xué)生創(chuàng)設(shè)問題情境，鼓勵學(xué)生在浮空器的設(shè)計實踐過程中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題并能最終解決問題，完成合理的方案設(shè)計與分析。通過在課堂上引導(dǎo)學(xué)生有效開展小組內(nèi)部協(xié)作和小組之間競爭，來提高學(xué)生對浮空類飛行器的固有特點、優(yōu)點及不足、設(shè)計方法的認(rèn)識水平。

三、創(chuàng)新實踐活動翻轉(zhuǎn)課堂的設(shè)計與實施

張京磊等根據(jù)翻轉(zhuǎn)課堂的內(nèi)涵以及建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論、系統(tǒng)化教學(xué)設(shè)計理論，在現(xiàn)有翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模型的基礎(chǔ)上，提出了包含有課前模塊和課堂模塊的兩模塊翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模型[3]。其中，課前模塊主要包括教師教學(xué)視頻的制作、學(xué)生對教學(xué)視頻的觀看學(xué)習(xí)以及相關(guān)針對性練習(xí)；課堂模塊主要包括教師總結(jié)提出具有探索價值的探究題目，學(xué)生選擇題目并獨立學(xué)習(xí)與探索，學(xué)生之間的協(xié)作學(xué)習(xí)、完成題目后的成果交流以及對翻轉(zhuǎn)課堂的反饋評價。在“臨近空間浮空器設(shè)計”創(chuàng)新實踐活動課程中，教學(xué)組采納了兩模塊翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。

（一）課前模塊

在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式中，知識傳授通常依靠教師在課前錄制好教學(xué)視頻資料，由學(xué)生在課外時間觀看來完成。教學(xué)視頻一般由課程主講教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容錄制或者使用網(wǎng)絡(luò)上優(yōu)秀的開放教育資源。在制作教學(xué)視頻時，應(yīng)充分考慮視覺效果和學(xué)生觀看時長等因素，以幫助學(xué)生構(gòu)建框架清晰、內(nèi)容豐富、便于實際操作的學(xué)習(xí)平臺為主要目的。因此，在制作“浮空器設(shè)計”的視頻課件時，教學(xué)組采用了大量關(guān)于常規(guī)飛艇和高空飛艇、高空氣球、高空無人機等飛行器設(shè)計及應(yīng)用的多媒體資料，將知識點與實例緊密結(jié)合起來，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

為引導(dǎo)和掌握學(xué)生自主學(xué)習(xí)的方向及進度，教學(xué)組將教學(xué)目標(biāo)分解為彼此銜接的多個教學(xué)任務(wù)，制定相應(yīng)的“自主學(xué)習(xí)進度建議表”并下發(fā)給每個學(xué)生?！白灾鲗W(xué)習(xí)進度建議表”主要用于幫助學(xué)生梳理和明確自主學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容、目標(biāo)、進度要求和建議方法等。同時，還布置針對指定內(nèi)容的研究型小作業(yè)，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力與應(yīng)用知識能力。在“臨近空間浮空器設(shè)計”創(chuàng)新實踐活動中，學(xué)生通過視頻完成浮空器總體系統(tǒng)構(gòu)成、高空浮空器特點、循環(huán)能源系統(tǒng)設(shè)計等課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)。同時，還要求學(xué)生記錄知識要點及回答相關(guān)問題，例如高空浮空器與低空浮空器在設(shè)計角度和應(yīng)用角度方面的主要區(qū)別等，通過完成論述分析小報告，加強學(xué)習(xí)和應(yīng)用知識的能力。

（二）課堂模塊

翻轉(zhuǎn)課堂的重心是理解知識和運用知識，這也是開展創(chuàng)新實踐活動的主要目的。任課教師在“臨近空間浮空器設(shè)計”創(chuàng)新實踐活動課上，首先針對知識要點提出相應(yīng)的課程任務(wù)列表，學(xué)生選擇相應(yīng)項目題目并進行分組。各小組通過對問題的討論分析并進行任務(wù)分工，各成員負(fù)責(zé)一個子問題，分別獨立開展探究式學(xué)習(xí)。在翻轉(zhuǎn)課堂的自主學(xué)習(xí)過程中，教師的主要角色是領(lǐng)路人，幫助學(xué)生制訂學(xué)習(xí)計劃，提供學(xué)習(xí)工具及相關(guān)學(xué)習(xí)資料。學(xué)生是教學(xué)與實踐的主要參與者，通過小組協(xié)作學(xué)習(xí)，促進知識內(nèi)化和建構(gòu)。

在個體完成探索學(xué)習(xí)后，小組內(nèi)部開展包含對話、商討、辯論等多種形式的團隊協(xié)作學(xué)習(xí)階段。此環(huán)節(jié)一方面可增強學(xué)生的參與積極性以及對問題認(rèn)識的全面性，另一方面可引發(fā)學(xué)生基于多學(xué)科知識創(chuàng)新的頭腦風(fēng)暴。對于“浮空器設(shè)計”創(chuàng)新實踐，小組討論的對象主要包括浮空器新型氣動布局、新型推進方式、新型能源系統(tǒng)設(shè)計、新型駐空方式及動力學(xué)特征等。在這一階段，教師的主要作用是掌握小組內(nèi)的討論方向和討論重點，引導(dǎo)小組成員最終達成一致目標(biāo)。

在完成團隊學(xué)習(xí)后，在課堂上組織開展各小組之間的工作匯報、交流學(xué)習(xí)心得。在“臨近空間浮空器設(shè)計”創(chuàng)新實踐中，各小組應(yīng)根據(jù)各自的項目要求來詳細(xì)介紹系統(tǒng)設(shè)計總體方案、設(shè)計思路、設(shè)計合理性分析、創(chuàng)新點與可實現(xiàn)性、應(yīng)用前景與應(yīng)用模式等內(nèi)容，其他小組針對浮空器設(shè)計方案進行討論和交流，對方案的知識點應(yīng)用情況和創(chuàng)新立意進行點評。在這一階段，教師的主要作用是幫助大家把握各方案所涉及的知識基礎(chǔ)、方案的設(shè)計合理性以及創(chuàng)新方案的應(yīng)用前景。

四、創(chuàng)新實踐活動翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實施挑戰(zhàn)

作為一種全新的教學(xué)模式，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式對創(chuàng)新實踐活動中的教師和學(xué)生都提出了新的要求和挑戰(zhàn)。對教師而言，首先應(yīng)當(dāng)接受這種教學(xué)模式，理解和掌握其教學(xué)方法，并且能夠根據(jù)教學(xué)內(nèi)容判斷哪些內(nèi)容適宜采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，而且還要為教學(xué)對象錄制教學(xué)視頻，安排課堂討論內(nèi)容和進度安排。在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)中，教師還應(yīng)充分考慮學(xué)生的時間分配，確保學(xué)生能夠有時間觀看并理解學(xué)習(xí)教學(xué)視頻，內(nèi)容不能過長或過于簡單。教學(xué)視頻的錄制質(zhì)量、對學(xué)生交流的指導(dǎo)、學(xué)習(xí)時間的進度安排、課堂活動的組織等因素都影響著教學(xué)效果，因此對教師信息技術(shù)與總體素質(zhì)能力的要求高。

對學(xué)生而言，在接受這種教學(xué)模式的同時，應(yīng)能夠在課外主動學(xué)習(xí)視頻內(nèi)容，應(yīng)用所學(xué)知識在課堂上積極參與探索式學(xué)習(xí)、小組協(xié)作式學(xué)習(xí)及班級討論式學(xué)習(xí)。學(xué)生觀看教學(xué)視頻后，自己應(yīng)能按時完成練習(xí)并進行資料查找和總結(jié)，梳理清楚問題并在課堂中與老師和同學(xué)們深入討論，這都要求學(xué)生具備良好的自主學(xué)習(xí)能力、信息獲取能力、團隊合作攻關(guān)能力。

五、結(jié)語

基于翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的大學(xué)生創(chuàng)新實踐活動課程是對傳統(tǒng)創(chuàng)新實踐活動教學(xué)模式的創(chuàng)新。本文以翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在我?！芭R近空間浮空器設(shè)計”創(chuàng)新實踐教學(xué)活動的探索為基礎(chǔ)，通過對教學(xué)內(nèi)容的深入分析與劃分，明確適用于翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的部分課程內(nèi)容，確立知識框架及知識要點，通過對課前模塊與課堂模塊的合理設(shè)置，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新實踐能力。通過課程任務(wù)設(shè)置，促使學(xué)生在主動探索學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上提高表達能力、協(xié)作學(xué)習(xí)能力及實踐應(yīng)用能力，取得了良好的教學(xué)效果。翻轉(zhuǎn)課堂模式在創(chuàng)新實踐活動類課程的推廣和探索方面有著廣闊空間，有待進一步深入研究和實踐。

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[責(zé)任編輯 龐丹丹]