姜訓(xùn)勇 何朝成

摘要：本文以“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程實驗為對象，以學(xué)生為中心，嘗試將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法應(yīng)用于實驗教學(xué)中，將實驗課堂交給學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生的綜合實踐能力。運行結(jié)果表明，采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法可以提高實驗課堂的時間利用效率，有利于學(xué)生掌握實驗知識。運行結(jié)果表明翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法在實驗教學(xué)中取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂；材料科學(xué)基礎(chǔ)；課程實驗

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）01-0270-02

一、引言

翻轉(zhuǎn)課堂（Flipping Classroom）是一種新出現(xiàn)的課堂教學(xué)組織形式，起源于美國科羅拉多州落基山林地公園高中的Jon Bergmann和Aaron Sam這兩位化學(xué)老師的實踐，他們將結(jié)合實時講解和PPT演示的視頻上傳到網(wǎng)絡(luò)而引起眾人關(guān)注。到2011年，由于薩爾曼畸千（Salman khan）和他創(chuàng)立的汗學(xué)院（Khan Academy）的里程碑式推動作用，翻轉(zhuǎn)課堂開始為眾多教師熟知，并成為全球教育界關(guān)注的教學(xué)模式[1]。翻轉(zhuǎn)課堂最大的特點是以學(xué)生為中心，將課堂交給學(xué)生。這種教學(xué)方式尤其對于實驗教學(xué)非常合適。實驗教學(xué)在學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)中處于重要的地位，是培養(yǎng)學(xué)習(xí)專業(yè)能力的重要途徑。

二、目前實驗教學(xué)存在的問題

目前傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式還是沿襲了傳統(tǒng)課堂教學(xué)的模式，即在實驗課上教師先進(jìn)行講授或演示，然后學(xué)生進(jìn)行具體實驗，教師在旁邊指導(dǎo)。在日益增加的學(xué)生人數(shù)面前，傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式顯得力不從心。目前傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式存在很多不足，主要體現(xiàn)在以下兩個方面。

（一）實驗教學(xué)觀念滯后

傳統(tǒng)教學(xué)，以教師為中心，以課堂教學(xué)為主，重視理論課程的教學(xué)，使得實驗課程成為理論課程的附庸、驗證和補(bǔ)充。實驗課程中，多以教師指令為主，學(xué)生自主較少，強(qiáng)調(diào)“灌輸式”教學(xué)。這對學(xué)生的主動性、獨立思考能力、動手操作能力等都是一個很大的沖擊，不利于學(xué)生的長遠(yuǎn)發(fā)展。

（二）現(xiàn)有實驗教學(xué)模式的問題

當(dāng)實驗課學(xué)生人數(shù)比較多的時候，傳統(tǒng)師徒式實驗教學(xué)方式存在有很大的不足。比較典型的情景是老師在設(shè)備前面講，學(xué)生圍在周圍聽，在外圍同學(xué)聽的效果就比較差。另外實驗教師在授課時，對于有些實驗的來龍去脈可能介紹得不夠，學(xué)生對于為什么這么做實驗不是很清楚。如何在有限實驗設(shè)備的基礎(chǔ)上獲得良好的實驗培訓(xùn)效果是急需解決的問題。

三、翻轉(zhuǎn)課堂實驗項目的選擇

為了將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式運用于實驗教學(xué)中，需要選擇一定的典型實驗作為試點。“材料科學(xué)基礎(chǔ)”是材料類專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課。該門課程主要講述材料科學(xué)的相關(guān)基礎(chǔ)理論，是材料專業(yè)后續(xù)課程的基礎(chǔ)。“材料科學(xué)基礎(chǔ)”設(shè)計的課程實驗為金相試樣制備和金相顯微鏡使用兩個實驗，課程學(xué)時為4學(xué)時。其主要目的通過實驗力學(xué)掌握金相試樣的基本制備方法和金相顯微鏡的構(gòu)造及使用方法。

四、教學(xué)設(shè)計

（一）本實驗教學(xué)的目標(biāo)

金相分析是金屬材料試驗的重要手段之一。它需要學(xué)生能獨立完成從原始樣品上取樣、鑲樣、粗磨、細(xì)磨、拋光、腐蝕、操作金相顯微鏡進(jìn)行試樣組織觀察，要求學(xué)生對于金相顯微鏡的結(jié)構(gòu)和操作有了解。本實驗設(shè)計的目標(biāo)就是要求學(xué)生掌握金相實驗的流程，會獨立操作金相顯微鏡。

（二）翻轉(zhuǎn)課堂實施的設(shè)想

實驗教學(xué)的目的是鍛煉學(xué)生的動手能力，那就需要改變以前實驗教學(xué)的教學(xué)模式，讓學(xué)生成為實驗的主體，充分激發(fā)學(xué)生對實驗的興趣，充分發(fā)揮學(xué)生的個性和潛力，著力點充分考慮培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新能力。教師提供基本實驗材料，讓學(xué)生來獨自完成實驗，教師在旁邊起指導(dǎo)作用。具體的實驗教學(xué)流程修改如下。

1.教師根據(jù)實驗內(nèi)容，制作整個實驗流程的操作視頻，對操作的每一步進(jìn)行詳細(xì)講解，做到實驗操作的標(biāo)準(zhǔn)化。

2.根據(jù)實驗內(nèi)容制作相應(yīng)的口試題。

3.在實驗前將實驗操作視頻和口試題大綱發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生對操作的每一步都有仔細(xì)的準(zhǔn)備。

4.在實驗課時，由于已經(jīng)提前把實驗視頻下發(fā)，省略講解實驗環(huán)節(jié)，換之以抽測，檢查學(xué)生預(yù)習(xí)情況。預(yù)習(xí)不合格不能參加實驗。

5.具體實驗的時候，教師在旁邊進(jìn)行指導(dǎo)，糾正學(xué)生操作中的問題。

（三）實驗教學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂模式的特點

我們設(shè)計實驗教學(xué)的翻轉(zhuǎn)課堂模式是對于傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式的改進(jìn)，在實驗教學(xué)中突出以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生是實驗的主體，并且強(qiáng)調(diào)學(xué)生實驗動手能力的訓(xùn)練。在教師提前制作的實驗視頻中，教師給出實驗操作的具體步驟、安全注意事項。這樣就做到了事實上的一對一實驗教學(xué)，使得學(xué)生可以對實驗的各個細(xì)節(jié)有很好的準(zhǔn)備，知道整個實驗流程中哪些是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這樣在實驗課的時候就會有的放矢。與傳統(tǒng)實驗教學(xué)的老師先講，然后學(xué)生再做相比，實驗教學(xué)的翻轉(zhuǎn)課堂可以讓學(xué)生充分預(yù)習(xí)，克服了前文中提出的傳統(tǒng)實驗教學(xué)中遇到的種種問題。

在實驗?zāi)繕?biāo)的設(shè)計上，從以下三個層次考慮對學(xué)生進(jìn)行能力的培養(yǎng)。

1.淺層次的動手能力的培養(yǎng)。利用實驗的可用因素使得學(xué)生了解相關(guān)實驗，獲得可以獨立自主的完成實驗的技術(shù)。

2.深層次的理解。通過實驗驗使得同學(xué)們對于實驗相關(guān)知識有更直觀的了解，而且讓其了解實驗原理。

3.對于科學(xué)學(xué)習(xí)知識、開拓學(xué)習(xí)認(rèn)知理念的樹立。在學(xué)習(xí)過程中對學(xué)生進(jìn)行思路的誘導(dǎo)及學(xué)習(xí)時提問的方式對同學(xué)的思維進(jìn)行拓展，使同學(xué)們有一初步的科學(xué)性思維，訓(xùn)練學(xué)生總結(jié)實驗結(jié)論的能力。

五、翻轉(zhuǎn)課堂實驗教學(xué)的具體流程

（一）實驗教學(xué)視頻的設(shè)計

目前數(shù)碼設(shè)備已經(jīng)得到了普及，在個人計算機(jī)上就可以制作各種視頻。翻轉(zhuǎn)課堂的第一步工作是制作實驗視頻。視頻的制作流程是設(shè)計腳本→拍攝素材→素材修改完善。腳本設(shè)計是視頻制作的第一步。按照實驗流程對腳本設(shè)計如下。

1.取樣。從大塊材料上取下金相樣品。采用手工取樣和切割機(jī)取樣。每種方法設(shè)備的操作方法進(jìn)行詳細(xì)介紹演示。

2.鑲樣。將獲得的金相樣品鑲嵌在鑲嵌料。對冷鑲法和熱鑲法的操作步驟進(jìn)行詳細(xì)演示。

3.磨制試樣。演示粗磨和精磨試樣的操作方法。

4.浸蝕試樣操作的演示

5.金相顯微鏡的介紹，操作方法演示。

實驗?zāi)_本的設(shè)計要突出實驗細(xì)節(jié)的介紹，將整個實驗步驟進(jìn)行分解，對每一步操作進(jìn)行拍攝，使得學(xué)生對于實驗的各個操作環(huán)節(jié)都能做到細(xì)致了解。

（二）實驗視頻的攝制及加工

采用家用數(shù)碼相機(jī)作為攝影器材；采用媒體編輯軟件如愛視頻軟件對視頻進(jìn)行剪輯拼接；在視頻中加入圖片素材和音頻資源，解釋的文字也可以加入視頻中。

（三）測試題的設(shè)計

測試題用來驗證學(xué)生預(yù)習(xí)視頻的效果。我們針對實驗原理、實驗設(shè)備操作、實驗操作步驟設(shè)計了一套口試題。通過口試題驗證學(xué)生的實驗預(yù)習(xí)效果。實驗課上根據(jù)視頻內(nèi)容對學(xué)生進(jìn)行提問，對實驗原理、實驗設(shè)備操作進(jìn)行討論。如果學(xué)生通過了口試測試，才可以進(jìn)入具體實驗操作過程。

六、翻轉(zhuǎn)課堂實驗教學(xué)模式的使用效果

我們已經(jīng)將“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程實驗的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式運用于6屆學(xué)生的課程實驗教學(xué)中。從課件使用的反饋看，大部分同學(xué)反映在播放完視頻然后做實驗獲得了比較好的效果，有助于學(xué)生對材料科學(xué)的研究基本技能有所了解。在問題交代是否清晰上，大部分同學(xué)們認(rèn)為在觀看視頻后有效地解決了之前疑惑的問題，表明通過翻轉(zhuǎn)課堂模式?jīng)]有削弱學(xué)生對實驗教學(xué)內(nèi)容的理解。從實驗的感受來看，多數(shù)同學(xué)反映經(jīng)過視頻教學(xué)后，對于實驗流程有比較好的了解，可以自主操作實驗。

七、小結(jié)及后期改進(jìn)設(shè)想

將翻轉(zhuǎn)課堂運用于“材料科學(xué)基礎(chǔ)”實驗教學(xué)中具有良好的實驗教學(xué)效果，使學(xué)生對于實驗原理、實驗操作步驟在實驗前就有比較清晰的了解，在實驗課上的時間利用效率大大提高。下一步的工作是將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式推廣使用于其他實驗項目的教學(xué)中去。

致謝：本課題由天津理工大學(xué)教改項目基金YB17-04資助。

參考文獻(xiàn)：

[1]汪曉東，張晨婧仔.“翻轉(zhuǎn)課堂”在大學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究——以教育技術(shù)學(xué)專業(yè)英語課程為例[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2013，23（8）：11-16.

[2]夸美紐斯，著.大教學(xué)論[M].傅任敢，譯.人民教育出版社，1957.

[3]W.A.拉伊，著.實驗教育學(xué)[M].沈劍平，譯.人民教育出版社，2011.