李賢斌講師 汪金輝副教授 宋光明教授 許 濤講師 劉江虹教授

(1.上海海事大學 海洋科學與工程學院，上海 201306；2.上海海事大學 教務處，上海 201306)

0 引言

隨著國家社會經(jīng)濟高速發(fā)展，各類安全事故屢有發(fā)生，近年來安全工程高級人才的社會需求量日益增大，高等院校在安全教育工作中發(fā)揮重要作用，國內(nèi)開設安全工程本科專業(yè)的高校也不斷增加。目前我國高校安全工程人才培養(yǎng)的指引和要求有國際工程教育專業(yè)認證、雙一流學科建設、新工科建設及中國特色教育體系[1-4]。吳超等[5]就安全教育學原理提煉出安全教育雙主導向、安全教育反復、安全教育層次經(jīng)驗、安全教育順應建構、安全教育環(huán)境適應及安全教育動態(tài)超前等6條下屬三級基礎原理。任國友[6]早在2007年就將教學改革、教學與實踐結合、廣泛運用現(xiàn)代教育技術等方法作為提升安全工程專業(yè)課中大學生創(chuàng)新能力與素質(zhì)培養(yǎng)的基本對策?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》[7]高度重視信息技術對教育發(fā)展的革命性影響?！督逃畔⒒臧l(fā)展規(guī)劃(2011-2020年)》則要求利用信息技術開展啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式教學，探索建立以學習者為中心的教學模式。

翻轉課堂(Flipped Classroom，亦稱顛倒課堂)與傳統(tǒng)教授式教學不同，將知識傳授放在課堂外，學生自由的選擇最佳時間接受新知識，而把知識內(nèi)化過程放在課堂上，以便生生、師生間有更多的交流和溝通，將傳統(tǒng)以教師為中心的“課堂講授—課后作業(yè)”顛倒為以學生為學習主體的“課前學習—課堂討論”，其中教師充分發(fā)揮主導作用，倡導“主導—主體”式教學，強調(diào)師生雙方的積極性，形成互動式教學。翻轉課堂作為一種信息技術與課堂教學緊密結合的新型教學模式正是在這樣背景下進入我國并得到推廣。中國高教版《地平線報告》預測了未來5年內(nèi)中國高等教育技術應用的技術發(fā)展、關鍵趨勢和重要挑戰(zhàn)，并將翻轉課堂認定為1年之內(nèi)采納的技術之首[8]。Salman Khan[9]及其創(chuàng)立的非盈利機構可汗學院(Khan Academy)里程碑式推進作用使翻轉課堂教學模式被越來越多的教師熟知并應用，并成為全球教育界關注的教學理念。高等工程教育越來越關注學生工程能力的培養(yǎng)，翻轉課堂的教學理念倡導教師的主導作用，突顯學生的主體地位，注重能力培養(yǎng)，特別是工科學生實踐能力、創(chuàng)新能力、團隊合作等多項工程核心能力的培養(yǎng)，正好契合國際工程教育專業(yè)認證、新工科教育、上海市應用型本科試點專業(yè)的要求。

為有效培養(yǎng)安全工程人才知識基礎、創(chuàng)新能力、工程實踐能力等滿足社會需求的綜合安全能力，作者探索性地將翻轉課堂教學模式應用于安全科學與工程專業(yè)基礎課《燃燒學》的教學，分析其教學效果，對參與翻轉課堂的學生進行問卷調(diào)查，研究該教學模式在類似課程中的可行性，以期為進一步的安全工程專業(yè)教學改革和課程建設提供實踐案例和參考。

1 課程現(xiàn)狀

《燃燒學》是安全工程等專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎課，主要研究火災及爆炸等熱動力災害發(fā)生、發(fā)展及熄滅的基本規(guī)律，是防滅火設計與技術研發(fā)的理論基礎，是一門與工程熱力學、傳熱學、流體力學等學科綜合的基礎性學科，主要包括緒論、燃燒的化學基礎、燃燒的物理基礎、著火與滅火基本理論、可燃氣體的預混燃燒、可燃氣體的擴散燃燒、可燃液體的燃燒、可燃固體的燃燒等8個章節(jié)內(nèi)容。正由于其學科特點，理論跨學科理解難度大，并需開展實驗配合教學，所以學生比較難以掌握，而且此門課程的掌握程度還關系到相關學科的進一步學習。為提高教學效果，已有不少教學工作者對該課程及相關課程進行了教學改革[3]，使用“探究式”“案例式”“研究式”等教學方法[10-11]，在教學過程提高了學生分析問題、解決問題的能力與意識。

隨著現(xiàn)代信息技術特別是互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，翻轉課堂運用越來越多，可為傳統(tǒng)的課堂提供補充，而不是將其取代，董占海[12]對課堂翻轉度進行了準實驗研究確定了課程較好教學效果的“黃金分割模式”。而本文應用的課程《燃燒學》是一門比較抽象且需要開展課程內(nèi)實驗的課程，必然存在部分章節(jié)不適合開展翻轉課堂，本輪授課典型性地選擇了謝苗諾夫自燃理論、鏈鎖反應自燃理論、三元系爆炸極限圖、可燃液體的閃燃與爆炸溫度極限、可燃固體的陰燃等5個知識點作為翻轉教學內(nèi)容，具體知識要點,見表1。

表1 翻轉課堂知識點

2 充分利用信息化平臺，探索性開展翻轉課堂教學

2017-2018學年，上海海事大學“燃燒學”課程組開始進行翻轉課堂的教學改革，該學期有安全工程專業(yè)兩個班共66人研修《燃燒學》。目標是在不削弱基礎概念與知識傳授的基礎上，更好的培養(yǎng)學生的工程能力，提升課程的教學質(zhì)量。

(1)課程準備。

上海海事大學為構建“一體化數(shù)字化教學支撐環(huán)境”建設有支持師生互動式教學、使用與評估并重的教學網(wǎng)絡平臺。課程組為部分翻轉課堂知識要點錄制10分鐘內(nèi)的微視頻，本輪共錄制了10個微視頻，連同相關課件習題上傳至教學網(wǎng)絡平臺，并在平臺上發(fā)起若干類似討論及評價的教學活動。為適應翻轉課堂教學模式，課程組重新制作相關課件，突出重點，簡單扼要，為課堂討論和互動環(huán)節(jié)留出空間。

(2)課前、課中、課后環(huán)節(jié)設置。

課前，學生需要使用教學網(wǎng)絡平臺觀看微視頻，利用平臺的學習材料進行個性化學習，將傳統(tǒng)課堂中教師講授的內(nèi)容進行課前學習，自我控制學習時間和節(jié)奏，同時需要學生完成平臺上布置的課程作業(yè)，并可以在平臺討論交流，實現(xiàn)互動教學。以“可燃液體的閃燃與爆炸溫度極限”為例(本節(jié)均以此為例)，課程組制作了“閃點的計算”和“溫度爆炸極限”兩個短視頻，并附上了“閃燃與溫度爆炸極限”的討論話題和相關習題。

課中作為翻轉課堂的重要環(huán)節(jié)，老師首先針對課前學習內(nèi)容進行梳理與回顧，邀請部分學生上講臺講解學習要點(見表1)及遇到困難，并組織學生分組討論，大致了解學生們的學習情況，特別是解決學生自主學習過程中遇到的問題，提倡生生交流討論，互相答疑并糾正錯誤的理解，以讓每位學生均理解問題的本質(zhì)。然后課堂上組織進行習題討論，包括較少時間的課前的習題解析(課程組上傳至“教學網(wǎng)絡平臺”的相關習題)，新布置難度較大或者應用型習題，以提升學生運用知識解決問題的能力。最后各組學生提出自己的問題并由其他小組討論解決。這三個環(huán)節(jié)中教師控制討論節(jié)奏，引導討論方向，必要時提供解決思路。

課后學習主要將討論的問題和知識點進行總結，讓學生繪制知識關系圖，完成相關作業(yè)，分析實際問題并參與設計研究型實驗(柴油及混油開閉杯閃點實驗)等。

(3)實施成果。

從學生角度出發(fā)，有更好的表現(xiàn)，提高了學生的通過率，為學生之后的課程學習打下堅實的基礎，準時拿到學位證。學生自主學習的能力在翻轉課堂中顯得尤為重要，需采取多種措施保證學生課前進行在線學習，如學生的瀏覽記錄、評價在線課程內(nèi)容難易程度、提交遇到的困難等。因此翻轉課堂的教學模式需要學生的自主學習能力，相反，也能通過該模式的教學培養(yǎng)學生的自主學習能力，達到良性循環(huán)的效果。課堂上的討論環(huán)節(jié)(即表達自己遇到的問題及回答別人的問題)鍛煉了學生的表述能力。

在學習成績方面課程組對實施翻轉課堂教學模式的學生進行測評分析，與上一年度(2016-2017年度)傳統(tǒng)教學模式下學生的考試成績進行對比，見表2，學生的考試成績進步明顯。從表2中可以分析發(fā)現(xiàn)：翻轉課堂教學模式下取得“優(yōu)秀”的學生人數(shù)有15人(22.73%)，相比上一年度有14.93%的增幅。取得“良好”和“中”的人數(shù)有小幅下降，在“及格”檔的學生人數(shù)明顯減少。不過“不及格”的人數(shù)卻有所增加，這3名學生在課堂上表現(xiàn)較差，自主學習能力較低，且沒有進行課前學習，翻轉課堂參與度低。

表2 燃燒學翻轉課堂與傳統(tǒng)課堂學生成績對比

以考試中類似的應用性題型相同難度考查的本輪翻轉課堂教學模式作為翻轉課堂教學內(nèi)容的“三元系爆炸極限圖”為例分析該教學模式的效果，見表3。從表3中可以發(fā)現(xiàn)，翻轉課堂模式下該題的平均得分率沒有明顯變化，且由于表2中不及格的3位學生中有2位得了0分，導致平均得分率產(chǎn)生小幅度的下降(0.66%)。相較上一年度，該題得滿分的學生數(shù)量明顯增多，進一步驗證了自主學習能力及參與度對翻轉課堂教學模式下知識掌握度的影響，翻轉課堂教學理念對那些積極進取、努力學習的孩子更有效。

表3 “三元系爆炸極限圖”應用性題型得分率分析

從教師角度出發(fā)，實施翻轉課堂對教師自身能力也有所提高，包括對課堂的全局把握能力以及對工程實際問題的抽象、提煉能力。作為翻轉課堂的一線實踐者，在這個過程中作者的教師專業(yè)素養(yǎng)不斷提升，各翻轉課堂知識點均需要制作服務本課程教學需求的微視頻，翻轉課堂則與學生的交流更加深度，雖然課前備課時間增加，但課后批改作業(yè)的時間相對減少，可以用于學生個性化、有意義的指導。傳統(tǒng)課堂上，教師不得不補充一些某些學生已經(jīng)掌握的知識，從而無法為課程本身留出充分的時間，翻轉課堂中要充分考慮到學生的個體差異，這一點我們課程組還需要加強，防止出現(xiàn)不自主學習又不積極參與翻轉的現(xiàn)象。

3 教學反饋問卷調(diào)查分析

為積累經(jīng)驗、開展教學反思，課題組設計15題(其中9道單選題、2道多選題、2道主觀題、2道矩陣量表題)問卷，內(nèi)容主要包括學生對翻轉課堂教學方式認可度、與傳統(tǒng)講授教學方式對比、翻轉自我評價、學生對老師評價等，通過“問卷星”向參與本次翻轉課堂教學模式的學生發(fā)放了調(diào)查問卷，回收有效問卷57份。

圖1所示課前學習情況的調(diào)查，92.98%的學生進行了課前學習，其中有77.36%采用微視頻學習，而其他22.64%則采用其他途徑進行課前學習；圖2所示問卷調(diào)查結果發(fā)現(xiàn)只有50.88%的學生習慣于微視頻學習，排在微視頻學習之前的有“教材自學”(89.47%)和“課件學習”(87.72%)，這一現(xiàn)象在一定程度上佐證了當前“慕課”遇到的困境[13]，且與文獻[14]得到的結論類似，翻轉的關鍵不在于高科技媒介，而在于人的高層認知和高階思維的形成。

圖1 課前學習情況

表4中展示了翻轉課堂教學模式中關于課堂討論參與度、教學環(huán)節(jié)重要度及對課程內(nèi)容選擇教授方式的調(diào)查問卷結果：在課堂上學生積極(45.61%)、一般(49.12%)參與到討論環(huán)節(jié)，并認為討論是自己掌握知識的重要環(huán)節(jié)(61.40%)，但還是有3名學生選擇不參與討論或抵觸討論環(huán)節(jié)，可能是由于沒有完成自主學習階段任務，跟不上課堂教學進度，進而對討論產(chǎn)生抵觸。學生對翻轉課堂教學模式環(huán)節(jié)重要度為：課前學習(87.72%)>課堂討論(61.40%)>微視頻自學(42.11%)>習題作業(yè)(33.33%)。翻轉課堂強調(diào)學生的自主學習，而自主學習的途徑有很多，而通過觀看微視頻是其中較為重要的一種，這與上文的問卷結果類似。

圖2 課前學習習慣采用的學習途徑

表4 翻轉課堂教學模式中關于課堂討論參與度等的問卷統(tǒng)計

表5和表6分別是學生對《燃燒學》翻轉課堂教學模式下自我評價和教師表現(xiàn)的打分情況：由于學生均是第一次參與到翻轉課堂的教學模式中，自我評價較低，但配合度分較高(4分：22人(38.60%)，5分：22人(38.60%))，大部分學生也非常希望通過積極參與到翻轉課堂學習中提高自己的知識應用等能力；學生們對參與此次翻轉課堂教學模式的教師打分較高，說明課程組準備微視頻等素材工作得到大部分學生認可。翻轉課堂中學生可以按照自己的學習節(jié)奏來進行[9]，制作的教學視頻一直在網(wǎng)站上，但由于大學課程不是自由學習，是有一定時限的，且本輪授課是部分內(nèi)容進行翻轉課堂教學，課前自主學習會增加學生的課后任務量，這也一定程度上增加了教學難度，學生們?nèi)绾魏侠砝谜n后時間也是一個必然要注意的問題。

從表5中還可以發(fā)現(xiàn)，學生認為“作業(yè)及習題完成情況”這一傳統(tǒng)教學模式下的重要環(huán)節(jié)完成較好，說明對傳統(tǒng)教學課堂學習—課后作業(yè)模式比較適應，翻轉課堂的教學模式還沒有完全適應。

從表6中還可以發(fā)現(xiàn)，學生認為教師的表現(xiàn)較好，但相對來說對課上節(jié)奏把控、課上討論質(zhì)量、課堂氛圍這三項分數(shù)較低，這幾項均屬于“課中”范疇，且翻轉課堂上對教師的要求更高，由于作者是第一次采用翻轉課堂教學模式，在課堂氛圍、討論質(zhì)量及節(jié)奏把控方面還需要完善。因此在以后開展翻轉課堂或傳統(tǒng)教學時，還需對師生交流、生生交流及課堂節(jié)奏等課堂管理能力進行針對性強化，補全“課中”這方面的不足。

表5 學生在翻轉課堂上的表現(xiàn)自我打分

表6 學生對翻轉課堂上的教師表現(xiàn)打分

4 結論

翻轉課堂教學模式探索性應用于安全工程專業(yè)課《燃燒學》的教學，通過本輪部分知識點的選擇性應用，取得較好成果及反饋，說明工科專業(yè)課程也適合開展翻轉課堂教學模式。

學生在翻轉課堂上差異化需求更加顯現(xiàn)，自主學習能力強及參與度高的學生獲得較好反饋，知識點掌握更為牢固，期末考評中優(yōu)秀率增幅較大。翻轉課堂有利于培養(yǎng)學生的自主學習能力，更新教師教學理念、提高課堂管理能力。翻轉課堂中課前學習是關鍵環(huán)節(jié)，微視頻自學是重要但并不是必須的，實施過程中需充分考慮學生的個體差異，課程組需加強師生溝通，鼓勵討論，同時防止出現(xiàn)不自主學習又不參與翻轉的現(xiàn)象。