梁 興 陳 實(shí) 江俊飛

（南昌工程學(xué)院，江西 南昌 330099）

《水力機(jī)組故障診斷》是我校動(dòng)力工程領(lǐng)域研究生培養(yǎng)的重要方向課程之一，它主要講述水力機(jī)組故障檢測(cè)方法及信號(hào)分析、水力機(jī)組故障機(jī)理及其外在表現(xiàn)形式、常見故障診斷方法等，具有課程內(nèi)容涵蓋面廣、相關(guān)概念抽象化強(qiáng)、知識(shí)應(yīng)用要求高等特點(diǎn)，是一門與工程實(shí)際聯(lián)系緊密的課程。但受其自身特點(diǎn)影響，也是一門相對(duì)難上難學(xué)的課程，亟待對(duì)教學(xué)方法進(jìn)行深入研究。為此，教學(xué)團(tuán)隊(duì)以案例教學(xué)為引領(lǐng)，在授課內(nèi)容優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)、課堂交流設(shè)計(jì)、課程考核等4 個(gè)方面為基礎(chǔ)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法的實(shí)踐。

一、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法的發(fā)展及實(shí)施觀點(diǎn)

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法提倡將傳統(tǒng)的“課堂學(xué)習(xí)-課下復(fù)習(xí)及做作業(yè)”轉(zhuǎn)變成“課下學(xué)習(xí)-課堂復(fù)習(xí)”，這種“先學(xué)后教”的教學(xué)理念，在國(guó)內(nèi)外教育界引起了廣泛的關(guān)注與實(shí)踐。2000年，Maureen J.Lage 等提出“翻轉(zhuǎn)課堂”概念，2007 年，Jon Bergmann 等首次將授課視頻發(fā)布在互聯(lián)網(wǎng)上，并引導(dǎo)學(xué)生在課下預(yù)習(xí)，取得了較好的教學(xué)效果，并在2011 年被評(píng)為影響課堂教學(xué)的重大技術(shù)改革。我國(guó)自2011 年引入翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法以來，在中小學(xué)、高職高專、高校等院校也到了廣泛的實(shí)踐。譬如：王力爭(zhēng)等將翻轉(zhuǎn)課堂理念分解成“課前先學(xué)”、“課中后教”和“課后助學(xué)”等3 個(gè)步驟，對(duì)中學(xué)課堂進(jìn)行了結(jié)構(gòu)化變革探索。余麗霞等針對(duì)高職英語教學(xué)，建立了“課前學(xué)生協(xié)作、課中師生交互、課堂實(shí)踐鞏固及師生實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)”的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，提升了學(xué)生的自學(xué)能力。劉亞等針對(duì)《化工原理》課程，以微視頻授課為基礎(chǔ)建立了“線上自主學(xué)習(xí)、線下翻轉(zhuǎn)課堂”的混合教學(xué)模式。李志江等針對(duì)發(fā)酵食品課程，建立“課前微視頻+課中討論+課后評(píng)價(jià)”的研究生反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法在實(shí)踐中雖然取得了一定的教學(xué)效果，但仍存在一些問題。譬如，蔣維西等認(rèn)為教師具備信息技術(shù)素養(yǎng)是“翻轉(zhuǎn)課堂”實(shí)施的基礎(chǔ)，翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)與信息技術(shù)密切結(jié)合。尹華東通過分析基于翻轉(zhuǎn)課堂的英語教學(xué)效果，認(rèn)為翻轉(zhuǎn)課堂有積極意義，但仍需不斷探索。張萍等則認(rèn)為在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式下要取得較好的教學(xué)效果，必須重視課程設(shè)計(jì)、學(xué)生參與等問題。

綜上所述，雖然翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法有異于傳統(tǒng)教學(xué)方法，但是它對(duì)教學(xué)效果的提升，并不僅僅在于教學(xué)理念的先進(jìn)，更多的與教師對(duì)學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)的組織把控、知識(shí)學(xué)習(xí)引導(dǎo)等密切相關(guān)。為此，教學(xué)團(tuán)隊(duì)針對(duì)研究生的《水力機(jī)組故障診斷》課程，以案例教學(xué)為引領(lǐng)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法的實(shí)踐。

二、《水力機(jī)組故障診斷》課程內(nèi)容模塊化與案例化設(shè)計(jì)

《水力機(jī)組故障診斷》課程的目的是針對(duì)常見的水力機(jī)組故障現(xiàn)象，通過講述故障類型、機(jī)理、特征、診斷方法、故障原因及治理措施等，使研究生熟悉常見的水力機(jī)組故障特點(diǎn)，掌握故障分析處理方法，培養(yǎng)學(xué)生分析解決水力機(jī)組復(fù)雜問題的能力。課程中涵蓋了狀態(tài)監(jiān)測(cè)、信號(hào)處理、故障機(jī)理分析、故障診斷方法等4 方面，涉及到多個(gè)學(xué)科的交叉知識(shí)，內(nèi)容多、學(xué)習(xí)難度大。為此，首先對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行模塊化歸納，并依托實(shí)際工程項(xiàng)目建立針對(duì)性的案例庫，將知識(shí)點(diǎn)引入到工程實(shí)際中，讓學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)的同時(shí)能夠迅速聯(lián)想實(shí)際案例，在分析案例的同時(shí)能夠鞏固知識(shí)點(diǎn)。

教學(xué)團(tuán)隊(duì)從課程內(nèi)容中先粗分出狀態(tài)監(jiān)測(cè)、信號(hào)分析等4 大塊，每塊又分為監(jiān)測(cè)內(nèi)容、傳感器選擇等2-3 個(gè)小知識(shí)模塊。在學(xué)習(xí)方法上，針對(duì)監(jiān)測(cè)內(nèi)容、信號(hào)采樣、轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)、故障診斷思路等采用理論知識(shí)學(xué)習(xí)，其他內(nèi)容則穿插在案例分析中學(xué)習(xí)。學(xué)生在學(xué)習(xí)中會(huì)主動(dòng)將知識(shí)點(diǎn)與工程實(shí)例進(jìn)行比較分析，在案例引領(lǐng)下強(qiáng)化了學(xué)習(xí)的針對(duì)性，也激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣。

三、翻轉(zhuǎn)課堂的案例化教學(xué)實(shí)施措施

某種意義上說，教育是知識(shí)傳授的過程。如何讓學(xué)生易于接受知識(shí)，如何提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，是提高教學(xué)效果的重要措施。《水力機(jī)組故障診斷》翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法從案例庫、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)、課堂組織、課程考核等方面出發(fā)，以提高教學(xué)效果。

1、撰寫豐富的案例庫

教學(xué)團(tuán)隊(duì)針對(duì)該課程10 個(gè)模塊化知識(shí)點(diǎn)，綜合考慮水電站設(shè)計(jì)規(guī)范、經(jīng)典分析方法、常見故障以及科學(xué)的思維方式培養(yǎng)等多種因素，開展案例庫設(shè)計(jì)，力求以案例引導(dǎo)學(xué)生深入學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)。為此，教學(xué)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了學(xué)習(xí)型案例、引導(dǎo)型案例、待開發(fā)案例等3 種案例模式。首先，針對(duì)關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)，建立了10 種不同類型的學(xué)習(xí)案例，每個(gè)學(xué)習(xí)案例包括：工程背景、規(guī)范要求、主要技術(shù)理論、效果分析、參考文獻(xiàn)，并提供仿真分析程序；引導(dǎo)案例，包括工程背景、待分析參數(shù)、主要理論技術(shù)、關(guān)鍵算法程序，引導(dǎo)學(xué)生自主完成整個(gè)案例；待開發(fā)案例則包括工程背景、待解決的問題，推薦采用的技術(shù)方法，讓學(xué)生自主完成案例分析。

2、建立完善的課下學(xué)習(xí)平臺(tái)

翻轉(zhuǎn)課堂能否實(shí)現(xiàn)離不開學(xué)生課下自主學(xué)習(xí)，便于學(xué)習(xí)的課下教學(xué)平臺(tái)是提升學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性的重要措施。為此教學(xué)團(tuán)隊(duì)從3 個(gè)方面開展教學(xué)平臺(tái)建設(shè)。

（1）教學(xué)資源碎片化：對(duì)狀態(tài)監(jiān)測(cè)內(nèi)容、信號(hào)特征提取、轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)、診斷基本概念等模塊化知識(shí)進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化，將每個(gè)理論知識(shí)模塊分解成3-5 個(gè)知識(shí)點(diǎn)，制作3-8 分鐘的視頻或講義。讓學(xué)生一方面可以充分利用零碎時(shí)間進(jìn)行有效學(xué)習(xí)，另一方面也克服了長(zhǎng)時(shí)間單一文字學(xué)習(xí)所引發(fā)的惰性。

（2）抽象理論案例化：將課內(nèi)知識(shí)應(yīng)用與實(shí)際工程案例相結(jié)合，引入技術(shù)規(guī)范、工程圖片、故障視頻等內(nèi)容，將抽象理論案例化、形象化。譬如，針對(duì)傳感器安裝的案例，不僅引入技術(shù)規(guī)范要求，還提供了相關(guān)傳感器實(shí)物圖片、實(shí)際電站傳感器安裝圖片，幫助學(xué)生理解電站傳感器安裝要求和技術(shù)重點(diǎn)。

（3）雙向互動(dòng)，全交互模式：課下的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)針對(duì)不同的知識(shí)點(diǎn)或案例開辟相應(yīng)的討論專區(qū)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生與老師、學(xué)生與學(xué)生之間的雙向互動(dòng)。學(xué)生既可以提出自己的問題，又可以翻看其他同學(xué)及師兄師姐提出的問題，通過老師或同學(xué)的解答，幫助學(xué)生深入理解相關(guān)知識(shí)。

3、基于案例的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)環(huán)境創(chuàng)建

課堂組織與教學(xué)環(huán)境創(chuàng)建的重點(diǎn)在于案例分析部分，該部分主要由學(xué)生講解、討論，老師發(fā)揮引導(dǎo)作用。教學(xué)團(tuán)隊(duì)將課堂組織分為討論題目的設(shè)計(jì)、討論過程的調(diào)控、教師小結(jié)和參與討論獎(jiǎng)勵(lì)等4 個(gè)部分，其中討論題目的設(shè)計(jì)屬于教師課前備課內(nèi)容。

案例討論的角度較多，可以從工程引發(fā)的問題特征、相關(guān)技術(shù)應(yīng)用、結(jié)果分析等方面鼓勵(lì)學(xué)生講述和討論。為此，教學(xué)團(tuán)隊(duì)針對(duì)每一個(gè)案例，設(shè)計(jì)了1-2 個(gè)難易適中、有論可議的題目，并點(diǎn)明主要知識(shí)點(diǎn)。在學(xué)生圍繞這些知識(shí)點(diǎn)講述和討論案例的過程中，對(duì)學(xué)生興趣盎然或莫衷一是的問題，教師也將其記錄下來，作為下一次討論的擬選題目。

討論過程調(diào)控是課堂組織的重點(diǎn)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)采用傾聽-質(zhì)疑-引導(dǎo)-討論等流程，即傾聽學(xué)生講解，記錄學(xué)生對(duì)案例及知識(shí)點(diǎn)的錯(cuò)誤理解；當(dāng)主講學(xué)生觀點(diǎn)闡述完畢后，針對(duì)性的提出相應(yīng)問題，引導(dǎo)學(xué)生開展大討論（該環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)為30分鐘）。

教師小結(jié)中，任課老師將歸納觀點(diǎn)，有針對(duì)性的回答學(xué)生的疑惑，引導(dǎo)學(xué)生深入理解案例，掌握相關(guān)知識(shí)（該環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)為10 分鐘）。在課堂的最后，對(duì)參與討論的學(xué)生給出充分肯定，并擇優(yōu)評(píng)價(jià)，也鼓勵(lì)學(xué)生互點(diǎn)互評(píng)，讓學(xué)生知識(shí)顯山露水，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)問題、研究問題，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性（該環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)為5 分鐘）。

4、以解決工程實(shí)際問題為目標(biāo)的課程報(bào)告

教學(xué)團(tuán)隊(duì)在學(xué)生完成引導(dǎo)型案例、待開發(fā)案例的基礎(chǔ)上，適當(dāng)?shù)闹v授了論文撰寫規(guī)范和要點(diǎn)，并要求學(xué)生針對(duì)某一具體的故障現(xiàn)象，采用SVM、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等故障診斷理論進(jìn)行問題分析與求解，以期刊論文的格式完成一篇課程報(bào)告，作為課程考核的方式，不僅對(duì)學(xué)生適當(dāng)施加了學(xué)習(xí)壓力，提高了學(xué)習(xí)主動(dòng)性，也培養(yǎng)了學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決復(fù)雜問題的科研能力。

四、教學(xué)效果對(duì)比分析

自2015 年開設(shè)以來，《水力機(jī)組故障診斷》選修學(xué)生情況如表1 所示。其中，2015 年、2016 年采用傳統(tǒng)教學(xué)模式，考核方式以考試為主，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)能動(dòng)力的激發(fā)和科研素養(yǎng)的培養(yǎng)尚且不夠。2017 年開始，采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法，在引導(dǎo)學(xué)生每人完成一個(gè)待開發(fā)案例的基礎(chǔ)上，以課程報(bào)告的形式進(jìn)行考核，鼓勵(lì)學(xué)生參照期刊論文格式，針對(duì)水力機(jī)組故障實(shí)例進(jìn)行深入研究，不僅學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)較好，不同課程報(bào)告略加修改后，獲得了公開發(fā)表，更激發(fā)了學(xué)生的科研興趣，促使其積極參加研究生科技賽競(jìng)賽，也獲得了一定成績(jī)。

結(jié)論

兩年來，教學(xué)團(tuán)隊(duì)在《水力機(jī)組故障診斷》課程中采用翻轉(zhuǎn)教學(xué)方法，取得了較好的成績(jī)，一方面得益于以案例引領(lǐng)為主的教學(xué)模式，另一方面與研究生自身知識(shí)儲(chǔ)備較好，課堂討論較深入也有一定關(guān)系。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，模塊化的知識(shí)體系更容易被學(xué)生接受，案例引領(lǐng)的教學(xué)團(tuán)隊(duì)織不僅有利于提高學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力，也提高了學(xué)生的科研能力。

表1 教學(xué)效果對(duì)比表