曹賽男

(南京工業(yè)大學(xué) 能源科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 211816)

新能源材料與器件專業(yè)是一門化學(xué)、材料、電子以及物理等學(xué)科交叉的綜合性專業(yè)，和工程實際結(jié)合十分緊密，具有非常強的實踐性。實踐實驗教學(xué)在其專業(yè)教學(xué)工作中占有重要地位，對于新能源專業(yè)型技術(shù)人才的培養(yǎng)起著重要作用，有利于培養(yǎng)本科生把理論知識與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，在實際應(yīng)用中具有創(chuàng)新能力、分析和解決問題能力。

SPOC(Small Private Online Course)是一種將課堂教學(xué)與在線教學(xué)相結(jié)合的新型混合學(xué)習(xí)模式，主要特點是小規(guī)模、少數(shù)人、具有限制性[1]。其不僅融合了MOOC慕課的優(yōu)點，而且彌補了傳統(tǒng)教育模式的不足。它有效地解決了傳統(tǒng)課堂被空間與時間所限的難題，并且對于學(xué)生課堂之外的自主學(xué)習(xí)能夠進行有效的引導(dǎo)和監(jiān)督。SPOC具體的教學(xué)思路為老師在正式上課前根據(jù)教學(xué)大綱，提前向?qū)W生發(fā)布相關(guān)教學(xué)視頻材料，布置有關(guān)作業(yè)，并組織學(xué)生在網(wǎng)上進行討論。學(xué)生在老師的引導(dǎo)下完成觀看視頻、作業(yè)和討論等任務(wù)。等到正式課堂授課時，老師解答學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)過程中遇到的問題，再進行課堂檢測。

翻轉(zhuǎn)課堂(Flipping Classroom)教學(xué)方法的核心是將兩個學(xué)習(xí)過程——知識傳授和知識內(nèi)化進行反轉(zhuǎn):即學(xué)生前置課外自主學(xué)習(xí)+課堂答疑、師生相互交流、討論互動式教學(xué)[2]。翻轉(zhuǎn)課堂能夠解決實驗課堂時間不夠，無法將理論與實驗一起講授的問題。老師可以在課前將理論性的實驗原理、實驗內(nèi)容以及學(xué)生課前需要熟悉的實驗操作等采用ppt、word等形式上傳到課程網(wǎng)絡(luò)平臺，讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)。實驗課堂上老師再進行重點答疑、內(nèi)容深入，學(xué)生動手操作。

為了綜合SPOC和翻轉(zhuǎn)課堂各自不同的優(yōu)勢，國內(nèi)外對于“SPOC + 翻轉(zhuǎn)課堂”的二元耦合教學(xué)模式進行了一定的研究[1-4]。但是，新能源材料與器件專業(yè)的建設(shè)起步較晚，仍處于探索階段，沒有現(xiàn)成的經(jīng)驗?zāi)軌蚪梃b。將“SPOC + 翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)方法應(yīng)用于新能源材料與器件專業(yè)實驗的案例鮮有報道。因此，本文將探討如何將“SPOC + 翻轉(zhuǎn)課堂”耦合教學(xué)新模式引入到新能源材料與器件專業(yè)實驗教學(xué)中。對傳統(tǒng)實驗教學(xué)方法進行改革，進一步激發(fā)學(xué)生對于學(xué)習(xí)的興趣，有利于培養(yǎng)優(yōu)秀的新能源材料與器件專業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才。

2 實驗教學(xué)中現(xiàn)存的問題

新能源材料與器件專業(yè)現(xiàn)有的實驗教學(xué)效果不甚理想，經(jīng)分析主要是以下原因造成(如圖1所示)：

圖1 影響實驗教學(xué)效果的主要原因

(1)教學(xué)模式缺乏創(chuàng)新。實驗教學(xué)傳統(tǒng)模式為老師在課堂上講解實驗原理以及具體實驗操作過程，接著再由教師進行演示操作，然后學(xué)生“依葫蘆畫瓢”機械式模仿操作得到實驗報告[5]。在教學(xué)實施過程中，基本上學(xué)生都沒有參與到實際的設(shè)計環(huán)節(jié)來，依舊停留在“參照做”的階段。教師預(yù)先設(shè)定好實驗?zāi)康摹嶒瀮?nèi)容以及具體的實驗步驟，學(xué)生無須深入分析實驗原理，完全不需要自己思考就能進行實驗。學(xué)生分析、解決問題的能力得不到培養(yǎng)。

(2)教學(xué)內(nèi)容不完善。實驗課程內(nèi)容單一，以驗證演示性實驗居多，缺乏創(chuàng)新性、綜合設(shè)計性實驗[6]。驗證演示性實驗是一種較淺層次的實驗教學(xué)活動，學(xué)生在實驗過程中只要按照老師給出的實驗步驟進行測試，就能夠獲得預(yù)期的實驗結(jié)果，而對于各種物理參數(shù)的意義、取得的實驗數(shù)據(jù)的優(yōu)劣沒有真正理解，只動手卻不動腦的現(xiàn)象嚴重。整個實驗教學(xué)過程缺少能讓學(xué)生獨立思考的環(huán)節(jié)，無法調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力以及實踐創(chuàng)新能力得不到鍛煉。而且有部分昂貴的實驗儀器數(shù)量很少，學(xué)生甚至不能全部操作儀器，需要分組選少數(shù)學(xué)生作為代表進行操作，其他同學(xué)只能在一旁觀摩。

(3)學(xué)生缺乏實驗基礎(chǔ)知識，沒有認真完成實驗課程。學(xué)生只重視學(xué)習(xí)理論知識，忽視了將所學(xué)理論知識應(yīng)用于實踐的重要性。

(4)實驗時間安排不合理。受限于大學(xué)傳統(tǒng)的課程時間安排，每個實驗項目也都像普通理論課一樣只有2個學(xué)時。老師需要在這么短的時間內(nèi)完成實驗?zāi)康?、原理以及實驗?nèi)容講解，操作演示，然后讓學(xué)生完成規(guī)定操作已經(jīng)非常匆忙，根本無法再進行研究、探討等互動教學(xué)活動。

(5)實驗課程的考核、評價方式不完善。目前，新能源材料與器件專業(yè)實驗仍然使用“實驗結(jié)果+實驗報告”的考核方式。但是老師沒有辦法觀察了解到每位學(xué)生在實驗過程中的具體實驗情況，學(xué)生之間存在著互相幫忙操作儀器的現(xiàn)象，而且學(xué)生提交的實驗報告難免存在抄襲現(xiàn)象。所以老師根據(jù)“實驗結(jié)果+實驗報告”評定的成績難以對學(xué)生真實的實踐能力做出客觀評價。

針對實驗教學(xué)中現(xiàn)存的問題，我們可以采用“SPOC + 翻轉(zhuǎn)課堂”的耦合教學(xué)模式，把實驗教學(xué)劃分成線上學(xué)習(xí)和課堂學(xué)習(xí)兩個模塊。充分利用線上豐富資源和課堂實驗的優(yōu)點，讓學(xué)生能夠隨時隨地觀看相關(guān)實驗教學(xué)視頻、學(xué)習(xí)相關(guān)實驗理論知識；同時充分利用線下課堂時間讓學(xué)生進行實驗操作，并和老師相互討論、交流，達到良好的實驗教學(xué)效果。

3 教學(xué)模式設(shè)計

本文設(shè)計了新能源材料與器件專業(yè)SPOC與翻轉(zhuǎn)課堂耦合的實驗教學(xué)模式，分為線上、線下兩個模塊(SPOC)，課前、課中和課后(翻轉(zhuǎn)課堂)三個階段，如圖2所示。

圖2 SPOC + 翻轉(zhuǎn)課堂的實驗教學(xué)模式設(shè)計

3.1 課前階段

首先老師需要根據(jù)教學(xué)大綱的教學(xué)目標(biāo)以及教學(xué)內(nèi)容進行實驗項目的設(shè)計，錄制主要實驗儀器的使用微視頻，然后把實驗指導(dǎo)書、教案、實驗視頻等教學(xué)資源制作成教學(xué)課件或者微課視頻，通過網(wǎng)絡(luò)相關(guān)學(xué)習(xí)平臺推送給學(xué)生。同時老師發(fā)布相應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)，要求學(xué)生將平臺上的資源全部學(xué)完，能夠明確實驗內(nèi)容、理解實驗原理、了解實驗儀器的使用方法，設(shè)計并提交實驗初步方案，完成預(yù)習(xí)測試，并回答相關(guān)思考題，然后才能允許其在課堂上進入實驗室操作。學(xué)生可以根據(jù)自己的個人情況選擇合適的時間在學(xué)習(xí)平臺上反復(fù)學(xué)習(xí)老師分享的教學(xué)資料，觀看微課視頻，然后自由組合成實驗小組，進行小組交流討論，完成初步實驗方案。學(xué)生如果在學(xué)習(xí)過程中遇到問題，可以通過網(wǎng)絡(luò)資源或者學(xué)校圖書館查閱有關(guān)文獻，也可以組內(nèi)相互交流探討，并將無法解決的問題及時記錄下來，詢問老師。這也有助于老師了解學(xué)生們在課前的學(xué)習(xí)情況，以便能夠及時調(diào)整實驗教學(xué)內(nèi)容。

3.2 課中階段

為了提高學(xué)生對于課前預(yù)習(xí)的重視，防止流于形式，老師在課堂上隨機抽查學(xué)生簡述實驗原理或者回答問題?；卮疱e誤的學(xué)生課前預(yù)習(xí)分數(shù)酌情扣減；然后，老師點評學(xué)生課前階段完成的測試和思考題，指出出現(xiàn)的錯誤，精講重要知識點，并對學(xué)生課前預(yù)習(xí)提出的疑問進行解答，隨后簡單介紹實驗內(nèi)容安排；各小組派出代表逐一向老師展示實驗方案，并自我評述方案的優(yōu)缺點。隨后，老師分析點評實驗方案是否具有可行性和創(chuàng)新性。在征得老師同意后，學(xué)生先按照自己的實驗方案自行操作儀器演示實驗流程，同時闡述實驗步驟，演示實驗時，實驗小組各組員要分工明確，做好操作實驗儀器、記錄數(shù)據(jù)、記錄實驗現(xiàn)象等工作。老師在一旁進行一對一提問、糾錯和指導(dǎo)，最后引導(dǎo)學(xué)生得到完善優(yōu)化后的實驗方案；學(xué)生完成實驗操作，得到實驗數(shù)據(jù)。

3.3 課后階段

學(xué)生完成實驗后，需要歸納總結(jié)整個實驗過程，對知識進行鞏固和強化。例如課前預(yù)習(xí)遇到的難題是如何在實驗課堂上解決的；分析課前設(shè)計的實驗初步方案在課堂實施過程中遇到的問題的產(chǎn)生原因，同時從中總結(jié)出好的課前學(xué)習(xí)方法和經(jīng)驗教訓(xùn)，提升預(yù)習(xí)效果。然后，學(xué)生對獲得的數(shù)據(jù)進行處理和分析，撰寫實驗報告。并總結(jié)自己設(shè)計的實驗方案的優(yōu)缺點，結(jié)合老師的點評和其他組的方案，思考如何對實驗方案進行進一步改進。另外學(xué)生將實驗獲得的成果進行整理，以PPT的形式上傳到網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺，小組之間進行線上互評打分，小組得分將作為最終實驗成績的組成項之一。

老師需要對學(xué)生課堂實驗過程中遇到的問題進行總結(jié)，并以此分析學(xué)生對于知識的掌握程度，從而完善以及優(yōu)化實驗教案；老師批改實驗報告以及課前預(yù)習(xí)測試和思考題時，著重評價學(xué)生思考和解決問題的能力以及創(chuàng)新能力。

為了保證SPOC與翻轉(zhuǎn)課堂耦合的實驗教學(xué)模式能成功實施，需要對傳統(tǒng)的實驗課程評價體系進行改善和調(diào)整，以期能夠?qū)W(xué)生在課前、課中和課后這三個階段的學(xué)習(xí)表現(xiàn)作出全面的客觀評價。為此，我們在原來以實驗報告為主的課內(nèi)評價指標(biāo)上增加了其他內(nèi)容，可以更加有效地調(diào)動學(xué)生的積極性。評價體系如表1所示。

表1 實驗課程評價體系

4 結(jié)語

基于SPOC與翻轉(zhuǎn)課堂耦合的實驗教學(xué)新模式將線上的教學(xué)資源與線下課堂的實驗操作相融合，通過課前、課中和課后三個階段的實驗教學(xué)使得學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性以及實驗創(chuàng)新能力大大提高，實驗教學(xué)質(zhì)量得到有效提高。