郭一珺， 張志龍， 楊鴻文， 桑 林

(北京郵電大學 信息與通信工程學院，北京 100876)

0 引言

課程學習是高校學生在校的主要任務之一，因此課程教學質量是決定高校教育質量的核心要素。國家近兩年對課程改革和建設的重視程度逐年提高，教育部高教司吳巖司長在題為《嚴起來，難起來，實起來，忙起來，把本科教育質量實實在在提起來》的報告中指出：“要精準把握高等教育發(fā)展大勢，超前識變、積極應變、主動求變，學校要狠抓教學改革，把本科教育質量實實在在提起來！”

“通信原理”課程是電子信息類專業(yè)的核心必修課程，為“移動通信”、“寬帶通信”等后續(xù)專業(yè)課程的學習，通信技術人才的培養(yǎng)奠定理論基礎。從該課程的先修課程“概率論與隨機過程”、“信號與系統(tǒng)”等來看，其對數(shù)學基礎要求較高，具有知識點繁雜、理論性強、公式推導多、基本原理抽象等特點[1]，對學生學習和教師教學均有較高的要求。

翻轉課堂是一種新型教學模式，學生在課前完成知識的自主學習，在課堂上完成知識的內化[2]。翻轉課堂將傳統(tǒng)的課堂教學結構翻轉過來，重新調整課堂內外的時間，把學習的決定權從教師轉移給學生。一方面能夠充分發(fā)揮學生在學習過程中的主觀能動性，將“被動學習”變?yōu)椤爸鲃訉W習”，提高學習效果；另一方面其課下學習、課堂討論等環(huán)節(jié)也有望解決群體教育與個體差異之間的矛盾。目前，許多高校已經開展了引入翻轉課堂的嘗試，在結合資源上，提出了基于慕課、微課、雨課堂等方式的翻轉手段[3,4]，在課堂環(huán)節(jié)上，則有提問搶答、小組討論、隨堂測驗等諸多方式[5,6]。

1 問題和痛點分析

在“通信原理”課程的教學過程中遇到的一個重要問題是，學生的學習基礎存在較大的差異性，而“通信原理”課程內容環(huán)環(huán)相扣，學習效果與學習基礎密切相關，以教師講授為主的“一統(tǒng)式”、“填鴨式”等傳統(tǒng)教學模式往往起不到好的效果。分析其主要原因有二：

(1)難以兼顧不同層次的學生：提高授課深度，基礎較弱的學生容易感到困難，失去學習興趣；降低授課難度，基礎較好的學生則會收獲不足；

(2)師生互動少：學生始終處于被動接受信息的狀態(tài)，并未充分發(fā)揮積極思考與深入探索求知的主觀能動性，學習興趣也未得到充分調動，導致對所學知識的理解深度和廣度不足[7]。

考慮到翻轉課堂在應對學生個體差異、提高學習積極性方面的顯著優(yōu)勢，我們嘗試將翻轉課堂引入“通信原理”課程的教學中，探索能解決上述問題的差異化教學方法。實際上，一個好的翻轉課堂設計應與課程特點和學生特點緊密契合。例如，思政類、美育類課程側重于培養(yǎng)學生的綜合思維、口頭表達等能力，其翻轉課堂環(huán)節(jié)一般設計為針對開放式問題的小組討論形式[8]。而“通信原理”課程的特點是公式推導多、邏輯性強，側重于培養(yǎng)學生的數(shù)學建模、理論分析能力，口頭的小組討論容易淺嘗輒止，導致翻轉課堂流于形式，無法起到預期的教學效果。這一問題在其它理論性強、學習難度大的專業(yè)課程教學中也均存在，因此，對于此類課程進一步探索合適的翻轉課堂模式是十分必要的。

2 教學改革目標

針對傳統(tǒng)教學模式存在的無法應對學生差異性、學生學習積極性差等問題，引入翻轉課堂，通過翻轉環(huán)節(jié)設計，實現(xiàn)差異化教學：①對基礎較弱的學生，降低參與門檻，提高學習興趣；②對學有余力的學生，挖掘其自主學習能力，提高挑戰(zhàn)度；最終讓不同層次的學生都能獲得較好的學習效果。在“通信原理”課程學習上，激發(fā)學生學習積極性，提高整體優(yōu)良率；從長遠“立德樹人”角度，培養(yǎng)學生學習的主動性和創(chuàng)新理念。

3 翻轉教學設計與實施

我們針對通信工程專業(yè)2016級學生進行了翻轉教學嘗試，課程共計64學時，覆蓋學生106人。翻轉課程的方案設計是影響翻轉教學效果的關鍵因素，將會直接影響學生知識內化的質量水平。結合本輪次教學的課程和學生特點，對翻轉教學的設計要求分析如下：

(1)“好”、“壞”學生之間在學習基礎上的差異較大，因此翻轉教學應能區(qū)分不同層次學生，即對不同層次學生有不同的難度要求；

(2)課程的公式推導多，理論難度大，因此翻轉教學應能監(jiān)督學生自主學習的理論深度；

(3)學生總人數(shù)多，因此翻轉教學的課堂環(huán)節(jié)應具有良好的時間效率。

基于上述考慮，我們將翻轉教學設計為“學生上講臺”的形式：將學生分為“小老師”和“討論者”兩個角色，其中“小老師”需要在課堂上向全體學生講授指定知識點，這一角色不但要求學生能通過自主學習理解相應知識點，還要求能有條理地表達出來，挑戰(zhàn)度較高，主要面向基礎好、能力強的學生；“討論者”需對“小老師”講授的內容提出疑問并展開討論，適合大多數(shù)基礎和能力適中的學生。下面從前期準備、翻轉環(huán)節(jié)設計、評價與激勵機制、效果分析對比這四個方面對我們的翻轉課堂教學案例展開詳細闡述。

3.1 前期準備

在正式開展翻轉教學前，需要進行的前期準備工作如圖1所示，主要包括：老師準備自主學習資源、選擇合適的翻轉教學內容、有針對性地設計自主學習任務單，學生結合自身特點和興趣自主報名翻轉教學中的不同角色。

圖1 前期準備工作

1)自主學習資源

自主學習資源是翻轉教學的重要基礎，首先應和課程內容緊密結合，且具備良好的可讀性，讓學生能夠通過對資源的自主學習達到教學大綱的基本要求；其次還應具備一定的擴展性，能夠引導學生進行更深層次的思考?；谏鲜隹紤]，我們采用的自主學習資源為：①MOOC：課程組建設的“通信原理”MOOC已在學堂在線和中國大學MOOC兩大慕課平臺上線數(shù)輪，并于2018年被評為國家精品在線課程；②網絡教學資料：授課教師日常積累的關于課程內容的理解和擴展資料。

2)翻轉內容和數(shù)量

在學期正式開始前，按照教學大綱提前做好教學計劃，從大綱中選擇數(shù)量適中、內容適當?shù)闹R點用于翻轉課堂。在內容方面，我們側重于選擇信息量適中、內容相對獨立、不太依賴于知識積累和行業(yè)經驗的知識點，使得學生通過對指定教學資源的自主學習，輔助一定的網絡信息搜索，能夠基本掌握該知識點，例如：數(shù)字PAM信號的功率譜密度分析、AWGN信道下利用匹配濾波器接收的誤碼率分析等。

在數(shù)量方面，傳統(tǒng)課堂教學雖然存在諸多問題，但因其授課效率高、邏輯連貫性強等優(yōu)勢仍然是大班授課的主流方式。翻轉教學雖因其開放性能有效提高學生學習的積極性，但也存在時間效率低等不足之處，應將其作為對傳統(tǒng)課堂教學的輔助，穿插其中。次數(shù)過少，覆蓋面不夠，效果不明顯；次數(shù)過多，將會打亂總體授課計劃，起到反面作用。綜合上述考慮，我們一共選擇了12個知識點，占全部教學內容的20%左右。

3)任務單和隨堂測驗

對于選定的知識點，授課教師有針對性地準備自主學習任務單和隨堂測驗題。其中，任務單設計成任務點和問題的形式，用于為學生提供方向性指導，讓學生在自主學習時有明確的目標；隨堂測驗題用于掌握學生對知識點的學習情況，對于每個知識點，我們都從了解基本概念、掌握相關計算、能夠靈活運用這三個層次準備了3-5道測驗題。

4)學生自主分組報名

翻轉教學中的“小老師”角色需針對指定知識點自行準備授課資料并在課堂上向全體學生講授，挑戰(zhàn)度高，設計為1-2人一組，由學生自行組隊報名；剩余學生均是“討論者”。需要指出的是，為了保障“小老師”角色由合適的人選擔任，我們采用了分數(shù)激勵和質量控制兩方面手段。其中分數(shù)激勵是在總評中分出一部分作為擔任“小老師”的獎勵，從而能鼓勵有能力的學生積極報名。質量控制是對“小老師”的講授提出一些具體要求，例如深入理解、清晰講述、結合實際等，并建立有效的講授效果反饋機制，即任課老師會對每個“小老師”的講授效果打分并納入總評，從而避免一些學生單純?yōu)榱朔謹?shù)報名而草草應對的情況發(fā)生。

最終的報名情況是：參與授課的“小老師”20余人，占總人數(shù)約20%，參與提問和討論的“討論者”80余人，占總人數(shù)約80%。

3.2 翻轉環(huán)節(jié)設計

翻轉教學環(huán)節(jié)和流程如圖2所示。

圖2 翻轉教學環(huán)節(jié)和流程

1)課前

授課教師提前2周左右發(fā)給學生自主學習任務單，全體學生基于該任務單進行課前自主學習，其中擔任“小老師”角色的學生需進一步針對相應知識點準備授課資料，擔任“討論者”角色的學生則需記錄自己在學習過程中遇到的疑惑和問題。

2)課中

首先由“小老師”對指定知識點進行講授，講授形式多樣，可以是板書推導、PPT動畫、筆記分享等；講授完畢后，“討論者”結合自身自主學習情況和聽課過程中的理解，對“小老師”講授的內容提出問題并展開討論，此環(huán)節(jié)授課老師也參與其中；討論完畢后，授課老師根據(jù)學生講授和討論的情況，對該知識點的相關內容查缺補漏，概括總結；最后，進行10-20分鐘針對該知識點的隨堂測驗，利用雨課堂教學工具獲取學生的得分率和錯誤詳情，準確了解學生對于該知識點的掌握程度。

3)課后

授課教師通過交流了解學生關于該次翻轉教學的感受，并結合該次翻轉實踐過程提出下次的改進建議；學生則對所學知識點進行復習和鞏固。

3.3 評價與激勵機制

總評結構的確定主要基于以下兩方面考慮：

(1)對不同層次學生均能有效激勵：相比于傳統(tǒng)教學模式，翻轉教學需要學生額外投入許多時間和精力。學生自身對學習的興趣是驅動上述投入的重要因素，在總評成績中對學生的投入給予體現(xiàn)也能有效激發(fā)學生參與翻轉課堂的積極性。此外，總評結構的設定還需兼顧學生差異性，在激勵高水平學生參與挑戰(zhàn)的同時，也照顧到基礎和能力較弱的學生，不讓他們望而卻步。

(2)能夠客觀反映學生學習效果：“通信原理”在我校屬于重要的專業(yè)必修課，是保研、考研時評價學生學習能力的一個重要維度。因此，總評結構中平時成績占比不宜過高，否則容易出現(xiàn)過程替代結果的現(xiàn)象，導致總評成績趨于統(tǒng)一，無法起到合理評價和區(qū)分學生學習水平的效果。

綜上所述，我們的評價和激勵機制設計如圖3所示。總評由學習過程考核和學習效果考核兩部分構成。

圖3 總評成績結構和激勵手段

過程考核占20%，其中7%是線上學習評價，主要來自學生在MOOC平臺進行自主學習的相關數(shù)據(jù)，能夠反映翻轉教學環(huán)節(jié)中課前自主學習的情況；7%是課堂學習評價，主要來自學生課堂討論和測驗的相關數(shù)據(jù)，能夠反映翻轉教學環(huán)節(jié)中課堂吸收內化情況；剩余的6%來自課后習題或報名翻轉課堂“小老師”，學生可以二選一，這部分主要是針對“通信原理”課程理論性強的特點，反映學生的理論分析能力。此外，為了鼓勵學生積極報名“小老師”，我們還額外增設了最高占總評5%的獎勵分。上述過程考核辦法全面覆蓋了學生線上、線下的學習情況，并有效監(jiān)督了翻轉教學的所有環(huán)節(jié)。此外，對于基礎好、能力強的同學，也可激勵他們挑戰(zhàn)更高難度，從而獲得差異化教學的效果。

效果考核占80%，由期中成績40%和期末成績40%組成。期中考試、期末考試覆蓋了大綱里的所有知識點，均為閉卷考試，且考教分離、全年級流水閱卷，能客觀、有效地反映學生的學習效果。

3.4 效果分析對比

為了檢驗翻轉教學的效果，我們首先對同一授課教師引入翻轉教學前后學生的期中、期末成績分布進行了縱向對比，結果如圖4所示，其中18-19學年為未采用翻轉教學的傳統(tǒng)授課，19-20學年為本文中闡述的翻轉教學授課，兩個輪次的學生專業(yè)相同。由于本課程前三章節(jié)內容主要是信號與系統(tǒng)、隨機過程的相關數(shù)學基礎，因此，我們進行翻轉教學的12個知識點主要集中在教學大綱的中后段。圖4中兩輪次授課在期中成績上的差異反映了學生自身的差異性，可以看出，19-20學年學生在基礎和能力上稍弱于18-19學年學生。但隨著19-20學年翻轉教學的開展，在期末成績的分布上，19-20學年學生的優(yōu)秀率達到33.5%，顯著高于18-19學年學生15%的優(yōu)秀率。該結果有力地證明了引入翻轉教學對教學效果的提升。

圖4 縱向對比：同一教師采用翻轉教學前后的授課效果

其次，我們對19-20學年采用翻轉教學的班級(簡稱實驗班)和采用傳統(tǒng)教學的班級(簡稱對照班)的期末成績進行了橫向比較，實驗班和對照班的學生來源相同，結果如圖5所示。

可以看出，實驗班的優(yōu)良率顯著高于只采用傳統(tǒng)教學的對照班。(郭一珺等文)

圖5 橫向對比：同一輪次實驗班與普通班的期末成績比較

4 結語

本文面向理論性強、公式推導多的專業(yè)基礎課，針對基礎和能力存在較大差異的學生群體，提出了一種合理可行的翻轉教學實踐方案。實踐結果表明，所提翻轉教學方案提高了學生的學習參與度和主動性，獲得了顯著優(yōu)于傳統(tǒng)教學的授課效果。一方面，所設計的課前學習指引環(huán)節(jié)和課后交流反饋環(huán)節(jié)，使所提方案既能了解不同學生的學習程度和個性，又能調動不同層次學生參與學習的積極性，從而獲得良好的差異化教學效果；另一方面，通過對課堂中不同翻轉角色的設計，所提方案既能尊重個人選擇，又能鼓勵個性發(fā)展，達到不拘一格培養(yǎng)人才的最終目的。

本文對差異化翻轉教學進行了初步探索，所提翻轉教學方案對課程和學生特點相似的其他專業(yè)課程具有借鑒作用，未來我們將向著更精準的差異化和智能化教學繼續(xù)努力。