陳小紅，劉雪松，包能勝，何 俊

（1.汕頭大學(xué)高等教育研究所，廣東 汕頭 515063；2.汕頭大學(xué)工學(xué)院，廣東 汕頭 515063）

0 新工科教育教學(xué)改革

隨著“人工智能”、“大數(shù)據(jù)”、“云計(jì)算”等新興信息技術(shù)的發(fā)展，將從現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)和領(lǐng)域中衍生疊加出社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的新環(huán)節(jié)、新鏈條、新活動(dòng)形態(tài).可以預(yù)見的是未來(lái)新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新商業(yè)模式將成為國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的一條新賽道.新的科技革命已經(jīng)開始，許多國(guó)家已開設(shè)布局，美、德率先提出了各自的戰(zhàn)略規(guī)劃——“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”和“工業(yè)4.0”.中國(guó)也不甘落后，也于2016 年加入《華盛頓協(xié)議》，適時(shí)地提出了自己的工程教育戰(zhàn)略.為了適應(yīng)國(guó)際科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，培養(yǎng)新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)人才，國(guó)內(nèi)新工科建設(shè)應(yīng)運(yùn)而生.新工科教育的改革方向，旨在加快工程教育改革創(chuàng)新，培養(yǎng)創(chuàng)新型卓越工程科技人才[1].

新工科對(duì)人才培養(yǎng)過程中教學(xué)模式的要求體現(xiàn)在了政策文件《關(guān)于加快建設(shè)發(fā)展新工科實(shí)施卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃2.0 的意見》（以下簡(jiǎn)稱《意見2.0》）中，文件指出工程教育改革的方向應(yīng)為：運(yùn)用先進(jìn)教育理念；創(chuàng)新教學(xué)組織模式、教學(xué)內(nèi)容與方法等方面；堅(jiān)持以學(xué)生為中心.全國(guó)教育大會(huì)的精神和《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》也要求全國(guó)高校應(yīng)深化本科教育教學(xué)改革，《關(guān)于深化本科教育教學(xué)改革全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的意見》文件具體指出在教學(xué)中應(yīng)：合理增加學(xué)生投入學(xué)習(xí)的時(shí)間、提高自主學(xué)習(xí)時(shí)間比例、積極發(fā)展“互聯(lián)網(wǎng)+教育”、探索智能教育新形態(tài)、線上線下混合、推動(dòng)課堂教學(xué)革命.

在新工科教育教學(xué)改革中，如何結(jié)合高校自身已有的工程教育理念、人才培養(yǎng)模式和課程體系，將翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式引入到課堂教學(xué)過程中，是本研究探索的主題.本研究從理論和實(shí)踐入手，從學(xué)生學(xué)習(xí)的角度比較同一門課程不同教學(xué)模式所帶來(lái)的差異，為持續(xù)改進(jìn)工程教育教與學(xué)的方法提供反思性經(jīng)驗(yàn).

1 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在新工科教育中的應(yīng)用

翻轉(zhuǎn)課堂（the flipped classroom）是當(dāng)前國(guó)際國(guó)內(nèi)盛行的新型教學(xué)模式，其基本的特征是轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)課堂的師生角色、重新分配了課堂時(shí)間.翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)理念是學(xué)生先自學(xué)有關(guān)內(nèi)容，課堂中主要是學(xué)生的提問和教師回答問題、教師帶領(lǐng)學(xué)生討論及探討知識(shí)的應(yīng)用，所謂“翻轉(zhuǎn)”，就是與傳統(tǒng)課堂教學(xué)的教師講解為主的模式不同.此后，翻轉(zhuǎn)課堂被推廣至全世界各級(jí)各類學(xué)校，引起了一股教育變革的熱潮.

國(guó)內(nèi)外已有大量學(xué)者將翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式應(yīng)用于工程相關(guān)的課程，也有對(duì)翻轉(zhuǎn)課堂運(yùn)用于工科教學(xué)的實(shí)證研究.這類研究大致可以分為兩類：一類是引入翻轉(zhuǎn)課堂以提升學(xué)生某種表現(xiàn)，如國(guó)外運(yùn)用翻轉(zhuǎn)課堂增加學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)性[2]、參與度和互動(dòng)[3]；另一類是引入單門專業(yè)課程，如國(guó)內(nèi)學(xué)者張妤將翻轉(zhuǎn)課堂引入“數(shù)字電子技術(shù)”課程[4]、許英姿等人配合省級(jí)精品課程建設(shè)，結(jié)合工科力學(xué)課程的特點(diǎn)，提出了基于翻轉(zhuǎn)課堂理念的幾種教學(xué)模式，并在課程教學(xué)中進(jìn)行了實(shí)踐[5].

課程教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)包括知識(shí)的傳授和能力的培養(yǎng).工程教育的課程教學(xué)的知識(shí)主要有通過長(zhǎng)期工程實(shí)踐而總結(jié)出來(lái)的關(guān)于工程原理與規(guī)律、技能和能力等.相比起其他專業(yè)，工程教育具有綜合性強(qiáng)、形式多樣、涉及面廣、在特定的學(xué)科內(nèi)呈現(xiàn)出關(guān)聯(lián)性和遞進(jìn)性、情景性（即實(shí)踐性）等特點(diǎn).而以信息化為代表的一系列顛覆性技術(shù)發(fā)展，更加使工程知識(shí)應(yīng)用情境細(xì)化且復(fù)雜多變，單一的解決方案無(wú)法應(yīng)對(duì)工程項(xiàng)目的復(fù)雜情境.工程教育知識(shí)應(yīng)用的情境性正契合了建構(gòu)主義的知識(shí)觀和學(xué)習(xí)觀，即知識(shí)是在具體情境中被建構(gòu)出來(lái)的，學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握依賴于當(dāng)時(shí)的條件和限制.建構(gòu)主義理論所倡導(dǎo)的教學(xué)方法諸如：情境式教學(xué)、支架式教學(xué)、拋錨式教學(xué)、合作學(xué)習(xí)、交互式教學(xué)，都是不同于傳統(tǒng)課堂上以“知識(shí)傳遞”為目的講授式教學(xué)，教師的角色轉(zhuǎn)變?yōu)橐龑?dǎo)和促進(jìn)學(xué)生探索和學(xué)習(xí)知識(shí)的角色.而這正與翻轉(zhuǎn)課堂的特點(diǎn)，教師角色轉(zhuǎn)變、學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性和主動(dòng)性不謀而合.隨著工程教育的改革，也有一些探討翻轉(zhuǎn)課堂在工科教育中的實(shí)踐的文章[6]，大都是肯定翻轉(zhuǎn)課堂這種模式的價(jià)值，也反思在實(shí)踐中存在的問題[7].

本研究以單門課程為例，探討工程教育的課堂教與學(xué)的方式改革.本研究采用比較的方式對(duì)傳統(tǒng)課堂教學(xué)和翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)進(jìn)行研究，對(duì)比學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的學(xué)習(xí)投入、學(xué)習(xí)收獲感、課后的滿意度的差異.對(duì)比較結(jié)果進(jìn)行討論，分析兩種教學(xué)模式下學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果的差異，并探索不同情境下學(xué)生學(xué)習(xí)投入、收獲的相關(guān)程度.

2 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在S 大學(xué)的實(shí)踐

S 大學(xué)在2005 年將國(guó)際CDIO 工程教育理念引入中國(guó)，從2011 年開始推行“以學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果為導(dǎo)向的一體化教學(xué)改革”（OBE）.S 大學(xué)多年的CDIO 和OBE 工程教育改革，使其成為中國(guó)新工科教育的代表性高校之一.這為當(dāng)前的課程教學(xué)改革提供了充足的前期準(zhǔn)備，S 大學(xué)在部分課程中采用線上線下結(jié)合的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式.S 大學(xué)工學(xué)院機(jī)械電子工程系機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化專業(yè)（以下簡(jiǎn)稱機(jī)電）的“材料力學(xué)”也自2019年開始嘗試采用翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行教學(xué).

2.1 教學(xué)改革的外層構(gòu)建

基于OBE 的理念，從“培養(yǎng)什么人”和“如何培養(yǎng)人”兩個(gè)基本問題出發(fā)，S 大學(xué)電子工程系以社會(huì)需求為導(dǎo)向，以實(shí)際工程為背景，以工程技術(shù)為主線，借鑒先進(jìn)的工程教育改革方法，參照國(guó)家通用標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的基本要求，制定了專業(yè)培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)了一體化的課程體系.課程教學(xué)總體思路是在以下五個(gè)方面展開工作：（1）培養(yǎng)目標(biāo)；（2）教學(xué)大綱；（3）課程計(jì)劃；（4）教與學(xué)方法；（5）保障體系（圖1）.

圖1 機(jī)電專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃總體方案[8]

2.2 原有的教學(xué)情況

在OBE 課程教學(xué)改革背景下，原先的教學(xué)方法已逐步采用了建構(gòu)主義的教學(xué)方法，而非傳統(tǒng)的以教師講授為主的教學(xué)，S 大學(xué)在教學(xué)中特別倡導(dǎo)的是主動(dòng)學(xué)習(xí)和實(shí)踐的教學(xué)方法，采用了諸如“基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)”、“基于問題的學(xué)習(xí)”、“探究式的學(xué)習(xí)”、“科研教學(xué)融合學(xué)習(xí)”、“案例教學(xué)”、“實(shí)習(xí)與實(shí)踐”等教學(xué)形式.這部分已經(jīng)有不少有益的探索和總結(jié)[9-11].但在實(shí)際教學(xué)過程中，大部分課程依舊是教師在課堂上講授理論性知識(shí)，課后布置練習(xí)的課后作業(yè)的傳統(tǒng)教學(xué)模式，只有一部分自主學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的學(xué)生會(huì)提前預(yù)習(xí)參考書目、與他人交流學(xué)習(xí)心得、搜集信息來(lái)學(xué)習(xí).實(shí)踐性的項(xiàng)目學(xué)生疲于應(yīng)付，按照書上已有的內(nèi)容進(jìn)行操作，自主思考的能力并沒有得到很好的鍛煉.

2.3 “材料力學(xué)”課程的特點(diǎn)

材料力學(xué)（Mechanics of Materials）是機(jī)電專業(yè)基礎(chǔ)課程.基礎(chǔ)理論知識(shí)相對(duì)成熟、內(nèi)容較少且容易直接理解，課程中的結(jié)論多來(lái)源于實(shí)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果，和工程實(shí)際結(jié)合比較緊密，而且課后習(xí)題較多且難度較高，多是應(yīng)用性題目.這就要求課程要幫助學(xué)生建立整體的專業(yè)邏輯，更多要求學(xué)生發(fā)展研究性學(xué)習(xí)能力.因此，需要將知識(shí)點(diǎn)與工程實(shí)際相結(jié)合，將力學(xué)知識(shí)具體應(yīng)用于工程中，注重學(xué)生的創(chuàng)新思維和力學(xué)建模能力的培養(yǎng)，學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和團(tuán)隊(duì)合作能力.材料力學(xué)的課程教學(xué)改革就是基于本課程的特點(diǎn)進(jìn)行.

2.4 “材料力學(xué)”翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革

2.4.1 課程教學(xué)全過程

本課程教學(xué)過程包括課前設(shè)計(jì)、課堂授課、課后應(yīng)用、課后評(píng)價(jià)三個(gè)部分，如圖2所示，課前設(shè)計(jì)包括預(yù)評(píng)估和課前學(xué)習(xí)，課堂授課包括深度加工和學(xué)習(xí)反饋兩個(gè)部分，課后應(yīng)用由實(shí)驗(yàn)、研討和項(xiàng)目三個(gè)部分構(gòu)成，課后的教學(xué)評(píng)價(jià)以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心，包括學(xué)生的學(xué)習(xí)投入、學(xué)習(xí)收獲、教學(xué)過程中的課堂滿意度和學(xué)習(xí)成績(jī)四個(gè)部分.

圖2 課堂教學(xué)全過程

預(yù)評(píng)估在當(dāng)門課程的第一節(jié)課作為整體基線測(cè)試，旨在了解學(xué)生對(duì)材料力學(xué)相關(guān)的基本概念的認(rèn)知程度，包括簡(jiǎn)單變形構(gòu)件強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性；以及軸向拉伸，剪切，扭轉(zhuǎn)，彎曲以及組合變形.讓教師大致了解學(xué)生的整體水平和個(gè)體差異.此外第一節(jié)課還需告知學(xué)生教學(xué)大綱、課程流程安排和教與學(xué)的形式等基本要素.

課前學(xué)習(xí)的流程為教師提出探究性問題——理論性知識(shí)的MOOC 學(xué)習(xí)——MOOC論壇內(nèi)參與互動(dòng)——校內(nèi)課程論壇討論與答疑——完成問題并上傳校內(nèi)論壇由教師批閱解答.課堂授課環(huán)節(jié)的90 分鐘包含以下活動(dòng)：課前習(xí)題結(jié)果答疑反饋——獨(dú)自進(jìn)行習(xí)題練習(xí)——教師反饋——快速結(jié)對(duì)活動(dòng)/反思性小組研討匯報(bào)——同儕反饋——教師反饋與總結(jié)——提出探究性問題.

課后應(yīng)用環(huán)節(jié)包括實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐、項(xiàng)目三個(gè)部分，其中實(shí)驗(yàn)在課內(nèi)占8 學(xué)時(shí)，課外約16 學(xué)時(shí)；項(xiàng)目在課內(nèi)占2 學(xué)時(shí)，課外約占8 學(xué)時(shí). 如表1 所示，實(shí)驗(yàn)部分分為四個(gè)必選，一個(gè)自選實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)報(bào)告為考核的唯一依據(jù)，必須包括實(shí)驗(yàn)方法及過程、數(shù)據(jù)的整理和曲線繪制、結(jié)果討論、得出合理解釋.實(shí)踐環(huán)節(jié)項(xiàng)目名稱為“你身邊的材料力學(xué)”，考核依據(jù)為報(bào)告和現(xiàn)場(chǎng)演示，包括問題的提出、分析過程、結(jié)果解釋、分工與個(gè)人心得.

表1 實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐匯總表

2.4.2 “材料力學(xué)”課程翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)

與改革前的課堂教學(xué)模式（傳統(tǒng)課堂）對(duì)比，從學(xué)生的角度，二者不同之處如表2所示.

表2 從學(xué)生的角度，對(duì)翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)課堂對(duì)比

增加學(xué)生的學(xué)習(xí)投入度、鍛煉自主學(xué)習(xí)能力、對(duì)知識(shí)的深度加工是翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革的目的.（1）課前的理論知識(shí)剝離和解決探究性問題相較于之前所要求的課前預(yù)習(xí)，將原先的課后習(xí)題翻轉(zhuǎn)到課堂上完成，有效監(jiān)督和集體環(huán)境能讓學(xué)生投入更多精力，減少在完成作業(yè)時(shí)的應(yīng)付和抄襲的情況，旨在增加學(xué)生行為與認(rèn)知層面的投入.（2）MOOC 視頻材料由教師挑選，學(xué)生可以在任何時(shí)間通過計(jì)算機(jī)或聯(lián)網(wǎng)設(shè)備訪問該課程.學(xué)生可以暫停、倒帶和快進(jìn)視頻，這使學(xué)生能夠按照自己的節(jié)奏學(xué)習(xí)和熟悉內(nèi)容，鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力.在整個(gè)教學(xué)過程中，學(xué)生需要自主思考教師提出的問題，自主答題、自主提問，課上課下自主尋找伙伴，自主溝通.（3）深度加工包括基于問題的學(xué)習(xí)（課前），教師與同伴反饋（課堂），課后項(xiàng)目式實(shí)踐課程（課后）.

3 從學(xué)生學(xué)習(xí)的角度討論翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)改革——基于準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)調(diào)查

本研究采用準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)調(diào)查的形式，對(duì)改革后的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式和未進(jìn)行改革的模式進(jìn)行了同一套標(biāo)準(zhǔn)的比較，比較的指標(biāo)包括學(xué)生的投入度、學(xué)生對(duì)課堂的滿意度、學(xué)習(xí)收獲、課堂氛圍、學(xué)習(xí)成績(jī)結(jié)果討論教學(xué)改革的效果.

準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)的被試學(xué)生修讀同一門課程，學(xué)生來(lái)自同一專業(yè)同一年級(jí)，學(xué)生在修此課程之前學(xué)習(xí)了同樣的前置課程（大學(xué)物理、高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)），在學(xué)習(xí)“材料力學(xué)”課程時(shí)學(xué)生可以自由選擇不同的授課教師，兩個(gè)教學(xué)班由兩位水平相當(dāng)?shù)慕處熯M(jìn)行授課，同一套教學(xué)大綱和評(píng)分準(zhǔn)則，期末考試采用了統(tǒng)一試卷和匿名評(píng)卷.在完全自然的情況下進(jìn)行，通過期末問卷調(diào)查方式收集信息.

課程后發(fā)放問卷進(jìn)行調(diào)查，本研究采用的問卷是“中國(guó)大學(xué)生學(xué)習(xí)性投入調(diào)查（NSSE-China）”，引入學(xué)習(xí)收獲、學(xué)習(xí)滿意度、課堂氛圍、自主學(xué)習(xí)時(shí)間等分量表[12].其中，學(xué)習(xí)投入分量表、學(xué)習(xí)收獲、課堂氛圍分量表采用李克特四點(diǎn)計(jì)分法，學(xué)習(xí)滿意度分量表采用七點(diǎn)計(jì)分法.數(shù)據(jù)分析工具為SPSS18.0，本次調(diào)查信效度檢驗(yàn)克隆巴赫a 系數(shù)為0.943，具有良好的信度.學(xué)習(xí)投入量表KMO 取樣適切性量數(shù)為0.738，課堂氛圍KMO 為0.721，課堂滿意度為0.927，學(xué)習(xí)收獲量表為0.929，各分量表均具有良好的結(jié)構(gòu)效度.在課程結(jié)束時(shí)，分別在翻轉(zhuǎn)課堂和傳統(tǒng)課堂二個(gè)授課班當(dāng)場(chǎng)發(fā)放問卷，學(xué)生填寫后收回，剔除無(wú)效問卷，實(shí)驗(yàn)班回收有效問卷42 份，對(duì)照組回收有效問卷56 份，問卷有效率約為80%.

3.1 學(xué)習(xí)投入

翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)教學(xué)兩個(gè)班級(jí)學(xué)生在學(xué)習(xí)投入各個(gè)維度得分差異分析如（表3）所示，包括行為投入、認(rèn)知投入和情感投入3 個(gè)方面.其理論平均值為2.5.各個(gè)維度統(tǒng)計(jì)中，無(wú)論是傳統(tǒng)授課方式還是翻轉(zhuǎn)課堂授課方式，其理論均值均高于2.5，表明兩種授課方式都較好地促進(jìn)了學(xué)生的學(xué)習(xí)投入.從數(shù)據(jù)可以看出，翻轉(zhuǎn)課堂班的學(xué)習(xí)投入總得分略高于傳統(tǒng)教學(xué)班（Mean＝2.659＞2.648）.傳統(tǒng)教學(xué)班的學(xué)習(xí)投入除了行為投入維度均值得分高于翻轉(zhuǎn)課堂（Mean＝2.582＞2.526）外，其他學(xué)習(xí)投入維度均低于翻轉(zhuǎn)課堂.但學(xué)習(xí)投入維度的均值差異均未到達(dá)顯著差異水平.

表3 翻轉(zhuǎn)課堂班與傳統(tǒng)教學(xué)班在學(xué)習(xí)投入

3.2 課堂氛圍、學(xué)習(xí)收獲和學(xué)習(xí)滿意度

引入課堂氛圍量表旨在了解課堂上整體氛圍是活躍、和諧的還是單調(diào)、乏味的，是包容、鼓勵(lì)性的還是沉悶、壓抑的.調(diào)查數(shù)據(jù)分析結(jié)果（表4）顯示翻轉(zhuǎn)課堂的課堂氛圍均值高于傳統(tǒng)課堂（Mean＝3.256＞3.112）.學(xué)生自我陳述的學(xué)習(xí)收獲是衡量學(xué)生學(xué)習(xí)成效和教學(xué)質(zhì)量的主要依據(jù)，滿意度反映了學(xué)生對(duì)課堂授課方式的主觀評(píng)價(jià)，在這兩個(gè)維度上，調(diào)查分析的結(jié)果表明，翻轉(zhuǎn)課堂的學(xué)生感覺自己收獲了更多的知識(shí)和能力成長(zhǎng)（Mean＝2.718＞2.663）. 但是，傳統(tǒng)課堂的學(xué)生對(duì)整個(gè)學(xué)習(xí)過程顯得更滿意一點(diǎn)（Mean＝5.096＞4.963）.兩種授課方式在3 個(gè)維度上的差異未達(dá)到顯著性水平.

表4 翻轉(zhuǎn)課堂班與傳統(tǒng)教學(xué)班在課堂氛圍、學(xué)習(xí)收獲和課堂滿意度等指標(biāo)的比較

3.3 學(xué)習(xí)動(dòng)力、同學(xué)關(guān)系、課外學(xué)習(xí)時(shí)間

教學(xué)改革的目的之一在于鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，在教學(xué)設(shè)計(jì)中將互動(dòng)作為整個(gè)教學(xué)過程的主線，旨在促進(jìn)同學(xué)關(guān)系和諧發(fā)展，鍛煉團(tuán)隊(duì)合作能力.本研究在調(diào)查量表中加入課外學(xué)習(xí)時(shí)間、自陳學(xué)習(xí)動(dòng)力、課程教學(xué)在多大程度上激發(fā)努力、同學(xué)關(guān)系等問題，用以衡量教學(xué)改革在這些方面的影響.運(yùn)用獨(dú)立樣本T 檢驗(yàn)得結(jié)果如（表5）所示，翻轉(zhuǎn)課堂的學(xué)生在學(xué)習(xí)動(dòng)力（Mean＝4.92＞4.83）和同學(xué)關(guān)系（Mean＝5.80＞5.74）兩個(gè)指標(biāo)略微高于傳統(tǒng)授課的學(xué)生.傳統(tǒng)授課方式增加了學(xué)生的課外學(xué)習(xí)時(shí)間（Mean＝2.93＞2.89）且更加激發(fā)了學(xué)生的努力（Mean＝4.90＞4.67）.

由表1可知，大壩上游壩坡在各種運(yùn)行工況下穩(wěn)定性較差，均小于規(guī)范允許值；特別是在工況5，上游壩坡安全系數(shù)僅有0.98。說(shuō)明上游壩坡存在失穩(wěn)可能，而下游壩坡穩(wěn)定性較好，因此需重點(diǎn)加固上游壩坡。

表5 翻轉(zhuǎn)課堂班與傳統(tǒng)教學(xué)班在學(xué)習(xí)動(dòng)力、激發(fā)努力、同學(xué)關(guān)系和課外學(xué)習(xí)時(shí)間等指標(biāo)的比較

3.4 學(xué)習(xí)成績(jī)

課程期末考試以開卷形式進(jìn)行，學(xué)生可以自帶教材和其他參考資料，試卷由專家命題，主要測(cè)評(píng)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解水平，運(yùn)用知識(shí)分析和解決問題的能力.翻轉(zhuǎn)課堂班（42 人）和傳統(tǒng)教學(xué)班（71 人）學(xué)生考試成績(jī)各分?jǐn)?shù)段人數(shù)分布如表6.

表6 翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)課堂期末考試成績(jī)等級(jí)分布，平均值大小

兩個(gè)班級(jí)期末成績(jī)各等級(jí)人數(shù)所占比例如圖3：翻轉(zhuǎn)課堂優(yōu)秀率為5%，傳統(tǒng)課堂優(yōu)秀率為8%，翻轉(zhuǎn)課堂的良好和一般率高于傳統(tǒng)課堂，進(jìn)一步兩個(gè)班級(jí)成績(jī)進(jìn)行獨(dú)立樣本T 檢驗(yàn)，結(jié)果顯示翻轉(zhuǎn)課堂平均成績(jī)高于傳統(tǒng)課堂（mean＝73.2857＞65.9577），二者之間存在顯著性差異，t＝2.210，0.05＞P＝0.029，效應(yīng)大小為d＝7.328.相關(guān)分析結(jié)果顯示，教學(xué)方式與學(xué)習(xí)成績(jī)成0.202 的微弱相關(guān).

圖3 翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)課堂期末成績(jī)等級(jí)分布

4 研究結(jié)果及討論

4.1 新工科背景下翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式與工程教育具有一定的適配性

從理論上來(lái)看，工業(yè)4.0 的發(fā)展滋生了政策性的新工科的戰(zhàn)略計(jì)劃，新工科教育要求高等院校的課堂教學(xué)更加重視學(xué)生自主探究，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力.在不增加正式課堂授課時(shí)間的基礎(chǔ)上，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)投入度，需要與時(shí)俱進(jìn)，積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”和智能教育新方法.

工程知識(shí)的復(fù)雜建構(gòu)性要求授課過程中需要理論與實(shí)踐結(jié)合，學(xué)生要具有主動(dòng)求變和積極團(tuán)結(jié)參與的特質(zhì)以適應(yīng)不斷快速革新的科學(xué)技術(shù)，這實(shí)質(zhì)上是對(duì)學(xué)生的“增負(fù)”，他們需要學(xué)習(xí)的不僅是教科書上陳舊的理論知識(shí)和計(jì)算方法，更需要鍛煉自主學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和遷移能力.翻轉(zhuǎn)課堂正是授課教師應(yīng)對(duì)這一新背景下的優(yōu)質(zhì)選擇，將理論知識(shí)用網(wǎng)絡(luò)視頻的形式，課前即讓學(xué)生自學(xué).這并不是對(duì)教師的“減負(fù)”，而是要求教師轉(zhuǎn)變角色，做好一個(gè)引導(dǎo)者的角色.

從S 大學(xué)實(shí)踐結(jié)果調(diào)查來(lái)看，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在工程教育中有一定的適應(yīng)性，表現(xiàn)在翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)生學(xué)習(xí)投入更高（2.659＞2.648）、課堂氛圍（3.256＞3.112）和學(xué)習(xí)收獲更好（2.718＞2.663）、學(xué)習(xí)動(dòng)力更大（4.92＞4.83）、學(xué)習(xí)成績(jī)良好和一般也即合格率高（73.2857＞65.9577）. 這反映出翻轉(zhuǎn)課堂的應(yīng)用有利于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、自主管理、合作學(xué)習(xí)等方面的能力.

4.2 翻轉(zhuǎn)課堂在新工科教育中部分提高了課程教學(xué)的質(zhì)量

每一次工程教育理念的轉(zhuǎn)變意味著一套新的培養(yǎng)體系的重新構(gòu)建，從“大工程教育理念”到CDIO 和OBE，再到最新的創(chuàng)客運(yùn)動(dòng)，大到宏觀層面的國(guó)家政策，小到每一門具體課程的教學(xué)方法都可能面臨相應(yīng)的調(diào)整.從高校層面來(lái)看，在微觀層面的課程教學(xué)改革需要加強(qiáng)對(duì)新教育理念的認(rèn)識(shí)、重視對(duì)教師和學(xué)生以及教學(xué)管理層的培訓(xùn).

S 大學(xué)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的實(shí)踐研究在已有的CDIO 和OBE 改革的成果上，考慮了現(xiàn)有教學(xué)情況存在的問題和特定課程的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了課堂教學(xué)全過程流程圖.在教學(xué)設(shè)計(jì)中著重增加原授課方式中所欠缺的以問題為中心、師生互動(dòng)和同儕互動(dòng)的內(nèi)容.教學(xué)改革的目的是增加學(xué)生的學(xué)習(xí)投入度、鍛煉自主學(xué)習(xí)能力、對(duì)知識(shí)的深度加工.

在對(duì)S 大學(xué)工學(xué)院教師的訪談中，我們發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)需要學(xué)習(xí)翻轉(zhuǎn)課堂課程大綱的編寫、設(shè)定可測(cè)量的學(xué)習(xí)結(jié)果指標(biāo).因此，在翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)踐中需要配合進(jìn)行高度統(tǒng)一的學(xué)生評(píng)教問卷來(lái)保證課程教學(xué)的質(zhì)量.在實(shí)際操作過程中，教師的知識(shí)背景和授課經(jīng)驗(yàn)也對(duì)教學(xué)結(jié)果有影響.并非所有的老師都愿意采用翻轉(zhuǎn)課堂的形式、也并非所有的學(xué)生都喜歡翻轉(zhuǎn)課堂的形式，這從S 大學(xué)的調(diào)查中也可以看出（學(xué)生對(duì)傳統(tǒng)課堂的滿意度更高M(jìn)ean＝5.096＞4.963；傳統(tǒng)教學(xué)班的學(xué)生行為投入高于翻轉(zhuǎn)課堂的Mean＝2.582＞2.526）.雖然翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)生成績(jī)比傳統(tǒng)課堂的高，但是成績(jī)與評(píng)價(jià)方式有關(guān).所以，對(duì)翻轉(zhuǎn)課堂這股熱潮應(yīng)理性看待，并非所有的課程都適合采用翻轉(zhuǎn)課堂的形式，應(yīng)充分考慮其引入課堂是否有現(xiàn)實(shí)的必要性和可行性.

4.3 新工科教育中翻轉(zhuǎn)課堂模式適用于有優(yōu)勢(shì)的科目

前面提到，并非所有的課程都適合采用翻轉(zhuǎn)課堂的模式.在工科教育中，S 大學(xué)在材料力學(xué)該門課程的教學(xué)已經(jīng)有長(zhǎng)期的積累，也有一定的優(yōu)勢(shì).而且該課任課教師有較為先進(jìn)的教學(xué)理念和進(jìn)行教學(xué)改革的熱情，主動(dòng)進(jìn)行教學(xué)改革探索.

S 大學(xué)的調(diào)查從學(xué)生學(xué)習(xí)投入度和收獲感、滿意度等自陳量表和考試成績(jī)兩個(gè)指標(biāo)檢驗(yàn)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法實(shí)施的實(shí)證效果.數(shù)據(jù)表明，翻轉(zhuǎn)課堂的學(xué)生在認(rèn)知和情感兩個(gè)維度有更高的投入，整體上翻轉(zhuǎn)課堂需要學(xué)生更多的學(xué)習(xí)投入；翻轉(zhuǎn)課堂的課堂氛圍高于傳統(tǒng)課堂，課堂氣氛更加的活躍與和諧、包容且鼓勵(lì)，學(xué)生擁有良好的心理狀態(tài).但翻轉(zhuǎn)課堂和傳統(tǒng)課堂在上述各個(gè)維度上的差異均未達(dá)到顯著性水平，說(shuō)明翻轉(zhuǎn)課堂有相當(dāng)?shù)目蛇m應(yīng)性但并非絕對(duì)優(yōu)于傳統(tǒng)課堂.

兩種不同的授課方式影響下，翻轉(zhuǎn)課堂的學(xué)生期末平均成績(jī)顯著高于傳統(tǒng)課堂，顯著性為0.05.相關(guān)性分析顯示授課方式與學(xué)習(xí)成績(jī)呈r＝0.202 的弱相關(guān).教學(xué)方法的改變?cè)谝欢ǔ潭壬嫌绊懼鴮W(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī).這在一方面說(shuō)明了新工科教育中優(yōu)勢(shì)科目翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)踐的成功.

4.4 新工科的教學(xué)改革仍需加強(qiáng)理論研究和實(shí)踐的新嘗試

新工科教育的改革肩負(fù)著我國(guó)面向世界的新工業(yè)革命、面向中國(guó)高等教育改革邁向高質(zhì)量的發(fā)展的重要使命.所以，新工科建設(shè)是要領(lǐng)跑中國(guó)高等教育變革的，繼新工科教育提出后，中國(guó)陸續(xù)提出了新農(nóng)科、新醫(yī)科、新文科.新工科必須主動(dòng)擁抱現(xiàn)代信息技術(shù)，加快發(fā)展“互聯(lián)網(wǎng)+高等教育”和“智能+高等教育”新形態(tài)，加快打造適應(yīng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主管理、自主服務(wù)的課堂教學(xué)模式.

“再深化、再拓展、再突破、再出發(fā)”是教育部對(duì)新工科教育的最新的指導(dǎo)思想[13]，打造新工科的“金課”也是近期新工科教育課程教學(xué)改革的迫切任務(wù)[14].新工科教育的教學(xué)仍然有非常多的理論問題需要解決，包括課程體系的改革、教師的培訓(xùn)、課程大綱及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等的設(shè)定等等，以及不同教學(xué)模式的比較反思和進(jìn)一步提升等.像S 大學(xué)工程教育這樣的實(shí)踐和探索，非常有必要.

本研究時(shí)限較短、而且是個(gè)案研究，S 大學(xué)的新工科教學(xué)改革是在已有的CDIO 和OBE 模式下做局部調(diào)整，其教學(xué)流程框架并非適用所有工程類專業(yè)課與基礎(chǔ)課，在推廣過程中需要根據(jù)具體情況再調(diào)整.未來(lái)的研究應(yīng)將在更長(zhǎng)的時(shí)間下，將研究結(jié)論作為持續(xù)改進(jìn)的依據(jù)，擴(kuò)大樣本量.此外，除了專業(yè)課、還有通識(shí)課、實(shí)驗(yàn)課等等，均是工程教育課程建設(shè)中亟需關(guān)注和研究的領(lǐng)域，新工科教學(xué)改革的理論研究和實(shí)踐必將大有可為.