“材料科學基礎”課程實驗教學的翻轉課堂

姜訓勇 何朝成

摘要：本文以“材料科學基礎”課程實驗為對象，以學生為中心，嘗試將翻轉課堂教學法應用于實驗教學中，將實驗課堂交給學生，培養學生的綜合實踐能力。運行結果表明，采用翻轉課堂教學法可以提高實驗課堂的時間利用效率，有利于學生掌握實驗知識。運行結果表明翻轉課堂教學法在實驗教學中取得了較好的效果。

關鍵詞：翻轉課堂；材料科學基礎；課程實驗

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）01-0270-02

一、引言

翻轉課堂（Flipping Classroom）是一種新出現的課堂教學組織形式，起源于美國科羅拉多州落基山林地公園高中的Jon Bergmann和Aaron Sam這兩位化學老師的實踐，他們將結合實時講解和PPT演示的視頻上傳到網絡而引起眾人關注。到2011年，由于薩爾曼畸千（Salman khan）和他創立的汗學院（Khan Academy）的里程碑式推動作用，翻轉課堂開始為眾多教師熟知，并成為全球教育界關注的教學模式[1]。翻轉課堂最大的特點是以學生為中心，將課堂交給學生。這種教學方式尤其對于實驗教學非常合適。實驗教學在學生的專業學習中處于重要的地位，是培養學習專業能力的重要途徑。

二、目前實驗教學存在的問題

目前傳統實驗教學模式還是沿襲了傳統課堂教學的模式，即在實驗課上教師先進行講授或演示，然后學生進行具體實驗，教師在旁邊指導。在日益增加的學生人數面前，傳統實驗教學模式顯得力不從心。目前傳統實驗教學模式存在很多不足，主要體現在以下兩個方面。

（一）實驗教學觀念滯后

傳統教學，以教師為中心，以課堂教學為主，重視理論課程的教學，使得實驗課程成為理論課程的附庸、驗證和補充。實驗課程中，多以教師指令為主，學生自主較少，強調“灌輸式”教學。這對學生的主動性、獨立思考能力、動手操作能力等都是一個很大的沖擊，不利于學生的長遠發展。

（二）現有實驗教學模式的問題

當實驗課學生人數比較多的時候，傳統師徒式實驗教學方式存在有很大的不足。比較典型的情景是老師在設備前面講，學生圍在周圍聽，在外圍同學聽的效果就比較差。另外實驗教師在授課時，對于有些實驗的來龍去脈可能介紹得不夠，學生對于為什么這么做實驗不是很清楚。如何在有限實驗設備的基礎上獲得良好的實驗培訓效果是急需解決的問題。

三、翻轉課堂實驗項目的選擇

為了將翻轉課堂教學模式運用于實驗教學中，需要選擇一定的典型實驗作為試點。“材料科學基礎”是材料類專業的重要專業基礎課。該門課程主要講述材料科學的相關基礎理論，是材料專業后續課程的基礎。“材料科學基礎”設計的課程實驗為金相試樣制備和金相顯微鏡使用兩個實驗，課程學時為4學時。其主要目的通過實驗力學掌握金相試樣的基本制備方法和金相顯微鏡的構造及使用方法。

四、教學設計

（一）本實驗教學的目標

金相分析是金屬材料試驗的重要手段之一。它需要學生能獨立完成從原始樣品上取樣、鑲樣、粗磨、細磨、拋光、腐蝕、操作金相顯微鏡進行試樣組織觀察，要求學生對于金相顯微鏡的結構和操作有了解。本實驗設計的目標就是要求學生掌握金相實驗的流程，會獨立操作金相顯微鏡。

（二）翻轉課堂實施的設想

實驗教學的目的是鍛煉學生的動手能力，那就需要改變以前實驗教學的教學模式，讓學生成為實驗的主體，充分激發學生對實驗的興趣，充分發揮學生的個性和潛力，著力點充分考慮培養學生的綜合能力和創新能力。教師提供基本實驗材料，讓學生來獨自完成實驗，教師在旁邊起指導作用。具體的實驗教學流程修改如下。

1.教師根據實驗內容，制作整個實驗流程的操作視頻，對操作的每一步進行詳細講解，做到實驗操作的標準化。

2.根據實驗內容制作相應的口試題。

3.在實驗前將實驗操作視頻和口試題大綱發給學生，讓學生對操作的每一步都有仔細的準備。

4.在實驗課時，由于已經提前把實驗視頻下發，省略講解實驗環節，換之以抽測，檢查學生預習情況。預習不合格不能參加實驗。

5.具體實驗的時候，教師在旁邊進行指導，糾正學生操作中的問題。

（三）實驗教學翻轉課堂模式的特點

我們設計實驗教學的翻轉課堂模式是對于傳統實驗教學模式的改進，在實驗教學中突出以學生為主體，教師為主導，強調學生是實驗的主體，并且強調學生實驗動手能力的訓練。在教師提前制作的實驗視頻中，教師給出實驗操作的具體步驟、安全注意事項。這樣就做到了事實上的一對一實驗教學，使得學生可以對實驗的各個細節有很好的準備，知道整個實驗流程中哪些是關鍵環節，這樣在實驗課的時候就會有的放矢。與傳統實驗教學的老師先講，然后學生再做相比，實驗教學的翻轉課堂可以讓學生充分預習，克服了前文中提出的傳統實驗教學中遇到的種種問題。

在實驗目標的設計上，從以下三個層次考慮對學生進行能力的培養。

1.淺層次的動手能力的培養。利用實驗的可用因素使得學生了解相關實驗，獲得可以獨立自主的完成實驗的技術。

2.深層次的理解。通過實驗驗使得同學們對于實驗相關知識有更直觀的了解，而且讓其了解實驗原理。

3.對于科學學習知識、開拓學習認知理念的樹立。在學習過程中對學生進行思路的誘導及學習時提問的方式對同學的思維進行拓展，使同學們有一初步的科學性思維，訓練學生總結實驗結論的能力。

五、翻轉課堂實驗教學的具體流程

（一）實驗教學視頻的設計

目前數碼設備已經得到了普及，在個人計算機上就可以制作各種視頻。翻轉課堂的第一步工作是制作實驗視頻。視頻的制作流程是設計腳本→拍攝素材→素材修改完善。腳本設計是視頻制作的第一步。按照實驗流程對腳本設計如下。

1.取樣。從大塊材料上取下金相樣品。采用手工取樣和切割機取樣。每種方法設備的操作方法進行詳細介紹演示。

2.鑲樣。將獲得的金相樣品鑲嵌在鑲嵌料。對冷鑲法和熱鑲法的操作步驟進行詳細演示。

3.磨制試樣。演示粗磨和精磨試樣的操作方法。

4.浸蝕試樣操作的演示

5.金相顯微鏡的介紹，操作方法演示。

實驗腳本的設計要突出實驗細節的介紹，將整個實驗步驟進行分解，對每一步操作進行拍攝，使得學生對于實驗的各個操作環節都能做到細致了解。

（二）實驗視頻的攝制及加工

采用家用數碼相機作為攝影器材；采用媒體編輯軟件如愛視頻軟件對視頻進行剪輯拼接；在視頻中加入圖片素材和音頻資源，解釋的文字也可以加入視頻中。

（三）測試題的設計

測試題用來驗證學生預習視頻的效果。我們針對實驗原理、實驗設備操作、實驗操作步驟設計了一套口試題。通過口試題驗證學生的實驗預習效果。實驗課上根據視頻內容對學生進行提問，對實驗原理、實驗設備操作進行討論。如果學生通過了口試測試，才可以進入具體實驗操作過程。

六、翻轉課堂實驗教學模式的使用效果

我們已經將“材料科學基礎”課程實驗的翻轉課堂教學模式運用于6屆學生的課程實驗教學中。從課件使用的反饋看，大部分同學反映在播放完視頻然后做實驗獲得了比較好的效果，有助于學生對材料科學的研究基本技能有所了解。在問題交代是否清晰上，大部分同學們認為在觀看視頻后有效地解決了之前疑惑的問題，表明通過翻轉課堂模式沒有削弱學生對實驗教學內容的理解。從實驗的感受來看，多數同學反映經過視頻教學后，對于實驗流程有比較好的了解，可以自主操作實驗。

七、小結及后期改進設想

將翻轉課堂運用于“材料科學基礎”實驗教學中具有良好的實驗教學效果，使學生對于實驗原理、實驗操作步驟在實驗前就有比較清晰的了解，在實驗課上的時間利用效率大大提高。下一步的工作是將翻轉課堂教學模式推廣使用于其他實驗項目的教學中去。

致謝：本課題由天津理工大學教改項目基金YB17-04資助。

參考文獻：

[1]汪曉東，張晨婧仔.“翻轉課堂”在大學教學中的應用研究——以教育技術學專業英語課程為例[J].現代教育技術，2013，23（8）：11-16.

[2]夸美紐斯，著.大教學論[M].傅任敢，譯.人民教育出版社，1957.

[3]W.A.拉伊，著.實驗教育學[M].沈劍平，譯.人民教育出版社，2011.