翻轉課堂在材料科學基礎教學中的應用探索

余 華 朱怡雯 杜 剛 鄭 鑫

（杭州電子科技大學材料與環境工程學院 浙江·杭州 310018）

在互聯網時代，人們獲取知識的方式和途徑呈現多元化，學生知識水平參差不齊。傳統教學模式無法實現不同層次學生的分層教學，而且滿堂灌的教育忽視學生的主體意識，導致學生缺乏學習自主性。近年來人們提出了各種先進的教育理念和教學手段[1～3]，取得了一定的改革成效。其中以豐富的現代化信息技術為支撐的“翻轉課堂”教學模式最近十幾年被廣泛推廣與應用。翻轉課堂教學模式實現了以學生為中心，使學生從原來的被動知識接受者成為知識構建和內化的主動學習者。

材料科學基礎課程是材料類專業的一門重要的學科基礎課，為后續專業課程的展開起到基礎鋪墊和理論引導的作用。由于這門課程存在知識涉及面廣、內容抽象和概念性強等特點，使得學生學習起來枯燥無味，加上灌輸式的傳統教學模式，導致教學效果不理想。如果將翻轉課堂適應用于材料科學基礎課程，充分調動學生的參與度，將激發學生學習的主動性，實現學生學習能力的提升和對知識的掌握[4]。

1 翻轉課堂的發展和特征

“翻轉課堂”于2007年起源于美國科羅拉多州落基山的“林地公園”高中。該校的喬納森·伯爾曼和亞倫·薩姆斯兩名化學教師為了幫助缺席的學生補課，錄制視頻并上傳到網絡。學生在家看教學視頻，而后在課堂上完成作業，教師對學習中遇到困難的學生進行講解[5]。2011年，由于薩爾曼·可汗創立的一家教育性非營利組織——可汗學院，利用電腦制作出了數千門教學視頻供學習者在線學習，使得翻轉課堂成為全球教育界關注的新型教學模式。而開放教育資源運動使得大量優質教學資源涌現，為翻轉課堂的開展提供了更多資源支持，進一步促進了翻轉教學的發展。

所謂翻轉課堂，是指在互聯網普及的信息化環境中，學生在課前觀看教學視頻，自主學習，教師不再占用課堂時間來講授知識，課堂是老師與學生之間和學生與學生之間互動的場所，從而達到更好的教育效果。翻轉課堂的內涵使其具有如下特征：

1.1 學習流程的重新建構

傳統教學模式中學生的學習過程由兩個階段組成：第一個階段是課堂上的知識傳授，教師講解教學內容，學生結合自身已有知識對新知識進行初步理解；第二個階段是課后的知識內化，學生對所學新知識進一步理解和內化，并通過作業或練習進行鞏固。翻轉課堂教學模式重新建構了學習流程，學生在上課前通過教學視頻自主學習完成知識傳授；知識內化在課堂上進行，教師對學生的單獨答疑、小組的協作探究以及師生之間的深入交流可以加深學生對知識的理解，促進學生知識的吸收內化。

1.2 課堂主體的轉變

翻轉課堂教學模式下教師和學生的角色發生了重大轉變，真正實現以學生為主體。在翻轉課堂中，教師不是知識傳授者，而是學生學習活動的指導者和促進者，教師不是課堂的中心。而學生則成了課堂的主角，他們不再處于被動接受知識的地位，而是變成了學習的主人。不同層次的學生可以根據自己的學習能力和時間自由安排課前教學視頻的學習，并發現自己的疑惑和心得，進而在課堂上與同學和老師進行交流，使得學習更有針對性和主動性，極大地增強學生學習的積極性。

1.3 短小精悍的教學視頻

教學視頻是翻轉課堂重要的教學資源，翻轉課堂的教學視頻通常短小精悍。一個視頻一般是針對某個特定的問題，具有較強的針對性；視頻長度通常控制在學生注意力比較集中的范圍內，根據內容的難易通常在幾分鐘到二十分鐘左右。這種短小精悍的視頻不僅方便學生進行查找，而且由于時間不長，有利于學生隨時隨地地進行學習。另外由于這些教學視頻具有暫停、回放等多種功能，方便學生根據自己的理解能力自我控制播放，而不必像在課堂上聽講那樣緊繃神經，有利于學生的自主學習。

2 材料科學基礎翻轉課堂的教學設計

雖然材料科學基礎近年來也進行了一些教學改革和實踐，但目前主要還是遵循傳統教學模式，滿堂灌的教學模式難以激發學生的學習興趣，教學效果差，甚至引發課堂教學危機[6]。在材料科學基礎教學中應用翻轉課堂，讓學生成為教學活動的主體，成為知識的操控者，將提高學生的學習動力和興趣。

2.1 課前教學設計

2.1.1 教學內容的選定和教學視頻的制作

國外開展翻轉課堂教學改革的學科多為理工科類課程。其主要原因在于理工科知識點明確，便于翻轉課堂的實施。但在具體實施過程中還要對教學內容進行篩選，并不是將一門課程的所有內容都通過翻轉課堂實現教學。對于能夠利用翻轉課堂實施的教學內容，利用翻轉課堂教學會對學生的學習產生積極的影響；對于不適合使用翻轉課堂進行的教學內容，需要及時調整，不能機械套用。對于材料科學基礎課程，章節中的前言、綜述、涉及較多公式的推導以及過于困難的內容并不適用于翻轉課堂。可以選擇章節中較后面的內容，在學生掌握了該章中的基本概念的基礎上，實施翻轉課堂，這樣學生就可以對知識點進行融會貫通。

教學視頻的內容選定之后，就是教學視頻的制作，教學視頻對教學質量有很大影響。在設計教學視頻時，教師要從教學目標出發，以學生的角色去考慮，確定教學視頻的表現形式。教學視頻不僅要概括課程中所講授的基本知識點，還要引起學生的思考，語言詼諧幽默，讓學生在輕松愉快的氛圍中學習。教學視頻也可以使用網絡上與自己教學內容相符的優秀開放教育資源，提高資源的利用率，也使學生接觸到國際優秀教師的最新教學內容。

2.1.2 課前學習效果評價設計

教師根據“最近發展區理論”制定課前針對性練習，合理設計練習題的數量和難度，以便激發學生的學習興致。學生在觀看教學視頻之后，要完成教師提前布置好的課前針對性練習，以加強對學習內容的鞏固。教師通過課前針對性練習對學生課前學習效果進行評價，以檢測其知識掌握的程度，同時了解課前學習存在的疑問。

2.2 課堂活動設計

2.2.1 探究性問題的確定

課堂探究性的問題需要師生共同確定。從教師的角度，教師需要根據教學內容的重難點以及了解到的學生課前學習的疑問提出一些問題；從學生的角度，學生根據自己在課前觀看教學視頻、進行課前針對性練習時發現的疑問及同伴交流中未解決的困難提出一些問題。綜合兩方面來確定用于課堂探究性問題。

2.2.2 獨立研究和協作探究

在翻轉課堂的課堂活動中，教師應該注重培養學生的獨立學習能力和協作探究能力。學生根據理解與興趣選擇探究性問題后，首先獨自對所選的探究性問題進行研究，然后選擇相同探究性問題的學生集合在一起進行協作式整體探究，通過充分的討論交流對問題進行深入的理解，真正達到知識的內化。

2.3 評價體系設計

翻轉課堂的評價體系是多維度、多方式的。不但注重對學習結果的評價，更加注重對學習過程的評價。評價內容中期末考試成績的比例下降，學習過程評價的比例上升，包括課前學習效果、提出問題情況和課堂獨立解決問題的評價，以及協作探究能力的評價等多方面。

3 結語

翻轉課堂是一種教學模式的創新，其實施真正是以學生為教學主體，充分調動學生學習的主動性，不斷激發學生的學習潛力和熱情，是對課堂教學結構的根本性變革。材料科學基礎的翻轉課堂教學模式還處于嘗試階段，需結合本專業學生特點、培養目標和課程內容不斷的進行教學模式的設計優化，使翻轉課堂對材料科學基礎的教學起到積極的促進作用。