翻转课堂教学模式在创新实践活动中的应用

[摘 要]大学生创新实践活动是现代高校教学活动的一个重要组成部分，可积极促进学生掌握学科知识体系，提高自主学习能力、创新意识和实践能力，是提高学生科研能力和科研素养的重要手段，受到国内外高校的广泛重视。该研究以“临近空间浮空器设计”创新实践活动课程为基础，结合课程知识结构特点引入翻转课堂教学模式，通过对课程内容的翻转设计和有效实施，研究翻转课堂教学模式在创新实践活动中的应用方法和策略。同时结合创新实践活动的自身特点，指出翻转课堂在创新实践活动中可能面临的问题，为翻转课堂教学模式在创新实践活动类课程的推广提供参考。

[关键词]创新实践活动；翻转课堂；临近空间浮空器设计；教学模型

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2018）08-0163-03

大学生创新实践活动是以课程知识体系为基础，结合其他相关学科知识，形成针对明确对象开展实践型研究的课题。学生需要针对课题项目内容，开展相关学科领域的调研、学习、探索和实践，通过理论与实践相结合的办法完成课程任务，达到预先设定的课程目标[1]。通过对教学目标和方法的合理分析和设计，创新实践活动可有效促进大学生对学科知识体系的掌握，提高针对具体项目或问题的自主学习能力，以及应用知识解决具体问题的能力，最终达到能力培养的教学目标。经过多年发展，科技创新实践活动已经成为高校教学活动的一个重要组成部分，并且受到了各高校的广泛重视。同时，为鼓励大学生积极参与科技创新实践活动，国家各级教育管理部门和高校出台了大量的相关鼓励政策[2]。

当前，针对创新实践活动的教学模式尝试不断涌现，但主流上仍采用较传统的讲解式教学模式。虽然这种教学模式能满足常规知识内容传递的教学目标，但对于创新实践活动的多学科背景、多项目内容且项目具体化等要求，难以适应其构建学科知识体系、培养创造性思维和创新能力的教学目标。近年来，融合了讲解式教学方法和建构主义理论的翻转课堂教学模式受到广泛关注，国内外均在对这种新型教学模式进行教学理论研究和教学实践研究[3]。

本文从“临近空间浮空器设计”创新实践活动出发，基于学生知识背景特点，从翻转课堂的设计、实施、注意事项等方面开展翻转课堂教学模式在大学生创新实践活动中应用的探讨。

一、翻转课堂教学模式简介

翻转课堂源于美国教师乔纳森·伯尔曼和亚伦·萨姆斯的新教学模式尝试。他们首先录制课程讲稿和授课的视频并上传到网络上，学生通过课前观看视频完成知识传授环节，课堂上通过学习互动及随堂练习等方式完成对前面自主学习知识的理解消化和吸收，形成了一种“学习知识在课外、内化知识在课堂”的新型教学模式，取得了较好的教学效果。在2011年，可汗学院创始人萨尔曼·可汗通过《用视频重新创造教育》的演讲向大众介绍了翻转课堂的概念及其实践推广经验，引发了全球教育界对这种新型教学的探索和实践[3-5]。

翻转课堂教学模式通过融合讲解式教学方法和建构主义理论教学模式，课前和课后依靠信息技术的辅助完成知识传授过程，知识内化通过师生课堂合作完成，改变了传统模式的课堂内容安排、教师和学生角色、课程时间分配等，可以有效避免传统教学中学习内容和时间的强制性、思维过程的依赖性[6]。在翻转课堂教学模式中，课堂只是巩固和内化知识的平台，减少了知识传授环节，为课堂中教师与学生的互动交流，学生与学生的协作学习预留了充足的时间，在陈述、质疑、竞争的过程中使学生的语言表达、合作能力得到提高，还能激发学生的学习兴趣，提高学生的学习效果[7， 8]。

结合创新实践活动课程中多学科背景、多项目内容以及项目内容具体化等特点，此类课程更注重对知识的理解、消化、应用，并将大量的课堂时间用于师生之间的讨论和交流。因此，翻转课堂教学模式在创新实践活动课程中具有良好的应用前景。

二、创新实践活动翻转课堂教学课程设计

“临近空间浮空器设计”创新实践活动是为飞行器设计相关专业学生开设的一门综合了专业与开放的综合性创新实践课程，旨在通过对具体浮空器项目的需求分析、技术指标分解、分系统方案设计、多学科总体方案设计、建模仿真与优化等研究，全面提升学生运用专业知识发现问题、分析问题和解决问题的能力。该课程囊括了飞行器设计、优化方法及动力学与控制等相关专业课程，通过学习可强化学生对飞行器设计这一课程的理解，提升学生在飞行器领域的创新和实践能力[9-12]。由于“临近空间浮空器设计”是一门针对飞行器设计学科的实践课程，其知识内容范围广、创新实践要求高，开展翻转课堂教学模式课程设计时应特别注重构建知识框架，梳理知识要点，学习与实践相融合。

（一）构建知识框架

“临近空间浮空器设计”是本校飞行器设计及相关学科专业学生的创新实践类课程，课程涉及众多学科知识，主要内容包括空气静力学、空气动力学、柔性充气结构设计、循环能源设计、高空推阻平衡设计、浮空器热特性分析与控制、浮空器总体设计方法、低动态浮空器动力学与控制等[13]。一方面，这门课程所涉及的部分知识点学生已经在专业课程如空气动力学、总体设计方法、飞行器动力学与控制等中学过；另一方面，临近空间浮空器所特有的部分知识点需要进行详细讲授，如柔性充气结构设计、浮空器热特性分析与控制、循环能源设计方法等。此外，作为实践活动类课程，运用课程知识开展创新实践项目是本课程不可或缺的重要环节。因此，如何协调处理学生已学知识与未学知识的关系，如何将课堂教学内容与创新实践能力需求有机结合起来，是构建“临近空间浮空器设计”课程知识框架需要考虑的两个主要问题。

（二）明确知识要点

在确定知识框架的基础上，需要进一步梳理好课程的知识要点，并仔细分析知识要点的类型，在此基础上进一步明确教学模式。需要指出的是，不是课程的全部知识内容均适合采用翻转课堂教学模式，翻转课堂在基础知识传授方面的优势并不明显，例如浮空器热特性分析、静力学与动力学等。对这类章节的知识点讲授，采用直接讲解法不仅节省教和学的时间，而且学生掌握知識的效果也较好。但是对于总体设计、分系统设计这类强调自主性、创新性和实践性知识的教学，翻转课堂模式优势则较为明显。我们在开展“临近空间浮空器设计”课程翻转课堂教学探索时发现，课程设计应结合教师对课程的理解以及教师自身的教学能力，侧重于打造理论基础、实践能力，对课程知识点进行分类教学。

（三）融合学习实践

创新实践活动课程的核心是培养学生的创造性思维和创新实践能力，主要是培养学生自主学习、逻辑推理、分工协作、问题分析和问题解决的能力。创新实践活动方案设计和实施通常是充分体现多领域跨学科知识和能力的融合，反映学科研究的最新成果。因此，创新实践活动的教学应特别强调理论教学、实验教学互动。“临近空间浮空器设计”创新实践活动课程教学，通过创建多种应用场景和任务模式，促使学生主动学习和探索，提出不同的创新解决方案。课堂中，教师积极为学生创设问题情境，鼓励学生在浮空器的设计实践过程中发现问题、分析问题并能最终解决问题，完成合理的方案设计与分析。通过在课堂上引导学生有效开展小组内部协作和小组之间竞争，来提高学生对浮空类飞行器的固有特点、优点及不足、设计方法的认识水平。

三、创新实践活动翻转课堂的设计与实施

张京磊等根据翻转课堂的内涵以及建构主义学习理论、系统化教学设计理论，在现有翻转课堂教学模型的基础上，提出了包含有课前模块和课堂模块的两模块翻转课堂教学模型[3]。其中，课前模块主要包括教师教学视频的制作、学生对教学视频的观看学习以及相关针对性练习；课堂模块主要包括教师总结提出具有探索价值的探究题目，学生选择题目并独立学习与探索，学生之间的协作学习、完成题目后的成果交流以及对翻转课堂的反馈评价。在“临近空间浮空器设计”创新实践活动课程中，教学组采纳了两模块翻转课堂教学模式。

（一）课前模块

在翻转课堂教学模式中，知识传授通常依靠教师在课前录制好教学视频资料，由学生在课外时间观看来完成。教学视频一般由课程主讲教师根据教学目标和教学内容录制或者使用网络上优秀的开放教育资源。在制作教学视频时，应充分考虑视觉效果和学生观看时长等因素，以帮助学生构建框架清晰、内容丰富、便于实际操作的学习平台为主要目的。因此，在制作“浮空器设计”的视频课件时，教学组采用了大量关于常规飞艇和高空飞艇、高空气球、高空无人机等飞行器设计及应用的多媒体资料，将知识点与实例紧密结合起来，激发学生学习兴趣。

为引导和掌握学生自主学习的方向及进度，教学组将教学目标分解为彼此衔接的多个教学任务，制定相应的“自主学习进度建议表”并下发给每个学生。“自主学习进度建议表”主要用于帮助学生梳理和明确自主学习的主要内容、目标、进度要求和建议方法等。同时，还布置针对指定内容的研究型小作业，培养学生的自主学习能力与应用知识能力。在“临近空间浮空器设计”创新实践活动中，学生通过视频完成浮空器总体系统构成、高空浮空器特点、循环能源系统设计等课程内容的学习。同时，还要求学生记录知识要点及回答相关问题，例如高空浮空器与低空浮空器在设计角度和应用角度方面的主要区别等，通过完成论述分析小报告，加强学习和应用知识的能力。

（二）课堂模块

翻转课堂的重心是理解知识和运用知识，这也是开展创新实践活动的主要目的。任课教师在“临近空间浮空器设计”创新实践活动课上，首先针对知识要点提出相应的课程任务列表，学生选择相应项目题目并进行分组。各小组通过对问题的讨论分析并进行任务分工，各成员负责一个子问题，分别独立开展探究式学习。在翻转课堂的自主学习过程中，教师的主要角色是领路人，帮助学生制订学习计划，提供学习工具及相关学习资料。学生是教学与实践的主要参与者，通过小组协作学习，促进知识内化和建构。

在个体完成探索学习后，小组内部开展包含对话、商讨、辩论等多种形式的团队协作学习阶段。此环节一方面可增强学生的参与积极性以及对问题认识的全面性，另一方面可引发学生基于多学科知识创新的头脑风暴。对于“浮空器设计”创新实践，小组讨论的对象主要包括浮空器新型气动布局、新型推进方式、新型能源系统设计、新型驻空方式及动力学特征等。在这一阶段，教师的主要作用是掌握小组内的讨论方向和讨论重点，引导小组成员最终达成一致目标。

在完成团队学习后，在课堂上组织开展各小组之间的工作汇报、交流学习心得。在“临近空间浮空器设计”创新实践中，各小组应根据各自的项目要求来详细介绍系统设计总体方案、设计思路、设计合理性分析、创新点与可实现性、应用前景与应用模式等内容，其他小组针对浮空器设计方案进行讨论和交流，对方案的知识点应用情况和创新立意进行点评。在这一阶段，教师的主要作用是帮助大家把握各方案所涉及的知识基础、方案的设计合理性以及创新方案的应用前景。

四、创新实践活动翻转课堂教学实施挑战

作为一种全新的教学模式，翻转课堂教学模式对创新实践活动中的教师和学生都提出了新的要求和挑战。对教师而言，首先应当接受这种教学模式，理解和掌握其教学方法，并且能够根据教学内容判断哪些内容适宜采用翻转课堂教学模式，而且还要为教学对象录制教学视频，安排课堂讨论内容和进度安排。在翻转课堂教学中，教师还应充分考虑学生的时间分配，确保学生能够有时间观看并理解学习教学视频，内容不能过长或过于简单。教学视频的录制质量、对学生交流的指导、学习时间的进度安排、课堂活动的组织等因素都影响着教学效果，因此对教师信息技术与总体素质能力的要求高。

对学生而言，在接受这种教学模式的同时，应能够在课外主动学习视频内容，应用所学知识在课堂上积极参与探索式学习、小组协作式学习及班级讨论式学习。学生观看教学视频后，自己应能按时完成练习并进行资料查找和总结，梳理清楚问题并在课堂中与老师和同学们深入讨论，这都要求学生具备良好的自主学习能力、信息获取能力、团队合作攻关能力。

五、结语

基于翻转课堂教学模式的大学生创新实践活动课程是对传统创新实践活动教学模式的创新。本文以翻转课堂教学模式在我校“临近空间浮空器设计”创新实践教学活动的探索为基础，通过对教学内容的深入分析与划分，明确适用于翻转课堂教学模式的部分课程内容，确立知识框架及知识要点，通过对课前模块与课堂模块的合理设置，提高学生的学习兴趣、自主学习能力和创新实践能力。通过课程任务设置，促使学生在主动探索学习的基础上提高表达能力、协作学习能力及实践应用能力，取得了良好的教学效果。翻转课堂模式在创新实践活动类课程的推广和探索方面有着广阔空间，有待进一步深入研究和实践。

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[责任编辑 庞丹丹]