翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用于“材料現(xiàn)代分析測(cè)試方法”實(shí)驗(yàn)教學(xué)的思考

張夢(mèng)琦

摘要文章從材料現(xiàn)代分析測(cè)試方法課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題出發(fā)，提出翻轉(zhuǎn)課堂與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，達(dá)到提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作及分析能力的目的。

關(guān)鍵詞翻轉(zhuǎn)課堂 材料現(xiàn)代分析測(cè)試方法 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

1翻轉(zhuǎn)課堂的起源與定義

翻轉(zhuǎn)課堂起源于上世紀(jì)80年代美國(guó)科羅拉多州落基山的林地公園高中。2000年，J.WesleyBaker在第11屆大學(xué)教學(xué)國(guó)際會(huì)議上發(fā)表論文，首次提出了“翻轉(zhuǎn)課堂”的概念，強(qiáng)調(diào)教師應(yīng)該“從講臺(tái)上的圣人轉(zhuǎn)型為學(xué)生身旁的指引者”，并提出了翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式：依托媒體和網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，教師制作與課程相關(guān)的學(xué)習(xí)內(nèi)容，在課前上傳至網(wǎng)絡(luò)作為家庭作業(yè)；在教室里，教師則利用上課時(shí)間指導(dǎo)學(xué)生完成相應(yīng)的習(xí)題，進(jìn)行討論，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)的消化，加強(qiáng)知識(shí)的理解。2004年，SalmanKhan為其表妹錄制的教學(xué)視頻上傳到Y(jié)ouTube，獲得廣大網(wǎng)友的熱烈追捧，2007年他創(chuàng)立了非營(yíng)利性質(zhì)的“可汗學(xué)院”，開(kāi)始利用YouTube提供涵蓋數(shù)學(xué)、理化、醫(yī)學(xué)、金融、歷史、天文、美術(shù)、經(jīng)濟(jì)等各專業(yè)的超過(guò)1500h的教學(xué)短片。

作為一個(gè)新生事物，對(duì)于“翻轉(zhuǎn)課堂”來(lái)說(shuō)，并沒(méi)有一個(gè)嚴(yán)格意義上的定義，國(guó)內(nèi)外大部分學(xué)者基本上是采用描述性定義來(lái)闡釋翻轉(zhuǎn)課堂。

有學(xué)者提出，所謂“翻轉(zhuǎn)課堂”，是把傳統(tǒng)的“老師白天在教室上課，學(xué)生晚上回家做作業(yè)”的教學(xué)結(jié)構(gòu)翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，構(gòu)建“學(xué)生白天在教室完成知識(shí)吸收與掌握的知識(shí)內(nèi)化過(guò)程，晚上回家學(xué)習(xí)新知識(shí)”的教學(xué)結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)在一般認(rèn)為翻轉(zhuǎn)課堂是一種利用網(wǎng)絡(luò)與信息技術(shù)進(jìn)行的全新的教學(xué)模式。那么與注重教師講解性的授課方式不同的是，翻轉(zhuǎn)課堂是由學(xué)生根據(jù)教師制定的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容及學(xué)生情況所制作的教學(xué)微視頻在課外進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，再回到課堂上師生面對(duì)面地進(jìn)行交流，完成作業(yè)的一種新型的教學(xué)模式。

具體到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，翻轉(zhuǎn)課堂是通過(guò)教師制作的微視頻以及一些操作軟件，讓學(xué)生可以在課前通過(guò)學(xué)習(xí)與操作，提前熟悉實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理及分析。

2“材料現(xiàn)代分析測(cè)試方法”實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀分析

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種新型材料的發(fā)展日新月異，材料與其他學(xué)科的交叉使得對(duì)材料各種性能的要求越來(lái)越高，也越來(lái)越細(xì)，導(dǎo)致現(xiàn)在各種新材料的研發(fā)越來(lái)越倚重精密儀器的測(cè)試與分析。不止如此，大型精密儀器的使用也是高校和科研院所開(kāi)展科學(xué)研究、教學(xué)工作和學(xué)科建設(shè)的基礎(chǔ)。

熟悉和掌握各種精密儀器的測(cè)試與分析，不僅使學(xué)生能夠直觀的認(rèn)識(shí)到所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，有利于學(xué)生在日后的工作中掌握進(jìn)行材料分析測(cè)試工作的基礎(chǔ)能力，而且也能夠?yàn)閷W(xué)生進(jìn)行深層次的學(xué)習(xí)創(chuàng)造了一定的理論和實(shí)踐的條件。

“材料現(xiàn)代分析測(cè)試方法”課程內(nèi)容主要就是介紹相關(guān)材料，包括金屬、無(wú)機(jī)非金屬、高分子等材料的成分、結(jié)構(gòu)及組織形貌的現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)，其中涉及到的有x射線衍射學(xué)、電子顯微學(xué)、電子能譜學(xué)、電子探針技術(shù)、紅外光譜分析等分析方法。課程要求對(duì)各種儀器的原理和結(jié)果分析進(jìn)行講解，并希望通過(guò)課程的學(xué)習(xí)和課程實(shí)驗(yàn)中的操作能夠使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中接觸到科技前沿內(nèi)容；能夠熟悉并掌握各種分析測(cè)試技術(shù)的基本原理、簡(jiǎn)單的儀器構(gòu)造、儀器的工作原理及其在材料科學(xué)中的應(yīng)用范圍；能夠使教學(xué)聯(lián)系科研、理論結(jié)合實(shí)際。

然而目前發(fā)現(xiàn)，在“材料現(xiàn)代分析測(cè)試方法”課程以及課程實(shí)驗(yàn)的的教授過(guò)程中，國(guó)內(nèi)的高等院校中基本存在著兩種情況，一類學(xué)校是以理論授課為主，主要是講解設(shè)備的結(jié)構(gòu)、分析測(cè)試原理等方面，在上課過(guò)程中很少涉及到具體的材料及其數(shù)據(jù)分析，其實(shí)驗(yàn)課程基本以老師操作、學(xué)生參觀為主，甚至一些貴重儀器只有一臺(tái)，很少能夠保證每個(gè)學(xué)生有機(jī)會(huì)操作專業(yè)的測(cè)試儀器。這樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要是考慮到設(shè)備價(jià)格昂貴，數(shù)量少，且一些儀器較為精密，一旦出現(xiàn)問(wèn)題不但維修成本較高甚至可能報(bào)廢；另一類學(xué)校經(jīng)費(fèi)相對(duì)充足，除了在課程實(shí)驗(yàn)中能夠參觀最新的精密測(cè)試儀器以外，還能夠面向?qū)W生開(kāi)設(shè)一些大型儀器的培訓(xùn)課程，培訓(xùn)結(jié)束以后會(huì)根據(jù)考核成績(jī)向?qū)W生發(fā)放相應(yīng)的操作證明，使學(xué)生能夠參與到大型設(shè)備的操作使用與數(shù)據(jù)的處理分析中，真正地進(jìn)行一些現(xiàn)代分析測(cè)試方法的學(xué)習(xí)，從而達(dá)到在本科教育期間培養(yǎng)學(xué)生科研興趣的目的。

但是現(xiàn)在大部分學(xué)校的情況，無(wú)論是從設(shè)備數(shù)量還是從教學(xué)實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)來(lái)說(shuō)，基本上是無(wú)法保證學(xué)生有足夠的時(shí)間進(jìn)行精密儀器的操作訓(xùn)練，而“材料現(xiàn)代分析測(cè)試方法”這門課又是一門研究材料的晶體結(jié)構(gòu)、微觀組織、化學(xué)成分、物相組成，材料制備工藝、材料性能間關(guān)系的課程，不僅需要一定的理論知識(shí)，還需要相應(yīng)的樣品處理、圖譜分析，數(shù)據(jù)擬合等動(dòng)手能力。一方面是內(nèi)容枯燥且涉及繁多的理論課程，另一方面是相對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程難以真正落實(shí)到學(xué)生的操作與分析上，使得學(xué)生在進(jìn)行課程學(xué)習(xí)的時(shí)候失去了興趣。

具體到本校學(xué)生，本課程基本是面向材料學(xué)院學(xué)生，但是由于具體的專業(yè)方向不同，學(xué)生之間的基礎(chǔ)不同，而本課程所涉及較多的測(cè)試手段，不但所需的基礎(chǔ)儀器設(shè)備較多，而且隨著科技的進(jìn)步，教材內(nèi)容的更新不及時(shí)，那么就要求教師在授課過(guò)程中不斷補(bǔ)充新型的測(cè)試手段，否則很難達(dá)到課程的教授目的。但這同時(shí)就給實(shí)驗(yàn)課程帶來(lái)了不小的困難，實(shí)驗(yàn)課程難以及時(shí)跟上課程的更新。而僅僅單靠理論課的講授又無(wú)法直觀的讓學(xué)生感受，缺乏實(shí)際的動(dòng)手操作，在很大程度上是無(wú)法達(dá)到訓(xùn)練學(xué)生動(dòng)手能力以及科研能力培養(yǎng)的目的。例如，受實(shí)驗(yàn)條件限制，x射線粉末衍射部分、透射電鏡都只能進(jìn)行參觀性實(shí)驗(yàn)，而像核磁共振分析只能依靠視頻或者圖片向?qū)W生展示。

3翻轉(zhuǎn)課堂與“材料現(xiàn)代分析測(cè)試方法”實(shí)驗(yàn)結(jié)合的優(yōu)勢(shì)

與理論課的教學(xué)不同，實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅包含了理論上的一些內(nèi)容，例如定義、概念、原理等，還有必須有實(shí)驗(yàn)的操作，數(shù)據(jù)的分析等實(shí)踐性較強(qiáng)的內(nèi)容。那么，具體到“材料現(xiàn)代分析測(cè)試方法”實(shí)驗(yàn)課程上，需要有樣品的前處理、大型儀器的操作、數(shù)據(jù)的分析或圖譜的分析，這些操作類的知識(shí)只能通過(guò)不斷的練習(xí)才能熟練掌握。

因此把翻轉(zhuǎn)課堂引入“材料現(xiàn)代分析測(cè)試方法”實(shí)驗(yàn)，首先由教師提供實(shí)驗(yàn)微視頻，指導(dǎo)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作，使其熟悉相關(guān)的操作流程、注意事項(xiàng)等，并示范標(biāo)準(zhǔn)的操作過(guò)程，然后通過(guò)“虛擬實(shí)驗(yàn)室”使學(xué)生能夠熟悉儀器及其操作界面的使用，包括后期的數(shù)據(jù)處理及分析，達(dá)到熟練操作的目的。其中“虛擬實(shí)驗(yàn)室”是指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中采用多媒體、仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，實(shí)驗(yàn)者可以像在真實(shí)的環(huán)境中一樣完成各種預(yù)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。。相比于需要大型儀器的實(shí)際操作的實(shí)驗(yàn)，“虛擬實(shí)驗(yàn)室”具有仿真性強(qiáng)、不受時(shí)間空間限制，尤其是無(wú)需考慮實(shí)驗(yàn)藥品和儀器的損耗等優(yōu)點(diǎn)。

（1）注重操作。在“材料現(xiàn)代分析測(cè)試方法”實(shí)驗(yàn)中，翻轉(zhuǎn)課堂以及“虛擬實(shí)驗(yàn)室”的引入可以很好的解決傳統(tǒng)分析實(shí)驗(yàn)中，由于儀器過(guò)于貴重、數(shù)量少、損壞后維修困難等原因，以講解和參觀為主的特點(diǎn)，滿足學(xué)生自主獨(dú)立的進(jìn)行模擬分析儀器的操作，基本做到一人一機(jī)，獨(dú)立制樣、獨(dú)立操作、獨(dú)立分析，達(dá)到實(shí)驗(yàn)的真正目的。

（2）因材施教。傳統(tǒng)的分析實(shí)驗(yàn)課堂以老師的講解為主，容易忽略不同學(xué)生之間理解和接受知識(shí)的差異性。而且由于儀器少，學(xué)生多，講解過(guò)程中無(wú)法完全照顧到每位學(xué)生，學(xué)生也無(wú)法一人一機(jī)的進(jìn)行操作。采用翻轉(zhuǎn)課堂及“虛擬實(shí)驗(yàn)室”模式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，能夠使學(xué)生按照自己的計(jì)劃和進(jìn)度進(jìn)行學(xué)習(xí)，只需在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成操作和分析內(nèi)容，擺脫了傳統(tǒng)的以老師為主學(xué)生被動(dòng)吸收的教學(xué)模式。

（3）自主學(xué)習(xí)。翻轉(zhuǎn)課堂及虛擬實(shí)驗(yàn)室的引入能夠鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，僅通過(guò)視頻的觀看進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M操作及數(shù)據(jù)分析，在視頻和虛擬操作的引導(dǎo)下，也有更多的時(shí)間進(jìn)行思考。充分激發(fā)學(xué)生的積極性，在學(xué)習(xí)和操作的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題，減少對(duì)老師的依賴，不僅有利于培養(yǎng)的自主學(xué)習(xí)能力，而且能夠鍛煉學(xué)生的思考創(chuàng)新能力。

（4）減輕負(fù)擔(dān)。減少教師對(duì)同一實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的重復(fù)講解和演示。學(xué)生利用翻轉(zhuǎn)課堂提供的視頻，根據(jù)視頻中的講解和實(shí)驗(yàn)操作演示，自主學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)原理、處理實(shí)驗(yàn)材料、制備測(cè)試樣品以及獨(dú)立完成儀器的模擬操作、獨(dú)立的進(jìn)行數(shù)據(jù)分析等步驟。避免傳統(tǒng)教學(xué)模式中教師對(duì)同一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的重復(fù)講解，教師僅負(fù)責(zé)在課堂進(jìn)行答疑，在一定程度上減輕教師負(fù)擔(dān)。

4翻轉(zhuǎn)課堂與“材料現(xiàn)代分析測(cè)試方法”實(shí)驗(yàn)結(jié)合的局限性

4.1對(duì)教師提出更高要求

一個(gè)是翻轉(zhuǎn)課堂平臺(tái)的搭建，無(wú)論是知識(shí)點(diǎn)的導(dǎo)入，還是學(xué)習(xí)資源的錄制都需要老師的花費(fèi)大量時(shí)間進(jìn)行參與，另一個(gè)是虛擬實(shí)驗(yàn)室的搭建，儀器的操作、數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、結(jié)果分析、和過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題也都需要老師提供相應(yīng)的步驟、數(shù)據(jù)及解決辦法。因此該方法對(duì)老師提出了更高的要求，既要保證學(xué)生能夠?qū)W到相應(yīng)的知識(shí)，還要保證實(shí)驗(yàn)操作的順利，使分析實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛘嬲粚W(xué)生消化吸收。

4.2對(duì)學(xué)生提出更高要求

最基礎(chǔ)的是要求學(xué)生具備一定自主學(xué)習(xí)能力，能夠通過(guò)視頻的教學(xué)模式進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，其次是要求學(xué)生能夠付出更多的時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)和思考。

5結(jié)語(yǔ)

翻轉(zhuǎn)課堂與“材料現(xiàn)代分析測(cè)試方法”實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，能夠在很大程度上避免現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)課程的一些問(wèn)題，提升學(xué)生的動(dòng)手操作能力，而且通過(guò)翻轉(zhuǎn)課堂的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，這種課堂模式的應(yīng)用必將對(duì)大型儀器的分析實(shí)驗(yàn)的改革產(chǎn)生積極的影響。