《燃燒技術(shù)與分析》引入“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式的探索

田澤民　何小民顏　應(yīng)文者

摘 要：“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)理念已在國外有較成熟的應(yīng)用，近年來我國也開始相關(guān)研究。本文將“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)理念應(yīng)用于本專業(yè)的理論實踐相結(jié)合的專業(yè)課——《燃燒技術(shù)與分析》中。提出了相應(yīng)的翻轉(zhuǎn)教學(xué)設(shè)計原則，以及教師在教學(xué)過程中應(yīng)扮演的角色特點。為該課程制定了詳細(xì)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方略并付諸實施，取得了較好的效果。研究發(fā)現(xiàn)，將翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)授課模式相結(jié)合的混合式授課方式能取得更好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂 理論實踐課 應(yīng)用策略 教學(xué)原則

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）03（c）-0199-03

1 緒論

《燃燒技術(shù)與分析》是南京航空航天大學(xué)能源與動力學(xué)院開設(shè)的一門針對航空發(fā)動機相關(guān)專業(yè)的本科大四課程。該課程與專業(yè)基礎(chǔ)課《燃燒學(xué)》和行業(yè)專業(yè)課《航空發(fā)動機燃燒室》授課內(nèi)容不同。《燃燒學(xué)》主要涉及基礎(chǔ)的燃燒物理學(xué)和燃燒化學(xué)理論，強調(diào)數(shù)理背景和基本專業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)?！逗娇瞻l(fā)動機燃燒室》從航空發(fā)動機燃燒室的發(fā)展歷程開始，偏重介紹燃燒室的構(gòu)型設(shè)計以及相關(guān)性能評估等。而《燃燒技術(shù)與分析》則強調(diào)的是燃燒學(xué)與航空發(fā)動機燃燒室之間的相互關(guān)聯(lián)，集中討論航空發(fā)動機燃燒室設(shè)計中的相關(guān)問題，并介紹近年來航空發(fā)動機燃燒中的新知識和新技術(shù)，如民機低污染燃燒技術(shù)、燃燒數(shù)值仿真技術(shù)、一體化加力燃燒室等。它是一門典型的理論與實踐相結(jié)合的綜合性專業(yè)課。

翻轉(zhuǎn)課堂最先是由美國提出的[1-2]，是指學(xué)生在課前利用各種資料，主要是教學(xué)短視頻，來完成知識的學(xué)習(xí)，這樣學(xué)生可以按照自己的計劃和進(jìn)度來學(xué)習(xí)新知識，而教師不再利用課堂時間來細(xì)致傳授。在課堂上，老師主要的工作變成了答疑解惑、知識運用、理解加深和鞏固提高，也會將一部分作業(yè)和習(xí)題搬到課堂上。課堂變成了老師學(xué)生之間和學(xué)生與學(xué)生之間互動的場所。而課堂和老師的角色則發(fā)生了變化，老師更多的責(zé)任是去理解學(xué)生的問題和引導(dǎo)學(xué)生去運用知識。翻轉(zhuǎn)課堂的本質(zhì)就是要求將學(xué)習(xí)的主動權(quán)交給學(xué)生，將老師的角色由帶領(lǐng)者徹底轉(zhuǎn)換為輔導(dǎo)者。這種教學(xué)模式特別適合于實踐理論性較強的專業(yè)課程。

翻轉(zhuǎn)課堂的廣泛應(yīng)用也離不開互聯(lián)網(wǎng)在教育領(lǐng)域的普及和應(yīng)用。在翻轉(zhuǎn)課堂最初出現(xiàn)在美國的時候，雖然很多教師認(rèn)可這種教學(xué)方式，也愿意參與這樣的教學(xué)試驗，但是并非所有老師能夠制作滿足要求的教學(xué)視頻。而“可汗學(xué)院”借助互聯(lián)網(wǎng)的傳播，向大眾免費提供了優(yōu)質(zhì)的教學(xué)視頻，為克服“翻轉(zhuǎn)課堂”的實施障礙提供了重要的途徑。隨后，在2011年，慕課（MOOCs）的興起更加豐富了翻轉(zhuǎn)課堂的實施形式 [3]。在視頻授課中，穿插提問、隨堂測驗并開展專題討論，同時鼓勵學(xué)生利用社交工具互相研習(xí)討論，大大增強了課程實施過程中的交流、互動與反饋。與此同時，MOOCs還積極鼓勵、倡導(dǎo)學(xué)習(xí)者在參與慕課的過程中（尤其是在完成作業(yè)或?qū)ｎ}討論的過程中），形成各種“在線學(xué)習(xí)社區(qū)”——學(xué)習(xí)者根據(jù)不同的主題和個人的興趣愛好，在不同的社交網(wǎng)站上構(gòu)建起互助、協(xié)作、交流的亞群體，并隨著亞群體人員的聚集、學(xué)習(xí)社區(qū)的不斷擴大，又進(jìn)一步衍生出與本課程相關(guān)的網(wǎng)站和資源庫。通過以上兩種方式——加強“互動與反饋”和倡導(dǎo)“在線學(xué)習(xí)社區(qū)”，就使學(xué)習(xí)者能在參與慕課的過程中產(chǎn)生一種“沉浸感”和“全程參與感”。

翻轉(zhuǎn)課堂作為一種新興的教學(xué)模式，也受到了國內(nèi)的廣泛關(guān)注。相關(guān)研究顯示，自2013年我國對于翻轉(zhuǎn)課堂的相關(guān)研究數(shù)量出現(xiàn)了急速增長，迅速成為我國教育技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點[4-7]。近兩年許多高校逐漸在本科教學(xué)實踐中加以推廣和應(yīng)用，并且取得了一定的成效，但總體來看，教學(xué)實踐效果參差不齊。翻轉(zhuǎn)課堂的根本不在于課堂教學(xué)運用了怎樣的新興技術(shù)，而在于教學(xué)模式的設(shè)計與創(chuàng)新?；诜D(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式設(shè)計，目前研究還處在初步階段。本次教學(xué)實踐中，在專業(yè)理論實踐課程《燃燒技術(shù)與分析》中應(yīng)用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，探索其應(yīng)用方法并總結(jié)經(jīng)驗。

2 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)原則

2.1 課堂教學(xué)活動設(shè)計原則

根據(jù)教學(xué)活動的兩個關(guān)鍵“內(nèi)化知識”與“拓展能力”，確定“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)活動遵循四個步驟：

（1）檢驗。通過安排一些與課前自主學(xué)習(xí)任務(wù)難度相當(dāng)?shù)男栴}、隨堂練習(xí)題等環(huán)節(jié)，讓學(xué)生體驗到再學(xué)習(xí)的成就感。

（2）作業(yè)。根據(jù)“最近發(fā)展區(qū)”理論，設(shè)置有難度梯度的練習(xí)作業(yè)，幫助學(xué)生深化知識學(xué)習(xí)，發(fā)揮其潛能，并幫助學(xué)生掌握相關(guān)的知識。

（3）協(xié)作。解決“檢驗”和“作業(yè)”中遇到的各種困惑。讓學(xué)生在“協(xié)作”中得到同伴的幫助，借助他人的意見與建議解決問題；其次，教師在整個活動中糾正、引導(dǎo)，不斷挖掘培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力

（4）展示。上述環(huán)節(jié)中到底“學(xué)到什么”、“解決什么”、“遺漏什么”等，在“展示”階段中通過小組匯報的形式加以呈現(xiàn)，這一過程不是簡單答題、研究成果的羅列，而是“展示、質(zhì)疑、闡釋”一體化的過程。

2.2 教師教學(xué)原則

傳統(tǒng)教學(xué)過程中，教師的工作主要是教書，需要在課前課后做示范、講知識等。但“翻轉(zhuǎn)課堂”模式下，教師需要做的遠(yuǎn)不止教書，講授知識、示范教學(xué)是基本的教學(xué)任務(wù)，更重要的是促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)。因此，教師可從以下幾個角度加以轉(zhuǎn)變與創(chuàng)新。

第一，輔助學(xué)習(xí)技巧，幫助開展教學(xué)。在“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式下，最重要的環(huán)節(jié)在于如何組織活動，促進(jìn)學(xué)生參與學(xué)習(xí)?！叭绾谓M織活動”很大程度上決定了課堂能否翻轉(zhuǎn)成功。主要的方法有：（1）問題討論，開展活動。比如《燃燒技術(shù)與分析》課程中有關(guān)低污染燃燒技術(shù)中渦扇發(fā)動機涵道比概念，涵道比越大，燃油消耗率越低，則可以引導(dǎo)同學(xué)們考慮，涵道比如果繼續(xù)增大，極限是多少？最后是什么發(fā)動機？另外涵道比增大，會導(dǎo)致什么問題？最終引出GTF發(fā)動機概念。（2）重視傾聽，給予回應(yīng)。針對學(xué)生的回答，不論他的答案是否正確，都應(yīng)給與鼓勵。同時也要細(xì)致地深入分析，幫助學(xué)生全面把握相關(guān)概念。（3）設(shè)置與教學(xué)內(nèi)容相符的研究主題。比如《燃燒技術(shù)與分析》課程中主燃燒室和加力燃燒室都需要產(chǎn)生回流區(qū)來穩(wěn)定火焰，課堂上老師可以提出問題：主燃燒室的旋流器和加力燃燒室的V型穩(wěn)定器能否互換來穩(wěn)定火焰？讓學(xué)生發(fā)散思考，從而把主燃燒室和加力燃燒室的內(nèi)容聯(lián)系起來進(jìn)行學(xué)習(xí)。（4）細(xì)致觀察，適當(dāng)干預(yù)。如在《燃燒技術(shù)與分析》課程中針對上述討論，看到活躍學(xué)生要予以鼓勵，對低頭不語學(xué)生，老師要積極引導(dǎo)參與課堂討論中來。

第二，教師在“翻轉(zhuǎn)課堂”中找到多講與少講的平衡點。如果在課堂上講授太多，則又回到了傳統(tǒng)的授課模式，學(xué)生的課前視頻學(xué)習(xí)也就流于形式，收效不大。如果課堂上一味強調(diào)自由討論，又因為學(xué)生畢竟對于新知識不夠熟練，難以把握其中的關(guān)鍵問題和基礎(chǔ)概念而無法開展深入交流，導(dǎo)致不能牢固掌握知識。

3 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實踐過程

3.1 設(shè)計“學(xué)習(xí)任務(wù)單”

學(xué)習(xí)任務(wù)單，即教師設(shè)計的幫助學(xué)生在課前明確自主學(xué)習(xí)的內(nèi)容、目標(biāo)和方法，并提供相應(yīng)的學(xué)習(xí)資源，以表單呈現(xiàn)方式的學(xué)習(xí)路徑文件包。

學(xué)習(xí)任務(wù)單的設(shè)計，應(yīng)包含學(xué)習(xí)指南、學(xué)習(xí)任務(wù)、問題設(shè)計、建構(gòu)性學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)測試、學(xué)習(xí)檔案和學(xué)習(xí)反思等內(nèi)容。其中學(xué)習(xí)指南指的是《燃燒技術(shù)與分析》這門課程的學(xué)習(xí)主題（即燃燒的基本理論，包括化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)、層流與湍流燃燒、燃油霧化等；主要燃燒設(shè)備，包括主燃燒室、加力燃燒室、脈沖爆震發(fā)動機等；燃燒數(shù)值分析，包括湍流數(shù)學(xué)模型、數(shù)值計算方法等）、達(dá)成目標(biāo)（主要包括燃燒基本理論的掌握、燃燒主要設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理了解、具備采用數(shù)值計算模擬實際燃燒過程的基本能力等）、學(xué)習(xí)方法建議（理論學(xué)習(xí)方法、工程問題分析方法、數(shù)值模擬上機練習(xí)等）、課堂學(xué)習(xí)形式公布（提前告訴學(xué)生哪些課時是課堂討論、哪些課時是實物展示等）等。其中，問題設(shè)計是“學(xué)習(xí)任務(wù)單”設(shè)計的核心，是把傳統(tǒng)知識點灌輸轉(zhuǎn)化為任務(wù)驅(qū)動、問題導(dǎo)向的自主學(xué)習(xí)的關(guān)鍵，也是實現(xiàn)“翻轉(zhuǎn)課堂”的根本所在，因此要把《燃燒技術(shù)與分析》課程中的教學(xué)難點、重點或其他知識點轉(zhuǎn)化為問題提出來，使學(xué)生在解決問題的同時把握教學(xué)重難點或其它知識點，從而培養(yǎng)學(xué)生解決問題和舉一反三的能力。

3.2 創(chuàng)建教學(xué)資源庫

在對目前國內(nèi)外網(wǎng)上教學(xué)資源進(jìn)行收集與分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)《燃燒技術(shù)與分析》課程教學(xué)內(nèi)容，建立相應(yīng)的教學(xué)資源庫，主要包括短小精悍的教學(xué)視頻，每一個視頻都針對一個特定的問題，有較強的針對性，通過設(shè)置合適的問題情境，激起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；視頻的長度控制在在學(xué)生注意力能比較集中的時間范圍內(nèi)，符合學(xué)生身心發(fā)展特征；另外針對目前手機與微信的普及，制作一定的適用手機微信播放的微視頻，使學(xué)生隨時隨地都能進(jìn)行相應(yīng)的學(xué)習(xí)。

3.3 學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)

學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)效果的好壞直接影響后續(xù)翻轉(zhuǎn)課堂上教學(xué)環(huán)節(jié)效果的優(yōu)劣。學(xué)生根據(jù)自身學(xué)習(xí)特點、學(xué)習(xí)需求以及學(xué)習(xí)方式，課前在寢室或家里，利用網(wǎng)上教學(xué)資源庫和電腦或手機進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)時間自由，學(xué)習(xí)方式也自由，從而實現(xiàn)學(xué)生的“差異化教學(xué)”。在學(xué)習(xí)過程中遇到的疑問或難題，通過利用網(wǎng)上交流平臺進(jìn)行互動。

3.4 學(xué)生課上探究學(xué)習(xí)

由于學(xué)生已經(jīng)把相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容在課前進(jìn)行了學(xué)習(xí)與交流，因此課堂變成了老師與學(xué)生之間和學(xué)生與學(xué)生之間互動的場所，主要包括答疑解惑、知識的運用（運用燃燒理論知識來解決實際工程問題）、利用實際燃燒室實物進(jìn)行實物展示等。教師利用網(wǎng)上交流平臺，能夠提前了解學(xué)生的學(xué)習(xí)困難，在課堂上給予有效的輔導(dǎo)，同時同學(xué)之間的相互交流更有助于促進(jìn)學(xué)生對該知識的吸收內(nèi)化過程，最終形成以學(xué)生為主的探究式學(xué)習(xí)。

3.5 學(xué)習(xí)效果評價

對《燃燒技術(shù)與分析》評價體系，主要實施以學(xué)生能力考核為主，主要包括以下幾個方面：

（1）課前評價體系：包括學(xué)生在網(wǎng)上交流平臺提出的問題情況、課前自測習(xí)題的回答情況以及學(xué)生與學(xué)生之間以及學(xué)生與老師之間的互動情況，從而掌握學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的理解水平；

（2）課堂上的評價體系：課堂上，主要考核學(xué)生的主觀學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)生與學(xué)生之間的交流與協(xié)作能力、學(xué)生對實際工程問題的理解水平等；

（3）課后評價體系：主要包括作業(yè)的提交情況、實踐作品的質(zhì)量好壞以及最終的考試成績共三部分進(jìn)行評價。

利用上述三個階段的評價體系，并根據(jù)一定的比例，最終獲得學(xué)生的最終成績。

4 教學(xué)反思

（1）在翻轉(zhuǎn)教學(xué)實施初期，學(xué)生普遍表現(xiàn)出對這一新的學(xué)習(xí)方式的好奇和興趣，學(xué)習(xí)興致較高，愿意積極配合。但是隨著課程的進(jìn)行，一部分學(xué)生表現(xiàn)出懈怠消極的情緒。究其原因，主要是本課程仍設(shè)計較多的理論知識，自主學(xué)習(xí)難度較大，需要學(xué)生花費大量精力。但總的來說，相比以往傳統(tǒng)授課方式，采用翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式調(diào)動了學(xué)生的積極性。

（2）翻轉(zhuǎn)教學(xué)對教師的要求更高。教師不僅要認(rèn)真?zhèn)湔n，還需要針對每個重要知識點尋找或錄制教學(xué)視頻，大大增加了工作量，也要求老師對所授課程有非常深入的認(rèn)識。才能在課堂中穿針引線，做好學(xué)生的引導(dǎo)者。

（3）翻轉(zhuǎn)課題教學(xué)模式不能把傳統(tǒng)授課的所有內(nèi)容均進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，只能對特定的部分內(nèi)容進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。

（4）總體來講，翻轉(zhuǎn)課堂是有限的教學(xué)手段。不過，現(xiàn)階段看來，更合適的方案是將翻轉(zhuǎn)課堂融入到傳統(tǒng)課堂教學(xué)中。共同作用，發(fā)揮兩者的優(yōu)勢。

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