案例引領的翻轉(zhuǎn)課堂教學法研究與實踐
——以《水力機組故障診斷》課程為例

梁 興 陳 實 江俊飛

（南昌工程學院，江西 南昌 330099）

《水力機組故障診斷》是我校動力工程領域研究生培養(yǎng)的重要方向課程之一，它主要講述水力機組故障檢測方法及信號分析、水力機組故障機理及其外在表現(xiàn)形式、常見故障診斷方法等，具有課程內(nèi)容涵蓋面廣、相關(guān)概念抽象化強、知識應用要求高等特點，是一門與工程實際聯(lián)系緊密的課程。但受其自身特點影響，也是一門相對難上難學的課程，亟待對教學方法進行深入研究。為此，教學團隊以案例教學為引領，在授課內(nèi)容優(yōu)化、網(wǎng)絡平臺建設、課堂交流設計、課程考核等4 個方面為基礎進行翻轉(zhuǎn)課堂教學法的實踐。

一、翻轉(zhuǎn)課堂教學法的發(fā)展及實施觀點

翻轉(zhuǎn)課堂教學法提倡將傳統(tǒng)的“課堂學習-課下復習及做作業(yè)”轉(zhuǎn)變成“課下學習-課堂復習”，這種“先學后教”的教學理念，在國內(nèi)外教育界引起了廣泛的關(guān)注與實踐。2000年，Maureen J.Lage 等提出“翻轉(zhuǎn)課堂”概念，2007 年，Jon Bergmann 等首次將授課視頻發(fā)布在互聯(lián)網(wǎng)上，并引導學生在課下預習，取得了較好的教學效果，并在2011 年被評為影響課堂教學的重大技術(shù)改革。我國自2011 年引入翻轉(zhuǎn)課堂教學法以來，在中小學、高職高專、高校等院校也到了廣泛的實踐。譬如：王力爭等將翻轉(zhuǎn)課堂理念分解成“課前先學”、“課中后教”和“課后助學”等3 個步驟，對中學課堂進行了結(jié)構(gòu)化變革探索。余麗霞等針對高職英語教學，建立了“課前學生協(xié)作、課中師生交互、課堂實踐鞏固及師生實時評價”的翻轉(zhuǎn)課堂教學模式，提升了學生的自學能力。劉亞等針對《化工原理》課程，以微視頻授課為基礎建立了“線上自主學習、線下翻轉(zhuǎn)課堂”的混合教學模式。李志江等針對發(fā)酵食品課程，建立“課前微視頻+課中討論+課后評價”的研究生反轉(zhuǎn)課堂教學模式。

翻轉(zhuǎn)課堂教學法在實踐中雖然取得了一定的教學效果，但仍存在一些問題。譬如，蔣維西等認為教師具備信息技術(shù)素養(yǎng)是“翻轉(zhuǎn)課堂”實施的基礎，翻轉(zhuǎn)課堂應與信息技術(shù)密切結(jié)合。尹華東通過分析基于翻轉(zhuǎn)課堂的英語教學效果，認為翻轉(zhuǎn)課堂有積極意義，但仍需不斷探索。張萍等則認為在翻轉(zhuǎn)課堂教學模式下要取得較好的教學效果，必須重視課程設計、學生參與等問題。

綜上所述，雖然翻轉(zhuǎn)課堂教學法有異于傳統(tǒng)教學方法，但是它對教學效果的提升，并不僅僅在于教學理念的先進，更多的與教師對學習環(huán)節(jié)的組織把控、知識學習引導等密切相關(guān)。為此，教學團隊針對研究生的《水力機組故障診斷》課程，以案例教學為引領進行翻轉(zhuǎn)課堂教學法的實踐。

二、《水力機組故障診斷》課程內(nèi)容模塊化與案例化設計

《水力機組故障診斷》課程的目的是針對常見的水力機組故障現(xiàn)象，通過講述故障類型、機理、特征、診斷方法、故障原因及治理措施等，使研究生熟悉常見的水力機組故障特點，掌握故障分析處理方法，培養(yǎng)學生分析解決水力機組復雜問題的能力。課程中涵蓋了狀態(tài)監(jiān)測、信號處理、故障機理分析、故障診斷方法等4 方面，涉及到多個學科的交叉知識，內(nèi)容多、學習難度大。為此，首先對知識點進行模塊化歸納，并依托實際工程項目建立針對性的案例庫，將知識點引入到工程實際中，讓學生學習知識點的同時能夠迅速聯(lián)想實際案例，在分析案例的同時能夠鞏固知識點。

教學團隊從課程內(nèi)容中先粗分出狀態(tài)監(jiān)測、信號分析等4 大塊，每塊又分為監(jiān)測內(nèi)容、傳感器選擇等2-3 個小知識模塊。在學習方法上，針對監(jiān)測內(nèi)容、信號采樣、轉(zhuǎn)子動力學、故障診斷思路等采用理論知識學習，其他內(nèi)容則穿插在案例分析中學習。學生在學習中會主動將知識點與工程實例進行比較分析，在案例引領下強化了學習的針對性，也激發(fā)了學習興趣。

三、翻轉(zhuǎn)課堂的案例化教學實施措施

某種意義上說，教育是知識傳授的過程。如何讓學生易于接受知識，如何提高學生學習積極性，是提高教學效果的重要措施?！端C組故障診斷》翻轉(zhuǎn)課堂教學法從案例庫、網(wǎng)絡學習平臺、課堂組織、課程考核等方面出發(fā)，以提高教學效果。

1、撰寫豐富的案例庫

教學團隊針對該課程10 個模塊化知識點，綜合考慮水電站設計規(guī)范、經(jīng)典分析方法、常見故障以及科學的思維方式培養(yǎng)等多種因素，開展案例庫設計，力求以案例引導學生深入學習相關(guān)知識。為此，教學團隊設計了學習型案例、引導型案例、待開發(fā)案例等3 種案例模式。首先，針對關(guān)鍵知識點，建立了10 種不同類型的學習案例，每個學習案例包括：工程背景、規(guī)范要求、主要技術(shù)理論、效果分析、參考文獻，并提供仿真分析程序；引導案例，包括工程背景、待分析參數(shù)、主要理論技術(shù)、關(guān)鍵算法程序，引導學生自主完成整個案例；待開發(fā)案例則包括工程背景、待解決的問題，推薦采用的技術(shù)方法，讓學生自主完成案例分析。

2、建立完善的課下學習平臺

翻轉(zhuǎn)課堂能否實現(xiàn)離不開學生課下自主學習，便于學習的課下教學平臺是提升學生學習主動性的重要措施。為此教學團隊從3 個方面開展教學平臺建設。

（1）教學資源碎片化：對狀態(tài)監(jiān)測內(nèi)容、信號特征提取、轉(zhuǎn)子動力學、診斷基本概念等模塊化知識進行進一步細化，將每個理論知識模塊分解成3-5 個知識點，制作3-8 分鐘的視頻或講義。讓學生一方面可以充分利用零碎時間進行有效學習，另一方面也克服了長時間單一文字學習所引發(fā)的惰性。

（2）抽象理論案例化：將課內(nèi)知識應用與實際工程案例相結(jié)合，引入技術(shù)規(guī)范、工程圖片、故障視頻等內(nèi)容，將抽象理論案例化、形象化。譬如，針對傳感器安裝的案例，不僅引入技術(shù)規(guī)范要求，還提供了相關(guān)傳感器實物圖片、實際電站傳感器安裝圖片，幫助學生理解電站傳感器安裝要求和技術(shù)重點。

（3）雙向互動，全交互模式：課下的網(wǎng)絡教學平臺針對不同的知識點或案例開辟相應的討論專區(qū)，實現(xiàn)學生與老師、學生與學生之間的雙向互動。學生既可以提出自己的問題，又可以翻看其他同學及師兄師姐提出的問題，通過老師或同學的解答，幫助學生深入理解相關(guān)知識。

3、基于案例的翻轉(zhuǎn)課堂教學環(huán)境創(chuàng)建

課堂組織與教學環(huán)境創(chuàng)建的重點在于案例分析部分，該部分主要由學生講解、討論，老師發(fā)揮引導作用。教學團隊將課堂組織分為討論題目的設計、討論過程的調(diào)控、教師小結(jié)和參與討論獎勵等4 個部分，其中討論題目的設計屬于教師課前備課內(nèi)容。

案例討論的角度較多，可以從工程引發(fā)的問題特征、相關(guān)技術(shù)應用、結(jié)果分析等方面鼓勵學生講述和討論。為此，教學團隊針對每一個案例，設計了1-2 個難易適中、有論可議的題目，并點明主要知識點。在學生圍繞這些知識點講述和討論案例的過程中，對學生興趣盎然或莫衷一是的問題，教師也將其記錄下來，作為下一次討論的擬選題目。

討論過程調(diào)控是課堂組織的重點，教學團隊采用傾聽-質(zhì)疑-引導-討論等流程，即傾聽學生講解，記錄學生對案例及知識點的錯誤理解；當主講學生觀點闡述完畢后，針對性的提出相應問題，引導學生開展大討論（該環(huán)節(jié)設計為30分鐘）。

教師小結(jié)中，任課老師將歸納觀點，有針對性的回答學生的疑惑，引導學生深入理解案例，掌握相關(guān)知識（該環(huán)節(jié)設計為10 分鐘）。在課堂的最后，對參與討論的學生給出充分肯定，并擇優(yōu)評價，也鼓勵學生互點互評，讓學生知識顯山露水，引導學生在學習中發(fā)現(xiàn)問題、研究問題，激發(fā)學生學習主動性（該環(huán)節(jié)設計為5 分鐘）。

4、以解決工程實際問題為目標的課程報告

教學團隊在學生完成引導型案例、待開發(fā)案例的基礎上，適當?shù)闹v授了論文撰寫規(guī)范和要點，并要求學生針對某一具體的故障現(xiàn)象，采用SVM、神經(jīng)網(wǎng)絡等故障診斷理論進行問題分析與求解，以期刊論文的格式完成一篇課程報告，作為課程考核的方式，不僅對學生適當施加了學習壓力，提高了學習主動性，也培養(yǎng)了學生運用知識解決復雜問題的科研能力。

四、教學效果對比分析

自2015 年開設以來，《水力機組故障診斷》選修學生情況如表1 所示。其中，2015 年、2016 年采用傳統(tǒng)教學模式，考核方式以考試為主，對學生學習能動力的激發(fā)和科研素養(yǎng)的培養(yǎng)尚且不夠。2017 年開始，采用翻轉(zhuǎn)課堂教學方法，在引導學生每人完成一個待開發(fā)案例的基礎上，以課程報告的形式進行考核，鼓勵學生參照期刊論文格式，針對水力機組故障實例進行深入研究，不僅學生學習成績較好，不同課程報告略加修改后，獲得了公開發(fā)表，更激發(fā)了學生的科研興趣，促使其積極參加研究生科技賽競賽，也獲得了一定成績。

結(jié)論

兩年來，教學團隊在《水力機組故障診斷》課程中采用翻轉(zhuǎn)教學方法，取得了較好的成績，一方面得益于以案例引領為主的教學模式，另一方面與研究生自身知識儲備較好，課堂討論較深入也有一定關(guān)系。實踐經(jīng)驗表明，模塊化的知識體系更容易被學生接受，案例引領的教學團隊織不僅有利于提高學生的知識應用能力，也提高了學生的科研能力。

表1 教學效果對比表