基于互動式翻轉(zhuǎn)課堂的國際班實驗教學探索
——以上海交通大學莫航國際班為例

張曉暉，呂新穎，余文勝

（上海交通大學 航空航天學院，上海 201201）

隨著“一帶一路”倡議的推進，越來越多的沿線國家本科學生選擇來中國留學，國內(nèi)高校也在探索“一帶一路”國際班等國際化人才培養(yǎng)方式[1]。數(shù)量日益增加的留學生給新工科建設(shè)背景下的國際留學生本科教學，尤其是實驗教學帶來了更多難度和挑戰(zhàn)，如何在國際化班級中進行與專業(yè)課程相關(guān)的實驗教學，在鞏固專業(yè)知識、鍛煉動手能力和培養(yǎng)實事求是的學術(shù)態(tài)度基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學生團隊合作精神、國際化交流能力及家國情懷，值得探索和研究[2]。本文以2020年秋季學期首屆莫航國際班“航空航天實驗”課程的培養(yǎng)實踐為例，展示了上海交通大學航空宇航教學實驗室基于互動式翻轉(zhuǎn)課堂的實驗課程設(shè)計、現(xiàn)場組織管理和教學資源整合方面的探索與實踐。希望為類似國際化班級的實踐能力培養(yǎng)提供建議和經(jīng)驗，以通過實驗課程實現(xiàn)學生創(chuàng)新思維、設(shè)計思維、領(lǐng)導力和交流溝通等能力及素養(yǎng)的綜合提升，推動國際化復合型人才的培養(yǎng)，滿足各國對國際人才的需求。

一、國際班實驗教學的挑戰(zhàn)和問題

在國家“一帶一路”倡議和中俄寬體客機項目合作背景下，上海交通大學與莫斯科航空學院聯(lián)合開展本科雙學位項目，依據(jù)兩校簽訂的合作協(xié)議，從上海交通大學工科平臺班中擇優(yōu)選拔30名學生，與30名俄羅斯學生聯(lián)合編班，組成莫航國際班。不同于國內(nèi)學生只有外教的“國際班”，上海交大莫航國際班由中俄學生混合而成，平時交流和學習的語言也都是英文，因此，“航空航天實驗”課程教學有很多挑戰(zhàn)和難度，主要表現(xiàn)在以下幾方面。

（一）中俄學生的學習習慣差異較大

莫航國際班的中國和俄羅斯學生學習背景和習慣差異較大，某些俄羅斯學生由于語言和生活習慣的原因，課程參與度不高，課堂上只是旁觀其他同學做實驗，跟著記錄實驗數(shù)據(jù)，課后也僅限于完成實驗報告，獲得課程分數(shù)。由于俄羅斯高中教育比較傳統(tǒng)，很多留學生實驗報告習慣純手寫，分析數(shù)據(jù)和畫圖也是手繪，繪圖和數(shù)據(jù)分析能力較差，如不專門加以訓練會影響到以后專業(yè)課的學習和科研項目；在課堂表現(xiàn)方面，國際班的學生在中俄兩國都有長期的學習生活經(jīng)歷，本身受到兩種文化的沖擊熏陶，思維比較開闊和活躍，如不正確引導可能誤操作設(shè)備造成實驗安全事故。

（二）中俄學生交流有限

由于英語并非中國學生和俄羅斯學生的母語，因此在平時交流時，和其他專業(yè)理論課類似，學生之間的交流比較有限，多局限在專業(yè)問題確認方面。而在國際班學生的培養(yǎng)方面，使學生具備跨文化溝通的能力和專業(yè)英語技能是必要條件。

（三）實驗教學資源的針對性不強

目前的國際班實驗講義來自中文講義的翻譯版，內(nèi)容缺乏針對性。同時，俄羅斯學生對實驗設(shè)備的熟悉程度不夠，僅通過一次現(xiàn)場講解難以保證其操作的安全性和規(guī)范性。另外，很多實驗設(shè)備沒有英文標識，操作系統(tǒng)和軟件不是英文版，造成留學生使用不便。

與此同時，“航空航天實驗”課程與其他專業(yè)知識課程相比，在教學內(nèi)容、教學要求等方面存在較大差別，具有涉及知識面廣、動手實踐性強和課程綜合要求高等特點。莫航國際班的“航空航天實驗”課涉及熱力學、空氣動力學、流體力學、結(jié)構(gòu)力學和傳熱學等方面的實驗，涉及范圍非常廣，如實驗只是按部就班讓學生重復實驗步驟，難以激發(fā)學生做實驗的興趣及熱情，參與者很容易淺嘗輒止，達不到實驗課程所需的深度。

二、基于翻轉(zhuǎn)課堂的國際班實驗教學探索

翻轉(zhuǎn)課堂引入國內(nèi)已有十多年，其核心是借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，要求學生在課前通過觀看視頻等方式自主學習主要的知識點，在課堂上教師與學生互動交流、為學生答疑解惑，學生在課余時間利用互聯(lián)網(wǎng)等信息手段進行知識拓展并及時反饋學習效果。翻轉(zhuǎn)課堂注重學生自主學習、交流和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，提倡個性化教學，有助于學生知識的內(nèi)化，提高學生課堂參與度[3-5]。2020年開始，Canvas、慕課等一系列在線教學平臺在上海交通大學課堂上得到普及應用，促使線上線下結(jié)合的混合式學習有效增強了課堂師生的互動。上海交通大學航空宇航教學實驗室針對莫航國際班實踐課程的需求，利用線上教育資源普及的機會，設(shè)計了基于中外學生互動式翻轉(zhuǎn)課堂的實驗課程內(nèi)容，并探索了與之相匹配的現(xiàn)場組織管理模式，整合了相應的教學資源。

以往的實驗教學方式是由實驗教師安排好實驗內(nèi)容和實驗材料，學生進入實驗室后，教師先將實驗原理和設(shè)備操作等內(nèi)容講一遍，然后學生完成相關(guān)實驗操作，這種現(xiàn)學現(xiàn)用的方法使學生對整個實驗過程和實驗內(nèi)容設(shè)計內(nèi)容的掌握有所欠缺，同時學生對于實驗后需要思考的問題只是知其然而不知其所以然。在翻轉(zhuǎn)課堂教學模式的指導下，國際班的實驗教學通過課前實驗設(shè)計學習、課中實驗操作訓練和課后數(shù)據(jù)分析匯總?cè)糠终归_，在整個課程中，學生是課程的主角，中俄學生之間的交流和探索是主旋律，教師是指導者和促進者[6，7]。

（一）課前：針對性設(shè)計課程內(nèi)容

首先是課程前實驗內(nèi)容設(shè)置方面，由于國際班學生增設(shè)了語言課程（中國學生大一學習俄語，俄羅斯學生大一學習漢語），專業(yè)課程安排與常規(guī)班級也有所不同，適當調(diào)整“航空航天實驗”課程內(nèi)容，以期做到理論課程和實驗課程相互呼應、配合。同時，根據(jù)上海交通大學航空航天學院的學科特色，增加了與實驗內(nèi)容相關(guān)的專業(yè)前沿知識的學習要求，例如，在熱力學實驗中增加了飛機不同位置溫度傳感器選型的思考與設(shè)計，在機翼壓力分布實驗中增加了飛機機翼防霧防冰的設(shè)計需求思考等，通過與專業(yè)前沿知識的聯(lián)系，激發(fā)了學生的學習興趣和求知欲望，使學生樹立奮發(fā)圖強、空天報國的信念和航空航天專業(yè)的自豪感。

針對國際班實驗教學，教研組專門編寫了全英文的實驗講義，不是單純將中文版教材內(nèi)容直接翻譯，而是根據(jù)國際班的實驗教學特點，并參考國外講義結(jié)構(gòu)重新編排。除了傳統(tǒng)的專業(yè)性要求以外，國際班實驗報告加入了學習感想和建議部分，促使思維發(fā)散的國際班學生表達他們對實驗的各種想法，可以是對實驗步驟的改進意見，可以是對設(shè)備設(shè)計合理性的評價，也可以是對本次實驗工作量的建議，鼓勵留學生參與實驗的更新和優(yōu)化。

同時，在Canvas等在線課程資源里不僅有實驗講義、PPT課件、背景知識、相關(guān)理論知識、安全知識、同類儀器設(shè)備功能等文件，還有國際標準、真實飛機研發(fā)過程試驗視頻、實驗內(nèi)容相關(guān)的前沿研究文獻等。吸引學生課前自主學習，并查閱相關(guān)資料。同時錄制了全英文的實驗設(shè)備操作與使用視頻，配以英文字幕，要求學生使用前手機掃碼觀看，確保非英語母語的中俄雙方學生百分百理解所操作設(shè)備的安全注意事項和操作步驟。

有些國產(chǎn)設(shè)備僅有中文指示文字，留學生在做實驗時經(jīng)常找不到講義上所講的設(shè)備位置，影響了實驗教學效率，對此打印張貼了英文標簽，方便留學生操作實驗設(shè)備。

這樣，通過多方面的手段，做到學生上課前對本次實驗課所研究的內(nèi)容心中有數(shù)，將整個課程時間都用于動手實踐和問題討論。

（二）課中：引導學生自主討論操作

在課程中，為了增加國際班學生之間的交流，實驗采用中俄學生搭檔分組的方式，每組3～4人，實驗方案和遇到的問題可以充分交流，培養(yǎng)學生的國際交流能力，增進不同國籍學生間的思維交流碰撞，促進不同文化背景下學生的感情，提升留學生在中國的融入感和獲得感[8]。

對于國際班實驗室現(xiàn)場管理來說，要在整個課程前進行全英文的安全教育與考核，特別注意針對外國學生不熟悉我國情況的現(xiàn)狀，增加國內(nèi)和校內(nèi)的安全相關(guān)常識講解，比如介紹中國火警急救報警電話、校內(nèi)緊急情況通報方式、中國化學品技術(shù)說明書和標簽（Material Safety Data Sheet），以及警示逃生標識和學院急救設(shè)備AED放置位置等。用中、英、俄三種語言顯示特別重要的安全信息，確保學生百分百理解領(lǐng)會。

在整個課堂上，學生是主角，教師更多承擔現(xiàn)場考核和引導的作用。在學生遇到實驗問題后，教師應先鼓勵同組中俄學生之間討論解決，并在實驗現(xiàn)場提出意見，促進學生思考，使學生養(yǎng)成良好的學習習慣?，F(xiàn)場考核以過程性評估為主，并鼓勵學生將實驗過程中的問題和討論結(jié)果如實記錄在實驗報告中。

（三）課后：設(shè)置多維度的考核和評價體系

在實驗完成后，以課程講義思考題和Canvas在線課程作業(yè)為手段，設(shè)置多層次的評價標準。學生除了根據(jù)實驗數(shù)據(jù)記錄的結(jié)果，通過相關(guān)的方程、計算公式，并結(jié)合作圖等方式，得出實驗結(jié)論，完成實驗報告的撰寫以外，還增加了其他要求，主要包括以下三種要求。

一是增加文獻調(diào)研的考核，學生根據(jù)要求，通過文獻調(diào)研，對某一領(lǐng)域的一種最新測試技術(shù)進行介紹。這一考核內(nèi)容主要評價學生對國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)最新進展的調(diào)研能力，有助于參與實驗的學生掌握相關(guān)方向的最新發(fā)展。

二是根據(jù)要求對某類實驗設(shè)備或測試技術(shù)進行介紹，要求學生能夠清楚掌握某類設(shè)備或技術(shù)的基本參數(shù)、使用范圍和相關(guān)要求，以使學生在實驗研究時更好地掌握該類型設(shè)備或技術(shù)的原理和特點。

三是綜合案例分析，即完成任務(wù)式教學中的任務(wù)。這類考核綜合性較強，從整體方案、設(shè)備選擇、實驗實施、結(jié)果分析等評價學生學習效果，對學生流體力學實驗研究能力進行綜合考核。

通過課后的任務(wù)型練習，進一步培養(yǎng)學生的思考能力、收集歸納資料的能力及綜合運用各科知識解決問題的能力；更能培養(yǎng)學生實驗過程中科學嚴謹?shù)膽B(tài)度，激發(fā)學生探索和創(chuàng)新精神；同時通過小組間的協(xié)作，提高學生跨文化溝通交往的能力。

當然，由于國際班學生平時學業(yè)任務(wù)很重，考慮到學生課后的工作量，尚未每次實驗后都設(shè)置這三類要求，而是根據(jù)實驗內(nèi)容選擇設(shè)置，最終根據(jù)考核內(nèi)容、形式和難易程度，設(shè)定各考核環(huán)節(jié)在總成績中的占比，得到最終考核成績，具體見表1。

表1 單次實驗報告考核標準

最終的成績評價不應單一地參考實驗報告的實驗成績，應兼顧實驗設(shè)計與預習情況、實驗實踐過程與實驗記錄、實驗報告與論文這幾個方面綜合給分，做到充分重視實驗方法及過程，兼顧分析和處理問題的思維方法，從而給予學生更多自由發(fā)揮的空間，鼓勵他們探索、求異和創(chuàng)新[9]。

通過以上課前、課中和課后以學生為主的課程改革，提高了國際班學生的實驗積極性，提升了國際班整體的實驗教學效果，同時對全英文實驗教學體系的建設(shè)產(chǎn)生積極意義。

三、教學效果評價

經(jīng)過上海交通大學教學評價系統(tǒng)對65名完成“航空航天實驗”課程的國際班學生的匿名問卷調(diào)研，從教學能力、教學內(nèi)容、教學方法、學習效果、師生互動、學生表現(xiàn)等6個維度對課程教學效果進行了量化分析（如圖1），并與全校同類課程進行了橫向?qū)Ρ取＝Y(jié)果顯示，“航空航天實驗”課程在上海交通大學同類課程中的綜合評價檔次為B檔，課程效果排名在前1/3，其中，教學內(nèi)容和教學方法經(jīng)過課程改革，達到了較高的評價；在學生表現(xiàn)和學習效果方面，由于語言等問題，和上海交通大學中文授課的常規(guī)班學生相比，還有進一步提升的空間，這也是下一步國際班實踐課程改革的重點。

圖1 教學效果評價

與理論教學不同，實驗教學需要學生“動起來”而不是“坐好”，中外學生混合的國際班的實驗教學尤其如此。本文總結(jié)了上海交通大學航空宇航教學實驗室針對首屆莫航國際班實驗課程的改革探索，借助翻轉(zhuǎn)課堂教學模式，發(fā)揮學生的主動性，課前學生自學教學內(nèi)容，課上教師引導學生進行討論，課后匯總應用所學。基于翻轉(zhuǎn)課堂的實驗教學效果在學生自主學習、師生互動、課堂教學效果等方面都明顯優(yōu)于以往。