鄧小龍 楊希祥

[摘 要]大學生創(chuàng)新實踐活動是現(xiàn)代高校教學活動的一個重要組成部分，可積極促進學生掌握學科知識體系，提高自主學習能力、創(chuàng)新意識和實踐能力，是提高學生科研能力和科研素養(yǎng)的重要手段，受到國內(nèi)外高校的廣泛重視。該研究以“臨近空間浮空器設計”創(chuàng)新實踐活動課程為基礎，結合課程知識結構特點引入翻轉課堂教學模式，通過對課程內(nèi)容的翻轉設計和有效實施，研究翻轉課堂教學模式在創(chuàng)新實踐活動中的應用方法和策略。同時結合創(chuàng)新實踐活動的自身特點，指出翻轉課堂在創(chuàng)新實踐活動中可能面臨的問題，為翻轉課堂教學模式在創(chuàng)新實踐活動類課程的推廣提供參考。

[關鍵詞]創(chuàng)新實踐活動；翻轉課堂；臨近空間浮空器設計；教學模型

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）08-0163-03

大學生創(chuàng)新實踐活動是以課程知識體系為基礎，結合其他相關學科知識，形成針對明確對象開展實踐型研究的課題。學生需要針對課題項目內(nèi)容，開展相關學科領域的調(diào)研、學習、探索和實踐，通過理論與實踐相結合的辦法完成課程任務，達到預先設定的課程目標[1]。通過對教學目標和方法的合理分析和設計，創(chuàng)新實踐活動可有效促進大學生對學科知識體系的掌握，提高針對具體項目或問題的自主學習能力，以及應用知識解決具體問題的能力，最終達到能力培養(yǎng)的教學目標。經(jīng)過多年發(fā)展，科技創(chuàng)新實踐活動已經(jīng)成為高校教學活動的一個重要組成部分，并且受到了各高校的廣泛重視。同時，為鼓勵大學生積極參與科技創(chuàng)新實踐活動，國家各級教育管理部門和高校出臺了大量的相關鼓勵政策[2]。

當前，針對創(chuàng)新實踐活動的教學模式嘗試不斷涌現(xiàn)，但主流上仍采用較傳統(tǒng)的講解式教學模式。雖然這種教學模式能滿足常規(guī)知識內(nèi)容傳遞的教學目標，但對于創(chuàng)新實踐活動的多學科背景、多項目內(nèi)容且項目具體化等要求，難以適應其構建學科知識體系、培養(yǎng)創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力的教學目標。近年來，融合了講解式教學方法和建構主義理論的翻轉課堂教學模式受到廣泛關注，國內(nèi)外均在對這種新型教學模式進行教學理論研究和教學實踐研究[3]。

本文從“臨近空間浮空器設計”創(chuàng)新實踐活動出發(fā)，基于學生知識背景特點，從翻轉課堂的設計、實施、注意事項等方面開展翻轉課堂教學模式在大學生創(chuàng)新實踐活動中應用的探討。

一、翻轉課堂教學模式簡介

翻轉課堂源于美國教師喬納森·伯爾曼和亞倫·薩姆斯的新教學模式嘗試。他們首先錄制課程講稿和授課的視頻并上傳到網(wǎng)絡上，學生通過課前觀看視頻完成知識傳授環(huán)節(jié)，課堂上通過學習互動及隨堂練習等方式完成對前面自主學習知識的理解消化和吸收，形成了一種“學習知識在課外、內(nèi)化知識在課堂”的新型教學模式，取得了較好的教學效果。在2011年，可汗學院創(chuàng)始人薩爾曼·可汗通過《用視頻重新創(chuàng)造教育》的演講向大眾介紹了翻轉課堂的概念及其實踐推廣經(jīng)驗，引發(fā)了全球教育界對這種新型教學的探索和實踐[3-5]。

翻轉課堂教學模式通過融合講解式教學方法和建構主義理論教學模式，課前和課后依靠信息技術的輔助完成知識傳授過程，知識內(nèi)化通過師生課堂合作完成，改變了傳統(tǒng)模式的課堂內(nèi)容安排、教師和學生角色、課程時間分配等，可以有效避免傳統(tǒng)教學中學習內(nèi)容和時間的強制性、思維過程的依賴性[6]。在翻轉課堂教學模式中，課堂只是鞏固和內(nèi)化知識的平臺，減少了知識傳授環(huán)節(jié)，為課堂中教師與學生的互動交流，學生與學生的協(xié)作學習預留了充足的時間，在陳述、質(zhì)疑、競爭的過程中使學生的語言表達、合作能力得到提高，還能激發(fā)學生的學習興趣，提高學生的學習效果[7， 8]。

結合創(chuàng)新實踐活動課程中多學科背景、多項目內(nèi)容以及項目內(nèi)容具體化等特點，此類課程更注重對知識的理解、消化、應用，并將大量的課堂時間用于師生之間的討論和交流。因此，翻轉課堂教學模式在創(chuàng)新實踐活動課程中具有良好的應用前景。

二、創(chuàng)新實踐活動翻轉課堂教學課程設計

“臨近空間浮空器設計”創(chuàng)新實踐活動是為飛行器設計相關專業(yè)學生開設的一門綜合了專業(yè)與開放的綜合性創(chuàng)新實踐課程，旨在通過對具體浮空器項目的需求分析、技術指標分解、分系統(tǒng)方案設計、多學科總體方案設計、建模仿真與優(yōu)化等研究，全面提升學生運用專業(yè)知識發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。該課程囊括了飛行器設計、優(yōu)化方法及動力學與控制等相關專業(yè)課程，通過學習可強化學生對飛行器設計這一課程的理解，提升學生在飛行器領域的創(chuàng)新和實踐能力[9-12]。由于“臨近空間浮空器設計”是一門針對飛行器設計學科的實踐課程，其知識內(nèi)容范圍廣、創(chuàng)新實踐要求高，開展翻轉課堂教學模式課程設計時應特別注重構建知識框架，梳理知識要點，學習與實踐相融合。

（一）構建知識框架

“臨近空間浮空器設計”是本校飛行器設計及相關學科專業(yè)學生的創(chuàng)新實踐類課程，課程涉及眾多學科知識，主要內(nèi)容包括空氣靜力學、空氣動力學、柔性充氣結構設計、循環(huán)能源設計、高空推阻平衡設計、浮空器熱特性分析與控制、浮空器總體設計方法、低動態(tài)浮空器動力學與控制等[13]。一方面，這門課程所涉及的部分知識點學生已經(jīng)在專業(yè)課程如空氣動力學、總體設計方法、飛行器動力學與控制等中學過；另一方面，臨近空間浮空器所特有的部分知識點需要進行詳細講授，如柔性充氣結構設計、浮空器熱特性分析與控制、循環(huán)能源設計方法等。此外，作為實踐活動類課程，運用課程知識開展創(chuàng)新實踐項目是本課程不可或缺的重要環(huán)節(jié)。因此，如何協(xié)調(diào)處理學生已學知識與未學知識的關系，如何將課堂教學內(nèi)容與創(chuàng)新實踐能力需求有機結合起來，是構建“臨近空間浮空器設計”課程知識框架需要考慮的兩個主要問題。

（二）明確知識要點

在確定知識框架的基礎上，需要進一步梳理好課程的知識要點，并仔細分析知識要點的類型，在此基礎上進一步明確教學模式。需要指出的是，不是課程的全部知識內(nèi)容均適合采用翻轉課堂教學模式，翻轉課堂在基礎知識傳授方面的優(yōu)勢并不明顯，例如浮空器熱特性分析、靜力學與動力學等。對這類章節(jié)的知識點講授，采用直接講解法不僅節(jié)省教和學的時間，而且學生掌握知識的效果也較好。但是對于總體設計、分系統(tǒng)設計這類強調(diào)自主性、創(chuàng)新性和實踐性知識的教學，翻轉課堂模式優(yōu)勢則較為明顯。我們在開展“臨近空間浮空器設計”課程翻轉課堂教學探索時發(fā)現(xiàn)，課程設計應結合教師對課程的理解以及教師自身的教學能力，側重于打造理論基礎、實踐能力，對課程知識點進行分類教學。

（三）融合學習實踐

創(chuàng)新實踐活動課程的核心是培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新實踐能力，主要是培養(yǎng)學生自主學習、邏輯推理、分工協(xié)作、問題分析和問題解決的能力。創(chuàng)新實踐活動方案設計和實施通常是充分體現(xiàn)多領域跨學科知識和能力的融合，反映學科研究的最新成果。因此，創(chuàng)新實踐活動的教學應特別強調(diào)理論教學、實驗教學互動?！芭R近空間浮空器設計”創(chuàng)新實踐活動課程教學，通過創(chuàng)建多種應用場景和任務模式，促使學生主動學習和探索，提出不同的創(chuàng)新解決方案。課堂中，教師積極為學生創(chuàng)設問題情境，鼓勵學生在浮空器的設計實踐過程中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題并能最終解決問題，完成合理的方案設計與分析。通過在課堂上引導學生有效開展小組內(nèi)部協(xié)作和小組之間競爭，來提高學生對浮空類飛行器的固有特點、優(yōu)點及不足、設計方法的認識水平。

三、創(chuàng)新實踐活動翻轉課堂的設計與實施

張京磊等根據(jù)翻轉課堂的內(nèi)涵以及建構主義學習理論、系統(tǒng)化教學設計理論，在現(xiàn)有翻轉課堂教學模型的基礎上，提出了包含有課前模塊和課堂模塊的兩模塊翻轉課堂教學模型[3]。其中，課前模塊主要包括教師教學視頻的制作、學生對教學視頻的觀看學習以及相關針對性練習；課堂模塊主要包括教師總結提出具有探索價值的探究題目，學生選擇題目并獨立學習與探索，學生之間的協(xié)作學習、完成題目后的成果交流以及對翻轉課堂的反饋評價。在“臨近空間浮空器設計”創(chuàng)新實踐活動課程中，教學組采納了兩模塊翻轉課堂教學模式。

（一）課前模塊

在翻轉課堂教學模式中，知識傳授通常依靠教師在課前錄制好教學視頻資料，由學生在課外時間觀看來完成。教學視頻一般由課程主講教師根據(jù)教學目標和教學內(nèi)容錄制或者使用網(wǎng)絡上優(yōu)秀的開放教育資源。在制作教學視頻時，應充分考慮視覺效果和學生觀看時長等因素，以幫助學生構建框架清晰、內(nèi)容豐富、便于實際操作的學習平臺為主要目的。因此，在制作“浮空器設計”的視頻課件時，教學組采用了大量關于常規(guī)飛艇和高空飛艇、高空氣球、高空無人機等飛行器設計及應用的多媒體資料，將知識點與實例緊密結合起來，激發(fā)學生學習興趣。

為引導和掌握學生自主學習的方向及進度，教學組將教學目標分解為彼此銜接的多個教學任務，制定相應的“自主學習進度建議表”并下發(fā)給每個學生。“自主學習進度建議表”主要用于幫助學生梳理和明確自主學習的主要內(nèi)容、目標、進度要求和建議方法等。同時，還布置針對指定內(nèi)容的研究型小作業(yè)，培養(yǎng)學生的自主學習能力與應用知識能力。在“臨近空間浮空器設計”創(chuàng)新實踐活動中，學生通過視頻完成浮空器總體系統(tǒng)構成、高空浮空器特點、循環(huán)能源系統(tǒng)設計等課程內(nèi)容的學習。同時，還要求學生記錄知識要點及回答相關問題，例如高空浮空器與低空浮空器在設計角度和應用角度方面的主要區(qū)別等，通過完成論述分析小報告，加強學習和應用知識的能力。

（二）課堂模塊

翻轉課堂的重心是理解知識和運用知識，這也是開展創(chuàng)新實踐活動的主要目的。任課教師在“臨近空間浮空器設計”創(chuàng)新實踐活動課上，首先針對知識要點提出相應的課程任務列表，學生選擇相應項目題目并進行分組。各小組通過對問題的討論分析并進行任務分工，各成員負責一個子問題，分別獨立開展探究式學習。在翻轉課堂的自主學習過程中，教師的主要角色是領路人，幫助學生制訂學習計劃，提供學習工具及相關學習資料。學生是教學與實踐的主要參與者，通過小組協(xié)作學習，促進知識內(nèi)化和建構。

在個體完成探索學習后，小組內(nèi)部開展包含對話、商討、辯論等多種形式的團隊協(xié)作學習階段。此環(huán)節(jié)一方面可增強學生的參與積極性以及對問題認識的全面性，另一方面可引發(fā)學生基于多學科知識創(chuàng)新的頭腦風暴。對于“浮空器設計”創(chuàng)新實踐，小組討論的對象主要包括浮空器新型氣動布局、新型推進方式、新型能源系統(tǒng)設計、新型駐空方式及動力學特征等。在這一階段，教師的主要作用是掌握小組內(nèi)的討論方向和討論重點，引導小組成員最終達成一致目標。

在完成團隊學習后，在課堂上組織開展各小組之間的工作匯報、交流學習心得。在“臨近空間浮空器設計”創(chuàng)新實踐中，各小組應根據(jù)各自的項目要求來詳細介紹系統(tǒng)設計總體方案、設計思路、設計合理性分析、創(chuàng)新點與可實現(xiàn)性、應用前景與應用模式等內(nèi)容，其他小組針對浮空器設計方案進行討論和交流，對方案的知識點應用情況和創(chuàng)新立意進行點評。在這一階段，教師的主要作用是幫助大家把握各方案所涉及的知識基礎、方案的設計合理性以及創(chuàng)新方案的應用前景。

四、創(chuàng)新實踐活動翻轉課堂教學實施挑戰(zhàn)

作為一種全新的教學模式，翻轉課堂教學模式對創(chuàng)新實踐活動中的教師和學生都提出了新的要求和挑戰(zhàn)。對教師而言，首先應當接受這種教學模式，理解和掌握其教學方法，并且能夠根據(jù)教學內(nèi)容判斷哪些內(nèi)容適宜采用翻轉課堂教學模式，而且還要為教學對象錄制教學視頻，安排課堂討論內(nèi)容和進度安排。在翻轉課堂教學中，教師還應充分考慮學生的時間分配，確保學生能夠有時間觀看并理解學習教學視頻，內(nèi)容不能過長或過于簡單。教學視頻的錄制質(zhì)量、對學生交流的指導、學習時間的進度安排、課堂活動的組織等因素都影響著教學效果，因此對教師信息技術與總體素質(zhì)能力的要求高。

對學生而言，在接受這種教學模式的同時，應能夠在課外主動學習視頻內(nèi)容，應用所學知識在課堂上積極參與探索式學習、小組協(xié)作式學習及班級討論式學習。學生觀看教學視頻后，自己應能按時完成練習并進行資料查找和總結，梳理清楚問題并在課堂中與老師和同學們深入討論，這都要求學生具備良好的自主學習能力、信息獲取能力、團隊合作攻關能力。

五、結語

基于翻轉課堂教學模式的大學生創(chuàng)新實踐活動課程是對傳統(tǒng)創(chuàng)新實踐活動教學模式的創(chuàng)新。本文以翻轉課堂教學模式在我?！芭R近空間浮空器設計”創(chuàng)新實踐教學活動的探索為基礎，通過對教學內(nèi)容的深入分析與劃分，明確適用于翻轉課堂教學模式的部分課程內(nèi)容，確立知識框架及知識要點，通過對課前模塊與課堂模塊的合理設置，提高學生的學習興趣、自主學習能力和創(chuàng)新實踐能力。通過課程任務設置，促使學生在主動探索學習的基礎上提高表達能力、協(xié)作學習能力及實踐應用能力，取得了良好的教學效果。翻轉課堂模式在創(chuàng)新實踐活動類課程的推廣和探索方面有著廣闊空間，有待進一步深入研究和實踐。

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[責任編輯 龐丹丹]