信息技术支持的高校“翻转课堂”实验教学模式构建

陈 儒，周大镕

(1.桂林师范高等专科学校 宣传部(统战部)，广西 桂林 541001；2.桂林理工大学 现代教育技术中心，广西 桂林 541004)



信息技术支持的高校“翻转课堂”实验教学模式构建

陈 儒1，周大镕2

(1.桂林师范高等专科学校 宣传部(统战部)，广西 桂林 541001；2.桂林理工大学 现代教育技术中心，广西 桂林 541004)

实验课程作为学生提升动手能力、培养创新能力的重要科目，在高校理工科学生的培养计划中具有举足轻重的地位。然而当前高校实验教学存在着教学模式单一、重理论轻实践、实验内容限制性大等问题，针对这些问题，实验教学改革开始引入并使用信息技术手段，推动建立以学生为中心的课堂教学模式。“翻转课堂”实验教学模式应运而生，该模式借助信息技术，把知识学习的过程放在实验课外，而把知识内化和巩固的过程放在课堂内。要构建“翻转课堂”实验教学模式，就需要整合教师、实验室、课程等资源，而且教师角色、教学方法和实验室定位也需要根据翻转课堂的需要而转变。翻转课堂实验课程设计要从学习资源的准备、课外自主学习、课内实验、课堂反馈与改进等四个方面进行组织。

翻转课堂；高校实验教学；教学模式构建

实验室是高校培养学生动手能力、激发创新能力的重要场所和教学方式，其教学模式与学生的能力成长需求是否一致将直接影响人才的培养。纵观当前实验教学现状，形式化和刻板化的教学模式仍然十分普遍，虽然一些高校已经开始了实验教学的改革，也取得一定的成绩，但是这些实验教学模式还不完善，也没有得到大范围的推广，仍不能满足大学生创新能力提升的需要，也不能适应社会就业形势的需求。2011年以来，“翻转课堂”随着信息技术的发展，在教学中应用日渐成熟，这为高校实验教学模式改革提供了新的思考。翻转课堂正符合了当代大学生关注网络、思想活跃、偏好自学的特征，其日渐完善也是一种很好的选择。如何将翻转课堂的优点融入到高校实验教学改革中，提高实验课堂的效果，成为了当前教育工作者的重要研究课题。

一、高校实验教学存在的问题与改革趋势

(一)高校实验教学存在的问题

高校承担着培养人才的主要任务，也是创新元素的主要输出地。“两创”提出以来，创新能力的培养处于高校培养计划中的更重要的位置。实验作为知行合一的学习活动，是培养理工科学生创新能力的重要教学方式。但是实际上，当前很多高校实验教学方面存在一系列问题，难以发挥实验创新培养功能，甚至成为单纯的教具。

1.教学模式单一。当前高校实验教学模式以课堂教学为主，课前预习和课后巩固主要依靠学生的自觉性，没有课外辅导和交流，也没有学生自我测试，学习的效果很不理想。实验过程也大都是固定的模式，告知实验原理、提供实验用品，然后按照教师给出的具体实验步骤，测几个数据，填写一下实验报告，整个实验就算完成了。学生在实验课中基本处于被动状态，无需自己设计，实验课甚至越来越演变成了大学生为了学分而应付的课程，实验往往流于形式。一部分学生自我摸索，投入了很多时间，却达不到预期的效果，这对学生的学习积极性也有一定的打击。

2.重理论轻实践。现在很多高校实验教学主要模式是课堂授课+实验演示+课后作业，以理论知识的讲解为主，实验多为对课本理论和操作步骤的验证和重复，实验所占课堂时间的比重比较低。而实验课作为知行合一的教学活动，其实质上更加侧重于实践，是理工科学生进行探索和能力拓展的重要方式，然而现实中却与实验的实质严重偏离。实验室的重要性难以突出，实验设备、资源难以充分利用，仪器的购买也缺乏针对性。

3.实验内容限制性大，缺乏创新能力培养。课堂实验多为教师组织，按照书本上的步骤按部就班地进行重复性实验。教学内容和实验内容都被限制在书本框架之中，跨学科的实验几乎不可能，学生自己设计、完成实验更是难以实现。在现有实验教学管理模式下，由于课堂时间被大量的理论教学占用，而且实验时间又被制式实验所占用，自主实验的时间严重不足，而且课后实验室开放的机会很少，大量学生难以有效地利用实验室资源，进行自主实验、探索与创新。

(二)高校实验教学的改革趋势

教育部在《教育信息化十年发展规划(2011-2020)》中提出信息技术与教育“深度融合”的全新理念，各高校也希望找到实现教育信息化目标的有效途径与方法，以解决信息技术在教育领域应用成效不显著的问题。随着信息技术的发展和国家的重视，很多高校都开始将信息技术引入教学中，推动教学模式的改革与发展，特别是实验教学中引入信息化手段，给实验教学改革提供了新的方向。

1.引入并使用信息技术手段，提高实验教学的信息化水平。信息技术服务的使用，例如模拟实验室的使用，让实验不再仅限于实验室和课堂时间，让学生能够在课外进行模拟实验。所谓虚拟实验室指利用网络、计算机、仿真等技术，对实验的各个环节进行模拟，是一种用软件替代硬件的平台[1]。模拟实验室中“设备”的利用效率和维修成本低，基本不会出现损坏硬件的情况，前期实验平台开发完成后，后期的重点主要放在网络硬件的维护上即可。此外，线上课程的使用也让移动学习成为了现实，学生可以结合视频教学内容和演示进行自我学习。线上视频结合模拟实验预习，为课堂学习的预习和掌握提供了新的途径。

2.课堂教学中教师为中心向学生为中心转变。创新创业教育理念要求提高学生的创新思维能力和动手实践能力，教育要由“教”转变为“学”，学生不再是被动的受教育者，更是主动学习的探索者。在实验教学内容的安排上，教学改革根据学生的知识水平和个性差异，将实验教学内容分为三个层次：验证性实验、综合性实验和创新性实验。验证性实验是指实验对象、实验器材和实验步骤、实验参考数据都已经存在，然后学生按照步骤重复实验过程，以实验数据来验证参考数据的正确性。综合性实验是指学生跨知识点进行实验，不再仅限于单个实验，甚至可以跨学科进行交叉性实验。创新性实验是指学生根据已有知识和技能，在现有实验基础上对创新性假设和想法进行深入研究。根据学生的差异性提供不同的实验内容层次选择，摆脱传统的一刀切的实验教学模式，做到因材施教，又能为心有余力的学生深入探究学习提供可能。

虽然信息技术的引入，让实验教学改革出现了突破性的发展，但是盲目地引进信息化手段，而没有相适应的教学模式，导致很多高校信息化教学流于形式，甚至不仅没有提高教师的教学效率和学生的学习效率，反而给教师和学生带来了沉重的负担。教师疲于接受信息化培训和微课录制，而学生又难以找到需要的学习资源，浪费了教师和学生的大量时间和精力。那么面对信息化潮流，如何有效的借助信息化手段促进实验教学模式改革，本文从翻转课堂的角度为实验教学提供一个信息技术的应用模式。

二、“翻转课堂”实验教学模式构建

(一)翻转课堂研究现状

“翻转课堂”2007年起源于美国，是一种学生自主学习和教师教学相结合的混合学习模式，学生通过课前观看视频，学习新知识，课堂上教师指导难点疑点和交流，完成知识的掌握和巩固。这一教学改革被加拿大的《环球邮报》评为2011年“影响课堂教学的重大技术变革”。美国富兰克林学院数学与计算科学专业的Robert Talhert教授在线性代数等课程中应用了翻转课堂教学模式，张金磊等在其基础上，在对国外教学实践案例研究的基础上构建出更加完善的翻转课堂模型[2]，继而与张宝辉一起又提出了基于游戏化学习理念的翻转课堂模式[3]。徐妲等根据化学实验教学的特点，提出了化学实验翻转课堂的教学模式[4]。曾明星等根据软件工程专业的特点，构建了软件工程翻转课堂的教学模式及相适应的云计算教学平台[5]。钟晓流等提出了太极环式的翻转课堂模型[6]。陈怡等设计并实施了计算机应用基础的翻转课堂模式[7]。这些翻转课堂教学模型都是学者基于特定学科设计的，这些研究对本文有很大的启发，本文将“翻转课堂”应用于实验教学中，构建符合实验课程的“翻转课堂”实验教学模式构建。

(二)“翻转课堂”实验教学模式构建

一般实验教学模式中会在实验前由学生预习并填写实验指导书，一般这些内容都可以在教材中找到，然后教师对实验原理、实验步骤进行讲解并演示实验过程和注意事项，这一环节是一般课堂的主体部分，占用了大部分时间；实验阶段由学生按照实验步骤，使用提供的实验仪器和材料进行验证性实验；实验后教师检查实验结果并对结果进行点评，但是由于一般实验课只有一位教师来指导30名左右的学生，有很多教师对实验后阶段分配的时间很少，对学生实验情况的考察主要体现在他们的实验报告上，对学生的实验技能提升情况缺乏了解(见下表)。

表 翻转课堂模式与一般实验教学模式的对比

在信息技术的支持下，“翻转课堂”实验教学模式构建主要将实验课中没有必要在课堂进行的环节都挪到课外进行，将主要的时间用于实验操作、实验结果点评及实验中难点疑点的交流。翻转课堂实验教学模式中分别从教师活动和学生活动两个行为主体进行构建，翻转课堂中主要的环节是“2+1”模型，即知识学习、实验与巩固、交流与点评，不仅包括传统翻转课堂的课外知识学习和课内知识内化两个环节，更是将交流和点评环节放到很重要的位置，经常性的课堂交流和反馈是翻转课堂下教师和学生相互磨合的必需过程(见下图)。

图 翻转课堂实验教学模式

知识学习阶段发生在课外，教师为学生提供学习视频和自学资源，而学生则进行自主学习和模拟实验，将传统的知识学习过程提前在课前完成。实验与巩固阶段是发生在课内，这一阶段以学生为中心，是学生实验操作和知识巩固的过程，在教师的个性化辅导和答疑解惑中将实验知识内化，有余力要进行深入探究的学生可以在课堂实验的基础上进行综合性实验和创新性实验。交流与点评阶段不仅可以发生在课内，教师进行总结和点评，学生向教师反馈课堂学习进度。交流行为会在信息技术的支持下一直持续到课外，通过信息技术服务平台的支持，例如即时通讯软件、实验分享交流平台等信息化手段，可以使作品点评、教师与学生的交流、学生之间的交流打破课堂的限制。翻转课堂实验教学模式的“2+1”模型的应用需要信息技术的支持，而且在应用中需要教师教学方法和学生学习习惯的改变。

三、支持“翻转课堂”的资源整合与转变

(一)整合实验教学资源

翻转课堂作为一种新教学组织形式引入到实验教学中，与一般实验教学模式有很大不同，在课堂组织形式上是一种颠覆性的，而且在推行中需要大量实验教学线上资源的支持，所以需要整合教师资源、实验室资源和课程资源，以适应翻转课堂教学需要。

1.教师资源

翻转课堂的实行需要授课视频和线上指导，这不是单个教师可以完成的，而且学生实验更是有综合性实验和探究性实验，需要更加丰富学科背景的教师进行点评和线上指导。将实验演示和理论知识讲解以视频的形式搬到线上，一次性录制可以长时间重复使用，在一定程度上可以减少教师的授课压力，也为实验课中留给学生更多实验时间提供了可能性。教师资源的整合不再是单一学科，而是包括化学、生物、物理、数学等不同学科的教师，能够在线上提供跨学科指导和交叉培养。创新是多种能力和思维交叉碰撞所产生的火花，多学科的综合指导更有利于学生的创新能力培养。

2.实验室资源

实验室资源的整合是指将不同类型的实验室，如物理实验室、化学实验室、生物实验室等实验室资源整合起来，通过一定的途径告知学生开放的时间和申请方法，以便学生做综合性实验和探究性实验，打破不同类型实验室互相隔绝的局限，为学生的创新能力培养营造良好的氛围。同时实验室资源的整合也是利用信息化手段，提高实验室资源利用效率的重要方式，为实验仪器的更新提供了依据。同时，在翻转课堂中要将虚拟实验室和现实实验室相结合，为学生随时随地进行实验和探究提供可能性。

3.课程资源

由于翻转课堂模式中学生的知识学习放在课外和线上，而且很多课程资源都是开放的，不再受学科的限制，所以实验课程管理者需要将众多学科整合起来，以发挥多学科课程资源的优势。同时线上课程资源也不只是教学视频，还有配套的学习教案和测试题库，其中学习教案是教案的学生版，学生可以通过此教案初步解答学生学习中经常遇到的重点难点，提高学生自主学习的质量和效率。

(二)翻转课堂实验教学模式下的转变

1.教师角色

在翻转课堂中，教师授课不再是实验的中心，而是实验课堂的策划者、组织者、参加者、评判者和导演，教师在实验课上的主要任务是辅导和解惑，以学生自主实验和探索为中心，将课堂时间交给学生。这方面的转变对教师的教学能力和课堂掌控能力的要求很高，也很重要。

2.教学方法

“翻转课堂”实验教学模式中教学方法由以“教”为主转变为以“学”为主。在这种教学模式下，课堂内的时间交给学生，学生由被动的接受知识转变为更专注于主动的基于自身基础的学习，在教师解疑答惑的基础上进行新的验证实验、综合性实验和创新性实验，从而获得更深层次的理解。教师将知识讲授环节录制成为视频，让学生根据自己学习习惯自主学习。教师还会将实验相关的拓展资源放在网上，让学生根据自己的学习进度和需求选择性学习。而教师更加关注的是如何掌控好课堂的节奏和如何更好地为学生提供个性化的辅导。翻转课堂也要求教师重视课外交流，重视学生的反馈。同时在设计翻转课堂中要考虑学生的反馈和意见，积极将学生由纯受众变成翻转课堂的设计参与者，录制授课视频、配套的授课材料等都可以让学生参与进来。

3.实验室的定位

在翻转课堂中，实验室不再是一个教具，而是学生验证实验理论知识、掌握实验操作技能、培养创新能力的工具。实验室的主要功能是实验，而不再只是理论知识的讲解和实验演示的教室。

四、翻转课堂实验教学的组织策略

(一)学习资源准备

由于翻转课堂将学习实验知识理论、观看实验演示和模拟实验放在了课外，由学生自己学习，所以就需要给学生提供大量的自主学习资源，例如，授课微视频、模拟实验软件等。微视频质量的高低和学生自主学习的效果直接影响实验教学的效果。

教学微视频的制作要注意几点：第一，视频长度不宜过长，尽量控制在20分钟以内，每一个视频只讲述一个知识点，但是务必要将知识点讲透彻。每学期开始教师要将实验教学视频传到在线平台上，以保证学生能够自己学习，并且能够根据在自主学习中发现的问题和疑惑，在课堂上与教师交流。第二，视频的难度要有层次感。不同层次的视频以满足不同层次的学生观看视频的需要。实验可以分为验证性实验、综合性实验和探究性实验，相应的视频教学内容也可以对应这三个层次。相应的不仅要为学生准备视频资源，还要提供可以进行模拟实验的平台或软件，以便学生能够在观看完教学视频之后可以模拟实验，进行验证和探索。为了方便师生间的交流，每个实验课堂都需要一个即时通讯方法，例如微信群、QQ群等，在学生有什么疑惑的时候，教师能够及时答复。除此之外，教师还要准备一些测试题，让学生能够在观看视频之后进行自测。

(二)课外自主学习

课外自学是翻转课堂实验教学模式的重要环节，学生在课外时间利用教师提供的实验教学视频、模拟实验室、自测题等资源，完成学习计划，并对实验内容和实验过程进行思考。课外自学不是单纯的观看视频，也需要一定的监督和测试，不是简单的完成的这一过程，而需要达到相应学习目标。对学生的监督有两种，第一种是技术上的监督，通过信息技术手段检查学生是否专注的学习视频。第二种是效果上的监督。这就需要相应的知识测试。学生学习完视频之后，要根据教师提供的测试题进行自测，在模拟实验中填写实验说明书进行自评，确定自己对知识的掌握程度和所在的层次，然后有针对性的进行提高。这一过程所产生的数据汇集到教师的客户端，教师能够及时掌握学生的学习动态，以便适时调整教学策略。

(三)课内实验、交流

翻转课堂中学生的课内主要任务是做实验和知识巩固，力求将知识内化在课堂上完成。实验是课前知识学习和模拟实验的延伸和验证，是学生创新意识、创新能力不断激发和强化的过程，也是学生发现问题、提出问题和解决问题的过程。实验中出现的共性问题就在课堂上集中讲解，学生的个性化问题则针对性辅导。同时，不仅要鼓励学生有独立思考的能力，还要在实验课内提高学生的团队协作能力，对有深入探究兴趣的学生进行引导，增加师生之间和学生之间的交流与沟通，实现知行合一，理论实践结合，学习内容层层深入。翻转课堂中的交流是十分重要的，这不仅是学生之间、师生之间知识和观点的碰撞，深化知识认识理解的过程，也是教师及时了解课堂动态，把握课堂节奏的关键，同时也能为以后翻转课堂的不断完善提供依据。

(四)实验课堂反馈与改进

翻转课堂实验教学模式作为一个标准化的教学模式，在应用中难免会因为学生群体的差异、教师理解和掌握翻转课堂授课技巧的不同，与预期效果有所不同，所以在翻转课堂实验教学模式中需要设计一个反馈与改进的环节，积极听取学生的建议，让学生参与到翻转课堂的设计中，这样不仅可以逐步完善翻转课堂，也能够更大限度地提高学生的参与积极性和学习积极性。

五、结语

翻转课堂以其学习形式的灵活性和自主性，为实验教学模式提供了改革的方向，将教师和学生从传统的教学课堂中解放出来，发挥各自的优势：学生自主学习的积极性和教师辅导的专业性。翻转课堂符合学生的学习规律，能够全方位的激发学生的创新思维，培养创新创造能力，这也符合了国家提出的对高校学生创新创业能力培养的要求，符合社会的发展要求。

在应用翻转课堂实验教学模式的同时，也要认识到翻转课堂不是统一不变的，而是要根据教师教学方法的不同和学生的差异进行调整。而且翻转课堂教学模式严重依赖信息技术的支持，也会随着信息技术的进步而改变，也需要做到与时俱进。至于如何将翻转课堂扬长避短的应用到普通科目的教学中，教育工作者还需要丰富教学实践和进一步探索研究。

(责任编辑：梁京章)

[1]彭慧.基于虚拟实验室的高校实验教学改革[J].赤峰学院学报(自然科学版),2016(3):264.

[2]张金磊，王颖，张宝辉.翻转课堂教学模式研究[J].远程教育杂志,2013(4):46-51.

[3]张金磊，张宝辉.游戏化学习理念在翻转课堂教学中的应用研究[J].远程教育杂志,2013(1):73-78.

[4]徐妲，钟绍春，马相春.基于翻转课堂的化学实验教学模式及支撑系统研究[J].远程教育杂志,2013(5):107-112.

[5]曾明星，周清平，工晓波，等.软件工程专业“翻转课堂”云计算教学平台探讨[J].现代教育技术,2013,23(8):26-31.

[6]钟晓流，宋述强，焦丽珍.信息化环境中基于翻转课堂理念的教学设计研究[J].开放教育研究,2013,19(1):58-64.

[7]陈怡，赵呈领.基于翻转课堂模式的教学设计及应用研究[J]. 现代教育技术,2014,24 (2):49-54.

Constructing the Flipped Classroom Experimental Teaching Model in Colleges and Universities Depend on the Information Technology

CHEN Ru,ZHOU Da-yong

(Propaganda Department (United), Guilin Normal College,Guilin 541001;Modern Education Technology Centre,Guilin University of Technology, Guilin 541004,China)

As a key subject for students to improve their practical ability and to cultivate their innovative ability, the experiment course play an important role in the training plan of science and engineering students in universities. However, problems in the experimental teaching in colleges and universities ,like single teaching mode,value theory more than practice,and experimental content restricted. Responding to these problems,with the use of information technology, the experimental teaching reform began to be introduced to promote the establishment of student-centered classroom teaching mode. Thus there occurred the flipped classroom experimental teaching mode. By using the information technology, this model put the process of knowledge learning outside of the experimental class, and put the internalization and consolidation knowledge in the classroom. To construct the flipped classroom experimental teaching mode, resources need to be integrated like teachers, laboratories and courses. And depending on the needs of the flipped classroom, the role of teachers, the teaching methods and finding the appropriate position of laboratory also need to change. The curriculum design of the flipped classroom experimental course should take the preparation of learning resources, autonomic learning outside the classroom, in class experiment, classroom feedback and improvement and other aspects.

the flipped classroom;experimental teaching in universities;the construction of teaching model

陈儒(1967-)，男，广西桂林人，新闻中心主任，研究方向为多媒体技术。

2016-09-20

2016-09-30

G202

A

1671-9719(2016)12-0055-05