翻转课堂应用于“材料现代分析测试方法”实验教学的思考

张梦琦

摘要文章从材料现代分析测试方法课程实验教学中存在的问题出发，提出翻转课堂与实验教学相结合，达到提高学生的学习积极性，培养学生的动手操作及分析能力的目的。

关键词翻转课堂 材料现代分析测试方法 实验教学

1翻转课堂的起源与定义

翻转课堂起源于上世纪80年代美国科罗拉多州落基山的林地公园高中。2000年，J.WesleyBaker在第11届大学教学国际会议上发表论文，首次提出了“翻转课堂”的概念，强调教师应该“从讲台上的圣人转型为学生身旁的指引者”，并提出了翻转课堂的教学模式：依托媒体和网络的优势，教师制作与课程相关的学习内容，在课前上传至网络作为家庭作业；在教室里，教师则利用上课时间指导学生完成相应的习题，进行讨论，引导学生进行知识的消化，加强知识的理解。2004年，SalmanKhan为其表妹录制的教学视频上传到YouTube，获得广大网友的热烈追捧，2007年他创立了非营利性质的“可汗学院”，开始利用YouTube提供涵盖数学、理化、医学、金融、历史、天文、美术、经济等各专业的超过1500h的教学短片。

作为一个新生事物，对于“翻转课堂”来说，并没有一个嚴格意义上的定义，国内外大部分学者基本上是采用描述性定义来阐释翻转课堂。

有学者提出，所谓“翻转课堂”，是把传统的“老师白天在教室上课，学生晚上回家做作业”的教学结构翻转过来，构建“学生白天在教室完成知识吸收与掌握的知识内化过程，晚上回家学习新知识”的教学结构。

现在一般认为翻转课堂是一种利用网络与信息技术进行的全新的教学模式。那么与注重教师讲解性的授课方式不同的是，翻转课堂是由学生根据教师制定的教学目标、教学内容及学生情况所制作的教学微视频在课外进行自主学习，再回到课堂上师生面对面地进行交流，完成作业的一种新型的教学模式。

具体到实验教学中，翻转课堂是通过教师制作的微视频以及一些操作软件，让学生可以在课前通过学习与操作，提前熟悉实验原理、实验过程和实验的数据处理及分析。

2“材料现代分析测试方法”实验教学现状分析

随着科学技术的发展，各种新型材料的发展日新月异，材料与其他学科的交叉使得对材料各种性能的要求越来越高，也越来越细，导致现在各种新材料的研发越来越倚重精密仪器的测试与分析。不止如此，大型精密仪器的使用也是高校和科研院所开展科学研究、教学工作和学科建设的基础。

熟悉和掌握各种精密仪器的测试与分析，不仅使学生能够直观的认识到所学的专业知识，有利于学生在日后的工作中掌握进行材料分析测试工作的基础能力，而且也能够为学生进行深层次的学习创造了一定的理论和实践的条件。

“材料现代分析测试方法”课程内容主要就是介绍相关材料，包括金属、无机非金属、高分子等材料的成分、结构及组织形貌的现代分析测试技术，其中涉及到的有x射线衍射学、电子显微学、电子能谱学、电子探针技术、红外光谱分析等分析方法。课程要求对各种仪器的原理和结果分析进行讲解，并希望通过课程的学习和课程实验中的操作能够使学生在学习过程中接触到科技前沿内容；能够熟悉并掌握各种分析测试技术的基本原理、简单的仪器构造、仪器的工作原理及其在材料科学中的应用范围；能够使教学联系科研、理论结合实际。

然而目前发现，在“材料现代分析测试方法”课程以及课程实验的的教授过程中，国内的高等院校中基本存在着两种情况，一类学校是以理论授课为主，主要是讲解设备的结构、分析测试原理等方面，在上课过程中很少涉及到具体的材料及其数据分析，其实验课程基本以老师操作、学生参观为主，甚至一些贵重仪器只有一台，很少能够保证每个学生有机会操作专业的测试仪器。这样进行实验教学主要是考虑到设备价格昂贵，数量少，且一些仪器较为精密，一旦出现问题不但维修成本较高甚至可能报废；另一类学校经费相对充足，除了在课程实验中能够参观最新的精密测试仪器以外，还能够面向学生开设一些大型仪器的培训课程，培训结束以后会根据考核成绩向学生发放相应的操作证明，使学生能够参与到大型设备的操作使用与数据的处理分析中，真正地进行一些现代分析测试方法的学习，从而达到在本科教育期间培养学生科研兴趣的目的。

但是现在大部分学校的情况，无论是从设备数量还是从教学实验经费来说，基本上是无法保证学生有足够的时间进行精密仪器的操作训练，而“材料现代分析测试方法”这门课又是一门研究材料的晶体结构、微观组织、化学成分、物相组成，材料制备工艺、材料性能间关系的课程，不仅需要一定的理论知识，还需要相应的样品处理、图谱分析，数据拟合等动手能力。一方面是内容枯燥且涉及繁多的理论课程，另一方面是相对应的实验课程难以真正落实到学生的操作与分析上，使得学生在进行课程学习的时候失去了兴趣。

具体到本校学生，本课程基本是面向材料学院学生，但是由于具体的专业方向不同，学生之间的基础不同，而本课程所涉及较多的测试手段，不但所需的基础仪器设备较多，而且随着科技的进步，教材内容的更新不及时，那么就要求教师在授课过程中不断补充新型的测试手段，否则很难达到课程的教授目的。但这同时就给实验课程带来了不小的困难，实验课程难以及时跟上课程的更新。而仅仅单靠理论课的讲授又无法直观的让学生感受，缺乏实际的动手操作，在很大程度上是无法达到训练学生动手能力以及科研能力培养的目的。例如，受实验条件限制，x射线粉末衍射部分、透射电镜都只能进行参观性实验，而像核磁共振分析只能依靠视频或者图片向学生展示。

3翻转课堂与“材料现代分析测试方法”实验结合的优势

与理论课的教学不同，实验教学不仅包含了理论上的一些内容，例如定义、概念、原理等，还有必须有实验的操作，数据的分析等实践性较强的内容。那么，具体到“材料现代分析测试方法”实验课程上，需要有样品的前处理、大型仪器的操作、数据的分析或图谱的分析，这些操作类的知识只能通过不断的练习才能熟练掌握。

因此把翻转课堂引入“材料现代分析测试方法”实验，首先由教师提供实验微视频，指导学生的实验操作，使其熟悉相关的操作流程、注意事项等，并示范标准的操作过程，然后通过“虚拟实验室”使学生能够熟悉仪器及其操作界面的使用，包括后期的数据处理及分析，达到熟练操作的目的。其中“虚拟实验室”是指在计算机系统中采用多媒体、仿真和虚拟现实等技术实现的虚拟实验环境，实验者可以像在真实的环境中一样完成各种预定的实验项目。。相比于需要大型仪器的实际操作的实验，“虚拟实验室”具有仿真性强、不受时间空间限制，尤其是无需考虑实验药品和仪器的损耗等优点。

（1）注重操作。在“材料现代分析測试方法”实验中，翻转课堂以及“虚拟实验室”的引入可以很好的解决传统分析实验中，由于仪器过于贵重、数量少、损坏后维修困难等原因，以讲解和参观为主的特点，满足学生自主独立的进行模拟分析仪器的操作，基本做到一人一机，独立制样、独立操作、独立分析，达到实验的真正目的。

（2）因材施教。传统的分析实验课堂以老师的讲解为主，容易忽略不同学生之间理解和接受知识的差异性。而且由于仪器少，学生多，讲解过程中无法完全照顾到每位学生，学生也无法一人一机的进行操作。采用翻转课堂及“虚拟实验室”模式进行实验，能够使学生按照自己的计划和进度进行学习，只需在规定的时间内完成操作和分析内容，摆脱了传统的以老师为主学生被动吸收的教学模式。

（3）自主学习。翻转课堂及虚拟实验室的引入能够锻炼学生的自主学习能力，仅通过视频的观看进行实验模拟操作及数据分析，在视频和虚拟操作的引导下，也有更多的时间进行思考。充分激发学生的积极性，在学习和操作的过程中发现问题，解决问题，减少对老师的依赖，不仅有利于培养的自主学习能力，而且能够锻炼学生的思考创新能力。

（4）减轻负担。减少教师对同一实验项目的重复讲解和演示。学生利用翻转课堂提供的视频，根据视频中的讲解和实验操作演示，自主学习实验原理、处理实验材料、制备测试样品以及独立完成仪器的模拟操作、独立的进行数据分析等步骤。避免传统教学模式中教师对同一个实验项目的重复讲解，教师仅负责在课堂进行答疑，在一定程度上减轻教师负担。

4翻转课堂与“材料现代分析测试方法”实验结合的局限性

4.1对教师提出更高要求

一个是翻转课堂平台的搭建，无论是知识点的导入，还是学习资源的录制都需要老师的花费大量时间进行参与，另一个是虚拟实验室的搭建，仪器的操作、数据的导入、结果分析、和过程中可能出现的问题也都需要老师提供相应的步骤、数据及解决办法。因此该方法对老师提出了更高的要求，既要保证学生能够学到相应的知识，还要保证实验操作的顺利，使分析实验能够真正被学生消化吸收。

4.2对学生提出更高要求

最基础的是要求学生具备一定自主学习能力，能够通过视频的教学模式进行自主学习，其次是要求学生能够付出更多的时间进行学习和思考。

5结语

翻转课堂与“材料现代分析测试方法”实验相结合，能够在很大程度上避免现在实验课程的一些问题，提升学生的动手操作能力，而且通过翻转课堂的学习，培养学生的自主学习能力，这种课堂模式的应用必将对大型仪器的分析实验的改革产生积极的影响。