“农业气象学”课程的翻转课堂教学设计

王翠花，张 聪，徐丽娜，樊多琦

(南京农业大学植物保护学院，南京 210095)

0 引言

翻转课堂(Flipped Classroom)是指通过借助现代教育技术手段预先录制授课视频来取代传统的课堂知识讲授，并在网络上进行共享，要求学生课前自主观看学习，然后利用课堂时间集中解决学生在观看视频时所产生的困惑和疑问，实现知识内化的一种教学形态[1]。翻转课堂教学模式始于美国科罗拉多州落基山林地公园高中两位化学教师乔纳森·伯尔曼(Jon Bergmann)和亚伦·萨姆斯(Aaron Sams)[2]。2007年前后，为了给课堂缺席的学生补课，他们使用录屏软件录制了PPT演示文稿和教师实时讲解音频，并将这种带有实时讲解的视频上传到网络(供学生下载或播放)。这些在线教学视频在被缺课学生使用的同时也被其他无须补课的学生所接受，经过一段时间之后，两位教师就逐渐以学生在家看视频、听讲解为基础，腾出课堂上的时间来为完成作业，或者为在实验过程中有困难的学生提供帮助。这样，就使“课堂上听教师讲解，课后回家做作业”的传统教学习惯、教学模式发生了“颠倒”或“翻转”——变成“课前在家里听看教师的视频讲解，课堂上在教师指导下做作业”。

两位教师在教学上的实践探索，引起了全球教育工作者对教学模式的新思考，而信息技术的发展，为翻转课堂的推广和普及提供了可能。2007年开始，大学课堂逐步尝试翻转课堂的改革。在迈阿密大学，翻转课堂教学模式已经被广泛应用于经济学、市场营销和计算机科学[3]；在中田纳西州立大学，J.F.Strayer在他教授的两个不同的“统计学导论”课堂中进行了翻转课堂和传统课堂的对比试验[4]。在中国，翻转课堂的理论和实践探索也在全面展开。张金磊通过对翻转课堂内涵的解读，明确了翻转课堂进行教学过程中教师角色的定位，并围绕教学视频设计、个性化协作式学习环境的构建、课堂活动的设计等课堂教学的关键因素进行了深入分析[5]。吴焕庆研究了“互联网+”下翻转课堂的知识建构，指出翻转课堂中的知识建构模型能够促进学生间的深度知识建构，提升学生对课程的满意度，增强学生对学习平台有用性的认知[6]。朱宏洁等提出了在翻转课堂教学模式的实施过程中要重视教师作用、信息技术的支持、教学评价的改变及优质教学资源的共享整合等[7]。何克抗从翻转课堂的本质分析了中国课堂教学的现状与翻转课堂的优势，并通过对比信息技术发展对其它领域的贡献[8]。吴仁英等从翻转课堂所引起的教学范式的“转型”、教学流程的“逆序”、教学本义的“回归”和教育技术的“驱动”等方面指出了新形势下教师应“翻转”思维，确立“学生中心”的教学理念；提升素养，筑建复合型知能结构；准确定位，重塑教师专业角色；理性审视，科学运用翻转课堂模式[9]。

众多的理论探讨需要实践的印证才能使翻转课堂付诸实际教学。英语是中国国内大学的公共课，有关翻转课堂应用于英语教学方面的实践探索最多。卢海燕在分析了中国高校英语教师的特征、大学生的学习特点、现行大学英语的教学模式及教学环境，探讨了“翻转课堂”模式在我国大学英语教学中应用的可行性[10]。而崔艳辉等从高校英语教学的现状出发，给出了翻转课堂教学模式在英语教学中的教学案例[11]。除此而外，翻转课堂在文学[12]、经济学[13]、计算机及其应用技术[14-16]等方面的研究也在不断攀升。

目前，中国大学MOOC网的推出，为学生自主进行学习和教师开展翻转课堂教学提供了及其重要的平台。纵观中国大学慕课中发布的网络课程及翻转课堂的现状，当下有关高等农林类院校的专业基础课—“农业气象学”课程的慕课仍旧处于一个空白。从农业气象学在农林类高校的重要性来看，它是高等农业院校的专业基础课，所有涉农专业的学生都需要学习该课程。课程设置的目的是让学生掌握基本气象要素的分布和变化规律，了解中国不同季节的天气状况、各地的气候特点和气象灾害，以期为未来的专业课学习和科学研究打下坚实的基础。并培养学生利用气象学基本原理解决实际问题的能力。因此，探索“农业气象学”翻转课堂的教学事关农林人才的未来。因此本文在分析了农业气象学课程的教学现状、学生学习状况、翻转课堂教学模式在现阶段实现条件及其优势的基础上，探讨了该课程翻转课堂的教学方案。

1 “农业气象学”课程教学现状分析

在了解了多所农林高校专门从事“农业气象学”课程教学的现状和当前中国大学慕课网上的课程后我们发现，当前该课程在所有院校都采取“教师讲授”的教学方式，而且因该课程涉及的专业范围广，专职教师人数有限，教师人数与学生人数明显倒挂，这样的人员结构状况和教学方式导致了以下的不足：

1.1 忽略教学对象的存在，漠视学生个体的差异

大学三年级开始，学生就要进行专业课程的学习，因此大部分高等农业院校的“农业气象学”课程在大学二年级开设。从学生的学习能力来看，经过一年独立的大学生活，大二学生的学习能力有了很大的提高，他们有自己独到的认知和体验，其认知水平、学习态度、学习方法、学习风格、学习习惯和学习方式已初步形成，加上大学的管理方式给了学生更多的自由发展空间，这种与中学阶段迥然不同的生活和学习环境，使大学生能够独立规划自己的生活和学习，对自己的大学生活也具有了更多的选择权。同时，年龄的增长，理解能力和自学能力的提高为他们选择教学提供了可能。而面对与中学阶段相似的教学方式：统一的教学内容、教学方式、教学进度、教学时间和地点，无形中剥夺了他们自由选择学习的权利，个体学习能力的差异在此种教学模式下完全不能得到很好地体现。气象与生活、生产实际密切相关，学生因自己所处的生活环境的差异，对这些现象的认知程度不同，千篇一律的教学模式，难以满足不同认知层次学生的需要，忽视学生个体的差异性，影响他们的学习兴趣和积极性，最终影响教学目标的实现。

1.2 课堂气氛压抑，互动缺失

现行的课堂教学模式中，教师为主，学生为辅。教师对课堂教学设计具有绝对的权力，教学目标、教学重难点、教学方法、教学步骤与时间分配等环节均交给教师来决定。与中学阶段的教学对象不同，大学阶段的教学对象具有更强的独立思考能力和自学能力，他们的知识建构能力已经上升到了一个新的层次。当教师根据自己的思路设计了课堂中的所有环节，课堂上被动服从的学生就会出现软抵抗的现象，明显的表现为：学生对课堂互动没有兴趣，教师的提问常无人响应，不愿参与、不屑参与，课堂气氛沉闷压抑，互动缺失。结果不仅影响教师上课的情绪，也影响学生参与课堂的积极性，最终影响教学效果。

1.3 学生质疑、批判、探究、创新能力的发展被压制

在这种学生为辅教师为主的课堂上，面对个性差异的个体，千篇一律的强制性教学模式终将抹杀学生批判性学习的兴趣和能力，质疑的冲动被压制，探究和创新的勇气被扼杀。长此以往，将导致学生思维的依赖性，影响学生自主学习、独立思考和创新能力的发展。

1.4 课堂讲授时间过长，内容太多，易引起学生听觉疲劳，超负荷的认知影响学习效果

高校现行的课堂教学时间是每节课45-50分钟，课堂上为了追赶教学进度，完成教学任务，教师基本上是满负荷讲课，然而教学效果却不尽人意，很显然，教师传授的知识并没有在学生那里获得共鸣。究其原因与学生上课时的注意力集中程度有很大关系。有研究表明，即使是成年人，注意力集中的最佳状态也只有10分钟左右，偏长的讲授时间会导致人的注意力分散、记忆效果下降。现行的课堂教学时间必然影响学生接受知识的效果。不仅如此，现行的教学模式下教师还要在课堂完成一个知识点的诸多方面或多个知识点的讲解，当知识结构的复杂性增加的时候也会导致学生对知识的记忆产生障碍。认知负荷理论认为，人的工作记忆容量是有限的，工作记忆只能即时加工7个左右的信息组块，且负有比较、组织、合成或加工信息的责任，而人们只能同时记住2～3个信息组块[17]，如果教学内容偏多，学生的认知超负荷就会随时产生，从而影响学习者的学习效率，阻碍学习者对知识的自主建构。

由此可见，长时间、多方面的传统教学模式，不仅不会增加学生的知识容量，反而会因内容的增加，引起学习疲劳，超负荷认知导致学习效率下降。

1.5 不利于教师职业道德素养、知识素养和能力素养的发展与提高

“传道授业解惑”自古以来是人们对教师职责的理解。现行的教学模式忽视了解惑。解惑常常是教师假定学生可能存在的问题来解答，至于学生是否存在这些疑问，教师并没有去调查。面对学习能力、知识建构各异的教学对象，学习过程中的问题绝对不可一概而论。忽视了教学解惑不仅影响学生的学习效果也不利于教师个人的发展。在解惑阶段，能够心平气和地面对不同的教学对象，可以锻炼培养教师的职业道德素养；而能够游刃有余地解答学生们各种各样奇奇怪怪的问题则可以提高教师的知识素养和能力素养。而传授式的教学模式忽略了这一阶段，也就剥夺了教师素养的发展与提高。

以上有关“农业气象学”教学现状的分析可以看出，现行的教学模式不利于课堂教学活动的开展，阻碍学生个性化、协作化学习能力的培养和全面发展，影响教师个人能力的提高，影响教学效果。改变现行教学模式使现在的教学状况得到全面改观势在必行。翻转课堂是当前全球教育界普遍关注和推崇的教学理念，欲在“农业气象学”课程上施行翻转课堂教学，需对翻转课堂的本质和实现的关键因素有所了解。

2 翻转课堂的本质及其实现的关键因素

2.1 翻转课堂的本质

表面上看，翻转课堂教学与传统教学的差异只是教学顺序的倒置，即把知识的传授环节放在了课前，学生通过观看教师提前录制的教学视频来完成知识的学习，课堂被用作学生质疑和知识内化的场所。然而通过教学顺序的倒置就能带来教学质量的提高和教学效果的改变，这种新型的教学模式必有其与传统教学本质的不同，教育家们从不同的角度出发对翻转课堂的本质给出了不同的描述。英特尔(INTEL)全球教育总监布莱恩?冈萨雷斯(Brian Gonzalez)的认为：翻转课堂是指教育者赋予学生更多的自由，把知识传授的过程放在教室外，让学生选择最适合自己的方式接受新知识，而把知识内化的过程放在教室内，以便学生之间、学生和教师之间有更多的沟通和交流[18]。伯格曼(Bergmann)等人认为有效地翻转课堂具有的共同特征是：(1)学生从消极的聆听者变成积极的学习者；(2)技术常用来促进努力；(3)课堂时间及传统的家庭作业时间发生了转变，先进行家庭作业，而课堂时间用于灵活安排以实现个性化教学；(4)教学内容与现实世界情景相关联；(5)课堂时间或者用来帮助学生掌握具有挑战性的概念、或帮助学生参与到高级批判性思维及问题解决中来[19]。荷特比斯(Huttubise)等认为，翻转课堂是将讲授内容放在课前，而利用课堂上师生面对面的时间进行更多积极学习策略。如反思、小组活动，或讨论。其核心思想包括课前布置学习内容，形成评价，致力于学习差距，发展能力，教师在其中扮演指导者的角色[20]。张萍等结合国内教学实践和研究成果，认为翻转课堂是将教学任务中最容易的部分即知识的传递移到课堂外让学生自主学习，充分利用课堂上教师与学生之间，学生与学生之间面对面的机会进行积极的社会化互动，实现深度学习，培养学生问题解决、创造性思维、高水平推理和批评性思维能力等教育目标[21]。翻转课堂教学模式变“教”为“学”，是对传统教学以教师为中心的全面改革，本质强调学生为中心，问题引导，学生自主学习和合作学习的主动学习模式。

由此可以发现，翻转课堂的本质不仅实现了课堂教学顺序的倒置，而且颠覆了教师在教学中的中心地位，其角色从主导变为辅导；学生对知识的接受由被动变为主动，学生对学习的时间、地点和内容具有了更多的选择余地，他们可以根据自己的学习能力确定汲取知识的方式，包括学习的时间长度、学习内容的重点、难点等。学生从被动接受知识的痛苦中解放出来，学习的自由将给予他们更多的自信，由此激发他们自主学习的积极性和学习兴趣。另外，课堂时间被用于学习交流，教师不必再忙于完成任务，学生则不仅可以在课堂上解决自己的学习问题，同时从其他学生的疑问当中获得对学习内容的深层理解，正可谓“学而不思则罔”，多思多想可以让书本知识得到全面升华。

2.2 翻转课堂实践的关键因素

为了进行这种“破坏式学习”的教学改革，大量的人力、财力和物力被投入到教学视频、慕课、微课的制作中。有了教学视频，学生可以根据自己的实际情况选择视频的播放时间、速度，甚至重复播放，直到学会相应的知识。由此我们可能会认为，教学视频制作完成就意味着翻转课堂的成功，但事实是否真的如我们所想呢？卢强[15]在“非线性编辑”课程上运用了翻转课堂教学模式，通过对学生问卷调查和考试结果的分析发现，翻转课堂并没有大幅度提高该课程的教学效果。他认为，翻转课堂之所以没有取得良好的教学效果，是学生的重视程度不够，课堂讨论难以进行等。因此，仅有形式上的翻转课堂看来对教学效果的提高还是有限的，有效实施翻转课堂是提升教学效果的关键。

那么如何让学生更加重视翻转课堂的教学呢？汪晓东等的研究认为：翻转课堂成功的关键在于：课前教师能否设计出激发学生进行探究的、以问题解决为中心的学习资源(如微课、MOOCs等)和课中教师能否引导学生的积极讨论，帮助学生对知识进行深化，进而促进学生解决问题能力和创新能力的发展等[22]。翻转课堂发展到今天，教学视频在该教学模式进行中占有重要的份额，与课前预习纸质材料不同的是教学视频有着更加丰富的画面和更好的视觉享受，它可以让学习过程变得更加轻松和愉快。然而有研究却认为观看教学视频并不能提高教学效果，原因是教学视频只是一种传递信息的媒体，而媒体的作用除了传递信息外，不会对学习产生更有益的影响[23-24]。那么笔者与汪晓东等持有相同的观点，那就是教学视频的制作吸引力不够，不能激发学生观看的欲望，因此其在信息传递过程中的优势就无法体现出来。如何制作出能够引起学生观看兴趣的教学视频是教师在教学视频制作之前必须深入思考和研究的问题。吸引学生完成了教学视频的观看，就成功完成了知识的传递，由此可为教师节省出更多的课堂时间用于规划学生的课堂讨论、答疑解惑和组织学生之间的辩论与提高，帮助学生学会互相学习、多项思维、多角度看问题的能力。在此过程中，教师对学生学习过程的监督、学习效果的检验和学习疑问的重视与解答极其重要，否则就可能出现形式上的翻转课堂，出现“形似而神不似”，徒有其表的形式主义现象的发生，进而导致翻转课堂教学的失败。所以充分认识翻转课堂实践的关键因素至关重要。张萍等[21]从翻转课堂的理念、演变中分析了翻转课堂有效实施的五个关键要素：重视教育理念、课程设计、学生参与、课程评价和信息技术。笔者思考了这五个方面后认为，翻转课堂实现的关键因素可总结为：改变过去教师重要性的教育理念，重视学生参与教学过程，设计出学生欢迎、内容丰富的课程视频，重视课堂讨论的设计。要想让课堂讨论落到实处，教师须对学生课前的视频学习进行有效监督和把握，才能做到课堂讨论的有的放矢。

3 “农业气象学”翻转课堂实施方案设计

设计一套完整有序、行之有效的实施方案是翻转课堂取得成功的主要环节，它指导着整个教学活动的组织和内容的设计，是课程改革实践的关键。而翻转课堂方案的设计必须针对不同的课程特征、学生的实际和专业特点等来进行。美国富兰克林学院数学与计算科学专业的Robert Talbert 教授根据多年从事翻转课堂教学的实践，总结出翻转课堂的实施结构模型[25]，主要环节包括课前：观看教学视频、针对性的课前练习；课中：快速少量的测评、解决问题，促进知识内化；最后总结、反馈。对各环节实施过程中的详细要求在此没有具体指导，如教学视频观看环节的监督检验、教学视频制作过程的设计要求等。基于此，“农业气象学”课程翻转课堂实施方案可分为四个阶段来进行，分别是准备阶段、课前阶段、课堂阶段和评价阶段(如图1)。即教学视频的准备，前期学习效果的检验与监督、课堂活动的组织与指导、教学评价。具体如下：

3.1 教学视频的准备

为了让学生自由选择时间和地点来观看教学视频，需要完成两项工作，第一创建支持教学视频播放的网络平台，第二制作内容丰富、形式多样、画面精彩、吸引学生的教学视频影像。网络开放课程的广泛推广，促使学校已投入人力物力完成了支持教学视频播放的网络平台，并为翻转课堂预留了专用接口，教学视频可随时接入。

教学视频是翻转课堂内容的承载者，既不是传统课程的微型化和切片化处理，亦不是课本知识点内容的电子化，同时翻转课堂亦不是传统课堂的视频化与预播放。翻转课堂以及承载其内容的学习资源等的组织、设计需要一种全新的视角，以支持学生的自主个性化学习[26]。在“农业气象学”课程教学视频制作前，整理总结多年来学生在网上对该课程的教学评价、对教师教学方法和教学内容的建议与要求，充分考虑学生学习这门课程的目的、需要，确定教师在教学过程中对知识深度的把握等，从学习者、引导者和知识本身三方面出发来规划视频的组织形式、内容结构、讲解方式等。从学生观看视频、汲取知识与时间长度的关系角度出发，分化知识点，将教学目标划分为若干个小目标，一个知识点针对一个主题，解决一个难题；每个知识点的视频录制时间控制在5-15分钟，录制之前，将该知识点在实际中的应用作为引子，提出问题，促使学生思考，引起学生观看教学视频的兴趣，并确保学生可以通过视频的学习解决这些问题。

教师除了把握教学视频的内容，还需要对教学视频的形式、画面进行全程监测。由于课程教师不一定是视频制作的专业人士，但需要了解视频制作的一些基本知识，因此，教学视频的制作可以交给视频制作公司来完成，但在教学视频制作过程中，教师须对全部过程进行监控，包括内容的衔接、图片、影像资料的选择、画面的布局等进行全面指导和控制，以此保证内容的准确、画面的丰富合理，教学视频能够吸引学生的注意力，为翻转课堂的进行奠定基础。

3.2 翻转课堂前期学习效果的检验与监督

教学视频是翻转课堂开展的基础，学生对课前教学视频的认真学习是翻转课堂知识传授和内化的关键，及时检验学生的学习效果、了解其学习的困难有助于翻转课堂知识内化活动的开展。因此，在教学视频观看结束后，为了检验学习效果，每个知识点后需要准备一定的客观性练习题，且具有标准答案，视频学习后学生可以在网上及时完成并提交作业，网络平台自动批阅作业，以评价其学习效果。同时，教师可根据学生作业提交的情况，监督学生是否完成了视频的学习，并可根据批阅结果了解学生在视频学习中存在的问题，为课堂答疑及其他活动的开展提供素材。另外，为了拓展学生的思维空间，可准备一定数量的主观性题目供学生思考、解答。这些题目的答案可能是固定的，也可能是不固定的。

3.3 教师对课堂活动的组织与指导

翻转课堂的成功需要通过课堂活动的组织，达到知识的真正内化。因此对学生学习最有益的改变是在课堂活动中。在进行课堂活动设计的过程中，教师需要充分考虑学科的特点。“农业气象学”是气象科学与农业科学相结合而形成的一门交叉边缘学科，该课程的教学活动设计需要把握两个知识领域在该课程体系教学目标中的份额。因此，课堂教学活动的组织首先以学生观看视频后对客观性题目的完成情况为基础，这些客观性题目以气象科学的概念、原理、气象要素的变化规律为主，少量的气象学原理在农业中的应用为辅。教师在对学生网上提交作业客观分析的基础上，对普遍做错的题目进行重点详细的解释，巩固基础知识的学习。对于没有固定答案的主观性题目采取分组讨论，形成小组答案，并以此为基础进行组间辩论，通过各抒己见的自由辩论，加强学生对基本知识的把握和深化对问题的认识。在此过程中教师必须在课前进行充分的准备，以便在课堂上把握学生辩论的尺度，保证课堂活动正常有序地开展。要做到放得出收得回，收放自如，防止课堂讨论无边无际，难以控制。

3.4 教学评价

教学评价是依据教学目标对教学过程及结果进行价值判断并为教学决策服务的活动，是对教学活动现实的或潜在的价值做出判断的过程。它包括了对教学过程中教师、学生、教学内容、教学方法手段、教学环境、教学管理诸因素的评价。教学评价的两个核心环节：对教师教学工作(教学设计、组织、实施等)的评价——教师教学评估(课堂、课外)、对学生学习效果的评价 ——即考试与测验。

“农业气象学”翻转课堂的教学评价过程设计为：学生课前教学视频学习效果及教学视频的检验、课堂讨论的检验和最终的考试三部分。对学生课前教学视频学习效果的评价，可通过学生对教学视频学习后提交的作业情况来进行。在此我们的翻转课堂网络平台可以设置时间监控，一个学生的账户登录后，其观看一个知识点视频所用的时间，视频观看重复的次数，完成作业需要的时间，作业的正确率等，另外，为了让学生能够在课前完成知识的传授，我们的网络平台允许学生重复提交作业，直到学生自己满意为止，教师可以监控学生提交作业的次数，以此对学生的学习能力、学习效果和教学视频的制作情况进行评价。

评价课堂讨论效果是评价学生对知识内化和升华的重要阶段。为了评价每位学生对课堂讨论的参与程度，要求每个人在小组讨论活动中必须提出自己对问题的认识、分析的依据、对小组讨论结果的认可度、不同的见解等，并将其整理成文，课堂讨论结束后统一上交教师。教师通过对学生讨论意见的分析，评价学生课堂讨论效果，并可以对观点存在偏差较大的学生进行个别指导，以保证知识内化的成功和教学质量的提高。

考试被普遍认为是检验学生学习效果的最有效手段，“农业气象学”课程也不例外，针对翻转课堂教学效果的检验，考试更偏向于拓展学生的创新和多向性思维，毕竟学以致用是大学教学的最终目的。具体做法是适当削减基本概念题，扩大基本概念和基本原理的应用题型。注重学生对基本概念的理解而不是死记硬背，所以教师在批阅基本概念部分的题目时，以考查学生是否理解了概念为主，而不是深究每个概念中的字词。应用题的回答情况可以很好地反映学生对知识的理解深度，这些应用题的题型可以是填空题、选择填空题、判断题、论述题等，另外也可以把当前农业气象科学方面有争议的热点讨论话题作为自由论述题供学生自由发挥，拓展学生的思维。在考试的分值比例上提高应用部分的分值，最多可占到6成以上。最终的考评是综合了这三部分的结果而得出的综合评价。因此，笔者认为，翻转课堂的教学评价不能简单依靠课程考试来决定，而应该综合考虑多个方面，才能实现对翻转课堂的客观评价。

4 结语

随着信息化技术在社会各领域的广泛应用，翻转课堂必将成为未来教育发展的趋势，如何成功实现翻转课堂的教学，需要教师根据学科、课程和教学对象等的特点认真探索和深入研究。而且教学视频制作是否成功是学生学习起步的关键，在翻转课堂应用和实践过程中，如果发现学生不愿观看教学视频，教师首先必须从自身角度来分析教学视频制作存在的问题，而不应情绪化地怨怼学生的懒惰和不认真。因为翻转课堂的教学让学生从被动学习转到主动学习，这个主动需要一个过程，这个过程要顺利进行，除了学生个人的主观因素外，教学视频能否吸引他们的观看兴趣也是非常重要的一方面。另一方面教师应加强对学生学习的监督与督促，促使他们积极参与翻转课堂的教学活动。此外，重视课堂教学活动的组织、重新思考教学评价，只有这些方面进行了有机的结合，才能实现翻转课堂教学的最终成功。所以，有关翻转课堂的实践研究和探索始终在路上。