自主性与信息化深度融合的《热工实验》翻转课堂教学设计

付 越*，吴明铂，陈树军

（1.中国石油大学（华东）新能源学院，山东 青岛 266580；2.中国石油大学（华东）储运与建筑工程学院，山东 青岛 266580）

中国石油大学（华东）能源与动力工程专业是国家级特色专业，已建成国家级实验教学示范中心，形成了“热科学在石油石化工程中应用”的专业特色和学科优势。《热工实验》是依托省级精品课《传热学》和《工程热力学》并结合能源与动力工程专业的特点，开设的一门独立实验课程，共48学时。其前身是热工实验实训，上课人数已达1200多人次。《热工实验》在突出能源与动力工程专业特色，培养学生工程实践能力和创新能力等方面具有举足轻重的作用。

1 《热工实验》目前存在的问题

大学教育的水平不仅取决于大学的人才培养目标、教育教学条件、教师水平等，还有赖于学生的学习态度和行为、有着良好的师生互动和教与学行为等生机勃勃的教学过程[1]。大学生学习知识的过程应该是“发展性”的，而不是“接受性”的，应遵循学生的个体差异，突出学生主体性，培养学生自主学习能力和创新能力，制定新型实验教学模式进而提高实验教学质量。然而，目前《热工实验》在实验教学模式上还存在着一些问题。

（1）实验课前学生缺少有效的课前预习。优质的实验教学实施效果依赖于学生课前自学的情况，只有高效的课前预习才能为学生在课上留有更多的时间进行自主探究，提升实验能力和创新能力。传统的实验课缺少教师和学生沟通的工具，更缺乏丰富和多元化的预习资料，学生无法在实验前深入理解实验背后的相关理论知识，降低了理论与实践结合的效果，不利于培养学生独立思考能力和解决问题的能力。

（2）实验教学手段单一，缺乏灵活性和多样性。计算机和网络教学平台等现代教学手段是先进教学理念的实施载体。《热工实验》目前采用常规的实验教学手段，尽管实验教师具备了先进的教学理念，但因教学手段的缺乏而无用武之地，更无法全面调动学生的积极性和主动性。

（3）以“教师为中心”的传统实验教学模式。在传统的实验教学中，学生对教师有极高的依赖性。实验教学过程以教师为主，即教师讲解和实操演示，学生重复实验步骤。实验内容被锁定，实验操作机械化，学生被动接受知识，没有主动权和掌控权，难以激发学生的探索欲和求知欲。

2 翻转课堂的内涵和应用

翻转课堂理念缘起于哈佛大学马祖尔教授在1990年开展的同侪互助教学，美国迈阿密大学和洛基山“林地公园”高中进行了早期的成功实践。翻转课堂是指教育者借助计算机和网络技术，利用教学视频把知识传授的过程放在教室外，给予学生更多的自由，允许学生选择最适合自己的学习方式接受新知识，确保课前深入学习真正发生；而把知识内化的过程放在教室内，以便同学之间、同学和老师之间有更多的沟通和交流，确保课堂上能够真正引发观点的相互碰撞，使问题引向更深层次。

在本质上，翻转课堂是一种以学生为中心的教学。翻转课堂将教学过程四要素的内涵和地位转变主要体现在学生与教师的角色、教材的内容与生成方式、媒体影响范围及所发挥作用等方面，教学活动进程转变呈现出全时空、泛在性和开放性等特征。近年很多高校在理论课上开展了翻转课堂，逐渐地也将翻转课堂成功应用于实验教学中，并取得了较好的教学效果。翻转课堂将实验课和专业课相互衔接、相互渗透与交融，也使教师由原来的讲授者转变为指导者、监督者和组织者，提高了实验教学质量。

3 自主性与信息化深度融合的热工实验翻转课堂的教学设计

开展自主性和信息化深度融合的翻转课堂，以“自主、探究、合作”的学习方式为主线，在教学过程中强调把主动权交给学生，给学生充分的思考空间，重点培养学生实验意识和创新精神。

（1）分解和重构实验内容，建立微视频实验教学资料。将实验内容架构进行分解，创建和开发基础知识点，每个知识点涵盖预备知识、实验仪器、实验原理、实验操作及拓展分析等知识模块。凝炼重点和难点，并提炼出思考题。基于碎片化的知识点和课程内容，制作课件，建立微视频，形成课前预习资料。

（2）建成实验小组，实施合作学习。学生自由组建学习小组，开展合作学习。合作学习模式下学生通过小组合作形式解决问题、完成任务、实现共同目标。小组学习可使学生互相帮助、启发和促进，既能培养学生团队精神，也有利于均等化提升全体学生的学习效果。在实验方案的制订、实验台的搭建、实验完成效果等方面也以实验小组为单位进行考核和评定。

（3）借助智慧树和雨课堂课程平台，指导学生做好实验前的预习。通过智慧树将实验指导书、视频库中相关视频和录制的实验视频推送给学生，学生在课前可通过文字和视频等多种资料，掌握基本知识点、实验相关内容和仪器操作方法。教师以实验目的为导向，精心设计指向明确的问题作为探究的起点，提出综合任务和创新任务并在智慧树上发布，引导学生自主设计实验方案。学生以小组为单位将实验方案反馈给教师，教师在线与学生讨论实验方案设计情况，对实验方案进行针对性调整，实现学生自主学习和小组学习。课后教师可以通过学生在智慧树上的预习时长、预习次数和互动次数考查学生的预习情况。由于学生课前进行了深入的自主学习，他们在课上便有更多时间进行实验操作、误差分析和实验改进，进而更好地提升实验效果。

（4）以学生为中心，促进学生自主探究。学生通过前期的知识储备、预习和实验方案设计，学习将由线上学习变为教室内的学习，进入实验方案的实施阶段。将实验中的重点和难点合理设计成题目，学生通过雨课堂答题，引导学生在实验中不断地思考，加深对重点难点的理解。实施“自主设计、自主搭建、自主调试、自主探索”的实验教学过程，学生不断地发现新问题，修正实验方案，直到得到预期的实验结果。学生展示实验数据，讨论结果的准确性并分析可能存在的误差，根据讨论结果继续完善和改进实验方案，最终获得满意的实验数据。教师根据学生在雨课堂的答题情况，考查学生对实验中重点和难点的掌握情况。以实验小组为单位，重点考查学生实验方案的实施和实验操作情况。

4 总结

以自主式、启发式和探究式的实验教学理念为指导，深度融合信息技术，实施小组式、讨论式和参与式的翻转课堂，可显著提升实验教学效果。借助智慧树和雨课堂课程平台，加强了教师和学生的沟通和互动，强化了学生的课前预习。实施以学生为主体的合作式学习，通过“自主设计、自主搭建、自主调试和自主探索”，改善了学生被动学习的局面，提高了学生的参与度，调动了学生自主学习的积极性，提高了学生的深度思考能力、主动学习能力和动手实践能力，也更好地体现了翻转课堂的实质和特征。