“半翻转课堂”教学模式在《矿物加工学工程训练》中的实践

叶璀玲，谢广元，彭耀丽*

（1.煤炭洁净加工与高效转化国家级实验教学示范中心，江苏 徐州； 2.中国矿业大学 化工学院，江苏 徐州）

一 引言

信息网络技术的发展，丰富了大学教学的方式、方法和手段，促进了大学教学模式的变革。互联网特别是移动互联网的普及，大量课程可采用网络线上教学。在应对危机时的教育改革实践的基础上，如何合理应用线上和线下的混合式教学资源，发挥混合教学的优势，提高本科教学质量，是高校教师思考的问题[1-3]。

中国矿业大学矿物加工工程专业是国家特色专业、国家级一流本科专业建设点，所在矿业工程学科为国家重点及“双一流”建设学科。《矿物加工学工程训练》是矿物加工主干课程《矿物加工学》独立开设的实验课程。该课程旨在培养学生的实践创新能力，培养学生在选煤（矿）厂生产经营实践中，发现、分析和解决相关技术问题的能力。本专业实验课程教学团队结合《矿物加工学工程训练》课程特点，将线上教学和线下面授教学有机融合，在实验课中进行“半翻转课堂”教学实践，充分调动学生自我调节学习潜能，激发学生的学习兴趣，吸引学生更多关注课程，提高学生的参与感、主动性，保证高质量的人才培养水平，实现实验教学的“知行合一”[1,4]。本文以《矿物加工学工程训练》中的“煤泥可浮性研究”实验为例介绍“半翻转课堂”的教学实践及教学效果。

二 传统教学模式在实验教学中存在的问题

“煤泥可浮性研究”主要研究细粒（-0.5mm）煤泥的分离问题，依据煤颗粒与脉石颗粒表面疏水性的差异，通过调整煤/矿物颗粒表面性质，利用浮选原理实现煤与脉石的有效分离。

实验教学内容包括小浮选实验和分步释放浮选试验两部分，实验学时为4 学时。受实验学时所限，传统教学中教师在实验指导过程中以讲解实验原理、方法和演示实验操作为主。学生根据实验教材中的介绍，仅熟悉浮选设备，验证给定煤样的可浮性，实验重点为浮选机操作与煤质化验。传统的教学模式对学生预习要求较低，学生被动参与实验课程学习，自主性差，缺少独立思考，教学效果不理想。具体问题有：

（1）教学方式单一，教师对实验偏重理论讲解，学生按部就班进行操作，限制了理论知识的外延拓展，束缚了学生探究知识的主动性和自主思考能力。

（2）实验设计缺乏系统性、完整性，以验证性、演示性实验为主，缺少综合性、设计性实验。学生实验操作过多依赖现有实验方法，自主参与和设计的空间小，导致其学习的积极性和创新性下降甚至丧失。

（3）评价、考核方式不能科学地综合反映学生对知识掌握的差异性，无法引导学生进行科学探究和主动思考。

按照高等教育中“除了教师、学生、教学内容三个基本课堂要素外，教学方法、教学手段、教学技术等也是需要不断改进的方面”的要求，迫切需要改变传统实验教学模式基础。

三 “翻转课堂”教学模式的优缺点

美国赛达维尔大学的Baker[5]在2000 年首次提出了“翻转课堂（Flipped Classroom）”教学理念。“翻转课堂”是对基于印刷术的传统课堂教学结构与教学流程的彻底颠覆，引发了教师角色、课程模式、管理模式等一系列变革[6]。翻转课堂有效地消除了教学的地理边界，“以学生为中心”，强调学生的参与性，教师为学生提供课外指导，引导学生合理使用“线上+ 线下”教学资源，实现自主学习。随着社会发展，“翻转课堂”教学模式在工科的实验教学中推广应用，但其弊端与不足日益显现。

（1）“翻转课堂”教学模式对于实验课教师的素质和能力有更高要求，实验指导教师必须有充分的知识储备及课堂把控能力，具有很强的专业综合素养，能够对学生开展“差异化备课”和“个性化指导”，即针对每位学生或实验小组的实验方案进行精准指导[7-8]。

（2）“翻转课堂”教学模式要求有足够的学时作为支撑，但工科实验课程往往学时比较少，学生由于学习惯性，将学习重心放在理论课中，在实验课内专业知识无法实现有效的巩固与提高。

（3）学生在自我激励、约束和学习能力等方面存在较大的个体差异[9]。

（4）学校在配套资源与措施方面，如实验教学资源、实验经费等支持力度有限，无法保证“翻转课堂”的实施效果。

四 “半翻转课堂”教学模式的构建

依据“新工科及一流人才培养”的目标，本专业不断加大实验教学改革力度，结合《矿物加工学工程训练》实验课程特点，将传统教学模式中“教师对学生精准指导，学生夯实知识，实验过程成员间良好互动”等优势与“翻转课堂”灵活高效的特点有机融合，实施了“半翻转课堂”实验教学改革与实践。“半翻转课堂”平衡了“教师的教”与“学生的学”，坚持“以学生为本”，在发挥教师主导作用的同时，突出了学生的主体地位。学生在“靶向目标”的指引下进行学习活动，其个人学习活动的价值认同感得到增强。学生会积极主动地学习，并选择合适的学习策略，自我监控学习过程，不断进行自我调节。“半翻转课堂”实验教学模式在教学形式上将线上、线下教学资源整合，强化线上教学力度，引入微课、微视频等教学手段，优化教学过程，大大提高了教学的适应性[10-11]。

五 “煤泥可浮性研究”实验的教学实践

如图1 所示，“煤泥可浮性研究”的“半翻转课堂”实验教学过程分为三个阶段：

图1 煤泥可浮性研究“半翻转课堂”模式实验教学流程

（1）课前线上实验预习，充分发挥线上教学平台在时间和空间上的灵活性，基于课程质量标准，指导教师明确教学要求，筛选出实验原理的重点和难点，设置“靶向”教学目标，不要求学生在课前掌握所有的知识点，只要求学生完成指导教师布置的任务单，鼓励学生提出个人的见解和实验方案。学生在指导教师引导下，完成“靶向”教学目标。

（2）线下实验教学，以线上实验预习任务单为导向，教师通过“面对面”实验指导，将课前的任务单内容引入实验过程中，对学生实验操作中遇到的问题进行精准辅导。学生在实验室开展实验操作，收集数据，记录实验现象，鼓励学生提出个人的思考。

（3）课后线上教学总结与反馈，把好实验教学收尾关口。教学主体回归线上教学平台，指导教师组织学生开展实验讨论，引导学生思考实验过程中出现的各种问题。

整个教学过程中，线上教学资源以实验操作演示、实验安全与防控、实验数据处理、实验方法工艺布置等内容为主，指导教师抓住学生实验过程中遇到的难点，制作“小而精”的微课、微视频等教学资源，发布在前期创建的线上教学平台上，供学生学习。闭环的教学过程，有助于巩固和提升学生对实验教学内容的理解与掌握，增强学生对理论知识的应用能力。

（一） 课前预习

指导教师创建线上实验课程教学平台。该教学平台通过QQ、微信、超星课堂、腾讯课堂或钉钉建立反馈平台，依托本专业自主建设的“矿物加工专业实践教学云平台”进行课程辅导。指导教师作为线上教学平台负责人，负责课程的构建、教学资源及信息发布等。建立打卡追踪机制，指导教师督促学生在实验课前完成如表1 所示的预习教学任务单。

表1 课前实验预习任务单

根据“煤泥可浮性研究”的实验内容和实验教学计划，指导教师制定实验预习教学任务单，引导学生在相应专业框架内自主预习实验，避免学生走偏路，提高自主学习效率。首先，指导教师将实验过程中涉及的仪器设备、浮选操作及注意事项、实验原理、煤质化验及煤泥浮选工艺制作成微课、课件及PPT 等学习资源上传至教学平台，加强学生基础知识及基本技能的学习；同时，指导教师利用线上教学平台，将基本实验操作与煤炭浮选工艺流程结合，制作仪器设备工艺介绍、药剂制度及煤泥可浮性研究安全评估等教学内容的微课、微视频，增强学生理论功底，提升学生运用理论指导实践的能力；最后，课前预期设计“你问我答”思考环节，根据学生线上微课学习及思考题完成情况给定“课前线上实验预习”成绩，该成绩作为平时成绩的一部分。

该阶段学生根据学习任务单灵活选择学习时间开展线上自主学习活动，完成零散知识的认知学习。这种学习体验可强化学生对实验理论知识的理解，并激发学生对实验过程提出“设想”，在意识层面搭建理论知识与解决问题的桥梁。如对浮选设备的微课学习，学生将课本中“浮选机及辅助设备”章节中的内容与微课中实验室单槽浮选机结合起来，进一步理解浮选机机械结构特点以及操作过程对浮选的影响。线上实验预习是实现“半翻转课堂”教学模式的关键，为线下实验课取得良好教学效果了奠定基础。

指导教师根据学生微课学习及“你问我答”环节的完成情况，组织学生开展讨论。这种讨论可以采取集中讨论，也可以通过留言板进行讨论，其主要目的是为学生营造个性化学习环境，促进实验过程中团队的交互活动，激发学生学习的原动力，避免知识的填鸭式机械输入。

（二） 线下实验

学生自主学习的教学效果，存在个体差异性及不确定性。在课前线上实验预习的基础上，指导教师选拔部分学生参与实验课程的准备。“煤泥可浮性研究”实验的准备主要包括煤样制备、药剂制备及仪器设备调试等。实验教学过程中鼓励学生参与实验准备，很好地弥补了传统教学模式中学生对于准备实验环节“零参与”的短板。参与实验准备的同学，可以担任实验小组负责人的角色，在整个实验课程组织过程中发挥核心作用。

学生在课前线上预习完成了浮游分选的理论依据、仪器设备调节、实验操作步骤（如物料调浆、药剂量计算及加药方式、刮泡及补水、浮选时间控制等）的线上学习任务，可进入实验室开展“煤泥可浮性研究”实验。

指导教师根据学生自主学习反馈情况安排实验课讲解，突出重点与难点，在课堂实验演示中注重仪器操作的安全教育，认真开展实验过程的风险评估及排查。根据学生实验过程中的现象和结果，指导教师提出引导性问题，鼓励学生积极思考。如引导学生要学会观察矿浆的颜色初步判断浮选精煤与浮选尾煤的分离效果。这种以问题为导向的教学引导可进一步调动学生探究知识的原动力。

（三） 课后线上交流与反馈

实验结束后的总结与反馈阶段，师生回归线上教学平台，学生上传实验报告。实验报告包括实验过程的阐述、实验中遇到的难点及注意事项的分析等。学生要客观进行实验现象分析，准确处理实验数据，绘制煤泥可浮性曲线，结合行业标准对该煤样进行可浮性评价，完成实验课后思考题。

对于实验报告中突出的问题，如实验误操作、实验现象异常、实验数据处理不完善、实验结论与工业生产有偏差等，师生通过线上学习平台开展互动反馈。指导教师对于学生共性问题可制作小视频或微课，发布到线上学习平台集中答疑。实验小组负责人组织团队成员参与研讨活动，进一步强化知识的理解和应用。这些教学互动活动，不受场地和时间限制，充分发挥了线上教学方法的灵活高效优势。

指导教师根据学生的实验报告，按照矿物加工工程专业认证要求，进行课程目标达成度评价及教学效果评价。教学效果评价主要观测点为 “半翻转课堂”实验教学模式的应用效果，包括线上课前学习资料的内容、形式、数量及自主学习效果，线下实验课的教学形式、教学过程控制、实验操作等。课程目标达成度评价主要是结合教学大纲的课程目标，分项对平时成绩、实验成绩及期末考试成绩进行量化评估，并对突出问题进行分析，提出持续改进的措施。

六 “半翻转课堂”模式的教学效果

教学团队选取参与“半翻转课堂”实验教学的矿物加工工程专业2018 级34 位学生对新的教学模式进行教学效果问卷调查，发放问卷34 份，收回有效问卷34 份。调查结果显示：①学生对于“两上一下”的实验教学模式适应性很好，97.83%的同学按照老师要求完成了“靶向目标”；②对于线上提供的教学资源，83.2% 的学生从教师提供的线上学习资源得到专业视野的拓展；③线下实验操作环节，94.49%的学生认为线上预习及实验后的线上讨论+ 线下针对性专业指导效果显著；④90.57%的学生认为“半翻转课堂”教学模式可以发挥个人自我调节学习潜能，训练同学之间的团队协作能力；⑤“半翻转课堂”将实验课的起点向前延伸到实验准备，75.3% 的学生从“零”入手参与实验的全过程训练，更加全面地提升了实验研究的组织能力。

七 结语

在《矿物加工学工程训练》实验课中推行“半翻转课堂”教学模式改革，凸显了学生的主体地位，进一步发挥了教师的主导作用，提高了教学效果，提升了学生的实验能力，为矿物加工工程专业“一流人才”工程实践能力培养奠定了基础。同时，该教学模式的实践成果也为其他实验课程尤其是工程类实验课程提供了借鉴，开辟了教学研究的新领域。