基于微课的“翻转课堂”教学模式在教学中的应用——以中职《工业机器人技术基础》课程为例

陈 晔,郑振兴,姚 屏，宾 坤，唐贺清

（广东技术师范大学 机电学院，广东 广州 510665）

0 引言

随着《2020年教育信息化和网络安全工作要点》的推进，翻转课堂、MOOC和SPOC等全新教育理念的提出，以及雨课堂等数字化网络平台的广泛应用，各类学校开始引用翻转课堂，并且采用微课等数字化资源以及“雨课堂”等数字化平台对传统课程进行改革和优化，这也为中职院校开展课程教学的改革提供了新的思路和支持[1].

1 《工业机器人技术基础》课程采用“翻转课堂”教学的必要性

1.1 课程教学现状

《工业机器人技术基础》是中职工业机器人技术应用专业中一门核心的专业课程，包括工业机器人的编程，工业机器人的安装交付和工业机器人的调试等典型工作任务，该课程既需要学生拥有扎实的理论基础，在此基础上还需要一定的操作与编程能力，因此对学生的综合素质要求较高，并且《工业机器人技术基础》这门课程共有80学时，依然采用传统的教学方法和教学模式，其中理论课时占据80%以上，侧重于知识的灌输[2-3].

1.2 课程教学中存在的问题

目前本课程主要以讲授法为主，课堂以教师为中心，学生处于被动的接收状态，在教学实施中存在些问题.

1.2.1 课堂教学手法单一，教学效果欠佳

本课程属于工业机器人专业中基础类课程，大多教师选择讲授和灌输为主的教学方式，学生在其中扮演者被动接受的角色.因此学生学习本课程兴趣较低，且机器类课程理论知识较多且零散，学生容易出现重难点掌握不牢固的情况，从而导致课堂学习效率低下.

1.2.2 教师缺少结合信息化技术的手段，课堂中心易偏移

本课程主要包括了工业机器人的概念、基础数学、机械系统和动力系统等知识点，教授内容以理论为主且内容较多，讲授过程容易出现平铺直叙的情况，忽略学生上课的状态和效率，导致学生知识吸收效果不好，教学质量下降，不利于学生深刻理解知识点，也无法做到以学生为中心，培养学生创新能力、组织协调能力以及综合职业能力，影响了之后课程的学习效果[4].

1.3 课程教学无法给学生提供个性需求

《工业机器人技术基础》课程在传统教学模式下，会很容易忽略学生学习的积极性和主动性.学生很难实现理论知识和实践学习的真正内化.而“翻转课堂+微课”不同于传统课堂，既强调学生的主体性地位，注重学生对知识的主动思考和构建，又因其模式新颖，对课堂教学中教师、学生、教学内容和教学媒体四要素进行了根本性改革，“颠覆”了课堂，大大提高了学生的自主性和教师的引导和组织作用，从而受到了广大教育者的认可和推崇[5].

2 基于微课的“翻转课堂”教学模式设计

“翻转课堂”在学者钟晓流等人看来，就是在信息化环境中，课程教师提供以教学视频为主要形式的学习资源，学生在上课前完成对教学视频等学习资源的观看和学习，师生在课堂上一起完成作业答疑、协作探究和互动交流等活动的一种新型的教学模式[6].自2011年胡铁生提出“微课”这个概念以来，这种新型教学资源方式对我国教育行业发挥越来越重要的作用，加强了学习者对课程，特别是枯燥无趣的知识点的理解和吸收[7].微课给现代教学资源方式注入了新的活力，成为职业教育变革的助力之一，为现代中职课堂注入了新鲜活力，收到了广大教师和学者的关注.

本文基于微课的“翻转课堂”教学模式应用到《工业机器人技术基础》课程，设计方案如下：

2.1 搭建自主学习平台

根据课程特点和要求，首先搭建“微课资源平台—讨论组—即时通信”的自主交互网络环境，教师根据相关课程需求制作相应的数字化资源，并通过雨课堂等平台发布，学生利用碎片化的时间，在平台上完成相关任务，遇到问题可以与同学在讨论组进行讨论，也可以即时与教师沟通，获得个性化指导，学生在这个过程中进行自主学习，提高学习的效率.

2.2 数字化资源的支持

笔者将工业机器人的机座、臀部、腕部、末端执行器和传动机构等内容制作成微课，在上课前通过数字化平台推送给学生观看学习，每个微课视频的时长在5至10分钟，考虑到中职生心理特征，将微课时间控制在较短时间内，方便学生随时观看，在观看之后，根据教学内容设计课后练习，包括主观题和判断题，从而达到既定的课前学习目标.

2.3 课中教学

根据学生人数，将学生以5～8人为一组，分成若干组；课堂上就每个章节重点如动力系统进行交流和思考，每组选出代表将总结好的答案通过汇报的形式进行发言，组间可以相互指出错误并且纠正，最后由教师根据大多数存在的问题进行分析和总结.

2.4 课后教学总结

课后教师记录课前学生观看微课视频的进度、学习任务完成情况以及课中小组讨论和发言回答表现等；学生对于自己在学习过程的表现进行自我评价，并对小组其他成员进行小组评价；采用发放调查问卷的方式，收集学生对该教学模式的意见和建议，从而进一步补充和完善教学方法.

3 基于微课的“翻转课堂”教学模式的应用

美国教授Robert Talbert通过长时间的实践和积累，总结了翻转课堂的结构模型（见图1）.本文根据中职教学的特点以及中职学生心理特征，翻转课堂将整个教学实施过程分为课前深度自学、课中知识内化、课后知识提升三个阶段（见图2）.

图1 Robert Talbert的翻转课堂结构图①Robert Talbert. Inverting the Linear Algebra Classroom[EB/OL].

图2 《工业机器人技术基础》课程翻转课堂教学模式构建

3.1 课前深度自学

在课前阶段，教师通过网络教学平台，发布微课视频等数字化教学任务，学生利用微课视频进行自主学习，并与同学交流或向老师请教，再经过思考和总结完成教师布置的任务.教师在课前要寻找符合本节课学习内容的相关资料，导入微课中，通过课前学生自学阶段向学生展示，丰富了学生课前学习的内容.

本次研究内容以坐标系及其关系描述这章为例，在传统教学模式中，本章内容采用传授法教学，教师通过书本讲解，结合黑板等工具进行辅助，但此方法只适合简单的陈述性知识，对于坐标系这类复杂且抽象的图形和概念，则不太适用.而在新型教学模式下，利用微课等新颖的教学资源进行教学，例如在讲解不同坐标系的异同时，采用万彩动画大师或者camtasia studio等软件制作微课，包括用Time machine来添加字幕，通过Vegas合成视频等，最后用动画的方式展现三种主要坐标系的特点（见图3），空间直角坐标系OXYZ意为取三条相互垂直的具有一定方向和度量单位的直线，原先通过书本上的文字和图片解释起来比较晦涩抽象，现在采用软件制作出人手的模型，模仿空间直角坐标系，并且人手可以旋转各个角度，更加生动，易于理解.柱面坐标系和球面坐标系则可以采用工业机器人手臂和地球动画作为案例，更加立体接近生活，并且充满科幻感.相比传统课堂教学模式，新型教学模式使课堂脱离了枯燥的讲解，通过微课等呈现方式将复杂抽象的知识形象化，加深了学生对抽象性概念的认知，提高了学生知识吸收的效率.

图3 《工业机器人技术基础》微课截图

在上课前，教师要熟知本节课的内容，设计的教学过程要符合教师在本节课教学的内容，努力提升学生课堂学习的效率.对于学生而言，在课程准备阶段，应当按照教师的教学计划，观看相关的微课视频，完成教学资源平台派发的学习任务，根据自己的知识储备和对课程的理解选择一些相关书籍和资料进行阅读，学生可以利用网络平台将自己无法解决的问题与同学交流，或请教老师，学生通过任务的分析，合作讨论，不仅达到课前预习和准备的效果，还有助于培养学生发现问题、解决问题、相互沟通和合作的能力.

3.2 课中知识内化

“翻转课堂”不同于传统的教学过程，学生在课前自主学习本节课的内容；知识的内化过程在课堂上完成，在课堂上大部分时间用于学业的作业答疑、小组的协作探究以及师生之间深入交流等[8].课堂上教师根据学生线上学习情况，对学生普遍反馈的重点难点的教学内容进行详细的讲解，学生自由发表自己的观点，并且与同学老师进行交流，通过思想的交流和碰撞加深对知识点的认知，使得复杂、繁琐且重要的概念得到强化，帮助学生对新知识的学习和吸收.教师在课堂除了解答课前学生留下的问题外，还要立足本节课教学目标，以教材为依据，呼应课前设计的教学内容提出问题，例如课前学生通过微课知晓了工业机器人的动力装置概念和组成，在此基础上教师向学生展示动力装置不同部位的图片，提问学生“如何辨别工业机器人动力装置？”，先组织学生讨论，组内无法解决，在组与组之间再进行二次讨论，在学生交流过程中，教师可以在适当时机为学生提供思路和解题方向，例如学生在讨论中无法准确地分辨直线气缸和摆动气缸时，教师通过举生活中常见事物的例子，采用联想法记忆，促进学生对知识点的理解，从而掌握课堂进程，讨论结束后，每组代表发言，教师开始系统点评.教师根据回答来补充和强调，通过强化问题细节，如学生在已知工业机器人中的带传动和链传动通过带轮或链轮传递回转运动，提问学生“有时还用来做什么？”通过提问细节的方式进一步达到巩固知识点的目的，最后教师开始总结，例如让学生在本子上列出“工业机器人的传动结构有哪几种？”，让班上所有同学都参与进来，相互交流，相互查漏补缺，教师再进行归纳总结，从而可以锻炼学生们聆听他人，组织协作的能力，提高思考和记忆的效率.

3.3 课后知识提升

在课后阶段，教师通过以下几个步骤做到巩固、提升学生知识和综合素质：通过观察学生课堂的具体表现，包括是否有集中精力听讲，作业完成质量高低，小组讨论是否有积极参与等.收集总结学生课前任务完成情况，包括学生客观题的正确率以及主观题的完成率等.将两者结论进行比较，分析教学过程中出现的各类问题，经过思考和讨论，归纳、整理、完善教学设计和教学方法.针对微课等教学资源平台要分析发现其中的问题，并进行修正和补充，将课堂中发现的问题，延展出的知识精简，用微课的方式发送给学生进行复习，学生能通过听、说和写三个过程，做到巩固和深入理解.并且还可以丰富平台资源.有利于促进学生对知识点的理解和深化掌握.教师对课程要做到反思，主要包括学生是否已经完成本章节的学习任务，是否掌握了课程的重点难点，是否进行了合作能力、沟通能力等综合能力的训练，课前课后微课视频的制作是否还有提高的地方，如何可以精简微课视频，提高课前自主学习的效率，课堂上的课程设定是否对提升学生学习效率和效果有帮助等方面进行反思.学生也要对任务完成过程中学习到的知识进行总结、归纳、反思和评价，对于还未完全或没有掌握的知识要通过在线平台与同学和教师进行互动，进一步巩固课堂知识，提升自己的能力和综合素质.

4 基于微课的“翻转课堂”教学模式实验设计以及效果分析

4.1 实验设计

本次实验采用统计分析法和问卷调查法的方式收集数据，统计学分析法主要通过对学生实验后在该课程成绩进行分析，验证该模式是否对学生成绩产生影响.问卷调查主要是在进行教学实验后，对学生发放问卷，采集相关数据，包括对自己学习积极性是否有影响以及对学习态度是否发生改变等.

研究对象选取H职校高一年级a班（46人）为对照组与b班（44人）为试验组，对照组采用常规教学模式，实验班采用基于微课的翻转课堂教学模式，两个班级学生均为男生，平均年龄为（15±0.5）岁，均通过普通中学考试进入该校，入学分班属于随机分班，入学成绩、智力、学习能力以及求学背景差异不明显，且都具备基本的信息网络素质，相应的移动网络设备，包括智能手机或笔记本电脑等.

本次教学实验将原本的课堂面授进行调整，分成两个部分，包括课堂面授和自主学习，即线上学习和线下学习，总时间为一个月（4周）.

4.2 数据的统计分析

采用SPSS26.0软件对所有数据进行数据处理，检验水准P≤0.05表示差异显著[9].

如表1所示，两组学生均为高一新生，授课前无工业机器人相关基础知识，教师评阅试卷标准相同，评卷教师相同，考试结果表明：试验组学生成绩平均分为78.68.对照组学生考试成绩平均分为69.41，两组学生课后考核成绩具有统计学意义（P<0.05），对试验组和对照组的结果分析表明，试验组高分段人数占总人数的比例高于对照组（P<0.05），试验组低于60分学生的人数比例显著低于对照组学生（P<0.05）.

表1 试验组对照组授课后考核成绩 分

4.3 调查问卷

基于微课的“翻转课堂”教学模式在中职学校工业机器人专业的应用是否有效果的问题，通过课程结束后问卷调查的方式进行验证.对a班和b班共90名学生进行不记名的问卷调查，共发放90份问卷，回收问卷90份，有效率100%（见表2）.由表2可知，绝大部分同学认为基于微课的“翻转课堂”教学模式能够提高他们的学习的积极性，转变学习的态度，新型教学模式下，不仅能够促进学习的能力和自信心，还可以提高团队协作的能力，同学们也认为该模式可以活跃课堂的气氛，增强大家的课堂表达能力.有少数同学认为在该教学模式下不能完成全部的学习任务.总体上，该模式受到学生们的认可度较高，课堂的学习效率有明显提升.

表2 调差问卷结果 %

5 结语

综上所述，在传统教学模式中，教师一般是单方向传授，学生处于被动位置，效果甚微，特别是对于工业机器人技术基础这类课程效果不佳，该课程的特点是知识点密集、基础知识较多、概念抽象枯燥等[10],而且课程后期需要学生接触实操内容，教师如果只注重知识的灌输，学生很难提高学习的主动性和积极性，导致课堂教学效果欠佳.基于微课的“翻转课堂”教学模式下，教师摆脱了只充当传授知识的角色，学生也不仅仅只是知识的被动接受者，而是通过课前自主学习，完成相应的任务，并在课堂上接受教师的引导和组织进行内化学习，这就是以学生为主体，教师为组织者的教学模式.

试验分析证明，在基于微课的“翻转课堂”教学模式下，总体分数分布中，高分比例增加，低分比例减少，学生总体平均成绩较之传统教学模式下有明显提高；调差问卷结果表明：基于微课的“翻转课堂”教学模式下，对于激发学生学习的积极性有一定帮助，对于学生对学习的态度也有一定正面影响，有利于学生提高自信心、学习能力、团队协作和沟通能力等，有助于学生在面对问题时通过不同的视角看待问题，在今后的学习工作中用更加积极的态度去应对.