新工科背景下翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的改革實(shí)踐-以“材料力學(xué)”課程為例

1、新工科背景下翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的改革實(shí)踐以“材料力學(xué)”課程為例摘 要 新工科戰(zhàn)略對(duì)工程教育教學(xué)方法提出新的要求，本研究在實(shí)踐的基礎(chǔ)上探索翻轉(zhuǎn) 課堂在工程教育中的應(yīng)用.研究以S大學(xué)“材料力學(xué)”課程為例，從學(xué)生學(xué)習(xí)的角度比較分析 翻轉(zhuǎn)課堂和傳統(tǒng)課堂的教學(xué)改革效果.分析發(fā)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)投入水平、學(xué)習(xí) 收獲感和學(xué)業(yè)成績(jī)，營(yíng)造了更好的課堂氛圍；相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，授課方式的不同與學(xué)業(yè)成績(jī) 呈弱相關(guān).研究證明新工科背景下翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式具有一定的適配性，指出翻轉(zhuǎn)課堂的 應(yīng)用需要一定的條件，翻轉(zhuǎn)課堂更適用于已有積累的優(yōu)勢(shì)科目，進(jìn)一步的理論探索和實(shí)踐 是新工科教育教學(xué)改革的必需.關(guān)鍵詞 新工科；翻轉(zhuǎn)課堂

2、；工程教育；材料力學(xué)0新工科教育教學(xué)改革隨著“人工智能”、“大數(shù)據(jù)”、“云計(jì)算”等新興信息技術(shù)的發(fā)展，將從現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)和領(lǐng) 域中衍生疊加出社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的新環(huán)節(jié)、新鏈條、新活動(dòng)形態(tài).可以預(yù)見(jiàn)的是未來(lái)新產(chǎn) 業(yè)、新業(yè)態(tài)、新商業(yè)模式將成為國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的一條新賽道.新的科技革命已經(jīng)開(kāi)始，許多 國(guó)家已開(kāi)設(shè)布局，美、德率先提出了各自的戰(zhàn)略規(guī)劃一“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”和“工業(yè)4.0”. 中國(guó)也不甘落后，也于2016年加入華盛頓協(xié)議，適時(shí)地提出了自己的工程教育戰(zhàn)略. 為了適應(yīng)國(guó)際科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，培養(yǎng)新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)人才，國(guó)內(nèi)新工科建設(shè)應(yīng) 運(yùn)而生.新工科教育的改革方向，旨在加快工程教育改革創(chuàng)新，培養(yǎng)創(chuàng)新型卓越工程科 技人才

3、1-新工科對(duì)人才培養(yǎng)過(guò)程中教學(xué)模式的要求體現(xiàn)在了政策文件關(guān)于加快建設(shè)發(fā)展 新工科實(shí)施卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃2.0的意見(jiàn)（以下簡(jiǎn)稱意見(jiàn)2.0）中，文件指出工 程教育改革的方向應(yīng)為：運(yùn)用先進(jìn)教育理念；創(chuàng)新教學(xué)組織模式、教學(xué)內(nèi)容與方法等方 面；堅(jiān)持以學(xué)生為中心.全國(guó)教育大會(huì)的精神和中國(guó)教育現(xiàn)代化2035也要求全國(guó)高校 應(yīng)深化本科教育教學(xué)改革,關(guān)于深化本科教育教學(xué)改革全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的意見(jiàn) 文件具體指出在教學(xué)中應(yīng)：合理增加學(xué)生投入學(xué)習(xí)的時(shí)間、提高自主學(xué)習(xí)時(shí)間比例、積 極發(fā)展“互聯(lián)網(wǎng)+教育”、探索智能教育新形態(tài)、線上線下混合、推動(dòng)課堂教學(xué)革命.在新工科教育教學(xué)改革中，如何結(jié)合高校自身已有的工程教育理

4、念、人才培養(yǎng)模式 和課程體系，將翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式引入到課堂教學(xué)過(guò)程中，是本研究探索的主題.本研 究從理論和實(shí)踐入手，從學(xué)生學(xué)習(xí)的角度比較同一門(mén)課程不同教學(xué)模式所帶來(lái)的差異， 為持續(xù)改進(jìn)工程教育教與學(xué)的方法提供反思性經(jīng)驗(yàn).1翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在新工科教育中的應(yīng)用翻轉(zhuǎn)課堂(the flipped classroom)是當(dāng)前國(guó)際國(guó)內(nèi)盛行的新型教學(xué)模式，其基本的特 征是轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)課堂的師生角色、重新分配了課堂時(shí)間.翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)理念是學(xué)生先 自學(xué)有關(guān)內(nèi)容，課堂中主要是學(xué)生的提問(wèn)和教師回答問(wèn)題、教師帶領(lǐng)學(xué)生討論及探討知 識(shí)的應(yīng)用，所謂“翻轉(zhuǎn)”，就是與傳統(tǒng)課堂教學(xué)的教師講解為主的模式不同.此后，翻轉(zhuǎn) 課堂

5、被推廣至全世界各級(jí)各類學(xué)校，引起了一股教育變革的熱潮.國(guó)內(nèi)外已有大量學(xué)者將翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式應(yīng)用于工程相關(guān)的課程，也有對(duì)翻轉(zhuǎn)課 堂運(yùn)用于工科教學(xué)的實(shí)證研究.這類研究大致可以分為兩類：一類是引入翻轉(zhuǎn)課堂以提 升學(xué)生某種表現(xiàn)，如國(guó)外運(yùn)用翻轉(zhuǎn)課堂增加學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)性2(、參與度和互動(dòng)3(;另一類 是引入單門(mén)專業(yè)課程，如國(guó)內(nèi)學(xué)者張妤將翻轉(zhuǎn)課堂引入“數(shù)字電子技術(shù)”課程乳許英姿 等人配合省級(jí)精品課程建設(shè)，結(jié)合工科力學(xué)課程的特點(diǎn)，提出了基于翻轉(zhuǎn)課堂理念的幾 種教學(xué)模式，并在課程教學(xué)中進(jìn)行了實(shí)踐以課程教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)包括知識(shí)的傳授和能力的培養(yǎng).工程教育的課程教學(xué)的知識(shí)主 要有通過(guò)長(zhǎng)期工程實(shí)踐而總結(jié)出來(lái)的關(guān)于工程原理

6、與規(guī)律、技能和能力等.相比起其他 專業(yè)，工程教育具有綜合性強(qiáng)、形式多樣、涉及面廣、在特定的學(xué)科內(nèi)呈現(xiàn)出關(guān)聯(lián)性和 遞進(jìn)性、情景性(即實(shí)踐性)等特點(diǎn).而以信息化為代表的一系列顛覆性技術(shù)發(fā)展，更加 使工程知識(shí)應(yīng)用情境細(xì)化且復(fù)雜多變，單一的解決方案無(wú)法應(yīng)對(duì)工程項(xiàng)目的復(fù)雜情境. 工程教育知識(shí)應(yīng)用的情境性正契合了建構(gòu)主義的知識(shí)觀和學(xué)習(xí)觀，即知識(shí)是在具體情境 中被建構(gòu)出來(lái)的，學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握依賴于當(dāng)時(shí)的條件和限制.建構(gòu)主義理論所倡導(dǎo)的 教學(xué)方法諸如：情境式教學(xué)、支架式教學(xué)、拋錨式教學(xué)、合作學(xué)習(xí)、交互式教學(xué)，都是 不同于傳統(tǒng)課堂上以“知識(shí)傳遞”為目的講授式教學(xué)，教師的角色轉(zhuǎn)變?yōu)橐龑?dǎo)和促進(jìn)學(xué)生 探索和學(xué)習(xí)知識(shí)的

7、角色.而這正與翻轉(zhuǎn)課堂的特點(diǎn)，教師角色轉(zhuǎn)變、學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性 和主動(dòng)性不謀而合.隨著工程教育的改革，也有一些探討翻轉(zhuǎn)課堂在工科教育中的實(shí)踐 的文章回，大都是肯定翻轉(zhuǎn)課堂這種模式的價(jià)值，也反思在實(shí)踐中存在的問(wèn)題U本研究以單門(mén)課程為例，探討工程教育的課堂教與學(xué)的方式改革.本研究采用比較 的方式對(duì)傳統(tǒng)課堂教學(xué)和翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)進(jìn)行研究，對(duì)比學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的學(xué)習(xí)投入、學(xué) 習(xí)收獲感、課后的滿意度的差異.對(duì)比較結(jié)果進(jìn)行討論，分析兩種教學(xué)模式下學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié) 果的差異，并探索不同情境下學(xué)生學(xué)習(xí)投入、收獲的相關(guān)程度.2翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在S大學(xué)的實(shí)踐S大學(xué)在2005年將國(guó)際CDIO工程教育理念引入中國(guó)，從2011年開(kāi)始

8、推行“以學(xué) 生學(xué)習(xí)結(jié)果為導(dǎo)向的一體化教學(xué)改革”（OBE）. S大學(xué)多年的CDIO和OBE工程教育改 革，使其成為中國(guó)新工科教育的代表性高校之一.這為當(dāng)前的課程教學(xué)改革提供了充足 的前期準(zhǔn)備，S大學(xué)在部分課程中采用線上線下結(jié)合的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式.S大學(xué)工學(xué) 院機(jī)械電子工程系機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化專業(yè)（以下簡(jiǎn)稱機(jī)電）的“材料力學(xué)”也自2019年 開(kāi)始嘗試采用翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行教學(xué).2.1教學(xué)改革的外層構(gòu)建基于OBE的理念，從“培養(yǎng)什么人”和“如何培養(yǎng)人”兩個(gè)基本問(wèn)題出發(fā)，S大學(xué)電子 工程系以社會(huì)需求為導(dǎo)向，以實(shí)際工程為背景，以工程技術(shù)為主線，借鑒先進(jìn)的工程教 育改革方法，參照國(guó)家通用標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的基本要

9、求，制定了專業(yè)培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)了 一體化的課程體系.課程教學(xué)總體思路是在以下五個(gè)方面展開(kāi)工作：（1）培養(yǎng)目標(biāo)；（2）教 學(xué)大綱；（3）課程計(jì)劃；（4）教與學(xué)方法；（5）保障體系（圖1）.培養(yǎng)目標(biāo)Goal教學(xué)大綱 SyllabusI培養(yǎng)目標(biāo)Goal教學(xué)大綱 SyllabusI課程計(jì)劃 CurriculumH教學(xué)方法Teaching & Learning Methods保障體系Quality Assurance1機(jī)電專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃總體方案回2.2原有的教學(xué)情況在0BE課程教學(xué)改革背景下，原先的教學(xué)方法已逐步采用了建構(gòu)主義的教學(xué)方法， 而非傳統(tǒng)的以教師講授為主的教學(xué)，S大學(xué)在教學(xué)中特別倡導(dǎo)的是主動(dòng)學(xué)習(xí)和

10、實(shí)踐的教 學(xué)方法，采用了諸如“基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)”、“基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)”、“探究式的學(xué)習(xí)”、“科研教 學(xué)融合學(xué)習(xí)”、“案例教學(xué)”、“實(shí)習(xí)與實(shí)踐”等教學(xué)形式.這部分已經(jīng)有不少有益的探索和 總結(jié)9-11.但在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，大部分課程依舊是教師在課堂上講授理論（知識(shí)，課后 布置練習(xí)的課后作業(yè)的傳統(tǒng)教學(xué)模式，只有一部分自主學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的學(xué)生會(huì)提前預(yù)習(xí) 參考書(shū)目、與他人交流學(xué)習(xí)心得、搜集信息來(lái)學(xué)習(xí).實(shí)踐性的項(xiàng)目學(xué)生疲于應(yīng)付，按照 書(shū)上已有的內(nèi)容進(jìn)行操作，自主思考的能力并沒(méi)有得到很好的鍛煉.2.3 “材料力學(xué)”課程的特點(diǎn)材料力學(xué)（Mechanics of Materials）是機(jī)電專業(yè)基礎(chǔ)課程.基礎(chǔ)理論知識(shí)相

11、對(duì)成熟、內(nèi) 容較少且容易直接理解，課程中的結(jié)論多來(lái)源于實(shí)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果，和工程實(shí)際結(jié)合比較緊 密，而且課后習(xí)題較多且難度較高，多是應(yīng)用性題目.這就要求課程要幫助學(xué)生建立整 體的專業(yè)邏輯，更多要求學(xué)生發(fā)展研究性學(xué)習(xí)能力.因此，需要將知識(shí)點(diǎn)與工程實(shí)際相 結(jié)合，將力學(xué)知識(shí)具體應(yīng)用于工程中，注重學(xué)生的創(chuàng)新思維和力學(xué)建模能力的培養(yǎng)，學(xué)生 自主學(xué)習(xí)能力和團(tuán)隊(duì)合作能力.材料力學(xué)的課程教學(xué)改革就是基于本課程的特點(diǎn)進(jìn)行.2.4 “材料力學(xué)”翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革2.4.1課程教學(xué)全過(guò)程本課程教學(xué)過(guò)程包括課前設(shè)計(jì)、課堂授課、課后應(yīng)用、課后評(píng)價(jià)三個(gè)部分，如圖2 所示，課前設(shè)計(jì)包括預(yù)評(píng)估和課前學(xué)習(xí)，課堂授課包括深度加工和學(xué)習(xí)反

12、饋兩個(gè)部分， 課后應(yīng)用由實(shí)驗(yàn)、研討和項(xiàng)目三個(gè)部分構(gòu)成，課后的教學(xué)評(píng)價(jià)以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心，包括 學(xué)生的學(xué)習(xí)投入、學(xué)習(xí)收獲、教學(xué)過(guò)程中的課堂滿意度和學(xué)習(xí)成績(jī)四個(gè)部分.（基本概念認(rèn)知提出間題 DMOOC學(xué)習(xí) 論壇討論、完成習(xí)題（基本概念認(rèn)知提出間題 DMOOC學(xué)習(xí) 論壇討論、完成習(xí)題J（課前問(wèn)題解析（ 課上練習(xí)I案例討論J L教師反饋 同儕反饋JC學(xué)習(xí)投入 學(xué)習(xí)收獲 學(xué)習(xí)滿意度I學(xué)習(xí)成績(jī)J2課堂教學(xué)全過(guò)程預(yù)評(píng)估在當(dāng)門(mén)課程的第一節(jié)課作為整體基線測(cè)試，旨在了解學(xué)生對(duì)材料力學(xué)相關(guān)的 基本概念的認(rèn)知程度，包括簡(jiǎn)單變形構(gòu)件強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性；以及軸向拉伸，剪切， 扭轉(zhuǎn)，彎曲以及組合變形.讓教師大致了解學(xué)生的整體

13、水平和個(gè)體差異.此外第一節(jié)課 還需告知學(xué)生教學(xué)大綱、課程流程安排和教與學(xué)的形式等基本要素.課前學(xué)習(xí)的流程為教師提出探究性問(wèn)題一理論性知識(shí)的MOOC學(xué)習(xí)一MOOC 論壇內(nèi)參與互動(dòng)一校內(nèi)課程論壇討論與答疑一完成問(wèn)題并上傳校內(nèi)論壇由教師批閱 解答.課堂授課環(huán)節(jié)的90分鐘包含以下活動(dòng)：課前習(xí)題結(jié)果答疑反饋一獨(dú)自進(jìn)行習(xí)題 練習(xí)一教師反饋一快速結(jié)對(duì)活動(dòng)/反思性小組研討匯報(bào)一同儕反饋一教師反饋 與總結(jié)一提出探究性問(wèn)題.課后應(yīng)用環(huán)節(jié)包括實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐、項(xiàng)目三個(gè)部分，其中實(shí)驗(yàn)在課內(nèi)占8學(xué)時(shí)，課外約 16學(xué)時(shí)；項(xiàng)目在課內(nèi)占2學(xué)時(shí)，課外約占8學(xué)時(shí).如表1所示，實(shí)驗(yàn)部分分為四個(gè)必 選，一個(gè)自選實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)報(bào)告為考核的唯一依

14、據(jù)，必須包括實(shí)驗(yàn)方法及過(guò)程、數(shù)據(jù)的整 理和曲線繪制、結(jié)果討論、得出合理解釋.實(shí)踐環(huán)節(jié)項(xiàng)目名稱為“你身邊的材料力學(xué)”，考 核依據(jù)為報(bào)告和現(xiàn)場(chǎng)演示，包括問(wèn)題的提出、分析過(guò)程、結(jié)果解釋、分工與個(gè)人心得.表1實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐匯總表（號(hào)實(shí)驗(yàn)名稱課時(shí)數(shù)實(shí)驗(yàn)一金屬材料的拉伸和壓縮試驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)二金屬材料的彈性模量測(cè)定試驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)三金屬材料的圓軸扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)四梁彎曲正應(yīng)力電測(cè)試驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)五自選電測(cè)實(shí)驗(yàn)2（自選）實(shí)踐一你身邊的材料力學(xué)22.4.2 “材料力學(xué)”課程翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)與改革前的課堂教學(xué)模式（傳統(tǒng)課堂）對(duì)比，從學(xué)生的角度，二者不同之處如表2 所示.問(wèn)題驅(qū)動(dòng)與互動(dòng)是貫穿翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)習(xí)環(huán)境的兩條主線.（1）課前教師提出的問(wèn)

15、題由教 師根據(jù)已有授課經(jīng)驗(yàn)和參考其他課程參考書(shū)目提出.問(wèn)題難度適中，需要仔細(xì)學(xué)習(xí)理論 知識(shí)，引發(fā)思考，自發(fā)查詢資料才可解答，使學(xué)生對(duì)問(wèn)題體驗(yàn)到某種程度的不確定性， 激發(fā)學(xué)生的探究欲望是其主要目的.課堂上授課教師對(duì)課前問(wèn)題做回顧之后，再次拋出 需要完成的習(xí)題，用以檢測(cè)課前理論知識(shí)學(xué)習(xí)的完成程度.之后再次選取案例，考慮教 學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)并兼顧學(xué)生的能力和水平，同時(shí)也要將課程培養(yǎng)學(xué)生的素質(zhì)目標(biāo)考慮在 內(nèi).案例分兩類，一類是教師在課堂上提出討論的案例問(wèn)題，給學(xué)生時(shí)間進(jìn)行結(jié)對(duì)分享; 一類為在課前24到36小時(shí)在校內(nèi)課程論壇上發(fā)布反思性分組需匯報(bào)的問(wèn)題.一組由四 五名學(xué)生組成的小組負(fù)責(zé)對(duì)指定的閱讀材料進(jìn)行

16、總結(jié)和解釋.（2）互動(dòng)包括同儕互動(dòng)和 師生互動(dòng)，并且是自主和個(gè)性化的.通過(guò)MOOC論壇與眾多MOOC學(xué)習(xí)者互動(dòng)；校內(nèi) 課程論壇同教師和同儕互動(dòng)；課堂上與授課老師和同學(xué)的互動(dòng)；課后研討中、實(shí)驗(yàn)和實(shí) 踐互動(dòng).增加學(xué)生的學(xué)習(xí)投入度、鍛煉自主學(xué)習(xí)能力、對(duì)知識(shí)的深度加工是翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改 革的目的.（1）課前的理論知識(shí)剝離和解決探究性問(wèn)題相較于之前所要求的課前預(yù)習(xí)，將原 先的課后習(xí)題翻轉(zhuǎn)到課堂上完成，有效監(jiān)督和集體環(huán)境能讓學(xué)生投入更多精力，減少在 完成作業(yè)時(shí)的應(yīng)付和抄襲的情況，旨在增加學(xué)生行為與認(rèn)知層面的投入.MOOC視頻 材料由教師挑選，學(xué)生可以在任何時(shí)間通過(guò)計(jì)算機(jī)或聯(lián)網(wǎng)設(shè)備訪問(wèn)該課程.學(xué)生可以暫 停、

17、倒帶和快進(jìn)視頻，這使學(xué)生能夠按照自己的節(jié)奏學(xué)習(xí)和熟悉內(nèi)容，鍛煉學(xué)生的自主 學(xué)習(xí)能力.在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生需要自主思考教師提出的問(wèn)題，自主答題、自主提 問(wèn)，課上課下自主尋找伙伴，自主溝通.（3）深度加工包括基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)（課前），教 師與同伴反饋（課堂），課后項(xiàng)目式實(shí)踐課程（課后）.表2從學(xué)生的角度，對(duì)翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)課堂對(duì)比翻轉(zhuǎn)課堂傳統(tǒng)課堂課前設(shè)計(jì)對(duì)理論知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)、解決探究性問(wèn)題預(yù)習(xí)課堂活動(dòng)習(xí)題練習(xí)、結(jié)對(duì)活動(dòng)、匯報(bào)與討論、得到反饋與總結(jié)接受理論知識(shí)授課、匯報(bào)與討論課后應(yīng)用實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐應(yīng)用、接受指導(dǎo)與監(jiān)督習(xí)題練習(xí)、實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐應(yīng)用課后評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)投入、學(xué)習(xí)收獲、學(xué)習(xí)滿意度、學(xué)習(xí)成績(jī)對(duì)教師的教學(xué)內(nèi)容等進(jìn)

18、行評(píng)價(jià)3從學(xué)生學(xué)習(xí)的角度討論翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)改革基于準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)調(diào)查本研究采用準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)調(diào)查的形式，對(duì)改革后的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式和未進(jìn)行改革的模式 進(jìn)行了同一套標(biāo)準(zhǔn)的比較，比較的指標(biāo)包括學(xué)生的投入度、學(xué)生對(duì)課堂的滿意度、學(xué)習(xí) 收獲、課堂氛圍、學(xué)習(xí)成績(jī)結(jié)果討論教學(xué)改革的效果.準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)的被試學(xué)生修讀同一門(mén)課程，學(xué)生來(lái)自同一專業(yè)同一年級(jí)，學(xué)生在修此課程 之前學(xué)習(xí)了同樣的前置課程（大學(xué)物理、高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)），在學(xué)習(xí)“材料力學(xué)”課 程時(shí)學(xué)生可以自由選擇不同的授課教師，兩個(gè)教學(xué)班由兩位水平相當(dāng)?shù)慕處熯M(jìn)行授課， 同一套教學(xué)大綱和評(píng)分準(zhǔn)則，期末考試采用了統(tǒng)一試卷和匿名評(píng)卷.在完全自然的情況 下進(jìn)行，通過(guò)期末問(wèn)卷調(diào)查方式收

19、集信息.課程后發(fā)放問(wèn)卷進(jìn)行調(diào)查，本研究采用的問(wèn)卷是“中國(guó)大學(xué)生學(xué)習(xí)性投入調(diào)查 (NSSE_China)”，引入學(xué)習(xí)收獲、學(xué)習(xí)滿意度、課堂氛圍、自主學(xué)習(xí)時(shí)間等分量表凹.其 中，學(xué)習(xí)投入分量表、學(xué)習(xí)收獲、課堂氛圍分量表采用李克特四點(diǎn)計(jì)分法，學(xué)習(xí)滿意度 分量表采用七點(diǎn)計(jì)分法.數(shù)據(jù)分析工具為SPSS18.0,本次調(diào)查信效度檢驗(yàn)克隆巴赫a系 數(shù)為0.943,具有良好的信度.學(xué)習(xí)投入量表KMO取樣適切性量數(shù)為0.738,課堂氛圍 KMO為0.721,課堂滿意度為0.927,學(xué)習(xí)收獲量表為0.929,各分量表均具有良好的 結(jié)構(gòu)效度.在課程結(jié)束時(shí)，分別在翻轉(zhuǎn)課堂和傳統(tǒng)課堂二個(gè)授課班當(dāng)場(chǎng)發(fā)放問(wèn)卷，學(xué)生 填寫(xiě)后收

20、回，剔除無(wú)效問(wèn)卷，實(shí)驗(yàn)班回收有效問(wèn)卷42份，對(duì)照組回收有效問(wèn)卷56份， 問(wèn)卷有效率約為80%.3.1學(xué)習(xí)投入翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)教學(xué)兩個(gè)班級(jí)學(xué)生在學(xué)習(xí)投入各個(gè)維度得分差異分析如(表3)所 示，包括行為投入、認(rèn)知投入和情感投入3個(gè)方面.其理論平均值為2.5.各個(gè)維度統(tǒng)計(jì) 中，無(wú)論是傳統(tǒng)授課方式還是翻轉(zhuǎn)課堂授課方式，其理論均值均高于2.5,表明兩種授 課方式都較好地促進(jìn)了學(xué)生的學(xué)習(xí)投入.從數(shù)據(jù)可以看出，翻轉(zhuǎn)課堂班的學(xué)習(xí)投入總得 分略高于傳統(tǒng)教學(xué)班(Mean = 2.659$2.648).傳統(tǒng)教學(xué)班的學(xué)習(xí)投入除了行為投入維度 均值得分高于翻轉(zhuǎn)課堂(Mean=2.5822.526)外，其他學(xué)習(xí)投入維度均低于

21、翻轉(zhuǎn)課堂.但 學(xué)習(xí)投入維度的均值差異均未到達(dá)顯著差異水平.表3翻轉(zhuǎn)課堂班與傳統(tǒng)教學(xué)班在學(xué)習(xí)投入分析維度-翻轉(zhuǎn)教學(xué)傳統(tǒng)教學(xué)-!均值標(biāo)準(zhǔn)差均值標(biāo)準(zhǔn)差學(xué)習(xí)投入2.6590.3692.6480.4020.1460.884行為投入2.5260.4122.5820.482-0.5930.556認(rèn)知投入2.7680.5152.6850.4780.7960.428情感投入2.8810.4042.7860.3611.1880.2383.2課堂氛圍、學(xué)習(xí)收獲和學(xué)習(xí)滿意度引入課堂氛圍量表旨在了解課堂上整體氛圍是活躍、和諧的還是單調(diào)、乏味的，是 包容、鼓勵(lì)性的還是沉悶、壓抑的.調(diào)查數(shù)據(jù)分析結(jié)果(表4)顯示翻轉(zhuǎn)課堂的課

22、堂氛圍 均值高于傳統(tǒng)課堂(Mean = 3.2563.112).學(xué)生自我陳述的學(xué)習(xí)收獲是衡量學(xué)生學(xué)習(xí)成 效和教學(xué)質(zhì)量的主要依據(jù)，滿意度反映了學(xué)生對(duì)課堂授課方式的主觀評(píng)價(jià)，在這兩個(gè) 維度上，調(diào)查分析的結(jié)果表明，翻轉(zhuǎn)課堂的學(xué)生感覺(jué)自己收獲了更多的知識(shí)和能力成 長(zhǎng)(Mean =2.718 2.663).但是，傳統(tǒng)課堂的學(xué)生對(duì)整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程顯得更滿意一點(diǎn) (Mean=5.0964.963).兩種授課方式在3個(gè)維度上的差異未達(dá)到顯著性水平.3.3學(xué)習(xí)動(dòng)力、同學(xué)關(guān)系、課外學(xué)習(xí)時(shí)間教學(xué)改革的目的之一在于鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，在教學(xué)設(shè)計(jì)中將互動(dòng)作為整個(gè) 教學(xué)過(guò)程的主線，旨在促進(jìn)同學(xué)關(guān)系和諧發(fā)展，鍛煉團(tuán)隊(duì)合作能

23、力.本研究在調(diào)查量表 中加入課外學(xué)習(xí)時(shí)間、自陳學(xué)習(xí)動(dòng)力、課程教學(xué)在多大程度上激發(fā)努力、同學(xué)關(guān)系等問(wèn) 題，用以衡量教學(xué)改革在這些方面的影響.運(yùn)用獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)得結(jié)果如(表5)所示，翻 轉(zhuǎn)課堂的學(xué)生在學(xué)習(xí)動(dòng)力(Mean=4.924.83)和同學(xué)關(guān)系(Mean=5.805.74)兩個(gè)指標(biāo) 略微高于傳統(tǒng)授課的學(xué)生.傳統(tǒng)授課方式增加了學(xué)生的課外學(xué)習(xí)時(shí)間(Mean=2.932.89) 且更加激發(fā)了學(xué)生的努力(Mean=4.90 4.67).表4翻轉(zhuǎn)課堂班與傳統(tǒng)教學(xué)班在課堂氛圍、學(xué)習(xí)收獲和課堂滿意度等指標(biāo)的比較分析維度-翻轉(zhuǎn)課堂傳統(tǒng)課堂均值標(biāo)準(zhǔn)差均值標(biāo)準(zhǔn)差課堂氛圍3.2560.6233.1120.4941.

24、2040.232學(xué)習(xí)收獲2.7180.5682.6630.6870.4120.682學(xué)習(xí)滿意度4.9631.5825.0961.353-0.4340.665表5翻轉(zhuǎn)課堂班與傳統(tǒng)教學(xué)班在學(xué)習(xí)動(dòng)力、激發(fā)努力、同學(xué)關(guān)系和課外學(xué)習(xí)時(shí)間等指標(biāo)的比較分析維度翻轉(zhuǎn)課堂傳統(tǒng)課堂-!均值標(biāo)準(zhǔn)差均值標(biāo)準(zhǔn)差學(xué)習(xí)動(dòng)力4.920.8624.830.9350.4150.653激發(fā)努力4.670.9664.901.031-1.1040.273同學(xué)關(guān)系5.801.1725.741.3800.2160.829課外學(xué)習(xí)時(shí)間2.891.1652.930.985-0.1430.8863.4學(xué)習(xí)成績(jī)課程期末考試以開(kāi)卷形式進(jìn)行，學(xué)生可以

25、自帶教材和其他參考資料，試卷由專家命 題，主要測(cè)評(píng)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解水平，運(yùn)用知識(shí)分析和解決問(wèn)題的能力.翻轉(zhuǎn)課堂 班(42人)和傳統(tǒng)教學(xué)班(71人)學(xué)生考試成績(jī)各分?jǐn)?shù)段人數(shù)分布如表6.表6翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)課堂期末考試成績(jī)等級(jí)分布，平均值大小優(yōu)秀(90-100)良好(80-89)一般(60-79)及格(45-60)未及格均值翻轉(zhuǎn)214185373.286傳統(tǒng)6142421665.957兩個(gè)班級(jí)期末成績(jī)各等級(jí)人數(shù)所占比例如圖3：翻轉(zhuǎn)課堂優(yōu)秀率為5%,傳統(tǒng)課堂 優(yōu)秀率為8%，翻轉(zhuǎn)課堂的良好和一般率高于傳統(tǒng)課堂，進(jìn)一步兩個(gè)班級(jí)成績(jī)進(jìn)行獨(dú)立 樣本T檢驗(yàn)，結(jié)果顯示翻轉(zhuǎn)課堂平均成績(jī)高于傳統(tǒng)課堂(mean =

26、 73.285765.9577)，二 者之間存在顯著性差異，！=2.210, 0.05=0.029,效應(yīng)大小為d=7.328.相關(guān)分析結(jié)果 顯示，教學(xué)方式與學(xué)習(xí)成績(jī)成0.202的微弱相關(guān).4研究結(jié)果及討論4.1新工科背景下翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式與工程教育具有一定的適配性從理論上來(lái)看，工業(yè)4.0的發(fā)展滋生了政策性的新工科的戰(zhàn)略計(jì)劃，新工科教育要 求高等院校的課堂教學(xué)更加重視學(xué)生自主探究，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力.在不增加正式課堂 授課時(shí)間的基礎(chǔ)上，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)投入度，需要與時(shí)俱進(jìn)，積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+ ”和3翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)課堂期末成績(jī)等級(jí)分布智能教育新方法.工程知識(shí)的復(fù)雜建構(gòu)性要求授課過(guò)程中需要理論與實(shí)踐結(jié)

27、合，學(xué)生要具有主動(dòng)求 變和積極團(tuán)結(jié)參與的特質(zhì)以適應(yīng)不斷快速革新的科學(xué)技術(shù)，這實(shí)質(zhì)上是對(duì)學(xué)生的“增 負(fù)”，他們需要學(xué)習(xí)的不僅是教科書(shū)上陳舊的理論知識(shí)和計(jì)算方法，更需要鍛煉自主學(xué) 習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和遷移能力.翻轉(zhuǎn)課堂正是授課教師應(yīng)對(duì)這一新背景下的優(yōu)質(zhì)選 擇，將理論知識(shí)用網(wǎng)絡(luò)視頻的形式，課前即讓學(xué)生自學(xué).這并不是對(duì)教師的“減負(fù)”，而 是要求教師轉(zhuǎn)變角色，做好一個(gè)引導(dǎo)者的角色.從s大學(xué)實(shí)踐結(jié)果調(diào)查來(lái)看，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在工程教育中有一定的適應(yīng)性， 表現(xiàn)在翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)生學(xué)習(xí)投入更高(2.659A2.648)、課堂氛圍(3.256$3.112)和學(xué)習(xí)收 獲更好(2.718$2.663)、學(xué)習(xí)動(dòng)力更大(4

28、.92$4.83)、學(xué)習(xí)成績(jī)良好和一般也即合格率 高(73.2857$65.9577).這反映出翻轉(zhuǎn)課堂的應(yīng)用有利于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、自主管 ;、合作學(xué)習(xí)等方面的能力.4.2翻轉(zhuǎn)課堂在新工科教育中部分提高了課程教學(xué)的質(zhì)量每一次工程教育理念的轉(zhuǎn)變意味著一套新的培養(yǎng)體系的重新構(gòu)建，從“大工程教育; 念”到CDIO和OBE,再到最新的創(chuàng)客運(yùn)動(dòng)，大到宏觀層面的國(guó)家政策，小到每一門(mén)具 體課程的教學(xué)方法都可能面臨相應(yīng)的調(diào)整.從高校層面來(lái)看，在微觀層面的課程教學(xué)改 革需要加強(qiáng)對(duì)新教育理念的認(rèn)識(shí)、重視對(duì)教師和學(xué)生以及教學(xué)管理層的培訓(xùn).S大學(xué)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的實(shí)踐研究在已有的CDIO和OBE改革的成果上，考慮了

29、 現(xiàn)有教學(xué)情況存在的問(wèn)題和特定課程的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了課堂教學(xué)全過(guò)程流程圖.在教學(xué)設(shè) 計(jì)中著重增加原授課方式中所欠缺的以問(wèn)題為中心、師生互動(dòng)和同儕互動(dòng)的內(nèi)容.教學(xué) 改革的目的是增加學(xué)生的學(xué)習(xí)投入度、鍛煉自主學(xué)習(xí)能力、對(duì)知識(shí)的深度加工.在對(duì)S大學(xué)工學(xué)院教師的訪談中，我們發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)需要學(xué)習(xí)翻轉(zhuǎn)課 堂課程大綱的編寫(xiě)、設(shè)定可測(cè)量的學(xué)習(xí)結(jié)果指標(biāo).因此，在翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)踐中需要配合 進(jìn)行高度統(tǒng)一的學(xué)生評(píng)教問(wèn)卷來(lái)保證課程教學(xué)的質(zhì)量.在實(shí)際操作過(guò)程中，教師的知識(shí) 背景和授課經(jīng)驗(yàn)也對(duì)教學(xué)結(jié)果有影響.并非所有的老師都愿意采用翻轉(zhuǎn)課堂的形式、也 并非所有的學(xué)生都喜歡翻轉(zhuǎn)課堂的形式，這從S大學(xué)的調(diào)查中也可以看出(學(xué)生對(duì)傳統(tǒng) 課堂的滿意度更高M(jìn)ean = 5.096$4.963；傳統(tǒng)教學(xué)班的學(xué)生行為投入高于翻轉(zhuǎn)課堂的 Mean = 2.582$2.526).雖然翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)生成績(jī)比傳統(tǒng)課堂的高，但是成績(jī)與評(píng)價(jià)方式有 關(guān).所以，對(duì)翻轉(zhuǎn)課堂這股熱潮應(yīng)理性看待，并非所有的課程都適合采用翻轉(zhuǎn)課堂的形 式，應(yīng)充分考慮其引入課堂是否有現(xiàn)實(shí)的必要性和可行性.4.3新工科教育中翻轉(zhuǎn)課堂模式適用于有優(yōu)勢(shì)的科目前面提到，并非所有的課程都適合采用翻轉(zhuǎn)課堂的模式.在工科教