“材料科学基础”课程实验教学的翻转课堂

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　　摘要：本文以“材料科学基础”课程实验为对象，以学生为中心，尝试将翻转课堂教学法应用于实验教学中，将实验课堂交给学生，培养学生的综合实践能力。运行结果表明，采用翻转课堂教学法可以提高实验课堂的时间利用效率，有利于学生掌握实验知识。运行结果表明翻转课堂教学法在实验教学中取得了较好的效果。
　　关键词：翻转课堂；材料科学基础；课程实验
　　中圖分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）01-0270-02
　　一、引言
　　翻转课堂（Flipping Classroom）是一种新出现的课堂教学组织形式，起源于美国科罗拉多州落基山林地公园高中的Jon Bergmann和Aaron Sam这两位化学老师的实践，他们将结合实时讲解和PPT演示的视频上传到网络而引起众人关注。到2011年，由于萨尔曼畸千（Salman khan）和他创立的汗学院（Khan Academy）的里程碑式推动作用，翻转课堂开始为众多教师熟知，并成为全球教育界关注的教学模式[1]。翻转课堂最大的特点是以学生为中心，将课堂交给学生。这种教学方式尤其对于实验教学非常合适。实验教学在学生的专业学习中处于重要的地位，是培养学习专业能力的重要途径。
　　二、目前实验教学存在的问题
　　目前传统实验教学模式还是沿袭了传统课堂教学的模式，即在实验课上教师先进行讲授或演示，然后学生进行具体实验，教师在旁边指导。在日益增加的学生人数面前，传统实验教学模式显得力不从心。目前传统实验教学模式存在很多不足，主要体现在以下两个方面。
　　（一）实验教学观念滞后
　　传统教学，以教师为中心，以课堂教学为主，重视理论课程的教学，使得实验课程成为理论课程的附庸、验证和补充。实验课程中，多以教师指令为主，学生自主较少，强调“灌输式”教学。这对学生的主动性、独立思考能力、动手操作能力等都是一个很大的冲击，不利于学生的长远发展。
　　（二）现有实验教学模式的问题
　　当实验课学生人数比较多的时候，传统师徒式实验教学方式存在有很大的不足。比较典型的情景是老师在设备前面讲，学生围在周围听，在外围同学听的效果就比较差。另外实验教师在授课时，对于有些实验的来龙去脉可能介绍得不够，学生对于为什么这么做实验不是很清楚。如何在有限实验设备的基础上获得良好的实验培训效果是急需解决的问题。
　　三、翻转课堂实验项目的选择
　　为了将翻转课堂教学模式运用于实验教学中，需要选择一定的典型实验作为试点。“材料科学基础”是材料类专业的重要专业基础课。该门课程主要讲述材料科学的相关基础理论，是材料专业后续课程的基础。“材料科学基础”设计的课程实验为金相试样制备和金相显微镜使用两个实验，课程学时为4学时。其主要目的通过实验力学掌握金相试样的基本制备方法和金相显微镜的构造及使用方法。
　　四、教学设计
　　（一）本实验教学的目标
　　金相分析是金属材料试验的重要手段之一。它需要学生能独立完成从原始样品上取样、镶样、粗磨、细磨、抛光、腐蚀、操作金相显微镜进行试样组织观察，要求学生对于金相显微镜的结构和操作有了解。本实验设计的目标就是要求学生掌握金相实验的流程，会独立操作金相显微镜。
　　（二）翻转课堂实施的设想
　　实验教学的目的是锻炼学生的动手能力，那就需要改变以前实验教学的教学模式，让学生成为实验的主体，充分激发学生对实验的兴趣，充分发挥学生的个性和潜力，着力点充分考虑培养学生的综合能力和创新能力。教师提供基本实验材料，让学生来独自完成实验，教师在旁边起指导作用。具体的实验教学流程修改如下。
　　1.教师根据实验内容，制作整个实验流程的操作视频，对操作的每一步进行详细讲解，做到实验操作的标准化。
　　2.根据实验内容制作相应的口试题。
　　3.在实验前将实验操作视频和口试题大纲发给学生，让学生对操作的每一步都有仔细的准备。
　　4.在实验课时，由于已经提前把实验视频下发，省略讲解实验环节，换之以抽测，检查学生预习情况。预习不合格不能参加实验。
　　5.具体实验的时候，教师在旁边进行指导，纠正学生操作中的问题。
　　（三）实验教学翻转课堂模式的特点
　　我们设计实验教学的翻转课堂模式是对于传统实验教学模式的改进，在实验教学中突出以学生为主体，教师为主导，强调学生是实验的主体，并且强调学生实验动手能力的训练。在教师提前制作的实验视频中，教师给出实验操作的具体步骤、安全注意事项。这样就做到了事实上的一对一实验教学，使得学生可以对实验的各个细节有很好的准备，知道整个实验流程中哪些是关键环节，这样在实验课的时候就会有的放矢。与传统实验教学的老师先讲，然后学生再做相比，实验教学的翻转课堂可以让学生充分预习，克服了前文中提出的传统实验教学中遇到的种种问题。
　　在实验目标的设计上，从以下三个层次考虑对学生进行能力的培养。
　　1.浅层次的动手能力的培养。利用实验的可用因素使得学生了解相关实验，获得可以独立自主的完成实验的技术。
　　2.深层次的理解。通过实验验使得同学们对于实验相关知识有更直观的了解，而且让其了解实验原理。
　　3.对于科学学习知识、开拓学习认知理念的树立。在学习过程中对学生进行思路的诱导及学习时提问的方式对同学的思维进行拓展，使同学们有一初步的科学性思维，训练学生总结实验结论的能力。
　　五、翻转课堂实验教学的具体流程
　　（一）实验教学视频的设计
　　目前数码设备已经得到了普及，在个人计算机上就可以制作各种视频。翻转课堂的第一步工作是制作实验视频。视频的制作流程是设计脚本→拍摄素材→素材修改完善。脚本设计是视频制作的第一步。按照实验流程对脚本设计如下。 　　1.取样。从大块材料上取下金相样品。采用手工取样和切割机取样。每种方法设备的操作方法进行详细介绍演示。
　　2.镶样。将获得的金相样品镶嵌在镶嵌料。对冷镶法和热镶法的操作步骤进行详细演示。
　　3.磨制试样。演示粗磨和精磨试样的操作方法。
　　4.浸蚀试样操作的演示
　　5.金相显微镜的介绍，操作方法演示。
　　实验脚本的设计要突出实验细节的介绍，将整个实验步骤进行分解，对每一步操作进行拍摄，使得学生对于实验的各个操作环节都能做到细致了解。
　　（二）实验视频的摄制及加工
　　采用家用数码相机作为摄影器材；采用媒体编辑软件如爱视频软件对视频进行剪辑拼接；在视频中加入图片素材和音频资源，解释的文字也可以加入视频中。
　　（三）测试题的设计
　　测试题用来验证学生预习视频的效果。我们针对实验原理、实验设备操作、实验操作步骤设计了一套口试题。通过口试题验证学生的实验预习效果。实验课上根据视频内容对学生进行提问，对实验原理、实验设备操作进行讨论。如果学生通过了口试测试，才可以进入具体实验操作过程。
　　六、翻转课堂实验教学模式的使用效果
　　我们已经将“材料科学基础”课程实验的翻转课堂教学模式运用于6届学生的课程实验教学中。从课件使用的反馈看，大部分同学反映在播放完视频然后做实验获得了比较好的效果，有助于学生对材料科学的研究基本技能有所了解。在问题交代是否清晰上，大部分同学们认为在观看视频后有效地解决了之前疑惑的问题，表明通过翻转课堂模式没有削弱学生对实验教学内容的理解。从实验的感受来看，多数同学反映经过视频教学后，对于实验流程有比较好的了解，可以自主操作实验。
　　七、小结及后期改进设想
　　将翻转课堂运用于“材料科学基础”实验教学中具有良好的实验教学效果，使学生对于实验原理、实验操作步骤在实验前就有比较清晰的了解，在实验课上的时间利用效率大大提高。下一步的工作是将翻转课堂教学模式推广使用于其他实验项目的教学中去。
　　致谢：本课题由天津理工大学教改项目基金YB17-04资助。
　　参考文献：
　　[1]汪晓东，张晨婧仔.“翻转课堂”在大学教学中的应用研究——以教育技術学专业英语课程为例[J].现代教育技术，2013，23（8）：11-16.
　　[2]夸美纽斯，著.大教学论[M].傅任敢，译.人民教育出版社，1957.
　　[3]W.A.拉伊，著.实验教育学[M].沈剑平，译.人民教育出版社，2011.
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