趙琴琴，黃德青，李德智

(1.綿陽師范學(xué)院教育科學(xué)學(xué)院，四川綿陽 621000；2.西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院，四川成都 610031)

隨著教育發(fā)展越來越國際化，科技競爭力的重要性越來越突出，如何培養(yǎng)具備動手能力與創(chuàng)新能力的當(dāng)代大學(xué)生，是當(dāng)前國內(nèi)高等教育面臨的重大課題之一。

為了培養(yǎng)創(chuàng)新型的工程科技人才，不少高等學(xué)校著力于加強改革實踐教學(xué)，依托國家級、省部級的實驗中心，發(fā)揮學(xué)科專業(yè)特色，不斷進(jìn)行實驗教學(xué)改革與創(chuàng)新，推進(jìn)自主研發(fā)和科研成果轉(zhuǎn)化，完成了以下工作：以科研成果轉(zhuǎn)化、校企共建共享為資源籌集主渠道，構(gòu)筑體系化的優(yōu)質(zhì)虛擬實驗教學(xué)資源；突出學(xué)科特色和生產(chǎn)實際，開展多種多樣成系列的虛擬實驗教學(xué)；以 “資源整合、共用共享”作為虛擬實驗教學(xué)平臺建設(shè)和管理的主旨，實現(xiàn)全面資源共享；構(gòu)筑實驗與理論教學(xué)、科學(xué)研究與開發(fā)維護(hù)高度融合的高水平師資隊伍，提高學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新水平，保障實驗教學(xué)可持續(xù)發(fā)展。在持續(xù)開發(fā)設(shè)計型、綜合型、創(chuàng)新型的實驗項目基礎(chǔ)上，結(jié)合技能鑒定、科學(xué)研究和生產(chǎn)實際，建設(shè)“產(chǎn)-學(xué)-研”一體化的實踐教學(xué)基地。

一、概念界定

(一)創(chuàng)新人才概念

各國對創(chuàng)新人才的概念界定并不一致，本文指的是具有創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神，具備創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力，并掌握相應(yīng)的創(chuàng)新方法，善于運用特定的創(chuàng)新工具，通過創(chuàng)新實踐，最終在某一領(lǐng)域、行業(yè)、工作上取得創(chuàng)新性成果的，為社會發(fā)展和進(jìn)步作出貢獻(xiàn)的人。其中創(chuàng)新能力包括“創(chuàng)造性地學(xué)習(xí)知識+創(chuàng)造性地應(yīng)用知識+創(chuàng)新知識的能力”[1]。

(二)項目式教學(xué)

項目式教學(xué)又稱項目教學(xué)，是基于“項目實施”和“邊做邊學(xué)”的理念，以一個研究問題或任務(wù)為導(dǎo)向進(jìn)行教學(xué)。項目教學(xué)能夠培養(yǎng)學(xué)生“提出問題+猜想假設(shè)+制定計劃+觀察實驗+整理信息+思考總結(jié)+表達(dá)和交流”的探究能力。

由此可見，項目教學(xué)具有以下特點：

1.從人才培養(yǎng)的角度看，項目式教學(xué)為校企合作搭建了平臺，為學(xué)生接觸實際工程提供了機會，對于學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)大有裨益。

2.項目教學(xué)屬于實踐性教學(xué)模式，不局限于單個學(xué)科的課程，需要學(xué)生綜合應(yīng)用多門課程的知識和技能，還需要跨學(xué)科領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識，所以有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力以及跨學(xué)科、跨領(lǐng)域完成復(fù)雜工程的能力。

3.項目教學(xué)模式開放、多向互動。教師在進(jìn)行項目內(nèi)容設(shè)計時要充分考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、基礎(chǔ)知識，充分發(fā)揮學(xué)生的積極性、主動性和創(chuàng)造性，保證每個學(xué)生都能親身參與項目任務(wù)的完整過程，且在項目實施過程中團(tuán)隊協(xié)作，有利于學(xué)生形成創(chuàng)新、合作的價值觀。

4.項目式教學(xué)通常需要較多的課前、課中、課后時間。為提升課堂效率，通常將學(xué)習(xí)行為的第一步——知識傳遞的環(huán)節(jié)放在上課前，由學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)課程平臺自主學(xué)習(xí)；課堂上學(xué)生的學(xué)習(xí)側(cè)重于對知識的內(nèi)化吸收。這種教學(xué)方式對傳統(tǒng)的“課上教學(xué)、課下作業(yè)”的方式進(jìn)行了翻轉(zhuǎn)，所以被稱為“翻轉(zhuǎn)課堂”，非常適用于項目式教學(xué)[2]。

5.需要有充足的實驗經(jīng)費支撐。某些項目式教學(xué)要求必要的時候，在高校的實驗基地模擬企業(yè)真實工作場景，由此某些教學(xué)項目的實施需要生產(chǎn)場地、設(shè)施、實驗設(shè)備，并配備一定數(shù)量的原材料，這些實驗工作場景的搭建需要充足的實驗經(jīng)費作物質(zhì)保障[3]。

6.相對于傳統(tǒng)教學(xué)方式有顯著改變。項目教學(xué)的內(nèi)容是將大量的知識點融入到具體項目中，因此教材的編寫也要以項目為單位；教師角色發(fā)生變化，教師從單向傳授變成引導(dǎo)，具有參與性。

綜上所述，項目教學(xué)的開放性、互動性、情景仿真、團(tuán)隊協(xié)作的特點，使得翻轉(zhuǎn)課堂在項目式教學(xué)中的應(yīng)用非常必要，具有可行性。

二、教學(xué)模型設(shè)計

(一)教師教學(xué)過程設(shè)計

1.設(shè)計項目任務(wù)目標(biāo)的原則

在設(shè)計教學(xué)目標(biāo)時，教師將每個項目任務(wù)分為基本任務(wù)部分和擴展任務(wù)部分[4]?；救蝿?wù)部分由教師引導(dǎo)學(xué)生完成，擴展任務(wù)由學(xué)生通過實驗項目、項目團(tuán)隊小組合作探究的方式完成，在此過程中教師指導(dǎo)學(xué)生。同時，為了使教學(xué)過程有條理，整個課程的內(nèi)容會分成多個子項目，每個子項目都是幾個知識點的融合，依據(jù)項目任務(wù)確定項目組的成員規(guī)模。根據(jù)科研項目研究經(jīng)驗，項目組成員的人數(shù)控制在7至11人之間，是一個比較合適的團(tuán)隊規(guī)模。

2.教師教學(xué)過程模型

教師的具體教學(xué)過程模型如圖1所示，具體包括課前、課中和課后三個環(huán)節(jié)。

(1)課前。教師要根據(jù)人才培養(yǎng)方案中的培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求，制定教學(xué)大綱，確定課程的核心知識點和項目教學(xué)任務(wù)，并通過教學(xué)場景和教學(xué)活動的設(shè)計，使項目教學(xué)任務(wù)能夠反映出社會生產(chǎn)的真實狀況，有助于學(xué)生對項目進(jìn)行深入的研究[4]。另外，教師可以將需要示范和學(xué)生難以理解的內(nèi)容制作成課件，通過網(wǎng)絡(luò)平臺發(fā)布給學(xué)生，體現(xiàn)了課程向課前延伸的開放性。

(2)課中。教師在課堂上關(guān)注學(xué)生的項目進(jìn)展，參與項目問題的研討，并確保每個項目組在規(guī)定時間內(nèi)完整地完成項目任務(wù)。教師引導(dǎo)學(xué)生自主思考解決方案，參與項目組之間互相評價和成果交流活動。全方位地培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出假設(shè)、查找資料、合作學(xué)習(xí)、交流表達(dá)的探究能力。

(3)課后。教師引導(dǎo)學(xué)生對整個教學(xué)項目進(jìn)行總結(jié)和反思，將出現(xiàn)的問題進(jìn)行歸納總結(jié)，并在教學(xué)知識點上思考，進(jìn)一步修改課件或者進(jìn)行教具方面的改革，并對以往的課件進(jìn)行修改完善。教師應(yīng)該鼓勵學(xué)生對感興趣的項目任務(wù)進(jìn)一步深入研究，鼓勵學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新并形成成果，結(jié)合自己的興趣點進(jìn)行創(chuàng)新課題申報。

圖1 項目式教學(xué)中教師教學(xué)過程示意圖

3.學(xué)生學(xué)習(xí)過程設(shè)計

學(xué)生的學(xué)習(xí)過程設(shè)計如圖2所示，也包括課前、課中和課后三個環(huán)節(jié)。

(1)課前。學(xué)生主動學(xué)習(xí)，通過網(wǎng)絡(luò)平臺上的視頻資料和公開課資源預(yù)習(xí)和搜集相關(guān)資料，提出自己的問題，有些問題可以通過圖書館和網(wǎng)上搜索資料的方式自行解決，有些難題可以記錄下來帶進(jìn)課堂，這個過程有利于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。

(2)課中。通過課前的預(yù)習(xí)，學(xué)生帶著自己的問題、困惑與好奇進(jìn)入課堂，并通過項目小組合作探究的方式參與到項目任務(wù)實踐中。通過提出問題→猜想假設(shè)→設(shè)計實驗→實驗驗證→記錄數(shù)據(jù)→得出結(jié)論，并進(jìn)行成果交流、撰寫論文或者研究報告。

(3)課后。學(xué)生課后對自己在項目中學(xué)會的知識以及學(xué)習(xí)的過程進(jìn)行反思與評價，完成對相關(guān)知識的鞏固。

圖2 項目式教學(xué)中學(xué)生學(xué)習(xí)過程示意圖

4.項目式教學(xué)+翻轉(zhuǎn)課堂模式

項目教學(xué)+翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式主要可分為課前、課中、課后三個環(huán)節(jié)，具體如圖3所示。

(1)課前。教師制作項目教學(xué)PPT、動畫及操作視頻，按照教學(xué)順序上傳到網(wǎng)絡(luò)，使知識點變得直觀、生動且有趣，并通過網(wǎng)絡(luò)平臺發(fā)布任務(wù)單。教師通過學(xué)習(xí)平臺監(jiān)督學(xué)生網(wǎng)上的預(yù)習(xí)情況，同時可以要求學(xué)生課余時間到開放實驗室進(jìn)行自主實訓(xùn)。

(2)課中。課堂上教師首先通過問題提問、和學(xué)生討論等方式，了解學(xué)生對知識的掌握情況；其次抽選部分學(xué)生進(jìn)行匯報；最后師生共同總結(jié)存在的問題，并針對重點和難點問題進(jìn)行分組討論。

(3)課后。教師在課后設(shè)置拓展任務(wù)，便于加強學(xué)生對知識的運用和掌握。學(xué)生通過開放實驗室自主實驗、錄制并上傳視頻、線上討論完成拓展任務(wù)。學(xué)生還可以根據(jù)老師提出的拓展項目，開展分組探究，以項目團(tuán)隊的形式開展項目研究并形成最終成果，用于申報SRTP科研課題，參加國際國內(nèi)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽。

圖3 項目教學(xué)+翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式

三、“項目式教學(xué)+翻轉(zhuǎn)課堂”應(yīng)用案例

筆者以控制科學(xué)與工程專業(yè)《傳感器件與應(yīng)用技術(shù)》課程中的“近距離檢測觸發(fā)的自動播放系統(tǒng)”項目教學(xué)為例，來展示“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式在項目式教學(xué)中的實際應(yīng)用。在項目的設(shè)計與實施過程中，循序漸進(jìn)、科學(xué)合理地安排各項目內(nèi)容，確保覆蓋各主要知識點，同時做到項目內(nèi)容組織上整體連貫，同時兼具啟發(fā)性[5]。

第一，教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)確定知識點，并根據(jù)知識點明確教學(xué)基本任務(wù)是“設(shè)計一款近距離檢測觸發(fā)的自動播放系統(tǒng)”，拓展任務(wù)是研究如何將此自動播放系統(tǒng)應(yīng)用于汽車4S店或大型展廳內(nèi)用于循環(huán)播放。

在基本任務(wù)中，相關(guān)知識點有電路原理、單片機應(yīng)用、傳感器測量和C++編程。清楚這些知識點后，將教學(xué)過程設(shè)計成理論講解→動畫演示→視頻展示三個部分。理論講解主要針對原理講解；動畫演示主要針對工作過程和安裝方法；視頻展示主要是將工作人員工作的視頻向?qū)W生播放，向?qū)W生呈現(xiàn)一個真實的工作環(huán)境、工作過程和方法。

第二，課堂教學(xué)和實驗過程。按照8人一組進(jìn)行分組，各小組通過討論預(yù)習(xí)時記錄的問題，來確定安裝步驟和流程、時間進(jìn)度、工作職責(zé)等。在實驗設(shè)計的初期，學(xué)生使用按鈕觸發(fā)方式啟動檢測部件，其優(yōu)勢在于速度快，抗光、電干擾能力強，量程大，精度高，但是人體接近時無法達(dá)到自動完成播放。后期在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生通過換用光電開關(guān)傳感器實現(xiàn)了自動播放功能。在軟件編程方面，利用單片機串口檢測傳感器電壓信號的輸出，低電平為有效信號，同時通過口令控制語音模塊的開通或者關(guān)閉。該設(shè)備在實驗室完成初步調(diào)試：首先是相關(guān)電路的調(diào)試，傳感器調(diào)試，使用萬用表測量傳感器的電路輸入電壓和輸出電壓；在檢測區(qū)域有人或無人的情況下，電壓將發(fā)生改變。其次調(diào)試語音模塊與單片機，在讀卡器中存儲一段音頻文件，將程序下載到單片機中，從而完成整體電路的鏈接，通電測試在有人狀況下是否會自動播放音頻文件。最后，檢測整體式降壓模塊，是否能夠?qū)崿F(xiàn)抗震、防水、內(nèi)置過壓、過流和過熱保護(hù)。在完成上述實驗操作步驟后，教師組織學(xué)生進(jìn)行結(jié)果評估和經(jīng)驗交流，進(jìn)一步加深學(xué)生對整個實驗流程的理解，為下一步的知識創(chuàng)新打下基礎(chǔ)。

第三，教師課后引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步完成項目拓展任務(wù)，讓學(xué)生將自己在課上學(xué)習(xí)的原理進(jìn)一步進(jìn)行成果轉(zhuǎn)化，引導(dǎo)學(xué)生思考“近距離檢測觸發(fā)的自動播放系統(tǒng)若安裝在車輛上”將有怎么樣的應(yīng)用前景，并設(shè)置對比實驗：首先，在車身前、后、車側(cè)、大燈、加裝光電位置檢測引入自動播放系統(tǒng)；其次，在車身前、后、車側(cè)、大燈、引擎和車門開合位置檢測；再次在引擎和車門開合處安排車身狀態(tài)檢測。不同位置的檢測數(shù)據(jù)，可以為下一步?jīng)Q策提供數(shù)據(jù)支撐。這樣的拓展任務(wù)，使學(xué)生的實驗項目可以與一線的生產(chǎn)生活實際緊密結(jié)合，在解決一個個現(xiàn)實生活的小問題時激發(fā)學(xué)生的科研興趣，提高學(xué)生的團(tuán)隊合作和創(chuàng)新能力。

四、教學(xué)效果解析

(一)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)效果問卷調(diào)查分析

首先，基于翻轉(zhuǎn)課堂的后期推廣與改進(jìn)，我們對本專業(yè)的342位學(xué)生進(jìn)行了問卷調(diào)查。問卷調(diào)查由開放式問題和選擇題構(gòu)成，內(nèi)容涉及學(xué)習(xí)動機、學(xué)習(xí)能力、課堂教學(xué)效果、學(xué)習(xí)中的困惑等，歸一化的調(diào)查結(jié)果見表1。從表1可以看出學(xué)生對翻轉(zhuǎn)課堂這種學(xué)習(xí)方式的認(rèn)同度較高，學(xué)習(xí)興趣得到提升，理論知識的接受程度得到加強，但是顯現(xiàn)出學(xué)生的動手實踐能力提升還不明顯。

表1 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)效果調(diào)查表

通過對學(xué)生動手實踐能力提升存在的問題進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，“傳感器件與應(yīng)用技術(shù)”是理論與實踐一體化課程，實踐性較強，基礎(chǔ)理論較多，涉及知識面較廣，對于控制科學(xué)與工程專業(yè)基礎(chǔ)課程來說，關(guān)鍵是提升學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)和解決實際問題的能力。

(二)使用了“項目教學(xué)+翻轉(zhuǎn)課堂”模式的教學(xué)效果解析

筆者在三個實驗班級中隨機抽取52名學(xué)生進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)問卷調(diào)查，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對翻轉(zhuǎn)課堂這種新的教學(xué)形態(tài)滿意度和接受度較高，學(xué)生普遍認(rèn)為項目教學(xué)符合他們的學(xué)習(xí)要求。為驗證項目教學(xué)的效果，我們對10組采用“項目教學(xué)+翻轉(zhuǎn)課堂”學(xué)習(xí)的學(xué)生和傳統(tǒng)教學(xué)方法學(xué)生分別進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)(歸一化后的對比分析結(jié)果見表2)，從表中可以看出采用項目教學(xué)模式的學(xué)生在知識掌握程度、學(xué)習(xí)參與度、表達(dá)能力、動手實踐能力明顯高于采用傳統(tǒng)教學(xué)模式的學(xué)生。

表2 教學(xué)效果評價對比表

第一，提高了學(xué)生課堂學(xué)習(xí)效果。通過教學(xué)模式的創(chuàng)新和教學(xué)手段的改革，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和對學(xué)科知識的整合，明顯提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力?；趩栴}導(dǎo)向，學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)更加明確，有很多學(xué)生在課余都會主動去電子閱覽室點擊教學(xué)資源進(jìn)行學(xué)習(xí)，并把學(xué)習(xí)過程中遇到的疑問帶到課堂中和教師探討。

第二，通過學(xué)生課前的自學(xué)、課程中的實驗操作以及課后進(jìn)入開放實驗室完成項目拓展任務(wù)，真正地實現(xiàn)了課堂和實驗室的開放，將學(xué)生的學(xué)習(xí)時間向課堂前、后延伸，改進(jìn)了課堂的教學(xué)形態(tài)。

第三，從本案例項目拓展任務(wù)的發(fā)展前景看，可以應(yīng)用到大型展銷會、汽車4S店等場所。當(dāng)顧客進(jìn)入檢測區(qū)域設(shè)備就會自動循環(huán)播放產(chǎn)品賣點，從而極大地降低了人工成本。通過拓展任務(wù)，學(xué)生能夠?qū)⒖菰锏睦碚搩?nèi)容與實驗探究相結(jié)合，與社會的生產(chǎn)實際需要相結(jié)合。這有利于學(xué)生樹立“產(chǎn)學(xué)研一體化”的思想，訓(xùn)練學(xué)生將科研成果向現(xiàn)實應(yīng)用的能力轉(zhuǎn)化。

五、結(jié)語

總體來說，“項目教學(xué)+翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式的引入和實施，有效提升了教學(xué)效果，特別是提升了學(xué)生的動手能力，增強了他們的創(chuàng)新能力。從教學(xué)模式看，教學(xué)重心轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩W(xué)生個性化學(xué)習(xí)+自主探索學(xué)習(xí)”。翻轉(zhuǎn)課堂打破了教師“一言堂”的傳統(tǒng)教學(xué)模式，項目式教學(xué)提高了學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力。從教學(xué)效果看，計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在課程當(dāng)中的廣泛應(yīng)用提升了學(xué)生的興趣和能力。不過要將翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用于項目教學(xué)這一新的教學(xué)模式進(jìn)行普遍推廣，還有很多軟、硬件條件的制約，需要進(jìn)一步努力和探索。