王 蓉，王 歡，黎 飛，李連鳴，張 雷

(東南大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210096)

0 引言

翻轉(zhuǎn)課堂是指教學(xué)中重新調(diào)整課堂內(nèi)外的時(shí)間，將學(xué)習(xí)的決定權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生。在這種教學(xué)模式下，教師不再占用課堂時(shí)間來(lái)講授，學(xué)生在課前通過(guò)在線視頻等資源完成自主學(xué)習(xí)，課堂內(nèi)時(shí)間，師生互動(dòng)共同研究探索問(wèn)題，從而達(dá)到更好的教育效果[1-3]。

目前，各高校的翻轉(zhuǎn)課堂建設(shè)工作處于起步階段，主要形式是以布置作業(yè)，安排自學(xué)，課堂答疑講解等為主，翻轉(zhuǎn)的主要內(nèi)容圍繞課程知識(shí)，較為單一。雖然培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力，但仍以知識(shí)傳授灌輸為主的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)致課堂師生研討話題很難深入，學(xué)生也很難有針對(duì)性地提出問(wèn)題。

“電子電路基礎(chǔ)”是電類專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是一門工程性、應(yīng)用性較強(qiáng)的課程，為學(xué)生提供半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)、電子器件、電子線路的分析和設(shè)計(jì)方法等，是一門理論與實(shí)踐結(jié)合的課程，相關(guān)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)在加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決問(wèn)題的能力、工程設(shè)計(jì)能力和正確的科學(xué)探究方法等方面非常重要。學(xué)生實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題，是最好的教學(xué)資源和翻轉(zhuǎn)課堂研討內(nèi)容[4-5]。

針對(duì)目前的翻轉(zhuǎn)課堂普遍缺乏圍繞實(shí)踐的互動(dòng)研討這一問(wèn)題，本文基于東南大學(xué)“電子電路基礎(chǔ)”課程的校級(jí)重點(diǎn)改革項(xiàng)目，探究在翻轉(zhuǎn)課程的建設(shè)過(guò)程中，如何把理論和實(shí)踐課完全融合，在在線課程資源充足的基礎(chǔ)上，把理論的重、難點(diǎn)知識(shí)以實(shí)驗(yàn)實(shí)踐內(nèi)容展現(xiàn)，并將其作為翻轉(zhuǎn)課程研討的主要內(nèi)容[6]。

1 翻轉(zhuǎn)課堂目前存在的主要問(wèn)題

翻轉(zhuǎn)課堂模式要求學(xué)生在上課之前通過(guò)在線課堂等方式學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)。如果在翻轉(zhuǎn)課堂上僅僅是通過(guò)答疑方式或教師再次以重難點(diǎn)講解方式進(jìn)行二次學(xué)習(xí)，那么實(shí)際上，學(xué)生花費(fèi)了幾乎成倍的時(shí)間成本，不一定獲得成倍的學(xué)習(xí)收益；如果翻轉(zhuǎn)課堂以學(xué)生提問(wèn)教師答疑，或教師設(shè)置問(wèn)題，學(xué)生根據(jù)自學(xué)回答，此時(shí)師生研討的內(nèi)容很難深入具體。學(xué)生作為知識(shí)初學(xué)者，也很難發(fā)現(xiàn)或提出高質(zhì)量問(wèn)題。翻轉(zhuǎn)課堂上師生研討的范圍依然局限在書本理論知識(shí)，雖可培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，但主要還是知識(shí)灌輸，缺乏實(shí)戰(zhàn)和應(yīng)用，缺乏深入互動(dòng)的研討內(nèi)容。

2 實(shí)踐發(fā)現(xiàn)問(wèn)題是最好的研討內(nèi)容

翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)課堂相比較，獲取知識(shí)的方式發(fā)生了變化。如果只是簡(jiǎn)單地實(shí)行課堂翻轉(zhuǎn)，即以傳遞知識(shí)、灌輸知識(shí)為核心，那么翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)課堂一樣，僅強(qiáng)化鞏固了知識(shí)記憶。反之，如果翻轉(zhuǎn)課堂中的內(nèi)容設(shè)置和問(wèn)題引導(dǎo)可以使學(xué)生進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)，養(yǎng)成發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、應(yīng)用知識(shí)去解釋和解決問(wèn)題的思維方式，那么翻轉(zhuǎn)課堂才能真正激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和運(yùn)用知識(shí)的能力。

理論實(shí)踐兼?zhèn)涞恼n程，實(shí)踐中的問(wèn)題就是最好的引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的素材和契機(jī)。教師把課程中理論的重、難點(diǎn)以實(shí)踐項(xiàng)目的形式布置給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題；充分利用豐富的線上學(xué)習(xí)資源，引導(dǎo)學(xué)生課前思考這些問(wèn)題，并嘗試用已學(xué)知識(shí)和在線知識(shí)去分析問(wèn)題和解決問(wèn)題；師生在翻轉(zhuǎn)課堂上對(duì)該問(wèn)題的討論可以從基本概念開(kāi)始，共同分析實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生思考問(wèn)題產(chǎn)生的原因和解決方案，使學(xué)生在解決問(wèn)題的同時(shí)吸收知識(shí)，并提出新的問(wèn)題。這種基于實(shí)踐發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的翻轉(zhuǎn)課堂，可以激發(fā)學(xué)生好奇心與學(xué)習(xí)興趣，并學(xué)會(huì)學(xué)以致用。具體實(shí)施時(shí)，①可根據(jù)問(wèn)題大小，動(dòng)態(tài)分組實(shí)行合作學(xué)習(xí)、討論，提高協(xié)作學(xué)習(xí)能力；②以能力、素質(zhì)培養(yǎng)為主線，訓(xùn)練自學(xué)能力、解決問(wèn)題能力和創(chuàng)新能力，使學(xué)生能夠真正掌握知識(shí)、運(yùn)用知識(shí)，獲得自主學(xué)習(xí)并解決問(wèn)題的快樂(lè)。

3 基于“實(shí)踐問(wèn)題”的翻轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)案例

以東南大學(xué)“電子電路基礎(chǔ)”課程中的“頻響單元”來(lái)說(shuō)明如何利用實(shí)踐來(lái)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課程教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)。

3.1 理論和實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)

教師確定翻轉(zhuǎn)課堂要實(shí)現(xiàn)的理論和實(shí)踐的教學(xué)目標(biāo)如表1所示。

表1 理論和實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)

3.2 問(wèn)題引導(dǎo)和自學(xué)指導(dǎo)

設(shè)置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，作為翻轉(zhuǎn)課堂前的問(wèn)題引導(dǎo)和自學(xué)指導(dǎo)。要求在Multisim中輸入三種不同頻率(0.1 kHz、1 kHz和10 kHz)、相同峰峰值幅度(2 mVpp)的正弦波信號(hào)到已完成設(shè)計(jì)的放大器(前序課程已完成)，如圖1所示。觀察瞬態(tài)波形輸出，并從示波器上顯示的波形峰峰值獲得增益值，填入表2。

圖1 放大器電路圖

表2 不同頻率輸入信號(hào)時(shí)放大器增益值

問(wèn)題引導(dǎo)：引導(dǎo)學(xué)生對(duì)比思考表2中的數(shù)據(jù)后回答：不同頻率信號(hào)輸入時(shí)，放大器的增益相同嗎？如果不相同，那么原因是什么呢？

自學(xué)指導(dǎo)：指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)課本和在線課程的“頻率響應(yīng)”章節(jié)，分析原因。

3.3 翻轉(zhuǎn)課堂

1)問(wèn)題回顧和引導(dǎo)

翻轉(zhuǎn)課堂開(kāi)始時(shí)，請(qǐng)學(xué)生發(fā)表對(duì)放大器不同頻率信號(hào)、不同增益的問(wèn)題研究，包括該問(wèn)題的研究過(guò)程、問(wèn)題發(fā)現(xiàn)、合理解釋、學(xué)習(xí)了哪些知識(shí)、有無(wú)能解釋該問(wèn)題、有何啟發(fā)、有無(wú)進(jìn)一步的分析驗(yàn)證等。

2)重點(diǎn)講解和課堂實(shí)踐

在師生充分交流的基礎(chǔ)上，教師總結(jié)該問(wèn)題產(chǎn)生的原因和分析方法，總結(jié)本次課程的重點(diǎn)理論內(nèi)容——傳遞函數(shù)、頻率響應(yīng)及電路參數(shù)選擇與頻響關(guān)系。引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)電路中學(xué)過(guò)的電容、電感特性，給出RC低通和高通電路，讓學(xué)生用自學(xué)的傳遞函數(shù)、極零點(diǎn)知識(shí)去推導(dǎo)電路的幅度和相位傳遞函數(shù)A(ω)、φA(ω)，理解極零點(diǎn)、帶寬與R，C的取值關(guān)系。采用仿真軟件和口袋實(shí)驗(yàn)室測(cè)試電路上、下限頻率。用理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證雙重學(xué)習(xí)，讓學(xué)生理解電路中帶寬的決定因素，掌握如何改變帶寬。

3)分組實(shí)踐研討失真問(wèn)題

翻轉(zhuǎn)課堂中繼續(xù)引入實(shí)踐環(huán)節(jié)，將全班同學(xué)分為A，B兩個(gè)大方向開(kāi)展分組實(shí)踐研究失真問(wèn)題。

A組學(xué)生給晶體管放大器電路加入峰峰值=10 mV，頻率=2 kHz的正弦波和峰峰值=10 mV，頻率=4 kHz的正弦波串聯(lián)作為信號(hào)源輸入，其示意圖如圖2(a)所示。觀察輸入輸出瞬態(tài)波形情況，并采用頻譜分析儀觀察輸入、輸出信號(hào)頻譜。再改為加入峰峰值=10 mV，頻率=2 kHz的正弦波和峰峰值=10 mV，頻率=40 kHz的正弦波串聯(lián)作為信號(hào)源，觀察輸入輸出波形和頻譜，其示意圖如圖2(b)(c)所示。

(a)信號(hào)源

B組學(xué)生給晶體管放大器電路分別加入峰峰值=1 mV，頻率=2 kHz的正弦波和峰峰值=100 mV，頻率=2 kHz的正弦波作為信號(hào)源輸入。采用示波器和頻譜分析儀，查看輸出信號(hào)波形和頻譜。

A組學(xué)生實(shí)驗(yàn)觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)，2/4 kHz輸入的頻譜輸出仍為2/4 kHz，且頻譜強(qiáng)度上，2 kHz與4 kHz差別不大；2/40 kHz輸入的頻譜輸出仍為2/40 kHz，但頻譜強(qiáng)度上，40 kHz比2 kHz小很多，這說(shuō)明40 kHz信號(hào)的放大倍數(shù)遠(yuǎn)低于2 kHz，這與前面的頻響問(wèn)題互相印證，加深認(rèn)知。同時(shí)，也帶出了線性失真的概念。

B組學(xué)生實(shí)驗(yàn)觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)，1 mV輸入時(shí)，輸出信號(hào)頻譜主要是2 kHz；100 mV輸入時(shí)，輸出信號(hào)頻譜主要是除了2 kHz，還含有大量的諧波分量。這里面就引導(dǎo)學(xué)生研討非線性失真概念。

失真問(wèn)題對(duì)學(xué)生而言有一定難度，如果僅僅講解理論，學(xué)生很難理解透徹。用“實(shí)踐+研討”的方式學(xué)習(xí)，使學(xué)生先有了直觀認(rèn)知。而后再引導(dǎo)學(xué)生去理解線性失真和非線性失真的異同，學(xué)生普遍感覺(jué)容易理解和接受。

4)學(xué)以致用的進(jìn)階研究

頻率響應(yīng)的一個(gè)廣泛應(yīng)用就是濾波器。鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)在線課程資源，進(jìn)一步擴(kuò)展學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容，靈活應(yīng)用頻率響應(yīng)單元的知識(shí)，了解低通、高通、帶通、帶阻等不同的濾波器類型，學(xué)習(xí)無(wú)源、有源濾波器的構(gòu)成和分析設(shè)計(jì)方法。

4 實(shí)踐翻轉(zhuǎn)教學(xué)效果

翻轉(zhuǎn)課堂是把學(xué)習(xí)求知的主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，學(xué)生需要在正確的引導(dǎo)下，通過(guò)資料查找、視頻學(xué)習(xí)等完成自主學(xué)習(xí)，因此肯定會(huì)促進(jìn)學(xué)生的自學(xué)能力提升。同時(shí)，課堂研討會(huì)增強(qiáng)師生互動(dòng)，提高學(xué)生的表達(dá)能力。翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)施以來(lái)，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣被充分激發(fā)，學(xué)生學(xué)習(xí)變被動(dòng)為主動(dòng)，翻轉(zhuǎn)課堂中學(xué)生的參與積極性高，學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力和解決問(wèn)題的能力得到了極大的提高。

1)激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，理論聯(lián)系實(shí)踐

翻轉(zhuǎn)課堂中教師的預(yù)設(shè)的問(wèn)題不再是單純的理論知識(shí)或者完成作業(yè)題，而是從一個(gè)個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，讓學(xué)生自己動(dòng)手操作從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，驅(qū)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和好奇心。通過(guò)思考問(wèn)題產(chǎn)生的原因，在教師提示下再去自學(xué)某個(gè)理論知識(shí)來(lái)試圖解決問(wèn)題，會(huì)讓學(xué)生激發(fā)求知興趣，學(xué)會(huì)學(xué)以致用，增加成就感。

2)培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析和解決問(wèn)題的能力

實(shí)踐中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析、對(duì)比和思考。授人以魚不如授人以漁。翻轉(zhuǎn)課堂中的教師不僅僅是知識(shí)的傳授者，更應(yīng)該是學(xué)習(xí)方法的引導(dǎo)者。讓學(xué)生在探究中打開(kāi)思維，善于發(fā)現(xiàn)和分析。而如何解決問(wèn)題，就是一個(gè)最好的綜合能力的訓(xùn)練。學(xué)生需要調(diào)動(dòng)自己的知識(shí)儲(chǔ)備，當(dāng)所學(xué)知識(shí)不夠時(shí)，能學(xué)會(huì)如何外求資源，內(nèi)化吸收，從而解決問(wèn)題。一些探究性問(wèn)題，往往還會(huì)伴隨著創(chuàng)新過(guò)程。

5 結(jié)語(yǔ)

翻轉(zhuǎn)課堂對(duì)促進(jìn)我國(guó)的課程教學(xué)改革向縱深的方向發(fā)展有非常積極的作用，而各種線上線下學(xué)習(xí)資源的極大豐富也為翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施提供了極大的方便。翻轉(zhuǎn)課堂的有效實(shí)施必然會(huì)提升學(xué)生的學(xué)習(xí)深度和廣度，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)也有正向作用。但同時(shí)翻轉(zhuǎn)課堂也對(duì)教師和學(xué)生提出了更高的要求，教師需要更高的課程把控能力和更深的專業(yè)造詣及課堂組織能力，學(xué)生需要更積極的投入，更主動(dòng)的學(xué)習(xí)，付出課后更多的時(shí)間精力。本文以“電子電路基礎(chǔ)”課程為例，展示了理論和實(shí)踐結(jié)合類課程的翻轉(zhuǎn)課堂的設(shè)計(jì)思路和教學(xué)案例，為翻轉(zhuǎn)課堂的內(nèi)容建設(shè)提供了一種思路。實(shí)施效果表明，基于實(shí)踐內(nèi)容研討的翻轉(zhuǎn)課堂激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了翻轉(zhuǎn)課堂中學(xué)生的參與積極性，提升了學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問(wèn)題的能力，起到了良好的教學(xué)效果。