教育實踐類課程中翻轉(zhuǎn)課堂模式的應用

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［摘要］隨著教育信息化的發(fā)展和教育理念的不斷創(chuàng)新，VR技術(shù)（Virtualrealitytechnology）和翻轉(zhuǎn)課堂教學模式被廣泛應用于教育領域。將VR技術(shù)與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合，是對當前翻轉(zhuǎn)課堂教學模式不足的有利補充，更帶來了實踐類課程教學的革命性創(chuàng)新。將基于VR技術(shù)的翻轉(zhuǎn)課堂教學模式應用于實驗課程中，可從課前教學活動的設計、課堂教學活動設計、課后教學反思三個層面進行構(gòu)建。未來依托于VR系統(tǒng)平臺建設，輔助實踐類課程教學，應堅持“能實不虛、虛實結(jié)合、相互補充”的原則，這樣才能提高實踐教學效率，培養(yǎng)高素質(zhì)的新時代人才。

［關鍵詞］VR技術(shù)；翻轉(zhuǎn)課堂；實驗教學；教學模式

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的不斷發(fā)展，教育教學方式和手段得以不斷更新。從遠程教育、網(wǎng)絡教育到現(xiàn)在的“互聯(lián)網(wǎng)+教育”，網(wǎng)絡教學平臺的搭建，促進了教學理念和教學模式的創(chuàng)新[1-2]，課堂教學由傳統(tǒng)的以“教師講授”為主的模式到現(xiàn)在大力提倡的基于建構(gòu)主義理論的翻轉(zhuǎn)課堂模式。翻轉(zhuǎn)課堂是一種新型的教學模式，它將傳統(tǒng)課堂教學內(nèi)容制作成教學視頻，并提供給學生課前觀看，課堂上則組織學生進行問題討論和答疑輔導等活動[3]。其最初起源于美國，2011年可汗學院創(chuàng)立后，迅速成為全球教育界關注的教學模式。各高校借助于網(wǎng)絡教學平臺，相繼開設了各專業(yè)的精品課程、微課、慕課等視頻公開課，供學生在課下選課學習，課堂上以問題為主導的討論互動。這種基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的翻轉(zhuǎn)課堂教學模式兼顧了移動互聯(lián)網(wǎng)時代學生的學習特點和學習興趣，激發(fā)了學生學習的積極性，很快成為當前較為流行和被認可的新型教學模式[4]。

一、翻轉(zhuǎn)課堂模式在教育實踐類課程中的應用

大學實驗實習類課程是本科教育的重要組成部分，其對于理工農(nóng)醫(yī)科的學生來說尤為重要，是學生對理論知識學習的延伸與內(nèi)化，在提升學生動手實踐與認知能力的同時，可培養(yǎng)學生的科研素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。傳統(tǒng)的實驗課堂教學是由教師講授實驗原理及步驟，然后學生動手實操。在有限的或不充足的實驗學時內(nèi)，大量的時間用于教師的課堂講授，留給學生思考和動手操作的時間太少；單一枯燥的課堂講授，提不起學生的學習興趣，學生只能接受被動的知識灌輸，教學效果欠佳。另外，由于學生人數(shù)較多，大型實驗儀器配備相對不足，實驗過程中經(jīng)常是學生觀摩，教師或個別學生上機操作演示。一次實驗課完成后，學生對實驗儀器運行原理及如何操作掌握不夠牢靠。而翻轉(zhuǎn)課堂應用于實驗教學，學生可在課前通過視頻自學，課上有充足時間進行動手實操和問題答疑，充分解決了實驗課程學時相對不足的問題。另外，視頻知識點學習不受時空限制可反復觀看，符合學生的個性化差異學習需求，這在一定程度上可提升其學習效率。目前，翻轉(zhuǎn)課堂教學模式在教育實踐類課程中的應用探索研究也有不少。研究者分別在微生物污水處理綜合性實驗、工程實驗教學、礦物巖石實驗課程、醫(yī)學機能學實驗、儀器分析實驗、金屬材料工程生產(chǎn)實習等實踐課程中進行了翻轉(zhuǎn)課堂運用的模塊設計和可行性分析[4-9]，但進行實證案例應用研究的較少。王艷霞等[10]和吳明彩等[11]分別將翻轉(zhuǎn)課堂應用于病理實驗課、生物化學實驗課教學中，通過設置實驗組和對照組，從作業(yè)成績、考核成績及問卷調(diào)查等方面探討了翻轉(zhuǎn)課堂的教學效果，結(jié)果均表明，翻轉(zhuǎn)課堂教學模式激發(fā)了學生的學習興趣，調(diào)動了學生學習的積極性和主動性，鍛煉了學生自主獲取知識的能力、溝通交流能力及實踐操作能力，提高了實驗課程的教學質(zhì)量。但是，基于微課視頻的翻轉(zhuǎn)課堂模式，還是不能有效解決實驗設備不足與學生數(shù)量之間的矛盾，多數(shù)學生對大型儀器設備操作只能觀摩，不能實操。

二、VR技術(shù)在教育實踐類課程中的應用

VR技術(shù)（Virtualrealitytechnology），即虛擬現(xiàn)實或虛擬仿真技術(shù)，是一種依靠計算機來創(chuàng)建虛擬世界并且與之進行人機交互的計算機技術(shù)。它用計算機生成動態(tài)的三維立體畫面實現(xiàn)對環(huán)境的模擬，使人產(chǎn)生一種身臨其境的感覺。VR技術(shù)最早被應用于軍事、航天等領域，隨著科技的發(fā)展，已成為21世紀最重要的信息技術(shù)。目前，已有一些VR技術(shù)應用于教育領域的研究。VR技術(shù)因其獨具的構(gòu)想性、沉浸性和交互性等特點，與二維圖片或視頻教學相比，在教育實踐類課程中應用有其獨特的優(yōu)勢。比如中國農(nóng)業(yè)大學的植物生長與田間管理虛擬仿真教學系統(tǒng)，實現(xiàn)了小麥、番茄和葡萄三種作物的生長過程模擬、生長發(fā)育期主要農(nóng)事操作、雜交等過程的三維演示等功能，可交互點擊，學生通過計算機在幾分鐘時間內(nèi)就可以通過虛擬仿真系統(tǒng)真實立體地觀摩作物的整個生長過程，并可以在這個虛擬環(huán)境中親自進行農(nóng)事操作[12]。盡管視頻教學也能有效解決植物生長周期長，學生實習觀測受時間、空間、天氣因素等限制的問題，但二維的視頻教學始終還是“講授式”或“灌輸式”教學，學生缺乏參與感。而VR技術(shù)以學生為主導，可以在虛擬的環(huán)境中通過人機交互，輸出自己的構(gòu)想，觀摩情境的發(fā)生，有真實的體驗與參與，真正實現(xiàn)以“學生為主體”的教學模式。再如，在土壤地理學野外實習中，要研究土壤的垂直地帶性分布，即要觀測一座山體，從山腳到山頂?shù)耐寥李愋妥兓?。VR技術(shù)不僅可以滿足學生反復觀摩，學習不受時空限制，節(jié)省野外實習交通、住宿成本等問題，還能使學生在虛擬情境中，有真正的爬山、觸摸土壤的感受，身臨其境的參與感與主導意識，可極大地提升學生學習的自主性及學習興趣。同樣，VR技術(shù)的沉浸性和交互性特點，也可有效化解化學實驗教學中貴重大型儀器與學生數(shù)量之間的矛盾，實現(xiàn)每個學生都能上機實操的愿望。近年來，VR技術(shù)應用于教育實踐類課程教學的研究逐年增多。2015年教育部遴選出了100個國家級虛擬仿真實驗教學中心[13]，自此虛擬仿真實驗教學平臺申報和遴選數(shù)量也逐年增加。VR技術(shù)因其獨特優(yōu)勢，參與到實踐教學中將成為一種趨勢。

三、基于VR技術(shù)的翻轉(zhuǎn)課堂教學模式構(gòu)建

將VR技術(shù)與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合，是對當前翻轉(zhuǎn)課堂教學模式不足的有利補充，其帶來了實踐類課程教學的革命性創(chuàng)新。將基于VR技術(shù)的翻轉(zhuǎn)課堂教學模式應用于實驗課程中，可從以下三個層面進行構(gòu)建。

（一）課前教學活動的設計依據(jù)教學目標，教師將教學內(nèi)容制作成若干個微課視頻或VR片段，并布置適當預習任務，連同與教學內(nèi)容有關的其他資源，如教學課件、習題測驗、電子教材等放置到網(wǎng)絡教學平臺上，或以其他方式，如班級QQ群或微信群推送給學生，供課前學生自主學習使用。學生可通過PC、智能手機、平板電腦等設備在線觀看視頻或通過VR平臺自主體驗，嘗試消化理解教學內(nèi)容，必要時可通過習題測驗來加強和檢驗知識掌握情況。對于難以掌握的內(nèi)容，可以求助網(wǎng)絡解決，或者做好記錄，與教師和同學在課堂上交流討論。在實驗課開課之前，可預先將學生進行分組，根據(jù)實驗室操作空間情況，設每2—3人一組。在實驗課前，學生自學階段，對難以掌握的內(nèi)容可以進行小組內(nèi)交流和討論，同時也可生生間互相督促自主學習的進度。

（二）課堂教學活動設計1.課堂開始前10分鐘，學生靜心回顧課前自主學習的內(nèi)容。在回顧過程中，讓學生明確本節(jié)課的學習任務和目標。同時，教師利用多媒體PPT展示本節(jié)課的實驗原理及步驟。2.課堂第10—25分鐘，小組討論與答疑。教師根據(jù)學生觀看視頻過程中遇到的疑問和測驗情況提煉出需要核心探討的問題，然后組織學生進行獨立探究和小組內(nèi)協(xié)作討論。之后，交流成果，對本次教學活動進行評價和反饋，至此學生完成了新知識的內(nèi)化。具體流程為：教師提問→學生組內(nèi)討論和總結(jié)→分組搶答→教師講解與評價。采用任務驅(qū)動法提出問題，學生分組搶答環(huán)節(jié)，采用分組記分制，即十分制記分；經(jīng)小組討論后，以小組為單位解答課堂問題，根據(jù)解答情況予以小組間差異記分，小組內(nèi)每人同等記分。以任務驅(qū)動的自主學習，提升了學生學習的主觀能動性，培養(yǎng)了學生獨立思考的能力。組內(nèi)討論和分組記分制搶答，活躍了課堂氣氛，調(diào)動了學生的學習興趣，能體現(xiàn)師生、生生互動，還能培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作、歸納總結(jié)能力。3.課堂第25—40分鐘，實驗原理及步驟介紹。課堂上用少量時間，簡單介紹實驗原理和步驟?；蛞晫W生課前自主學習效果，可播放微視頻。此階段，學生課前已完成了自主學習，教師則側(cè)重于講授在微視頻、VR平臺及課件等學習資料上未涉及的一些內(nèi)容或注意事項，或者是重點、難點的強化。4.課堂第40—90分鐘，學生實驗操作與答疑。預留大量的課堂時間來讓學生親自動手操作。學生在進行實驗的過程中，可能會遇到一些實際操作問題，教師要及時進行一對一操作演示或輔導。受實驗室空間及實驗用具限制，實驗課往往需要將學生進行分組，每2—3人一組，每組負責一個樣品的處理和測定。在實驗過程中，采用學生自主記分制，即十分制記分，若小組有3人，則分別按10分、5分、0分打分，對實驗過程中積極動手操作的記10分，積極程度稍差的記5分，積極程度最差的記0分；課程完成后按比例計入平時成績。由于學生個性及學習主觀能動性的差異，學生自主記分制的實施，可以有效地調(diào)動每個學生參與實驗的動手積極性。5.課堂第90—100分鐘，歸納總結(jié)。在學生實驗操作的過程中，發(fā)現(xiàn)并提出很多問題。這些問題往往就是實驗成功所需要注意的關鍵點。針對這些問題在進行一對一解答之后，將這些問題歸納總結(jié)，在課堂上講授與強調(diào)。6.課后學生撰寫實驗報告，及時提交至網(wǎng)絡教學平臺，教師批閱，可在線交流點評。

（三）課后教學反思教師對教學活動過程中遇到的問題以及實際教學效果進行總結(jié)和反思，并形成改進方案，對微課、VR平臺以及相關資源進行完善和補充。選定試驗班級，分別設定對照組和試驗組。在實施基于VR技術(shù)的翻轉(zhuǎn)課堂教學模式一學年后，針對實際教學效果、學生對此教學模式的認可度等問題進行問卷調(diào)查，根據(jù)學生反饋，及時修正改進實施方案。

四、研究展望

目前，國內(nèi)VR技術(shù)應用于教學只是在極少數(shù)學校試用，尚處于起步階段，還未形成一種普遍的、便捷的教學手段。盡管已有一些關于VR技術(shù)和翻轉(zhuǎn)課堂應用于教學的文獻研究，但大都是從理論層面探討其應用的優(yōu)勢與可行性，缺少實證案例研究和強有力的數(shù)據(jù)支撐。VR系統(tǒng)的設計、建模與研發(fā)需要學科專業(yè)教師與專業(yè)VR軟件公司技術(shù)人員的通力合作，同時也需要大量的資金投入。另外，新型信息技術(shù)融入教學，對教師教學理念的轉(zhuǎn)變、教學手段和水平的提高提出了更高的要求。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，VR技術(shù)融入課堂教學，無疑是未來教育信息化的主流趨勢。未來依托于VR系統(tǒng)平臺建設，輔助實踐類課程教學，應堅持“能實不虛、虛實結(jié)合、相互補充”的原則，這樣才能提高實踐教學效率，培養(yǎng)高素質(zhì)的新時代人才。

作者：顏曉 熊江波 吳建富 盧志紅 周春火 單位：江西農(nóng)業(yè)大學國土資源與環(huán)境學院