教育實(shí)踐類課程中翻轉(zhuǎn)課堂模式的應(yīng)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(xué)模式被廣泛應(yīng)用于教育領(lǐng)域。將VR技術(shù)與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合，是對當(dāng)前翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式不足的有利補(bǔ)充，更帶來了實(shí)踐類課程教學(xué)的革命性創(chuàng)新。將基于VR技術(shù)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)課程中，可從課前教學(xué)活動的設(shè)計(jì)、課堂教學(xué)活動設(shè)計(jì)、課后教學(xué)反思三個層面進(jìn)行構(gòu)建。未來依托于VR系統(tǒng)平臺建設(shè)，輔助實(shí)踐類課程教學(xué)，應(yīng)堅(jiān)持“能實(shí)不虛、虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充”的原則，這樣才能提高實(shí)踐教學(xué)效率，培養(yǎng)高素質(zhì)的新時代人才。

［關(guān)鍵詞］VR技術(shù)；翻轉(zhuǎn)課堂；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)模式

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的不斷發(fā)展，教育教學(xué)方式和手段得以不斷更新。從遠(yuǎn)程教育、網(wǎng)絡(luò)教育到現(xiàn)在的“互聯(lián)網(wǎng)+教育”，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的搭建，促進(jìn)了教學(xué)理念和教學(xué)模式的創(chuàng)新[1-2]，課堂教學(xué)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(xué)模式，它將傳統(tǒng)課堂教學(xué)內(nèi)容制作成教學(xué)視頻，并提供給學(xué)生課前觀看，課堂上則組織學(xué)生進(jìn)行問題討論和答疑輔導(dǎo)等活動[3]。其最初起源于美國，2011年可汗學(xué)院創(chuàng)立后，迅速成為全球教育界關(guān)注的教學(xué)模式。各高校借助于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，相繼開設(shè)了各專業(yè)的精品課程、微課、慕課等視頻公開課，供學(xué)生在課下選課學(xué)習(xí)，課堂上以問題為主導(dǎo)的討論互動。這種基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式兼顧了移動互聯(lián)網(wǎng)時代學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，很快成為當(dāng)前較為流行和被認(rèn)可的新型教學(xué)模式[4]。

一、翻轉(zhuǎn)課堂模式在教育實(shí)踐類課程中的應(yīng)用

大學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)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(xué)生來說尤為重要，是學(xué)生對理論知識學(xué)習(xí)的延伸與內(nèi)化，在提升學(xué)生動手實(shí)踐與認(rèn)知能力的同時，可培養(yǎng)學(xué)生的科研素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)是由教師講授實(shí)驗(yàn)原理及步驟，然后學(xué)生動手實(shí)操。在有限的或不充足的實(shí)驗(yàn)學(xué)時內(nèi)，大量的時間用于教師的課堂講授，留給學(xué)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(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生只能接受被動的知識灌輸，教學(xué)效果欠佳。另外，由于學(xué)生人數(shù)較多，大型實(shí)驗(yàn)儀器配備相對不足，實(shí)驗(yàn)過程中經(jīng)常是學(xué)生觀摩，教師或個別學(xué)生上機(jī)操作演示。一次實(shí)驗(yàn)課完成后，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)儀器運(yùn)行原理及如何操作掌握不夠牢靠。而翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生可在課前通過視頻自學(xué)，課上有充足時間進(jìn)行動手實(shí)操和問題答疑，充分解決了實(shí)驗(yàn)課程學(xué)時相對不足的問題。另外，視頻知識點(diǎn)學(xué)習(xí)不受時空限制可反復(fù)觀看，符合學(xué)生的個性化差異學(xué)習(xí)需求，這在一定程度上可提升其學(xué)習(xí)效率。目前，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在教育實(shí)踐類課程中的應(yīng)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(shí)驗(yàn)、工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)、礦物巖石實(shí)驗(yàn)課程、醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)、儀器分析實(shí)驗(yàn)、金屬材料工程生產(chǎn)實(shí)習(xí)等實(shí)踐課程中進(jìn)行了翻轉(zhuǎn)課堂運(yùn)用的模塊設(shè)計(jì)和可行性分析[4-9]，但進(jìn)行實(shí)證案例應(yīng)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(yīng)用于病理實(shí)驗(yàn)課、生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中，通過設(shè)置實(shí)驗(yàn)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(xué)效果，結(jié)果均表明，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，鍛煉了學(xué)生自主獲取知識的能力、溝通交流能力及實(shí)踐操作能力，提高了實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)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(shí)驗(yàn)設(shè)備不足與學(xué)生數(shù)量之間的矛盾，多數(shù)學(xué)生對大型儀器設(shè)備操作只能觀摩，不能實(shí)操。

二、VR技術(shù)在教育實(shí)踐類課程中的應(yīng)用

VR技術(shù)（Virtualrealitytechnology），即虛擬現(xiàn)實(shí)或虛擬仿真技術(shù)，是一種依靠計(jì)算機(jī)來創(chuàng)建虛擬世界并且與之進(jìn)行人機(jī)交互的計(jì)算機(jī)技術(shù)。它用計(jì)算機(jī)生成動態(tài)的三維立體畫面實(shí)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(yīng)用于軍事、航天等領(lǐng)域，隨著科技的發(fā)展，已成為21世紀(jì)最重要的信息技術(shù)。目前，已有一些VR技術(shù)應(yīng)用于教育領(lǐng)域的研究。VR技術(shù)因其獨(dú)具的構(gòu)想性、沉浸性和交互性等特點(diǎn)，與二維圖片或視頻教學(xué)相比，在教育實(shí)踐類課程中應(yīng)用有其獨(dú)特的優(yōu)勢。比如中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的植物生長與田間管理虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)，實(shí)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(diǎn)擊，學(xué)生通過計(jì)算機(jī)在幾分鐘時間內(nèi)就可以通過虛擬仿真系統(tǒng)真實(shí)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(jìn)行農(nóng)事操作[12]。盡管視頻教學(xué)也能有效解決植物生長周期長，學(xué)生實(shí)習(xí)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(xué)始終還是“講授式”或“灌輸式”教學(xué)，學(xué)生缺乏參與感。而VR技術(shù)以學(xué)生為主導(dǎo)，可以在虛擬的環(huán)境中通過人機(jī)交互，輸出自己的構(gòu)想，觀摩情境的發(fā)生，有真實(shí)的體驗(yàn)與參與，真正實(shí)現(xiàn)以“學(xué)生為主體”的教學(xué)模式。再如，在土壤地理學(xué)野外實(shí)習(xí)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(xué)生反復(fù)觀摩，學(xué)習(xí)不受時空限制，節(jié)省野外實(shí)習(xí)交通、住宿成本等問題，還能使學(xué)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(dǎo)意識，可極大地提升學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性及學(xué)習(xí)興趣。同樣，VR技術(shù)的沉浸性和交互性特點(diǎn)，也可有效化解化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中貴重大型儀器與學(xué)生數(shù)量之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)每個學(xué)生都能上機(jī)實(shí)操的愿望。近年來，VR技術(shù)應(yīng)用于教育實(shí)踐類課程教學(xué)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(shí)驗(yàn)教學(xué)中心[13]，自此虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺申報(bào)和遴選數(shù)量也逐年增加。VR技術(shù)因其獨(dú)特優(yōu)勢，參與到實(shí)踐教學(xué)中將成為一種趨勢。

三、基于VR技術(shù)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式構(gòu)建

將VR技術(shù)與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合，是對當(dāng)前翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式不足的有利補(bǔ)充，其帶來了實(shí)踐類課程教學(xué)的革命性創(chuàng)新。將基于VR技術(shù)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)課程中，可從以下三個層面進(jìn)行構(gòu)建。

（一）課前教學(xué)活動的設(shè)計(jì)依據(jù)教學(xué)目標(biāo)，教師將教學(xué)內(nèi)容制作成若干個微課視頻或VR片段，并布置適當(dāng)預(yù)習(xí)任務(wù)，連同與教學(xué)內(nèi)容有關(guān)的其他資源，如教學(xué)課件、習(xí)題測驗(yàn)、電子教材等放置到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上，或以其他方式，如班級QQ群或微信群推送給學(xué)生，供課前學(xué)生自主學(xué)習(xí)使用。學(xué)生可通過PC、智能手機(jī)、平板電腦等設(shè)備在線觀看視頻或通過VR平臺自主體驗(yàn)，嘗試消化理解教學(xué)內(nèi)容，必要時可通過習(xí)題測驗(yàn)來加強(qiáng)和檢驗(yàn)知識掌握情況。對于難以掌握的內(nèi)容，可以求助網(wǎng)絡(luò)解決，或者做好記錄，與教師和同學(xué)在課堂上交流討論。在實(shí)驗(yàn)課開課之前，可預(yù)先將學(xué)生進(jìn)行分組，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室操作空間情況，設(shè)每2—3人一組。在實(shí)驗(yàn)課前，學(xué)生自學(xué)階段，對難以掌握的內(nèi)容可以進(jìn)行小組內(nèi)交流和討論，同時也可生生間互相督促自主學(xué)習(xí)的進(jìn)度。

（二）課堂教學(xué)活動設(shè)計(jì)1.課堂開始前10分鐘，學(xué)生靜心回顧課前自主學(xué)習(xí)的內(nèi)容。在回顧過程中，讓學(xué)生明確本節(jié)課的學(xué)習(xí)任務(wù)和目標(biāo)。同時，教師利用多媒體PPT展示本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)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(xué)生觀看視頻過程中遇到的疑問和測驗(yàn)情況提煉出需要核心探討的問題，然后組織學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立探究和小組內(nèi)協(xié)作討論。之后，交流成果，對本次教學(xué)活動進(jìn)行評價和反饋，至此學(xué)生完成了新知識的內(nèi)化。具體流程為：教師提問→學(xué)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(wù)驅(qū)動法提出問題，學(xué)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(wù)驅(qū)動的自主學(xué)習(xí)，提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)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(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，能體現(xiàn)師生、生生互動，還能培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作、歸納總結(jié)能力。3.課堂第25—40分鐘，實(shí)驗(yàn)原理及步驟介紹。課堂上用少量時間，簡單介紹實(shí)驗(yàn)原理和步驟?；蛞晫W(xué)生課前自主學(xué)習(xí)效果，可播放微視頻。此階段，學(xué)生課前已完成了自主學(xué)習(xí)，教師則側(cè)重于講授在微視頻、VR平臺及課件等學(xué)習(xí)資料上未涉及的一些內(nèi)容或注意事項(xiàng)，或者是重點(diǎn)、難點(diǎn)的強(qiáng)化。4.課堂第40—90分鐘，學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作與答疑。預(yù)留大量的課堂時間來讓學(xué)生親自動手操作。學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，可能會遇到一些實(shí)際操作問題，教師要及時進(jìn)行一對一操作演示或輔導(dǎo)。受實(shí)驗(yàn)室空間及實(shí)驗(yàn)用具限制，實(shí)驗(yàn)課往往需要將學(xué)生進(jìn)行分組，每2—3人一組，每組負(fù)責(zé)一個樣品的處理和測定。在實(shí)驗(yàn)過程中，采用學(xué)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(shí)驗(yàn)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(jì)入平時成績。由于學(xué)生個性及學(xué)習(xí)主觀能動性的差異，學(xué)生自主記分制的實(shí)施，可以有效地調(diào)動每個學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的動手積極性。5.課堂第90—100分鐘，歸納總結(jié)。在學(xué)生實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)成功所需要注意的關(guān)鍵點(diǎn)。針對這些問題在進(jìn)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(qiáng)調(diào)。6.課后學(xué)生撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，及時提交至網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，教師批閱，可在線交流點(diǎn)評。

（三）課后教學(xué)反思教師對教學(xué)活動過程中遇到的問題以及實(shí)際教學(xué)效果進(jìn)行總結(jié)和反思，并形成改進(jìn)方案，對微課、VR平臺以及相關(guān)資源進(jìn)行完善和補(bǔ)充。選定試驗(yàn)班級，分別設(shè)定對照組和試驗(yàn)組。在實(shí)施基于VR技術(shù)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式一學(xué)年后，針對實(shí)際教學(xué)效果、學(xué)生對此教學(xué)模式的認(rèn)可度等問題進(jìn)行問卷調(diào)查，根據(jù)學(xué)生反饋，及時修正改進(jìn)實(shí)施方案。

四、研究展望

目前，國內(nèi)VR技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)只是在極少數(shù)學(xué)校試用，尚處于起步階段，還未形成一種普遍的、便捷的教學(xué)手段。盡管已有一些關(guān)于VR技術(shù)和翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用于教學(xué)的文獻(xiàn)研究，但大都是從理論層面探討其應(yīng)用的優(yōu)勢與可行性，缺少實(shí)證案例研究和強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。VR系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建模與研發(fā)需要學(xué)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(xué)，對教師教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變、教學(xué)手段和水平的提高提出了更高的要求。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，VR技術(shù)融入課堂教學(xué)，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(shè)，輔助實(shí)踐類課程教學(xué)，應(yīng)堅(jiān)持“能實(shí)不虛、虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充”的原則，這樣才能提高實(shí)踐教學(xué)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(xué)國土資源與環(huán)境學(xué)院