翻轉課堂教學改革研究

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摘要：探究對分課堂+翻轉課堂混合式教學方法在生物醫(yī)學超聲技術中的應用效果。研究表明，實施對分課堂+翻轉課堂的混合教學方法后，學生的成績明顯提高，其中優(yōu)、良的占比分別從13%和25%上升到19%和36%，而不及格占比由11%下降到2%。此外，該方法還能培養(yǎng)團結協(xié)作意識，提高個人競爭力，促進全面發(fā)展。

關鍵詞：對分課堂；翻轉課堂；生物醫(yī)學超聲技術

對分課堂是復旦大學張學新教授提出的一種新的教學模式[1]，該教學方法包括講授、獨立學習、獨立做作業(yè)、小組討論和全班交流5個環(huán)節(jié)。雖然這5個環(huán)節(jié)是日常教學中常規(guī)的教學手段，但不同的結構安排就能實現(xiàn)不同的教學效果。對分課堂明確了開展各環(huán)節(jié)的出發(fā)點、要求和步驟，講授環(huán)節(jié)采用精講留白的方式，在宏觀層面上告訴學生為何學、學什么和如何學，以激發(fā)學生學習興趣為目的，著重展開知識框架和重、難點，并結合留白的藝術手段，使學生有時間去思考，而非傳統(tǒng)的講解。講授環(huán)節(jié)還包括布置作業(yè)，理想的作業(yè)建議圍繞梯度性、基本性和挑戰(zhàn)性等7個特點開展，既要起到溫習鞏固課堂內容的目的，又要具有挑戰(zhàn)性，讓學生在內化階段產(chǎn)生疑惑和問題。此外，提出“亮考幫”的理念，完成作業(yè)時總結學會了什么，有什么收獲，還有什么疑惑之處，為之后的討論環(huán)節(jié)做好鋪墊。對分課堂最初的出發(fā)點是延遲討論，希望學生利用較為充裕的課后時間來消化吸收上節(jié)課的內容，也就是說本次課堂討論上次課堂的內容，該形式稱為隔堂對分[2]，完整的隔堂對分流程見圖1。小組討論環(huán)節(jié)通常以4人為一個小組，進行15~25分鐘的生生交流，組內充分分享各自的“亮考幫”，互幫互助、答疑解惑，并凝練小組最終的“亮考幫”結果。然后教師隨機抽取3~4個小組學生代表發(fā)言，最后教師就學生的疑問和遺漏的知識點進行總結。由于有些課程內容相對簡單，也可以利用課堂時間讓學生完成自學過程，從而有了隔堂對分的簡化版，稱為當堂對分[3-4]。教學環(huán)節(jié)的結構安排不變，只是每個環(huán)節(jié)的時間被縮短。翻轉課堂始于美國，翻譯為“FlippedClassroom”或“InvertedClassroom”[5]。該教學方法真正進入大眾視野是2007年，美國科羅拉多州的化學教師為給缺席的學生補課，使用視頻軟件錄制PPT并配備相應的語音供學生學習，而課堂上主要進行問題輔導。伴隨互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，翻轉課堂逐漸在全球引發(fā)熱議和深入研究。翻轉課堂以“先學后教”和“學進去教別人”的理念開展自主式學習、探究式學習和合作式學習[6-7]。該教學方法依托網(wǎng)絡教學平臺，包括3個部分：課前導學、課堂活動和課后拓展，如圖2所示。課前導學讓學生利用課余時間學習與下次課堂內容相關的視頻資源、網(wǎng)絡資料、課本教參等，這些參考資料需要教師做相關的功課，尤其是錄制與下次課堂內容相關的微視頻，然后分享到學習平臺，同時發(fā)布相關的作業(yè)和任務。學生在自學之后進行自測，從而發(fā)現(xiàn)自身的學習漏洞，總結未解決的疑問，待下次課堂解決。課堂活動以充分調動學生的學習主動性為出發(fā)點，圍繞學生的疑問，靈活采用分組討論或課堂展示等手段讓學生相互學習和幫助。該環(huán)節(jié)教師是引導者，引導學生積極參與、主動思考。同時，還需有針對性地解答學生解決不了的難點問題，升華學習內容。最后的課后拓展環(huán)節(jié)的目的在于溫習鞏固課堂知識點，并做知識遷移和創(chuàng)新，從而提升學生的學習能力。該環(huán)節(jié)教師在網(wǎng)絡平臺布置任務，學生利用課余時間完成。

1對分課堂+翻轉課堂的提出

對分課堂和翻轉課堂均以調動學生自主學習、提高教學效果為目的，利用課余時間進行學習探索，在課堂進行答疑解惑。不同之處是對分課堂在課堂上講授下次課堂需討論的內容，且對課堂討論的安排較為模式化；而翻轉課堂采用微視頻等方式讓學生自學下次課堂內容，課堂活動未做明確規(guī)定，比較靈活，同時還需開展課后拓展。翻轉課堂的教學方式會占用學生大量的課余時間，不僅要完成下次課程的自學和自測，還需要完成課后拓展任務。應用型本科醫(yī)學院校的學生并不希望在課余時間被安排較多的學習任務，這意味著大部分學生無法完成翻轉課堂安排的課后任務。為探究更適合應用型本科醫(yī)學院校學生的教學方法，提出對分課堂+翻轉課堂的混合教學模式，以取兩者之長，避兩者之短。該混合式教學方法以對分課堂的結構為基礎，將翻轉課堂課前導學的微視頻等線上資料引入對分課堂的獨立學習環(huán)節(jié)，豐富學生的學習資料，提供更多的學習途徑。將翻轉課堂展示環(huán)節(jié)靈活地插入對分課堂的全班交流環(huán)節(jié)，通過學會的學生去講去教，讓全體學生從不同角度思考和學習。

2對分課堂+翻轉課堂的教學過程

對分課堂+翻轉課堂的教學過程包括課堂講授、課后內化和課堂活動。由于課后內化和課堂活動是以學生為主體的自學和互學環(huán)節(jié)，此處以生物醫(yī)學超聲技術課程的球形聲場重建為例，詳細闡述課堂講授內容，主要分3個部分：為何學、學習框架、學習思路和布置作業(yè)。

2.1為何學

醫(yī)學超聲作為四大醫(yī)學影像技術之一，被廣泛應用到肝臟、甲狀腺和乳房等疾病的檢查，輔助疾病的及時發(fā)現(xiàn)和治療。生物醫(yī)學超聲技術課程通過理論學習和實驗實訓結合的方式，學習醫(yī)學超聲發(fā)展、超聲物理基礎、壓電材料和換能器分類以及換能器的聲場重建模型相關內容，可以為今后的學習和工作做好鋪墊。超聲換能器的聲場重建內容是本課程的重點內容之一，要求理解聲場重建的數(shù)學模型，并利用工具去仿真分析聲場的空間分布。

2.2學習框架（見圖3）

如圖3（a）所示，超聲換能器聲場分布的計算包括兩個部分，首先計算換能器微元面積對空間上任意位置的聲場貢獻，然后通過積分運算求取整個換能器的聲場分布。聲場計算的數(shù)學模型中，較為復雜的是如何劃分微元，如圖3（b）所示，可以按兩個步驟進行，第一步沿平行于換能器口徑平面的方向切割，得到N個半徑不同的圓盤，第二步將每個圓盤對應的球冠表面積區(qū)域劃分為M個微矩形即可。

2.3學習思路

借鑒高等數(shù)學中微積分的概念，若要計算不規(guī)則曲線所包圍的面積，則將該面積區(qū)域劃分為無數(shù)個小矩形，通過疊加這些矩形面積計算出不規(guī)則曲線所包圍的面積。三維坐標下的球形換能器示意圖如圖4所示，聲場模型的建立首先計算球面上某個微元面積dS對空間上任意一點T的貢獻，可以表示為[8]：dp（r′）=jpck2πu（R）exp（-（jk+α）｜R-r′｜）｜R-r′｜dS。其中ρ是換能器介質密度，c為超聲波的聲速，k指波數(shù)，u表示振動質點的振速，α是角度。通過球面面積的積分運算，可以得到最終球形換能器在空間上任意一點的聲場分布為：p（r′）=jρck2πsu（R）exp（-（jk+α）｜R-r′｜）｜R-r′｜dS由于數(shù)值仿真是離散的，需要將第2個公式進行離散化處理，如下式：p（r′）=CΣnH（rn）△Sn。其中C=jρck2π，H（rn）=u（R）exp（-jk+α）｜rn｜｜rn｜，△Sn指第n個微元的面積。該數(shù)學模型的思路明確后，需要攻克的難題是如何劃分球面微元和相應的計算過程?，F(xiàn)給出球形換能器微元的示意圖（見圖5），經(jīng)過兩次切割之后，微元實際是由兩個半徑不同的圓環(huán)所包圍的面積中的一個微矩形。需要注意的是，微矩形的長和寬均為弧長。課后作業(yè)共有5個題目，針對精講中需要大家掌握的基本知識、留白問題和重點問題，請學生根據(jù)自己的興趣和能力有選擇性地以“亮考幫+悟”的形式完成本次課程的課后作業(yè)。除完成每個題目本身外，還要總結思考學會的知識點，在學習知識的同時感悟學習過程中思想精神層面的收獲，比如勇于批判、團結互助等。

3成績評價

為了準確評估對分課堂+翻轉課堂在生物醫(yī)學超聲技術中的實施成效，綜合成績加入了參與性和個人能力的考評，同時利用層次分析法建立了更加科學的評價體系。層次分析法由美國運籌學家SaatyT.L.提出，是一種可解決多目標復雜問題的層次權重決策分析方法，適用于具有不確定性和主觀性的事件分析，能夠定量明確指標的相對重要性。成績評定由兩級評價指標組成（見圖6），通過層次分析法可準確計算各級指標在成績評定中所占權重。首先計算一級指標中的課堂表現(xiàn)、實驗表現(xiàn)和考試成績，通過兩兩的重要性比對得到如下的成對比較矩陣：X=11/21/5211/3531，通過計算該矩陣的各行平均值和歸一化平均值，可以求取該矩陣的最大特征值λmax為3.006。由于成對比較矩陣的形成具有主觀性，可能出現(xiàn)兩兩因素矛盾的情況，因此需要判斷矩陣的一致性。只有符合一致性要求的矩陣才可以被接受，從而計算出相應指標的權重系數(shù)。若矩陣的隨機一致性比率CR<0.1，則認為符合一致性判斷指標，其計算公式如下：CR=λmax-t（t-1）RI，其中t為矩陣階數(shù)，而平均隨機一致性指標RI通過查表可知為0.58，因此計算出該矩陣的隨機一致性比率為0.005，在可接受的一致性范圍內，然后計算得到一級指標的權重分別為0.12、0.24和0.64。同樣的，通過兩兩的重要性比對可得到二級指標的成對比較矩陣分別為：X1=121/21/211/3231、X2=11/323131/21/31、X3=11/31/231321/31。按照上述計算過程，分別得到相應的二級指標的成對比較矩陣的隨機一致性比率分別為0.012、0.053、0.053，均符合一致性評判標準。進而得到關于課堂表現(xiàn)的二級指標權重分別為0.31、0.16和0.53，關于實驗表現(xiàn)的二級指標權重分別為0.27、0.58和0.15，關于考試成績的二級指標權重分別為0.15、0.58和0.27。最后，根據(jù)上述分析，可計算出各二級指標的總權重（見表1）。表1顯示，期末考試占比最高，為37.12%；然后是期中考試和實操能力，分別占比17.28%和13.92%；而積極主動性和分析問題能力所占比例相對較少。從各指標權重可以看出，該成績評價體系一方面延續(xù)傳統(tǒng)評價標準中期末考試的重要地位，另一方面也豐富了成績評價，實現(xiàn)更準確、更全面的評價。

4對分課堂+翻轉課堂教學的優(yōu)勢和劣勢

4.1優(yōu)勢

4.1.1學習成績的提高。本文采用優(yōu)、良、中、及格和不及格來評價學生的綜合成績，對應的分數(shù)段分別為≥90分、80~89分、70~79分、60~69分和60分。實施對分課堂+翻轉課堂的混合式教學方法后，無論用傳統(tǒng)的成績評定方法還是針對該混合教學模式提出的成績評價方法，本班學生的成績都明顯提高?；趯哟畏治龇ǖ某煽冊u定方法結果表明，優(yōu)、良的占比分別從13%和25%上升到19%和36%，而不及格占比由11%下降到2%。學習成績是教學效果十分重要的評價指標，該結果表明了對分課堂+翻轉課堂在一定程度上可以實現(xiàn)有針對性的、有深度的有效教學。4.1.2個人能力的提高。針對對分課堂+翻轉課堂教學模式對個人能力的培養(yǎng)問題，對本班學生進行了課后訪談。反饋結果表明，通過完成開放式的、具有挑戰(zhàn)性的課后任務，可以學習不同的資料檢索方法，拓展學習途徑，同時學習到如何過濾龐大的數(shù)據(jù)，篩查與研究課題相關的內容。同時，以“亮考幫”形式獨立完成作業(yè)，有利于幫助學生厘清學習收獲和疑惑，加深其對知識點的認識。另外，以分組討論的形式互幫互助，讓學生能從與其他學生的交流中再次審視自我，做到查漏補缺。這些過程培養(yǎng)了學生獨立思考、分析問題和解決問題的能力，提升了學生的個人競爭力。4.1.3其他方面的提高。對分課堂+翻轉課堂的教學模式充分利用了數(shù)字時代學生的特質，靈活利用網(wǎng)絡資料，豐富學習內容，有利于提高學生的學習興趣。另外，現(xiàn)今大學生團結合作的意識薄弱，而對分課堂+翻轉課堂的教學模式有助于培養(yǎng)互幫互助的合作精神。同時，可以營造活躍的、良好的學習氛圍，對于自控力較差的學生起到了良性作用。

4.2劣勢

對分課堂+翻轉課堂的混合教學模式對教師的個人能力要求較高，不僅要求具備專業(yè)知識，還要求了解學情、收集反饋、合理規(guī)劃內容等，需要抽出一定的時間投入實踐，以得到能力上的提升。同時，對學生的自覺性和自主學習能力要求較高，對于學習熱情不高的學生來說，并不愿意在課后花太多時間在學習上，這可能導致班上兩極分化嚴重。此外，該教學方法比較適合小班教學，對于大班教學不太適用。

作者:伍秀玭 李曉歐 司博宇 涂華婷 伍雯 單位:上海健康醫(yī)學院醫(yī)療器械學院重慶大學藥學院