基于深度学习的翻转课堂教学研究

摘  要：翻转课堂是一种以“学生为主体，教师为引导”的新型教学模式，它的出现，改变了传统的“填鸭式”教学形式，提高学生的学习积极性。但翻转课堂往往注重于教学形式的改变，而忽视教学内容的深度挖掘，容易使学生处于浅层学习的状态，学生的学习能力并未得到实质性的提高。该文围绕深度学习这个中心点，以环境科学专业水处理概论为例，从课前自主学习、课中自主探究和合作、课后知识的巩固和应用三个部分阐述具有深度学习特征的翻转课堂的开展和实施，为深度学习的翻转课堂的教学实践提供理论和实践基础。

关键词：深度学习；翻转课堂；水处理概论；教学效果；教学实践

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2023）11-0108-04

Abstract： flipped classroom is a new teaching mode with "students as the main body and teachers as the guidance". Its emergence has changed the traditional "cramming" teaching form and improved students' learning enthusiasm. However， flipped classroom often pays attention to the change of teaching form and ignores the deep excavation of teaching content， which is easy to make students in the state of shallow learning， and students' learning ability has not been substantially improved. Focusing on the central point of deep learning， taking the Introduction to Water Treatment of environmental science specialty as an example， this paper expounds the development and implementation of flipped classroom with the characteristics of deep learning from three parts： autonomous learning before class， autonomous exploration and cooperation in class， and the consolidation and application of knowledge after class. It provides a theoretical and practical basis for the teaching practice of the flipped classroom of deep learning.

Keywords： deep learning; flipping classroom; Introduction to Water Treatment; teaching effectiveness; teaching practice

翻转课堂是近几年来兴起的一种新型教学模式，它改变了传统的“教师讲台授课，学生台下被动听课”的“填鸭式”课堂教学方式，形成了“学生课前利用互联网线上自主学习，课中教师与学生互动讨论，课后教师总结反思学生整合知识”的教学模式[1]。翻转课堂将机械性“教→学”的单向过程变成“自主学习—合作交流—掌握—反馈”的双向过程，将学生从知识的被灌输者转变为知识的探究者和运用者，激发学生学习的积极性，提高学习的效率[2]。但是在翻转课堂的教学实践中，很多教师只注重教学形式的改变，而忽略了教学内容的设计和学生学习能力的培养，使得翻转课堂难以形成高质量的师生互动，生生合作交流的教学情景，容易使学生处于浅层学习的状态，影响了翻转课堂教学效果的发挥，降低了课堂的学习质量，阻碍了翻转课堂在教学领域进一步的发展。因此，为了提高翻转课堂的学习效率，发挥翻转课堂在主动学习上的作用，需要对翻转课堂进行深度学习方面的开拓和探究。

深度学习是由美国教育学家罗杰·萨尔乔提出，他根据学习的层次不同，将学习分为浅层学习和深度学习两种类型[3]。相对于浅层学习，在深度学习中，学习者会运用各种方法来理解和掌握学习内容，并将所学内容应用到实际生产和生活实践中。因此，归纳起来，深度学习具备以下三个特征：首先，深度学习不是单纯对知识的死记硬背，而是在理解的基础上，对知识进行编辑加工，将新旧相关知识串联起来，形成一个具有深度内在联系的知识网络，达到对一门课程或事物深刻的、全面的、客观的看法；其次，深度学习围绕“个体化”学习，即以学生为主体，按照学生个体的学习需求和学习能力建立个性化的学习指导和帮助，认为只要给与学生精准有效的学习服务，学生就能够达到深度学习的状态；最后，深度学习注重学生学习的主动性，着重强调学生学习习惯和学习能力的培养，锻炼学生与他人交流、互动、协作的能力，使学生具备独立思考的能力，能够对知识进行深层的加工、整合和联系，并能运用所学知识解决实际问题[4]。通过上述深度学习的内涵，要实现翻转课堂的深度学习，教师必须掌握学生已有的学习能力和知识储备，对学生进行有针对性的学习指导和服务，使学生具备独立思考能力，能理性、客观和深刻地认识事物的本质，能将前后所学知识串联、拼接和整合起来，形成知识的网络体系，并能运用所学知识解决实际问题，在学习中举一反三，能够在复杂的问题面前产生独特的想法，进而能巧妙、准确地解决问题。学生能够养成亲密无间的团队协作能力，能通过沟通、交流及合作与同伴共同解决问题，表达能力得到进一步提升。为了达到深度学习的目的，翻转课堂需要进一步完善和创新。

水处理概论是一门环境科学专业的必修课，它主要介绍环境工程污水处理中的各种药剂，包括絮凝剂、缓蚀剂、阻垢剂和杀生剂等的种类、化学组成、物理化学性质和作用机理等。如果采用传统的授课方法，学生的学习积极性不高，学习效果不佳，因此，采用翻转课堂的教学方法，可以有效提高学生的学习兴趣，激发学生学习的积极性，使学生能深刻认识和理解课程相关内容，并将所学知识与之前所学课程联系起来，形成一个整体，并能在学生中养成合作交流的习惯，创造性地解决问题。因此，对水处理概论课程翻转课堂教学进行深度改革很有必要。

美国教育学家塔尔伯特将翻转课堂分为三个阶段，即课前自主学习、课中合作交流和课后巩固应用[5]。这种阶段划分方法被大多数教育学者所接受，因此，笔者接下来将根据这三个阶段的划分，对水处理概论深度学习的翻转课堂进行设计。

一  课前自主学习阶段的翻转课堂设计

（一）  学生平均水平的调查

在翻转课堂开展之前，教师应对学生的平均学习水平进行调查，以了解学生对课程相关知识的掌握程度，以及对将要学习的内容的经验储备等，使教学目标更加明确。例如，在学习缓蚀剂这部分内容之前，笔者了解到学生在大学二年级已通过环境工程学课程，初步接触缓蚀剂化学结构和组成的相关知识，因此在翻转课堂缓蚀剂这一章的教学目标上，可以重点设定于掌握缓蚀剂的作用机理，并且可以进行应用方面的教学和探索。

（二）  微视频制作过程的问题设定

微视频的制作是翻转课堂中至关重要的一环，微视频质量的高低，将影响学生课前自主学习效果。微视频的制作一般采用片段式，每一段微视频的录制时间一般为10～15分钟，在制作微视频时，应适当加入Flash动画、相关视频录像资料等，将微视频的内容和形式变得多样化。为了使学生在观看微视频时能保持足够的注意力，达到深度学习的效果，我们引入了以问题为中心的微视频录制模式。以问题为中心的模式包括：创造问题的情景，发现和提出问题、尝试探索问题的解决方法，检验并论证解决策略、完成问题的解决方案。通过以问题为中心模式，能够不断推进微视频进行，保持学生专注力，取得较好的学习效果。例如笔者在水处理概论课程微视频制作中，加入了化工厂生产制造缓蚀剂产品的录像资料，并用Flash动画展现了缓蚀剂的作用机理，更加形象地描绘了缓蚀剂生产和作用过程，加深了学生的印象。在微视频中植入相关问题，例如在观看完无机缓蚀剂和有机缓蚀剂的微视频后，给学生抛出问题：无机缓蚀剂和有机缓蚀剂在物理和化学性质上有哪些共同点？又有哪些不同点，这些不同点又对这两种缓蚀剂作用机理产生了哪些方面的影响？通过这些问题语境的构建、问题的提出、解决方案的设计，都能引领学生进入深度学习的状态。

课前自主学习不意味着教师主导学习的角色缺乏，观看微视频也不是学生课前自主学习的全部，在完成微视频后，为了达到更好的学习效果，教师会发布一些难度适中的题目，在学生观看微视频后作答，作为学生课前自主学习的检验。学习结果的检测不仅可以巩固学生课前自主学习的成果，还可以帮助学生找出自己学习的盲区，通过检验的反馈，教师可以掌握学生课前学习的情况，了解学生存在的问题，为课中合作交流活动做好充足的准备。

二  课中合作学习阶段的教学设计

（一）  课中自主探究与合作交流

自主探究是新课程教育目标提倡的学习形式之一，在翻转课堂合作学习阶段，教师提出要讨论的问题之后，应留存一定的时间让学生进行思考和探究，学生在这段时间里结合自己课前自主学习掌握的知识和之前储备的知识尝试性地对教师提出的问题进行解答，这个过程促使学生对问题有更深刻的认识，从而产生一些独特的想法，甚至能够举一反三，联想到其他相关的问题。苏联教育家苏霍姆林斯基曾说道：“让学生体验到一种自己在亲身参与掌握知识的情感，乃是唤起少年特有的对知识的兴趣的重要条件。当一个人不仅在认识世界，而且在认识自我的时候，就能形成兴趣。没有这种自我肯定的体验，就不可能有对知识的真正的兴趣。”学生之间对问题的交流和讨论，观点和想法的碰撞，对激发学生学习的积极性，提高学生的兴趣，培养其独立思考的习惯有着重要的作用[6]。在水处理概论课中自主探究阶段中，教师依据学生课前自主学习的情况，结合教学目标的重点和难点，提出有针对性的问题。例如在第六章清洗剂中，笔者提出了清洗剂在生产实践过程中的应用问题：某精密工业生产仪器因为使用时间长，仪器内部氧化严重，产生了大量铁锈，请选择一种合适的清洗剂，确保仪器中的铁锈可以被清洗干净，同时仪器不会因为清洗而发生腐蚀磨损，并写出一份清洗工艺方案。而在第二章絮凝剂中，笔者根据实际生产过程中曾做过的一个案例作为项目提出来给学生思考和讨论：粤东莲花山钨矿伴生铅矿，开采钨矿生产过程中产生高浓度含重金属铅的工业废水，废水呈酸性，pH4.7，浊度150 NT，温度57 ℃，请选择合适的絮凝剂和工艺流程对矿产生产性废水进行净化沉淀作用，并说明所选择絮凝剂的原因，制定一份净化沉淀方案。设置问题后，将这些问题交由学生进行自主探究。学生在自主探究阶段会形成自己独特的问题解决方案，但因为受到自己学习能力、知识背景和思维方式等方面的限制，学生在这个阶段形成的方案往往不够全面，甚至不够准确，因此，需要在下一阶段的合作交流期间对问题进一步完善。教育学家哈贝马斯曾说：“合作交流就是一种个体之间通过语音和对话，达到人与人之间相互理解和认识的一种方式”。在翻转课堂合作交流阶段，学生以4～6人为一组，通过讨论交流等方式，将自己的想法传递给其他人，也从其他人那里接受意见，从而建立起“我—你”的学习合作体系。通过讨论合作交流阶段，学生对问题的理解加深了，表达和沟通能力得到了锻炼，更能使学生在团体交流合作中增进情感，培养团队协作精神。

在翻转课堂合作交流阶段，教师不应静坐观看学生讨论，而应该走下讲台，作为引导者的角色靠近学生，对学生讨论过程中出现的认知偏差进行纠正，对学生遇到的问题进行帮助，并且教师要注意活跃讨论气氛，对课堂的纪律进行维护，起到一个启发者、引导者的作用。但教师不会直接给予学生正确答案，而应该以“问题为中心”“探究为形式”引导学生，开拓学生的思路，发散学生的思维，培养学生解决问题的能力[7]。