翻转课堂在电磁场理论与微波技术教学中的应用探索

[摘           要]  信息化正在改变着人们的学习方式和认知方式，也在推动大家探寻新的教学模式，以翻转课堂和慕课等为代表的新型教学模式也就应运而生了。在邵阳学院通信工程专业电磁场理论与微波技术课程教学中某班级的部分课中采用了翻转课堂的形式，为了对比，在另一个班级相应内容的教学中采用传统的教学方式。在翻转课堂中，首先采用“Think-Pair-Share”方式来设计翻转教学，通过课前主动学习、课中的小组结对合作、小组间的交流及每节课结束前的测试来检验学习效果，组成一个较完整的翻转课堂。教学数据对比表明：翻转课堂在电磁场理论与微波技术教学中，在某些知识点的教学上是明显有效的。整体上翻转课堂教学效果依赖于学生的基础和知识点的设置。以翻转课堂教学在数学理论性要求高的电磁场理论与微波技术课程教学中的探索为经验，为该类课程的教学改革提供一个较有益的参考。

[关    键   词]  翻转课堂;教学模式;电磁场理论与微波技术

[中图分类号]  G642                   [文献标志码]  A                   [文章编号]  2096-0603（2022）15-0040-03

将信息技术应用于课程教学当前最常出现的表现形式则是慕课（MOOC）和翻转课堂（The Flipped Classroom）[1]。翻转课堂的本质在于改变教学过程中教师和学生的地位，将学习的主动权从教师转移给学生，教师仅为教学过程中的组织者和策划者，学生才是主体[2-3]，翻转课堂这种有别于传统讲授式的新的课堂教学模式被越来越多的教育者所了解和认同，并开始在课程教学中积极尝试、应用和探索[4]。经过多年的实践、探索和研究，国外的教育者对翻转课堂的研究已经比较成熟，并且有了多种基于翻转课堂的教学模型。国内对翻转课堂教学模式的研究尚处在起步和模仿阶段，大部分学者是针对国外翻转课堂教学模式有关概念和理论的介绍、教学理念的探讨以及翻转教学模式展开课堂设计等。近些年来，国内的一些基础科目特别是社科类的课程对翻转课堂进行了积极的探索与应用，并取得了较好的教学效果，基于翻转课堂的教学案例在高校教学中有所增加[5-6]。在当今互联网快速发展的大背景下，知识的传播方式和获取方式已产生了不可逆转的改变，将来高等院校的主要功能趋向于知识探索、知识验证与考试认证[7，8]。随着科技和信息技术的进一步发展，基于这种变化，在不远的将来，高等院校将会逐渐虚拟化和数字化，教学管理也更加泛在化和全球化。为了顺应这种变化，各种新的教学模式探索随之展开。我们将翻转课堂应用于电磁场理论与微波技术，主要是因为这门课理论性强、数学要求高以及学生学起来困难。在学生基础减弱、课程难度性高等诸多不利条件下，如何用较少的学时讲授电磁场与电磁波这门重要的专业基础课程，使学生所掌握的知识不缩水，成为国内外电磁场类课程共同面临的一个重要的、亟须解决的问题[9-16]。我们期待新的教学理念和方法的应用，能改变现有的一些窘境。

因此，将翻转课堂应用于电磁场理论与微波技术是具有现实意义的。翻转课堂从提出到经过近十年的发展，已经有了较多的应用案例，也具有一些独特的优势。但实施起来并不容易，如果实施不当，可能会达不到预期的教学效果。翻转课堂应用在电磁场理论与微波技术课程中有一定的困难，因为与电路等其他一些工程性主题相比，其动手操作和演示环节的内容不容易开发。翻转课堂主要是学生在课前要观看教学视频，然后在课堂上和教师互动，并分组讨论，完成作业和测试。突出学生的主体地位，增进师生之间的互动与交流，提高学生的自主学习能力。这个概念本身并不新鲜，如大多数商学院和法学院课程，这些课程需要提前广泛阅读，以便进行课堂讨论。但是这种教学方法在工程课程教学中并不常见。作者在邵阳学院通信工程专业的电磁场理论与微波技术教学中应用了翻转课堂的教学方式，每届两个班，约150名学生参加，学生认为这门课程是通信工程专业最难学的一门课程。当然，翻转课堂并不适合所有课程教学。本文的目的是分享我们的经验和结果，并展示其利弊。

一、翻转课堂教学法

我们受到“Think-Pair-Share（TPS）”模式[17]的启发，将学生每四人分成一组，采用每位学生向同小组的同学分享学习心得的策略。这个方案可能依赖于同组同伴学习领悟的能力。刚学会某个概念或知识点的学生可能会有效地向对方解释自己的所悟，而要去教别人，则需要更高的水平。这种互动提供了一对一的教学经验，而教师是不能一对一地面授给每个学生，尤其是在较大的班级。在这个模型中，教师不是唯一的信息来源，而是一个组织者或指导者，他的作用更多的是在构建学习环境和学习方式方案，使得基于小组的学习得以进行。

每周给学生分配指定的教学内容进行阅读和观看。每节课开始时都会做一个5分钟左右的小测验，以确保学生完成了课前分配的学习任务。并且这个小测验的成绩将作为期末结课成绩的一部分，我们发现，这个方法对提高教学效果是明显有效的。

课堂上的大部分时间都花在讨论和相互交流中，讨论和交流的内容是课前定好的，老师每次都提前两天布置课堂上将要讨论和交流的内容。课堂上交流和讨论问题的前提建立在课前准备的基础之上。有些内容难度一般，基本上是概念性的问题;有的则需要一定的数学技巧;还有的则是要求学生有一定的物理基础和抽象思维能力等。把这些问题提交给学生，然后他们写上自己答案交给老师，老师查看答案的正误情况，但不向学生展示。目标是让学生为寻求正确答案而讨论。然后，学生每四人一组讨论答案，并要求小组内同学要达成共识。然后学生重新针对上述问题写上答案交给老师，老师公开学生的答案分布情况，然后是小组之间的讨论，最后由老师公布正确的答案，结束这一节课的课堂学习。适合于课堂上交流和讨论的问题通常在教材中不能直接找到，同时，它们大多数应是概念性的，不涉及长时间的计算。在我们的课堂中发现，交流和讨论是非常活跃的。

二、TPS模式的翻转教学效果评估

对教学的评估通常是困难的，为了量化每个TPS问题的学习情况，我们分析了小组讨论前后正确回答问题的比例，发现大多数问题的正确性都有显著增加，即使大多数问题最初都答错了，那些有正确答案的学生显然能够说服他们同小组中的其他人。我们分别抽取三类较为典型的TPS问题，一类是概念性的问题，用Q1表示;一类是数学技巧要求高的，用Q2表示;一类是物理理论基础要求较高的问题，用Q3表示。采用TPS翻转课堂后的每个问题的正确率情况如表1所示。

从表1中的数据来看，大部分学生能在课前的阅读和视频材料中有较好的领会，小组内的讨论之后，有较好的提高，特别是小组间的交流和讨论之后，正确率越来越高。同时标准方差也越来越小，说明学生的理解趋同，只有极少数理解有异。但是不同类型的问题，经过TPS模式翻转课堂后的教学效果还是有一定差异的，基础性的、概念性的问题效果显著，而数学要求高的及要求有一定物理基础的提高不如第一类问题的效果好，特别是方差数据虽然在减少，但仍然较大，说明有相当一部分学生的理解和领悟没有到位。

三、与传统课堂讲课的比较

为了比较翻转课堂的学习表现，我们在这门课程教学内容上做了两种教学上的对比，一个班用传统的课堂教学，另一个班用翻转课堂教学。翻转课堂的教学课时和传统课堂的课时设置是一样的，40课时的理论教学，8课时的实验教学。为了对比更可靠，两个班的作业、测试和结课试卷都设置成一样。我们通过广泛的数据收集，选择了四次作业成绩、三次测试成绩和结课成绩作为比较的数据，如表2所示。

从表2中的数据来看，翻转课堂比传统课堂教学有着更好的教学效果，无论是作业情况，还是测试情况。最终的结果成绩是翻转课堂比传统课堂教学的效果要高几个百分点。这些数据差异的原因可能是由于在翻转课堂里，学生是主体，他们主动学习，并且还要在同组内交流讨论得到小组统一的观点，他们自己领悟了某个概念或学习点，还要教会小组内的其他同学，显然要求更高，学习效果更好。标准差的数据也几乎都减少了，只有测试2中的标准差提高了一点，这点也说明学生对所学的大部分内容都有了正确的领悟，只有在小部分教学内容的学习上出现了较传统教学更大的差异，即离散度更大。也就是说，在某些教学内容上，可能用传统的教学方式受益的学生可能更多些，当然，也有少部分学生在某部分的内容学习上应用翻转课堂的表现是突出的。

四、讨论与思考

从整体上来说，在翻转课堂中，老师只是教学的组织者，教学环境的引导者和维护者，学生才是教学的主体，这种模式可能更适合发挥学生的主动性、积极性和创造性。在传统的教学模式中，教师无法一对一地和学生交流讨论，而翻转课堂中的小组讨论迫使学生主动学习、主动沟通，并在交流中掌握一些沟通的技巧等，而这些技能在以讲授为基础的传统课堂教学中可能不会得到太多的锻炼。

当然，翻转课堂也有一定的局限性，并不是所有的教学内容都适用于翻转课堂模式，如一些互动性较强的知识点，一些难以理解的概念和理论，一些需要较高技巧的公式推导等。如果这些内容也采用课前观看视频的方式来学习，则学习效率不高，且时间成本太大。我们发现，当课堂的时间全部交给学生来进行自主活动时，如果有些知识点理论性太强，学生讨论起来会比较枯燥。如果长时间的讨论还得不出正确的理解时，更会突出这种枯燥的氛围，并导致学习效率的下降和学生出现厌烦的情绪。这时候，有必要进行调整和干预，也就是说，教师要根据教学内容，必要时要适当地讲授，帮助学生理解一些较为深奥和难以理解的知识点。

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编辑 张 慧