李贤斌讲师 汪金辉副教授 宋光明教授 许 涛讲师 刘江虹教授

(1.上海海事大学 海洋科学与工程学院，上海 201306；2.上海海事大学 教务处，上海 201306)

0 引言

随着国家社会经济高速发展，各类安全事故屡有发生，近年来安全工程高级人才的社会需求量日益增大，高等院校在安全教育工作中发挥重要作用，国内开设安全工程本科专业的高校也不断增加。目前我国高校安全工程人才培养的指引和要求有国际工程教育专业认证、双一流学科建设、新工科建设及中国特色教育体系[1-4]。吴超等[5]就安全教育学原理提炼出安全教育双主导向、安全教育反复、安全教育层次经验、安全教育顺应建构、安全教育环境适应及安全教育动态超前等6条下属三级基础原理。任国友[6]早在2007年就将教学改革、教学与实践结合、广泛运用现代教育技术等方法作为提升安全工程专业课中大学生创新能力与素质培养的基本对策。《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》[7]高度重视信息技术对教育发展的革命性影响。《教育信息化十年发展规划(2011-2020年)》则要求利用信息技术开展启发式、探究式、讨论式、参与式教学，探索建立以学习者为中心的教学模式。

翻转课堂(Flipped Classroom，亦称颠倒课堂)与传统教授式教学不同，将知识传授放在课堂外，学生自由的选择最佳时间接受新知识，而把知识内化过程放在课堂上，以便生生、师生间有更多的交流和沟通，将传统以教师为中心的“课堂讲授—课后作业”颠倒为以学生为学习主体的“课前学习—课堂讨论”，其中教师充分发挥主导作用，倡导“主导—主体”式教学，强调师生双方的积极性，形成互动式教学。翻转课堂作为一种信息技术与课堂教学紧密结合的新型教学模式正是在这样背景下进入我国并得到推广。中国高教版《地平线报告》预测了未来5年内中国高等教育技术应用的技术发展、关键趋势和重要挑战，并将翻转课堂认定为1年之内采纳的技术之首[8]。Salman Khan[9]及其创立的非盈利机构可汗学院(Khan Academy)里程碑式推进作用使翻转课堂教学模式被越来越多的教师熟知并应用，并成为全球教育界关注的教学理念。高等工程教育越来越关注学生工程能力的培养，翻转课堂的教学理念倡导教师的主导作用，突显学生的主体地位，注重能力培养，特别是工科学生实践能力、创新能力、团队合作等多项工程核心能力的培养，正好契合国际工程教育专业认证、新工科教育、上海市应用型本科试点专业的要求。

为有效培养安全工程人才知识基础、创新能力、工程实践能力等满足社会需求的综合安全能力，作者探索性地将翻转课堂教学模式应用于安全科学与工程专业基础课《燃烧学》的教学，分析其教学效果，对参与翻转课堂的学生进行问卷调查，研究该教学模式在类似课程中的可行性，以期为进一步的安全工程专业教学改革和课程建设提供实践案例和参考。

1 课程现状

《燃烧学》是安全工程等专业一门重要的专业基础课，主要研究火灾及爆炸等热动力灾害发生、发展及熄灭的基本规律，是防灭火设计与技术研发的理论基础，是一门与工程热力学、传热学、流体力学等学科综合的基础性学科，主要包括绪论、燃烧的化学基础、燃烧的物理基础、着火与灭火基本理论、可燃气体的预混燃烧、可燃气体的扩散燃烧、可燃液体的燃烧、可燃固体的燃烧等8个章节内容。正由于其学科特点，理论跨学科理解难度大，并需开展实验配合教学，所以学生比较难以掌握，而且此门课程的掌握程度还关系到相关学科的进一步学习。为提高教学效果，已有不少教学工作者对该课程及相关课程进行了教学改革[3]，使用“探究式”“案例式”“研究式”等教学方法[10-11]，在教学过程提高了学生分析问题、解决问题的能力与意识。

随着现代信息技术特别是互联网技术的发展，翻转课堂运用越来越多，可为传统的课堂提供补充，而不是将其取代，董占海[12]对课堂翻转度进行了准实验研究确定了课程较好教学效果的“黄金分割模式”。而本文应用的课程《燃烧学》是一门比较抽象且需要开展课程内实验的课程，必然存在部分章节不适合开展翻转课堂，本轮授课典型性地选择了谢苗诺夫自燃理论、链锁反应自燃理论、三元系爆炸极限图、可燃液体的闪燃与爆炸温度极限、可燃固体的阴燃等5个知识点作为翻转教学内容，具体知识要点,见表1。

表1 翻转课堂知识点

2 充分利用信息化平台，探索性开展翻转课堂教学

2017-2018学年，上海海事大学“燃烧学”课程组开始进行翻转课堂的教学改革，该学期有安全工程专业两个班共66人研修《燃烧学》。目标是在不削弱基础概念与知识传授的基础上，更好的培养学生的工程能力，提升课程的教学质量。

(1)课程准备。

上海海事大学为构建“一体化数字化教学支撑环境”建设有支持师生互动式教学、使用与评估并重的教学网络平台。课程组为部分翻转课堂知识要点录制10分钟内的微视频，本轮共录制了10个微视频，连同相关课件习题上传至教学网络平台，并在平台上发起若干类似讨论及评价的教学活动。为适应翻转课堂教学模式，课程组重新制作相关课件，突出重点，简单扼要，为课堂讨论和互动环节留出空间。

(2)课前、课中、课后环节设置。

课前，学生需要使用教学网络平台观看微视频，利用平台的学习材料进行个性化学习，将传统课堂中教师讲授的内容进行课前学习，自我控制学习时间和节奏，同时需要学生完成平台上布置的课程作业，并可以在平台讨论交流，实现互动教学。以“可燃液体的闪燃与爆炸温度极限”为例(本节均以此为例)，课程组制作了“闪点的计算”和“温度爆炸极限”两个短视频，并附上了“闪燃与温度爆炸极限”的讨论话题和相关习题。

课中作为翻转课堂的重要环节，老师首先针对课前学习内容进行梳理与回顾，邀请部分学生上讲台讲解学习要点(见表1)及遇到困难，并组织学生分组讨论，大致了解学生们的学习情况，特别是解决学生自主学习过程中遇到的问题，提倡生生交流讨论，互相答疑并纠正错误的理解，以让每位学生均理解问题的本质。然后课堂上组织进行习题讨论，包括较少时间的课前的习题解析(课程组上传至“教学网络平台”的相关习题)，新布置难度较大或者应用型习题，以提升学生运用知识解决问题的能力。最后各组学生提出自己的问题并由其他小组讨论解决。这三个环节中教师控制讨论节奏，引导讨论方向，必要时提供解决思路。

课后学习主要将讨论的问题和知识点进行总结，让学生绘制知识关系图，完成相关作业，分析实际问题并参与设计研究型实验(柴油及混油开闭杯闪点实验)等。

(3)实施成果。

从学生角度出发，有更好的表现，提高了学生的通过率，为学生之后的课程学习打下坚实的基础，准时拿到学位证。学生自主学习的能力在翻转课堂中显得尤为重要，需采取多种措施保证学生课前进行在线学习，如学生的浏览记录、评价在线课程内容难易程度、提交遇到的困难等。因此翻转课堂的教学模式需要学生的自主学习能力，相反，也能通过该模式的教学培养学生的自主学习能力，达到良性循环的效果。课堂上的讨论环节(即表达自己遇到的问题及回答别人的问题)锻炼了学生的表述能力。

在学习成绩方面课程组对实施翻转课堂教学模式的学生进行测评分析，与上一年度(2016-2017年度)传统教学模式下学生的考试成绩进行对比，见表2，学生的考试成绩进步明显。从表2中可以分析发现：翻转课堂教学模式下取得“优秀”的学生人数有15人(22.73%)，相比上一年度有14.93%的增幅。取得“良好”和“中”的人数有小幅下降，在“及格”档的学生人数明显减少。不过“不及格”的人数却有所增加，这3名学生在课堂上表现较差，自主学习能力较低，且没有进行课前学习，翻转课堂参与度低。

表2 燃烧学翻转课堂与传统课堂学生成绩对比

以考试中类似的应用性题型相同难度考查的本轮翻转课堂教学模式作为翻转课堂教学内容的“三元系爆炸极限图”为例分析该教学模式的效果，见表3。从表3中可以发现，翻转课堂模式下该题的平均得分率没有明显变化，且由于表2中不及格的3位学生中有2位得了0分，导致平均得分率产生小幅度的下降(0.66%)。相较上一年度，该题得满分的学生数量明显增多，进一步验证了自主学习能力及参与度对翻转课堂教学模式下知识掌握度的影响，翻转课堂教学理念对那些积极进取、努力学习的孩子更有效。

表3 “三元系爆炸极限图”应用性题型得分率分析

从教师角度出发，实施翻转课堂对教师自身能力也有所提高，包括对课堂的全局把握能力以及对工程实际问题的抽象、提炼能力。作为翻转课堂的一线实践者，在这个过程中作者的教师专业素养不断提升，各翻转课堂知识点均需要制作服务本课程教学需求的微视频，翻转课堂则与学生的交流更加深度，虽然课前备课时间增加，但课后批改作业的时间相对减少，可以用于学生个性化、有意义的指导。传统课堂上，教师不得不补充一些某些学生已经掌握的知识，从而无法为课程本身留出充分的时间，翻转课堂中要充分考虑到学生的个体差异，这一点我们课程组还需要加强，防止出现不自主学习又不积极参与翻转的现象。

3 教学反馈问卷调查分析

为积累经验、开展教学反思，课题组设计15题(其中9道单选题、2道多选题、2道主观题、2道矩阵量表题)问卷，内容主要包括学生对翻转课堂教学方式认可度、与传统讲授教学方式对比、翻转自我评价、学生对老师评价等，通过“问卷星”向参与本次翻转课堂教学模式的学生发放了调查问卷，回收有效问卷57份。

图1所示课前学习情况的调查，92.98%的学生进行了课前学习，其中有77.36%采用微视频学习，而其他22.64%则采用其他途径进行课前学习；图2所示问卷调查结果发现只有50.88%的学生习惯于微视频学习，排在微视频学习之前的有“教材自学”(89.47%)和“课件学习”(87.72%)，这一现象在一定程度上佐证了当前“慕课”遇到的困境[13]，且与文献[14]得到的结论类似，翻转的关键不在于高科技媒介，而在于人的高层认知和高阶思维的形成。

图1 课前学习情况

表4中展示了翻转课堂教学模式中关于课堂讨论参与度、教学环节重要度及对课程内容选择教授方式的调查问卷结果：在课堂上学生积极(45.61%)、一般(49.12%)参与到讨论环节，并认为讨论是自己掌握知识的重要环节(61.40%)，但还是有3名学生选择不参与讨论或抵触讨论环节，可能是由于没有完成自主学习阶段任务，跟不上课堂教学进度，进而对讨论产生抵触。学生对翻转课堂教学模式环节重要度为：课前学习(87.72%)>课堂讨论(61.40%)>微视频自学(42.11%)>习题作业(33.33%)。翻转课堂强调学生的自主学习，而自主学习的途径有很多，而通过观看微视频是其中较为重要的一种，这与上文的问卷结果类似。

图2 课前学习习惯采用的学习途径

表4 翻转课堂教学模式中关于课堂讨论参与度等的问卷统计

表5和表6分别是学生对《燃烧学》翻转课堂教学模式下自我评价和教师表现的打分情况：由于学生均是第一次参与到翻转课堂的教学模式中，自我评价较低，但配合度分较高(4分：22人(38.60%)，5分：22人(38.60%))，大部分学生也非常希望通过积极参与到翻转课堂学习中提高自己的知识应用等能力；学生们对参与此次翻转课堂教学模式的教师打分较高，说明课程组准备微视频等素材工作得到大部分学生认可。翻转课堂中学生可以按照自己的学习节奏来进行[9]，制作的教学视频一直在网站上，但由于大学课程不是自由学习，是有一定时限的，且本轮授课是部分内容进行翻转课堂教学，课前自主学习会增加学生的课后任务量，这也一定程度上增加了教学难度，学生们如何合理利用课后时间也是一个必然要注意的问题。

从表5中还可以发现，学生认为“作业及习题完成情况”这一传统教学模式下的重要环节完成较好，说明对传统教学课堂学习—课后作业模式比较适应，翻转课堂的教学模式还没有完全适应。

从表6中还可以发现，学生认为教师的表现较好，但相对来说对课上节奏把控、课上讨论质量、课堂氛围这三项分数较低，这几项均属于“课中”范畴，且翻转课堂上对教师的要求更高，由于作者是第一次采用翻转课堂教学模式，在课堂氛围、讨论质量及节奏把控方面还需要完善。因此在以后开展翻转课堂或传统教学时，还需对师生交流、生生交流及课堂节奏等课堂管理能力进行针对性强化，补全“课中”这方面的不足。

表5 学生在翻转课堂上的表现自我打分

表6 学生对翻转课堂上的教师表现打分

4 结论

翻转课堂教学模式探索性应用于安全工程专业课《燃烧学》的教学，通过本轮部分知识点的选择性应用，取得较好成果及反馈，说明工科专业课程也适合开展翻转课堂教学模式。

学生在翻转课堂上差异化需求更加显现，自主学习能力强及参与度高的学生获得较好反馈，知识点掌握更为牢固，期末考评中优秀率增幅较大。翻转课堂有利于培养学生的自主学习能力，更新教师教学理念、提高课堂管理能力。翻转课堂中课前学习是关键环节，微视频自学是重要但并不是必须的，实施过程中需充分考虑学生的个体差异，课程组需加强师生沟通，鼓励讨论，同时防止出现不自主学习又不参与翻转的现象。