郭启龙,魏相君,曹万智,王 璟,王秀芳

(西北民族大学 土木工程学院，甘肃 兰州 730030)

0 前言

工程教育专业认证对教学和培养专业人才提出了更高的要求，学生需要具备扎实的专业基础知识，较强的实践能力和处理复杂工程问题的能力,课程教学主要考查学生所学到的知识以及掌握应用能力.因此，传统教学以“教”为主导的教学模式已不适应现代教育对人才的要求，要逐渐转变为以“学”为主导，将教师“讲授了什么”转变为学生“学到了什么”.因此，为了调动学生的学习兴趣和热情，提高学生的学习效率，要改进教学方法，培养学生对专业知识的学习兴趣，使教学内容、教学模式跟上时代的步伐，让学生掌握基本理论、原理的同时，能够运用理论知识分析、解决复杂工程问题.

《无机非金属材料工学》是无机非金属材料工程专业的核心课程，主要以介绍各类无机非金属材料生产原料和燃料、生产过程原理、生产工艺、设备及材料性质等为主，知识体系庞杂，课程内容极为丰富、繁多，实践性强[1-3].传统教学往往存在教师难讲、学生难理解、课堂教学效果差等问题.为达到令人满意的教学效果，对《无机非金属材料工学》课程进行能够促进教学互动、激发学生主动性的教学改革.

1 无机非金属材料工学课程的教学现状

1.1 课堂授课形式相对单一，学生普遍反映该课程非常难学

传统教学理念以“教”为主体，教师往往只是把知识一味地灌输给学生，采用的教学方法、教学手段相对单一，大部分时间都是老师在讲台上讲解知识，造成学生在课堂上注意力不集中，提不起兴趣，出现玩手机、睡觉等现象.此外，该课程本身信息量大、综合性强，基本概念、生产工艺、结构特征、性能特点较多.此外，该课程联系工程实际情况较多，很多工艺过程、工业设备、仪表等学生从未见过，很难记住，仅仅是感性认识.

1.2 学生真正“学”到的知识有限，理论与实践联系较少

当前《无机非金属材料工学》的课堂教学模式主要是理论知识的讲授，与实践结合不多，导致学生在学习的过程中感觉很多内容难以理解，无法调动学生的积极性和主动性，导致课堂教学效果较差.其次，很多同学“学”到的知识只限于应付考试，大部分学生平时不复习，仅仅在考试前复习老师划的重点内容，甚至有些学生临考试前突击复习，考完试后基本都忘记了.传统课堂教学中，教师往往容易忽视对学生解决复杂工程问题能力的培养，比如，大三上学期学的《无机非金属材料工学》，大三下学期的生产实习时，学生到生产现场后感觉眼花缭乱，甚至一无所知，涉及到无机非金属材料的生产工艺、设备、材料配比、性能等方面的专业知识，学生反映知道、学过，但是具体是什么内容，如何运用不会，具体内容也说不上来.

1.3 学生生源质量差异大，学习兴趣和主动性不强

我校该专业的学生有一半以上来自于少数民族地区，少数民族学生比例高，并且农村生源比例高，学生入学成绩差异大，学习状态不稳定.此外，学生普遍缺乏刻苦钻研、严于律己的精神，学习主动性差，自身定位不明确，容易受周围环境的影响.传统教学模式学生是被动的学习，课堂教学缺乏趣味性，容易形成沉闷的课堂气氛，导致学生的主动性和积极性都比较差.

1.4 考核方式单一，培养学生解决复杂工程问题的能力不足

目前，我校无机非金属材料工学课程采用“期末考试+期中测试+平时成绩”的考核方式.其中期末考试占60%，采取闭卷考试方式，期末试卷的内容大多都是课本上的理论知识，培养学生解决复杂工程问题方面的题目较少.期中测试占20%，采取开卷考试方式，也基本上都是课本上的理论知识，虽然涉及到实际工程问题的题目，但大部分学生仍不去思考和分析，尽抄书本上的内容.平时成绩占20%，老师根据学生的课堂表现、出勤及作业完成情况给出平时成绩.传统教学模式下，不存在互动教学，学生的平时成绩往往只是通过考勤、课堂表现及作业来评判，这种“大锅饭”式的评价模式致使大多数学生“闭着眼睛”抄袭作业，无法准确反映出学生平时真实的个体学习状态，严重影响了学生自主学习的积极性，不利于学生独立思维能力的拓展以及创新能力的培养.

针对以上问题，为了提高《无机非金属材料工学》课程的教学效果，基于OBE理念，引入“翻转课堂”教学模式，将学生变为课堂的主体，以学生“学”为主体，进行互动式、翻转式的教学改革，培养学生解决复杂工程问题的能力.

2 无机非金属材料工学翻转课堂的教学模式

2.1 课程内容的设计

翻转课堂打破了传统以“教”为主导的教学模式，转变为以“学”为主导，调动了学生的学习兴趣和积极性，学生参与课堂的意愿更强，这种新型教学模式已成为我国的主流教育模式[4-6].无机非金属材料工学课程内容广泛、综合性强、知识系统、实践性强及多学科知识融合等特点，若在教学过程中从头至尾进行翻转课堂，可能学生对知识点归纳、理解和应用就有一定难度，尤其是学生的工程实践经验欠缺，对具体生产设备、工作条件和工艺流程等实践性强的内容很难理解，因此，对该课程的教学应采用传统教学模式和翻转课堂相结合的形式.实施翻转课堂时对传统的教学内容及学时分配做全新的设计，使学生能掌握该章节中的一些基本概念，有了一定的基础后，结合具体的工程实践问题设置翻转课程的教学内容.如第2章涉及的无机非金属材料工艺中原料制备、工艺设计、设备选择、质量监控等，第6章中涉及的陶瓷注浆成型、可塑成型以及压制成型，第9章中涉及的环境保护及治理，第10章、12章和13章中涉及的水泥、陶瓷和玻璃生产工艺流程及存在的问题，第11章中涉及的混凝土质量控制、新型混凝土等课程内容.此外，通过查阅相关文献资料以及开展科学研究，广泛吸收和增加最新研究成果，如玻璃生产中热工设备的自动控制与管理，新型热工设备和热处理工艺，纯氧燃烧技术对玻璃产品产量的影响，建筑工程中常见的质量问题等.

2.2 课前准备阶段

在每次教学开始时都组织学生成立学习小组，小组成员的分配采取自愿组合原则，一般4～6人为一组，小组学习由组长负责，主要负责组内人员学习、分工、协调和资料汇总等.每组根据选定的题目进行各自的工作，学生各自领取组里的任务，有查找文献、文献归纳总结、制作 PPT、上台讲解等不同的任务.在教师规定的时间内完成所有的包括搜集、整理、设计、分析和讲解内容等，然后将学习成果进行集体讨论，加深对知识点的理解，最后由组长进行汇总，制作汇报材料，至此完成初步的学习.

在实施“翻转课堂”过程中发现，由于学生之前未参与此类训练，再加上对题目的理解不全面、不系统，则在查阅文献资料、自主学习、汇总资料、制作PPT等过程中存在或多或少的问题，因此，课前的辅导尤为重要，这也是翻转课堂教学活动能否有效开展的重要环节.教师利用网络平台(QQ、微信等)和课外时间给予必要的辅导，包括：思路是否清晰，内容是否得当，汇总的格式是否合格等问题.例如，讲解水泥生产工艺流程时，小组成员进行分工，大致上分为几个部分：原材料处理阶段(原料选择、破碎、粉磨、输送、均化、配料等)；煅烧部分(悬浮预热系统、分解炉、回转窑、冷却机等)；熟料粉磨部分(粉磨、配料、输送、包装等).学生带着问题查阅资料、观看相关视频，熟悉了水泥生产工艺流程，小组内进行讨论，加深对知识点的理解，最后汇总.由于学生并没有实践经验，整个过程仅仅停留在理论上，如生产设备的选择、工艺原理、设备型号、环境保护等方面存在的问题，这些问题都是和材料生产的实际应用密切相关，通过教师线上线下的辅导，不仅可以增强学生的学习积极性，还能让他们感觉枯燥的理论知识可以解决一些实际问题.

2.3 课堂活动的实施

翻转课堂的课堂活动与传统课堂以教师主讲为主导有很大不同，翻转课堂教学中教师只起着引导和辅助的作用，突出了学生在教学过程中的主体地位.为此整个课堂活动分三个步骤：第一步，学生自主学习成果展示.实施方法是通过抽签的方式确定一个学习小组上台讲解，上台讲解的小组推荐一名组员上台讲解，其他组员做后续的补充和组内点评.最后由教师和同学们对其所讲解的内容进行提问，在这个过程中，教师和学生可以针对一些问题进行交流探讨，从而加深学生对知识点的理解和掌握；第二步，知识点的总结及深化.讨论结束后教师根据讨论的情况进行归纳、总结，同时将学生未涉及到的知识点进行串讲，并引入最新科研成果、工程实践问题等相关内容，提高学生的学习兴趣，加强学生发现、分析、解决实际工程问题的能力.此外，根据学生对课程知识的实际掌握情况，对下一次课程的内容进行小的调整与重组，以利于达到更好的教学效果；第三步，讲解新的基本概念和原理时，布置新的自主学习的内容.

2.4 改革考核方式

为了确保翻转课堂的有效实施，我们对传统的课程考核体系进行改革，从多角度评价学生的学习情况，将传统的“期末考试+期中测试+平时成绩”考核方式，改为“期末考试+平时成绩”的考核方式，其中平时成绩占比为40%，加大平时成绩的比重，促进学生平时学习的主动性，也减轻了期末复习的负担.平时成绩的考核也不仅仅是“课堂表现+考勤+作业”，而将课堂讨论、互动等环节作为平时成绩的主要评价内容.课堂讨论、互动等形式采用以学习小组为单位设置典型工作任务、分析任务、调研报告、课堂演示的方式.课后作业不再单纯局限于对教材知识的重现与回顾，而是需要运用所学知识进行分析、计算.

为了巩固和加强学生对所学内容的理解和掌握，老师课后将每节课作业、测试题目、学习资料等上传雨课堂在线教育平台，通过测试结果、作业完成情况等及时掌握学生的学习情况，为教学提供反馈信息，不断改进教学方法.同时，也便于学生自我检查学习状态，对学习上有困难的学生进行谈话或通过学习小组进行帮助.在期末的闭卷考试中引入实际工程问题的试题和开放性试题，没有固定的标准答案，启发学生的创新思维和创造力，使学生摒弃考试前靠背书通过考核的想法，培养学生解决复杂工程问题的能力.

通过实行“多元化任务式”的课程考核评价方案，充分体现学生“个性化”兼顾“协作性”的学习状态，引导他们由过去的应试、记忆型学习向思考、研究、创新型学习转变，提升其知识应用技能，协助其挖掘自身潜力.

3 翻转课堂实施效果

为了验证本文所构建的翻转课堂教学模式的实际效果，无机非金属材料工学翻转课堂模式于2019年在2017级建材1、2班开展教学试点，对比2018年在2016级建材1、2班采用传统的课堂教学模式.在翻转课堂模式下，学生从过去被动的学习转变为积极主动的学习，大部分学生能够做到提前预习、查阅相关资料，能够积极主动的参与课堂讨论、抢答、互动等，充分发挥了学生的自主性.学生课堂出勤率、课堂表现、注意力集中程度及课程参与度优于传统课堂教学模式，学习兴趣、主动性及自主学习能力显著提高.

图1 2017级无机非金属材料工程1、2班翻转课堂教学学生期末成绩分布

图2 2016级无机非金属材料工程1、2班传统课堂教学学生期末成绩分布

对比两种教学模式下学生的期末成绩，如图1和图2所示，可以看出，采取翻转课堂教学模式的班级学生成绩总体较高，平均分为62.34分，及格率68.85%.而传统教学模式的班级学生平均分为56.34分，及格率为50.00%，比翻转课堂教学模式低18.85个百分点.对比两张成绩分析图可以看出，传统教学模式低分数段学生占比12.50%(40分以下)，这部分学生课前预习效果差，主动学习兴趣不高，课堂参与度不高，课后复习及考试前复习不足，最终导致期末成绩偏低.由此可见，由于教学模式的改变，有效提高了学生参与课堂学习、讨论、互动等环节，激发了学习热情和主动性，有利于班级整体成绩提升.

在“翻转”的过程中，形成了以学生为中心的课堂教学模式，课堂以问题为导向进行讲解和讨论，课外老师可以对学生进行网上辅导、答疑和交流互动，利用课余时间对互动小组单独辅导学习，进行答疑解惑，形成了良好的互动，改善了教师和学生之间的关系，学生有问题也愿意和老师交流，老师也可以及时了解学生的想法.比如，课外辅导过程中，老师通过聊天及时了解学生的学习状况及对课堂教学的建议等，从而使教学效果得到了明显提升.

4 结束语

通过对《无机非金属材料工学》课程实施翻转课堂教学，将传统教学以“教”为主导的教学模式转变为以“学”为主导，充分调动了学生的学习主动性，增强了学生的学习兴趣和热情，培养了学生自行分析问题和解决问题的能力，学生的学习效果也有了明显提升，取得了良好的教学效果.但也存在很多需要继续改进的问题，在以后的教学过程中还需要不断改进和提升.