基于MOOC的“传感器与检测技术”翻转课堂应用

引 言

翻转课堂是对传统教学结构和教学流程的彻底颠覆，以学生为主体，教师为主导 ，学生课外完成知识学习，课堂变成师生、生生互动的场所，包括知识运用、拓展衍生等，从而达到更好的教学效果。

应用型高校为适应现代社会经济发展方式的转变，健全人才培养机制，要不断深入教育体制改革[1-5]，促进大学生社会适应能力的提升。其中，为更好地满足学生的差异化需求， 使学生更加积极、主动地参与到学习中，已成为课堂主体。课堂改革从开放课件到开放教育资源，再由微课到翻转课堂的过程，经历了一系列教学模式的转变，最终使得翻转课堂成为开放式教育不断优化后的产物，也成为众多专家学者研究的重点。

吴忠良[6] 等人基于网络学习的翻转课堂对课程进行改革， 其中网络学习空间以e-Learning2.0理念为指导，将学习的控制权完全交给学生，使学习空间灵活化 ；牛彩雯 [7] 等人将翻转课堂应用到 传感器与检测技术 实验教学中，本着 学中做，做中学，以学生为主体 的原则，采用项目式教学，让学生真正融入到学习、实践中；卢美英将翻转课堂应用到 传感与检测技术 课程中[8]，通过改变学习主体来实现个性化教学，但文献 [6-8] 的教学模式对于那些自制力不强的学生而言，课前准备这一环节可能不会产生令人满意的效果。

基于以上讨论，本文进一步对翻转课堂教学模式的改革问题进行研究。首先，为避免学生因课前准备环节基础差或自制力差导致自学效果差等情况出现，在原有 60 课时的教学过程中，选择 8～10个课时的课程作为自学内容。为了不影响整体学习进度，并保证学生课下自学的效果，将慕课（Massive OpenOnlineCourses，MOOC）平台相关课程资源应用其中， 并使其成为学生课下自学最好的辅助工具，这样即便还有基础差或自制力差的学生未能完成自学任务，也能通过课堂讨论或授课及时补充。

1 教学环节的设计

1.1 翻转课堂课前准备环节

翻转课堂利用课下学生完成自学，课上进行思考、讨论的方式，可有效激发学生的自学兴趣和反思自觉性[9,10]。 传感器与检测技术 课程是在机械电子类专业课程体系中占有重要地位的一门专业基础课，内容抽象、实践性强、学习难度大， 且进行的实验大多为验证型实验，不利于学生的创新思维培养。多个MOOC 教学数据统计表明，总有一部分学生因自制力差，无法有计划地完成知识点的自学，而翻转课堂针对的是全体学生。

因此，为使学生取得更好的学习效果，设计该课程的翻转课堂教学的第一个原则为：学生自学内容所占比例不能过高。本课程课堂教学总课时为60，其中供学生自学的课时为8～10，其余课时安排师生、生生讨论及项目合作。采用占较少比例的自学课时，即使部分学生因自制力差未能按计划完成自学任务， 也可通过课堂授课和讨论环节查漏补缺，从而避免对整个学习进度产生较大影响。

其次，对于自学章节的选择，若选择理论性较强或知识点涵盖范围大的章节，对理论基础弱的学生而言，自学难度大。为提高学生的自学效率，教学设计需遵循的第二个原则为：学生自学章节所选的内容应简单、易学，相关知识容易获取。

基于以上原则，从该课程的5个单元内，选取应变式力传感器红外辐射式温度传感器等知识点，结合该内容所涉及的实验项目电子秤的设计红外报警器的设计等， 理论结合实际，遵循学生为主、教师为辅学中做、做中学 的原则来提高教学效率。同时，学生可借助MOOC平台上相同课程优课视频中的知识讲解和案例演示，来保证更好的自学效果。

1.2 翻转课堂课堂讨论与项目设计环节

翻转课堂又称 颠倒课堂 ，目的在于激发学生的思考能力。为使全部学生都能够参与进来，加强动脑、动口及动手能力，在设计课堂讨论环节过程中，所讲内容必须来源于生活中学生容易理解且感兴趣的例子，这样才能激发他们自学的热情，并通过动手实践来互补知识点，活学活用，融会贯通。

因此，该课程的翻转课堂讨论和项目设计遵循以下两项原则：

(1) 所选案例简单、熟悉，学生感兴趣 ；

(2) 知识点浅入深出，结合MOOC平台视频讲解+ 案例操作来激发学生的学习热情。

1.2.1 知识点的引入

在 应变式力传感器 教学中，采用电子秤称重原理作为课程的切入点来吸引学生兴趣，且其工作原理相对易于理解， 能够寓教于乐。对于教学资料的设计，由教师制作 电子称称重工作原理 的课下资料，分析测量电路的设计问题，与本节内容 应变式力传感器的工作原理、结构形式 相关联，并结合《传感器原理与检测技术》课程教学改革实践探索 [11] 与MOOC 平台上的案例分析设计理念及视频讲解，引申到机电专业学生感兴趣且有一定专业基础的知识点，如机床故障测量及荷重问题等，这些资料由学生自学。

1.2.2 知识点的循序渐进、浅入深出

从 红外传感器 的内容开始，首先使用 红外报警器的设计 这个学生比较了解的内容作为第二个讨论切入点，然后循序渐进，逐步加大难度到 红外报警器的设计 + 温湿度检测 。学生可结合自己感兴趣的检测范围进行设计，在兴趣的基础上体验知识改变视野、改变生活的作用。

课堂讨论环节由教师选择工作原理、电路设计等一些问题，采用小组讨论 + 自由发言的形式进行。首先，教师规划出与学生自学的项目设计和MOOC平台中的案例讲解演示相关问题和知识点，点燃学生展开自由讨论的热情和发言的兴趣； 然后，教师可陆续从类似传感器设计问题中提取 3～4个相关问题，循序渐进地在前几章找出适宜深入课堂讨论的知识点，使得相关讨论贯穿整个课程；最后，教师提出方向，并抽出相对完整的 1～2个课时，由学生规划设计内容，包含方向选择、检测目标、方法等，他们可自由分组讨论来总结出较合理的方案并制作，既能启发思维，锻炼严谨的态度，还能培养合作意识，使他们学以致用。

1.2.3 翻转课堂的课后总结环节

由教师布置作业，学生提出在项目设计及制作过程中遇到的难题，共同讨论应如何解决，并深入设计过程拓展研究， 查找相关资料，师生共同总结讨论。

教师在设计拓展作业环节时，应结合以下几方面因素：

根据学生课前准备、课堂讨论及设计制作完成情况来布置拓展作业的扩展程度；

以各组设计的项目为中心展开研究；

学生主要采用MOOC在线网络平台的课程讨论区及QQ群来反馈学习中遇到的难题，通过论坛寻求解答，这样不仅教师可实时掌握学生的学习情况，学生自己也可根据已有的记录对问题进行深入的讨论探索。

教学环节设计如图 1 所示（以 红外报警器设计 为例）。

2 实践效果分析

本次翻转课堂以 16 级大专机电 2 班 45 名学生作为实验对象，所占课时为总学时的 1/6，即 10 学时，教学进行过程中将学生分为 5 个小组参与讨论、设计及制作，且期间无人请假。

课堂环节统计数据显示：教学进行过程中有 30 名学生与教师进行交流，占全班人数的 67% ；对于提出的问题，积极探讨的学生有 28 名，其中15 人回答正确。

在接下来进行的考试中，对所有班级学生的平均成绩进行分析，得到参与翻转课堂学习的 2 班学生平均成绩均高于其他未参加班级的平均分数，如图 2 所示。

图 2 16 级专科机电一体化专业 1 ～4 班平均成绩分布表

3 结 语

在教学设计过程中，MOOC 平台资源很好地支持了翻转课堂教学的开展，同时依据合理地设计自学进度来提高自学效率，为课堂讨论和项目设计制作打下了坚实基础 ；同时还 需遵循两点原则，即理论联系实践，将理论应用于实践，不断 在理论教学中进行探索；不断创新、完善翻转课堂的各个教 学环节。