基于微课和任务导向的翻转课堂在电气控制与PLC技术课程中的教学模式研究

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  摘要:针对目前传统的课堂教学模式存在的现状和诸多弊端,在“互联网+”的背景下,将翻转课堂教学模式应用于“电气控制与PLC技术”课程教学中,以微课技术和任务导向教学方法为支撑,通过课前、课内活动的翻转设计与衔接,以达到课前、课内活动一体化。课前通过微课支撑进行知识的预传递与构建、课内通过交流讨论、任务完成与成果交流、教师指导学习等环节完成知识内化。这种课前课后的翻转不仅能解决课程内容枯燥繁多与课时有限的弊端,又有利于学生自主学习、移动学习,大大提高学生自主学习能力和团队协作能力,从而提高课堂教学效果。
  关键词:翻转课堂;微课;任务导向;电气控制与PLC;教学模式
  一、背景
  随着信息技术在教育教学领域的深入应用,使得作为教学“第一现场”的传统课堂也面临着考验,必须改革传统课堂以迎接挑战,“翻转课堂”正是变革传统课堂的一个有效途径。目前,国内各大高职院校工科类专业仍普遍采用传统教学方式,这种教学方式授课内容统一,课堂教学强调知识的传授而忽略了实践能力的培养;注重课内教学,忽视课外学习;课堂教学以教师为中心,学生被动学习,忽视学生自主学习能力、团队协作能力、可持续发展能力的培养。尤其是电类相关专业的部分课程,如电气控制与PLC技术,课程内容多且课程章节知识连贯性强,理论与实践要求高,但又与高职学生普遍基础薄弱、知识水平参差不齐、注意力难以长时间集中等等相矛盾。因此常规的课堂教学过程导致大部分学生在课堂学习上处于跟不上或听不懂的状态,而学生对课后自学又无从下手,使得课程教学效果受到严重限制,教学质量无法提高。因此,打破传统课堂教学模式,以电气控制与PLC技术课程为例,研究翻转课堂在电类专业课堂教学中的应用,提高教学质量与效果,具有十分重要的意义与作用。
  二、微课与翻转课堂的特点
  “微课”的形成与发展离不开智能手机和移动互联网的普及和人们进行移动学习时和对“微内容”的需求。微课一般“是指以视频为主要载体记录教师围绕某个知识点或教学环节开展的简短、完整的教学活动”。微课视频内容简短、重点突出、知识点具体明确更容易让学习者接受并反复观看[2]。同时微课视频占用内存小,便于上传、下载,在手机、Ipad 等移动终端播放,便于学生利用碎片时间进行移动自主学习。因此,微课可以作为翻转课堂的一个重要组成部分,使学习不受时间与空间限制。
  翻转课堂起源于美国科罗拉多州林地公园高中的化学课,也被译为“颠倒课堂”[2],被称为影响课堂教学的重大技术变革,已成为全球教育界关注的教学模式。翻转课堂是利用现有信息技术手段,构建信息化教学环境,重新规划课前、课内学习,通过知识传授、知识内化的颠倒安排,实现传统教学中的师生角色的翻转,达到对传统课堂教学模式革新的目的。
  在翻转课堂中,学生需要在课前通过信息化手段观看微课视频或其他资料完成知识的预传递,带着对新知识预习理解的自信或者问题在课堂上通过与教师和同学之间的交流、分析、讨论、应用完成对新知识的内化。
  这种颠倒的学习方式,有助于打破学习地点、学习时间、学习进度的限制,让学生选择舒适的方式,利用碎片时间进行移动自主学习,同时也有利于学生根据自身基础水平,在观看学习视频过程中暂停、重复、回放等等操作更加有效地理解新知识。此外在课堂上将傳统的以教师为中心、学生被动学习的教学模式,转换为以学生为中心、教师作为推动者和促进者的教学模式,有助于学生积极自主学习、团队协作、自我解决问题等能力的培养。
  基于微课和任务导向的翻转课堂在PLC课程中的教学模式
  传统的课堂教学模式(图1)通过教师在课堂上统一传授知识点进行课内知识传递,在课堂结束时布置作业,让学生在课后完成任务和发现问题来完成知识的内化。这种教学模式在课内知识传递时由于上课时间、地点、进度都是统一的,导致部分学生因为知识基础水平的差异或者注意力不集中等因素听不懂或者跟不上,而课后自学又无从下手,使得课内知识传递效果大打折扣。此外课后的知识内化过程中若发现的问题又往往在后续课堂上得不到有效帮助与解决。而且传统的教学模式始终以教师为中心,学生处于被动学习状态,学习积极性不高,随着信息化手段的不断提升和新时代学生的特点,这种教学方式的弊端日益显现。
  根据翻转课堂的内涵,美国的Robert Talbert 教授构建了翻转课堂实施模型[2](图2),该模型简要地描述了翻转课堂实施过程中的重要环节。首先让学生在课前观看教学视频并进行针对性的课前练习以传递知识,然后在课堂上通过快速少量的测评和实际解决问题以促进知识内化,最后由教师和学生共同进行总结和反馈。
  在Robert Talbert 教授构建的翻转课堂模型基础上,笔者考虑综合微课和任务导向教学方式,构建出更加完善的翻转课堂教学模型(图3)。
  该教学模型主要由课前知识传递和课堂知识内化两部分组成。在这两个过程之中打破传统在课堂内传授知识的授课方式,将课堂知识点制作成微课视频内容,同时辅以其他优秀网络视频资源、配套的PPT、文档、针对性练习让学生在课前自主学习,并让学生在自学过程中记录所发现问题,及时在线与教师通过QQ、微信等方式进行交流沟通。教师可以通过课前沟通,提早汇总问题并罗列一些具有代表性的问题,也可以由学生小组在课堂上自主提问并讨论交流。随后通过学生团队协作完成任务与成果交流进一步内化和巩固知识。在整个课堂上,始终以学生为中心,教师作为推动者和促进者,给予及时指导和活动安排策划。
  三、课前知识传递
  在翻转课堂中,课前的知识传递一般由教师提供的教学视频、配套的PPT、文档、针对性练习等微课资源通过网络提供给学生自学,辅以学生完成一些针对性练习来完成[3]。
  1)微课资源构建
  教学视频可以由课程团队教师亲自录制或者使用网络上优秀的开放教育资源。由于课程团队教师亲自录制的视频能与授课进度和班级学情更加符合,因此课前的知识传递以自主录制视频为主,辅以网络上其他优秀视频资源、配套的PPT、文档、针对性练习等资源。   课程团队教师可以采用最为常用的计算机录屏、实拍等方式录制教学视频,将课程要传递的教学内容划分为较小的教学知识单元或知识点,录制时5~15分钟的微课资源提供给学生自主学习。为了更符合人类注意力集中黄金定律,建议微课视频的录制时间控制在10分钟以内,效果最佳。
  电气控制与PLC技术课程主要包含继电接触控制、PLC指令与编程、触摸屏组态设计三部分内容。其中继电接触控制部分中很多控制线路如起保停线路、正反转控制线路、Y-△控制线路等等可以多用实拍方式录制线路安装与调试过程,让学生清晰直观地了解安装与调试过程中的接线技巧与通电注意事项,便于学生后续的实地接线与操作,这些往往都是课堂教学中难以全面展示的;其中PLC指令与编程、触摸屏组态设计中的大部分内容可多采用录屏方式分析其编程思路、模拟调试、联机调试、组态设计步骤、组态调试过程等等。传统的授课方式由于课时紧张,所以功能指令的使用浅尝辄止,触摸屏组态设计的内容也只是介绍一下,无法深入学习。采用微课方式构建教学资源后,打破了往常的这些限制,传授的基础知识通过课前微课进行传递,使得课堂上有更充分的时间进行指令与触摸屏组态设计的应用练习,扩展了授课内容的广度与深度。
  此外教师在录制微课视频时,除了知识点传授以外,更要注意录制视频内容的深入浅出、视觉效果、互动性、趣味性等等,让学生有兴趣有毅力地观看视频,并能有效理解视频知识点。微课资源可通过班级QQ群、云盘共享等方式发布,随着校级在线课程平台的建立与完善,以及网络技术的飞速发展,后期可通过校级在线课程平台和微信公众号等方式发布。
  2)学生自主学习
  学生有完全的自主性选择学习地点、学习时间、学习内容、学习进度,以舒适的方式利用碎片时间进行移动自主学习,同时也可根据自身基础水平,在观看学习视频过程中若发现问题或没有跟上可随时暂停、重复、回放等等操作,便于学生更加有效地理解新知识。学生在观看微课视频时,应记录一些问题或者疑惑点,可通过QQ、微信、留言板等等通讯方式及时反馈给教师[4]。如何有效督促学生及时并观看完微课视频,是翻转课堂中需要研究的内容之一。课前的知识传递如果没有得到有效落实,那课堂上的知识内化也无从谈起,翻转课堂将无法“翻转”。由于高职院校的大部分学生存在学习惰性,所以课前和课堂上提供一些有效的自测题是非常有必要的。课前自测题用于检测学生记录问题或疑难点,课堂自测题可检查学生是否观看视频。随着学校在线课程的建立,可通过在线课程中的统计功能了解班级课前的预习情况。
  四、课堂知识内化
  课堂知识内化设计主要涉及课堂教学组织形式、课内学生分组讨论交流形式与内容、教师现场指导答疑方式以及课堂内任务的安排等内容构建与设置。
  1)班级分组
  根据班级学生成绩分布情况以及任课教师对班级学生几次课堂授课情况的了解,在课程前期可以将班级学生进行分组,每组成员2—4人为宜,包含学习主动性较强的学生与基础相对薄弱的学生,考虑到电气控制与PLC技术的强实践性以及课堂时间的有限性,为了能让每个学生都能在课堂上动起来,同时考虑学生的学习能动性需要慢慢调动,所以前期是以2人一组居多,个别3人一组。若后续任务工作量或难度加大,届时再对班级分组做适当调整。
  2)自测与讨论
  为了落实课前知识传递环节是否得到有效落实,并检测学生自学情况,教师可根据授课目标与任务在每次课堂上首先发放一些少量的针对性练习。
  在课堂自测结束后,可开展小组之间交流与讨论环节,这一环节主要围绕课前预习过程中学生的问题展开,可由一组学生提问,其他组学生回答;或者由教师根据课前各种通讯方式与学生交流汇总的问题进行提问,由各小组进行抢答等方式。这一环节的表现由教师统一计分并累计到小组成绩中。
  3)任务发布与指导
  在解决了课前知识传递过程中的重難点问题后,可在课堂上采用任务导向的教学方法,采用任务发布的形式,让各组学生独立完成。任务导向的教学方式将知识点细化到各个任务中,及时在课堂上将知识进一步内化巩固运用。这种“做中学”的教学方法既提高了理论知识的针对性,又增强了学生理论知识的实际运用能力,提高了学生学习兴趣,充分训练学生的分工协作、独立思考、分析问题、解决问题能力。在学生完成任务的过程中,教师可以巡回指导,也有更多的间给予学生一对一个性化指导,评价点拨,促进学生知识内化。
  在电气控制与PLC技术课程的程序设计与组态内容上,笔者着重挑选一些具有实用性和趣味性的项目,如简易自动售货机设计、密码锁程序、交通灯设计、自动洗车系统设计、抢答器设计、广告牌灯光控制、停车场车位控制、数码显示控制等等,这些项目在要求实现程序设计的同时,还要求完成相应的组态设计,即丰富了各团队工作量,又增加任务的趣味性。
  4)成果展示交流
  学生团队协作完成个人或者小组的任务后,需要在课堂上进行汇报、交流学习体验、分享成果。交流汇报的形式可多样化,如课堂展示、班级PK、小型比赛等等。如果课堂时间紧张,可采用简单的课堂展示形式,如果时间充裕,可单独腾出1小节完整课堂时间进行班级PK或者小型比赛。每次成果交流成绩由教师统一计分并累计到小组成绩,以此为据评出每周之星、每月之星或者学期之星,进行奖励,并计入学生的平时成绩。
  五、结束语
  基于微课和任务导向的翻转课堂在电气控制与PLC技术课程中的教学模式课前通过微课支撑进行知识的预传递与构建、课内通过交流讨论、任务完成与成果交流、教师指导学习等环节完成典型任务使得学生知识内化。这种课前课后的翻转不仅能解决课程内容枯燥繁多与课时有限的弊端,又有利于学生自主学习、移动学习,大大提高学生自主学习能力和团队协作能力,从而提高课堂教学效果。但是这种翻转模式相对于传统教学方式,不仅需要教师在课外付出更多时间和精力准备课前准备,也需要教师提高课堂的驾驭和指导能力,并丰富课堂教学方法和活动,此外更需要学生的课内外自主学习,才能真正达到良好效果。因此如何进一步发挥基于微课和任务导向的翻转课堂教学方法作用,仍需要教师的继续努力与深入探索实践。
  参考文献:
  [1]金鑫鑫,张道华,孟莉等.高校微课“图形图像处理”翻转课堂教学设计研究[J].韶关学院学报·自然科学,2015(4):78-82
  [2]宋朝霞,俞启定.基于翻转课堂的项目式教学模式研究[J].远程教育杂志,2014(1):96-104
  [3]刘红艳.翻转式课堂在PLC课程教学中的应用[J].教育教学论坛,2017(20):260-261
  [4]柯勇,蒋玲翻.转课堂在“现代电气控制技术”学中的应用研究[J].万鸾飞牡丹江大学学报,2017年(26):142-144
  作者简介:
  谢美芬(1982-),女,浙江瑞安人,温州科技职业学院信息技术学院电类优秀教师,讲师,主要从事电气控制与PLC技术、传感器与自动检测技术等课程的教学工作。
  课题项目:
  2015年度浙江省高等教育课堂教学改革项目(kg2015982)
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