基于“翻转课堂的地球物理仪器课程教学改革探索与研究.docx

摘要：地球物理仪器是地质院校仪器类专业的特色课程。本文分析了当前课程教学存在的问题，并将“翻转课堂”方法结合到地球物理仪器教学中，使学生在课下通过视频学习教学内容，在课上进行专题讨论与开放式研究，发挥学生主观能动性，使学生更好地掌握地球物理仪器分析、应用及研发的方法。通过学院范围内的试验，该方法不仅弥补传统课堂的不足，而且丰富了地球物理仪器课程的教学，有效培养了学生的创新能力和综合素质。关键词：高等学校教育改革；翻转课堂；地球物理仪器；测控技术与仪器一、引言針对以观测为主的地球物理勘探学科，高精度、高分辨率的仪器装备[1]在数据采集、信号传输以及处理中发挥着重要作用[2]。作为以“核地学”为特色方向的东华理工大学[3]在2022年开设了特色专业课程“地球物理仪器”。该课程以地球物理勘探方法为理论基础，结合电子、机械、计算机和互联网等交叉学科核心内容，使学生系统掌握地球物理仪器分析、应用和研发的方法与技术。经过近10年的发展，传统的教学方式受到新的冲击，体现在：1.教学内容以经典方法为主，涉及的新方法新技术较少，无法紧跟学科前沿发展。2.仪器装备本质上是多学科综合应用的结果，目前教学中受限于课堂时间和教师学科背景等因素，无法覆盖仪器仪表类的各门专业课程，对于仪器整体性认知较低。3.地球物理仪器普遍体积庞大，质量巨大，价格昂贵，且实验区域多在野外荒芜地区，对于学校教学性质的实验课程存在较大困难。4.教学过程中以教师教授为主，缺乏互动与交流，学生参与度不高，不能很好融入课堂主动学习。综上问题，本文提出基于“翻转课堂”的地球物理仪器课程教学改革方法。将理论知识在课下以视频教学方式完成，而在课上通过专题探索、小组讨论等方式进行开放式学习，不仅弥补了传统课堂教学方法存在的问题，而且使地球物理仪器课程的教学更加丰富，培养了学生分析问题、解决问题的综合能力。二、“翻转课堂”教学模式涵义“翻转课堂”是近年国内外教学改革研究的热点[4]，其核心思想是将课上与课下时进行“翻转”，即将课程内容以视频等多媒体形式呈现，使学生在课下（“线上”）自主规划学习时间、地点，而且根据自己的特点选择适合的学习节奏和吸收知识的方式，这对于学生掌握课程内容来说意义重大，可弥补传统课程存在的诸多不足。而在课上（“线下”）改变过去以教师为主的枯燥讲述，而针对所学知识内容进行外延，以专题探索、小组讨论、创新研究等启发式教学等活动为主，使学生自主参与到感兴趣的话题中，真正成为课堂主人，培养自己的研究能力和创造精神[5]。“翻转课堂”利用现代信息技术将传统课堂课上和课下时间与内容都进行了翻转，其主旨是使学生从传统课堂中的被动学习者、接受者转化为自主学习者，变成课堂的主人，最大化的拓展自己的综合能力[6]。21世纪以来，伴随信息技术的崛起，“翻转课堂”教学方法在西方教育界开始兴起。2000年，在迈阿密大学的“经济入门课”课程中提出利用网络让学生在实验室或家中观看视频学习，然后在课堂上以小组讨论或协作的方式完成作业[7]。2001年，麻省理工学院的“开放课件”项目利用网络在线发布课程，提供学生学习与讨论，使得教学资源在线共享方式得以有效实现[5]。2022年，萨尔曼·可汗建立了“可汗学院”网站，进一步拓展了在线教学的应用[8]。从2022年起，美国多所大学进行了“翻转课堂”教学的实验性实践[9]。我国关于“翻转课堂”的研究和应用处于起步阶段，2022年之后，国内多所高校进行了相关实验尝试[10]。清华大学通过“学堂在线”开展了《C++程序设计》等课程的翻转课堂教学模式实验，并取得了显著效果[11]。中国矿业大学等地质院校相继开展了地学类课程的“翻转课堂”教学方法研究[12]。调研可知，“翻转课堂”教学方法可以有效弥补我校地球物理仪器课程的现存问题。因此，伴随信息技术和无线通信的发展，同时应对新形势下教学改革和人才培养需求，针对“翻转课堂”在地球物理仪器课程中的研究具有重要意义。三、基于“翻转课堂”的地球物理仪器课程构建方案目前，关于翻转课堂的认知和方法各有不同，实施效果也各有差异，但归纳起来，主要因素包括四个方面，即“高度专业的教师”，“灵活自由的环境”，“学习文化的转变”和“精心策划的内容”。结合我校学生的特点和地球物理仪器课程的教学目标，提出了如图1所示的课程改革实施方案，其中虚线框内为翻转课堂的实施主体。1.教学内容设计地球物理仪器课程综合了多门学科主干内容，因此，教师首先要在思想上进行转变，不再只是孤立的注重仪器电路系统，而忽视了作为仪器大系统的整体性。其次针对教学内容进行扩展，强化仪器仪表类学科主干课程，如电路分析、信号与系统、嵌入式系统和自动控制原理等。在此基础上，课程内容必须保持前沿性、先进性和国际性，使学生在本科阶段就能够接触到本学科国际领先的方法技术，为未来发展提