基于翻转课堂的《噪声与振动控制》教学设计
苑春苗 陈洋洋 王泠峰 尚融雪
摘? 要：根据《噪声与振动控制》课程特点，结合该课程教学过程中发现的问题及翻转课堂核心理念，以教学模式变更、优化课程内容体系、评价项目及考核形式多样化为导向，对该课程进行了教学设计。以期能够促进学生掌握教学内容，增强自主学习能力、独立思考能力，提高学生培养质量。
关键词：噪声与振动控制;翻转课堂;教学模式设计;PBL
中图分类号：G642 文献标志码：A? ? ? ? ?文章编号：2096-000X（2021）11-0114-05
Abstract： According to the characteristics of "Noise and Vibration Control" course， combined with the problems found in the teaching project of the course and the core concept of flipped classroom， guided by the change of teaching mode， the optimization of the course content system， the evaluation project and the diversification of assessment forms， we has designed the characteristics of the course， in order to promote students' absorption and internalization of knowledge， enhance independent learning ability， independent thinking ability， and improve training quality.
Keywords： noise and vibration control; flip classroom; teaching model design; PBL
新工科建设提出了我国工程教育发展的新思维、新方式、新理念。新工科，“工科”是本质，“新”是取向，新工科提出的人才培养新要求需要新的教学方法，也需要新的教学形态[1]。在新工科建设的重中之重是新工科领域人才的培养，应从文化基础、自主发展、社会参与三个维度着力构造中国学生发展核心素养，故要以教学方式变革为引导着力培养学生的自主学习及独立思考能力[2-3]。与此同时，教育信息化的脚步也逐渐加快，高等教育教学模式也正经历着重大变革，即线上教育与传统教育融合冲击的教学模式的变革过程[4-5]，在教学模式变革过程中，教育工作者需要开拓新的教学方法[6]。
噪声危害是一个社会问题，涉及到生产生活的方方面面。噪声问题属于世界范围内三大环境问题之一，如果噪声问题得不到有效控制，会造成人员生理和心理损伤，影响工作顺利开展。振动往往产生噪声，不利于安全生产[7]。《噪声与振动控制》课程内容主要包括噪声控制的基本原理及量度方法、传播过程、危害及控制标准、控制措施等，是研究噪声产生、传播、危害及控制，为人们创造良好声学环境的一门科学，对于控制噪声污染，减轻噪声引起的职业病具有重要意义。为了更好地培养安全工程专业人才，使之能够解决噪声与振动问题等复杂安全问题，本文基于翻转课堂教学模式核心理念，对《噪声与振动控制》课程进行了教学设计。
一、翻转课堂教学模式
翻转课堂是指学生在课前自主学习教师对教学内容的讲解视频，课堂则变为师生之间和学生相互之间的交流探讨的场所，包括答疑解惑、合作探究等，从而促进提升课堂的教育效果[8]。2011年Gerstein最先构建了翻转课堂的教学模型，该模型包括四个阶段：体验学习阶段、概念探究阶段、意义建构阶段及展示应用阶段[9]。张金磊认为信息技术和活动学习是实行翻转课堂的两个必要因素，将翻转课堂的教学模式分为课前学习和课堂学习[10]。曾贞认为“反转”教学有三个关键步骤：观看视频前的学习，讨论并提出问题;观看视频时的学习，根据问题摸索答案;应用并解决问题的学习，深入问题进行探究[11]。
基于心理学的角度对翻转课堂的教学模式进行分析，该教学模式本质上是降低了认知负荷，更合理地分配学习者的认知资源，从而获得较好的学习效果[12]。另外，學生的学习过程可以分为两个部分：信息传递和吸收内化。翻转课堂把信息传递关口前移，能使学生把知识吸收内化，能突出学生的主体地位，强调学习主动性，把学生由浅到深地引向深度学习[13]。在翻转课堂教学模式中，知识传递是通过教师课前录制教学视频，学生观看学习该视频完成的，而知识内化是教师与学生在课堂上探讨学习完成的，所以翻转课堂与传统课堂在教学各环节均有所差异，具体如表1所示。
二、教学思考
（一）课程定位
东北大学参照工程教育专业认证的知识结构框架设置了数学自然科学类，人文社会科学类学科，基础教育类，专业教育类，实践类五个客群模块，而《噪声与振动控制》被定位为专业教育类。本课程特点是以学生生活中、工业生产中的现象或感兴趣的科学（或技术）问题为切入点，将基本声学理论与噪声在工业中的实际控制措施结合起来，以达到学以致用的目的，使学生在以后的工作中能够进行噪声方面的安全管理、环境管理，进行噪声职业危害的辨识、评价与控制。
《噪声与振动控制》是安全工程专业的核心课程，是安全工程技术的重要组成部分。《噪声与振动控制》是声学理论在工程科学中的应用，涉及环境、电子、材料、力学、高等数学等多个领域知识。具有内容多、理论性强、难度高、应用性强的特点。课程学习目标为使学生能够应用基础学科内容和专业知识解决噪声与振动等复杂安全工程问题以及对问题进行建模与求解;能够利用噪声原理等自然科学知识进行复杂工程问题的识别和分析;能够利用噪声原理等自然科学知识对复杂安全问题进行合理的分析，拿出最优的问题解决方案。
（二）教学中的问题
通过对学生学习过程进行调查结合笔者多年来讲授《噪声与振动控制》课程的授课经验，总结出该课程在传统课堂的教学过程中主要存在如下问题：
1. 教学过程中集中于讲解知识信息，而往往忽略了学生对于知识的吸收内化情况。《噪声与振动控制》课程教学内容分为七个章节，教学任务较重，同时由于课时少，在有限的课堂教学中，教师往往把主要精力集中于传递知识信息，难以兼顾学生对知识的掌握及内化情况。
2. 传统教学的课堂采取群體教学方式，不能突出因材施教。在群体教学下，教师按照大纲要求按部就班地传授知识，重视学生的理性认识，而较少考虑其感性认识。
3. 传统课堂教学为了充分利用课堂时间，往往缺乏教学引导环节，重结果轻过程，无法锻炼学生独立思考能力。不符合“新工科”背景下以培养创新型人才的教学要求。
三、教学设计
为了改变《噪声与振动控制》以往教学过程中存在的问题，根据新工科背景下学生核心素养的具体要求，本教学团队积极探索以改变教学模式为导向的东北大学安全工程专业《噪声与振动控制》课程教学方法的改进。依照《噪声与振动控制》课程的基本特点，以教学模式变更、学生学习方式变化、优化课程内容体系、评价项目及考核形式多样化为着力点，参照翻转课堂的核心理念，对该课程进行教学设计。
（一）教学模式变更
基于翻转课堂的核心理念及系统化教学设计理论，在有关学者关于翻转课堂模式设计的基础上，笔者结合自身对该课程的教学经验，对《噪声与振动控制》课程的教学模式进行了全新设计，将教学活动分为课前设计阶段、课堂设计阶段两个阶段。该模式能够启发学生思维，引导学生针对课程中的问题进行探究，重视学生对课程知识内容的主观体验与吸收内化，能够满足学生的个性化需求，有利于提升学生培养质量。
1. 课前设计阶段
通过教师课前录制教学视频全面讲解课程基本知识，学生根据自身的时间规划，在线下课堂开始前个性化地选择学习时间。在制作教学视频时，为了满足教学目标及学生的学习状况，教师要综合考虑《噪声与振动控制》课程的教学大纲要求、教学视频的观感体验、教学视频的时间长度等因素，使得课程知识的讲解视频既能够满足课程大纲要求，也能够兼顾学生的学习能力等具体情况。学生应在学习视频课程完成后，总结并在线上讨论区提交关于学习内容的收获与疑惑，方便教师把握学生的学习情况，也能够在课前学生自行讨论疑惑之处，提升课程学习效率。
2. 课堂设计阶段
通过视频教学将信息传递关口前移，最大限度地增加线下课堂时间，教师与同学一起在课堂共同探究，能够使学生能较好地把知识吸收内化，课堂的教学设计应包括如下要素：确定问题、合作探究、成果交流、总结反馈等。教师从学生提出的疑惑或问题以及教师准备的探究问题中，选出若干有价值的问题;学生分为若干小组，选择解决某一问题。在此过程中，按照问题的难易程度，老师可把较难的问题划分为若干子问题，同时教师也应引导同学展开探究过程;学生完成合作探索之后，进行汇报交流;教师应对课堂学习内容进行总结，并对同学们普遍反映的问题进行集中解答，指出学习的重难点内容，梳理学习内容之间的内在关联，引导同学们进行课后复习。
（二）优化课程内容体系
《噪声与振动控制》课程采用由东北大学出版社出版的《噪声控制原理与技术》，其主要包括噪声控制的基本原理及量度方法、传播过程、危害及控制标准、控制措施等内容。在教学活动过程中，可通过编制思维导图的形式，明确各章节内容的联系及学习的重难点，教师在录制视频讲解课程有关知识等内容时，应合理地分配章节内容讲解时间。同时针对噪声原理等理论知识模块，应根据该内容对具体应用过程中的作用进行取舍，舍弃难度较大且对实际应用及课程内容体系的理解帮助较小的内容，通过对教学内容进行优化设计，可以降低学生学习该课程的难度。同时，新工科建设要求人才培养回归工程实践本质[14]，在课程内容设置方面应增加实践环节，以实际应用为导向，使学生更易将理论联系到具体生产生活的实践之中，以期符合新工科下人才培养的新要求。
优化课程内容体系应以使学生能够达到下列具体要求为导向：
（1）掌握噪声的基本概念与术语、产生原理、传播过程（大气及室内）、量度危害及标准、隔声、吸声等各方面的基本内容;（2）掌握隔声、吸声设计及设计过程中应注意的问题;（3）能够解释生活中常见的声学现象;（4）掌握噪声控制的基本原理、方法及控制流程。
（三）学生学习方式
《噪声与振动控制》作为一门安全工程专业的专业必修课，对于该门课程的学习，学生必须要认真阅读大纲和参考教材，在课前认真观看学习视频，并记录教学内容学习过程中遇到的问题，以便在课堂中共同探讨研究，对于课堂中的小组探讨问题应积极参与，独立提出自己的观点，并与小组团队协作探究问题。同时以大纲规定的考核目标为依据，全面系统的掌握教材课本的基本原理、基本概念以及基本方法，也应该能够了解到各章学习内容之间的不同，与密切的内在联系。应把系统学习和重点深入掌握相结合，在全面系统学习的基础上对重点章节进行深入的学习，掌握基本概念基本原理基本方法，以便能更好地把握本课程的全部内容。与此同时，同学在学习过程中要注意循序渐进，由浅入深，逐步提高。虽然课程内容的讲解视频是教师在课前录制完成的，但学生在课前学习过程中，不能将学习时间集中在某一天、某一周或某一个时间段，要将学习时间分散开来，以便能够更深入的掌握噪声振动控制的具体知识。在掌握了噪声振动控制的基本概念，基本原理，基本技术和基本方法之后，同学们一定要重视理论联系实际，重视将学到的理论应用于实际，一定要提高自己分析问题解决问题的能力，以便于在以后的工作中能够更好地应用自己所学的知识。
（四）评价项目及考核形式多样化
为了公正、合理地评判学生的学习过程，《噪声与振动控制》课程采取多主体、多项目评价方法。评价项目包括过程评价（60%）及考核评价（40%）;过程评价包括课前学习情况占20%、课堂表现占30%、小组任务完成情况占10%。过程评价由教师、组员及学生自身三方面共同评价，取综合得分为过程评价得分，各评价主体应秉持客观公正的态度进行过程评价。
《噪声与振动控制》课程考核评价方法采取过程考核和期末考核相結合的考核方法。为培养安全工程复合型人才，在《噪声控制原理与技术》课程的过程考核中，建立多维度的考核方式，提高学生综合能力。比如，第六章（吸声）的学习，以及第七章（隔声）的学习，可以布置一个简单的吸声设计或隔声设计任务作为作业，考查学生的应用能力，根据任务的难度和工程量，分配个人任务或小组任务，个人任务能锻炼独立思考能力，小组任务能培养协作交流能力;在学习第三章（噪声的量度、危害及标准）时，可以安排学生查阅相关文献，了解噪声控制技术在安全领域方面的应用，工业生产环境是如何量度噪声、减小或避免危害、适应标准的。通过过程考核，可以全方位、多层次的培养学生能力。
《噪声与振动控制》课程的考核评价主要通过期末考核的形式进行。该课程期末考核根据教学大纲分析，按照各知识对于学生掌握要求的不同，确定相应的题型及考核方式。试卷对能力层次的要求结构合理，参考课程特点，期末考核中理解占20%，掌握占30%，重点掌握占50%。
四、结束语
新工科背景下对学生核心素养提出的新要求、新能力。本文基于翻转课堂核心理念，通过以教学模式变更、优化课程内容体系、评价项目及考核形式多样化为导向，对东北大学安全工程专业《噪声与振动控制》课程的教学模式进行了设计，即以课前学习和课堂探究相结合的教学模式;同时对该课程内容优化，对教学内容进行了取舍，使之符合安全工程专业人才的培养要求;对该课程规定了评价及考核形式，使得评价体系能够全方位、多角度地评价学生的学习过程及掌握情况。通过对《噪声与振动控制》课程进行教学设计，我们以期能够解决该课程以往教学过程中发现的问题，提升学生培养质量及学生科学文化素养，使之能够满足新工科背景下对人才能力的要求。
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