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摘要：文章首先概述了试验设计课程教学和线上翻转课堂教学模式，然后以试验设计课程为例，提出了线上翻转课堂教学模式改革策略，包括教师学习资源准备、学生课前自主学习、课中讨论式互动答疑、课后作业评估。
关键词：翻转课堂；教学模式；试验设计课程
随着社会发展需求不断变化，高等教育领域面临着前所未有的挑战。对此，教师要选择合适的在线教学方法，将传统线下课堂教学的方式平移到线上，并确保该情况下学生的学习质量不打折扣。为了使学生的主动学习能力和合作学习能力能得到更好的提升，基于网络平台的线上翻转课堂教学得到了进一步研究和推广。
一、试验设计课程教学概述
（一）试验设计课程简介
试验设计课程是面向河北大学质量管理工程专业本科生开设的一门核心课程，主要的学习内容包括方差分析、非参数检验、主成分分析和因子分析等。试验设计是进行企业质量管理科学研究的必需工具，它与企业的生产实践联系紧密。作为具有实践意义的专业课程，试验设计课程不断地在基础理论研究与方法应用上得到丰富和发展。在食品企业生产质量管理的科学研究中，无论是生产工艺的不断创新，还是寻求优质、高效、低耗的方法，均要进行科学的统计方法计算。即试验设计的结果准确程度会对企业生产的质量和生产效率产生直接影响，所以作为质量管理工程专业的必修课，试验设计课程对学生将来的工作和学习都具有十分重要的作用。如何使用统计软件进行统计分析，掌握统计分析结果的解读和表达方法，对于试验设计课程的学习有着十分重要的作用。试验设计课程重点培养学生利用所学试验设计与多种质量统计分析方法解决工作中质量管理问题的能力，对于质量管理工程专业学生在其他专业的课程学习及开展毕业设计都具有很强的辅助作用，同时该能力在学生毕业后的质量统计、技术推广等工作中也可发挥十分重要的作用[1]。但是试验设计课程不同于传统教学课程，往往需要以实际操作和理论知识相结合的方式进行教学。在突发公共卫生事件背景下，线下教学的不确定性导致实验课程难以实施，大多数课程教学以教师为中心的方式开展，造成了学生学习效果下降的结果。故为了解决学生学习的效率问题，线上翻转课堂模式受到了教师的关注。翻转课堂教学模式下，教师需要开发一种新的教学模式来培养学生的自主学习能力，提升教学效果，以期在新的教学模式实施后，能重新激发学生的学习热情，将学习的核心从教师逐渐转移到学生身上，还要将统计软件的使用方法教给学生，使其能充分利用多媒体的便利，自主学习试验设计的各部分内容[2]，并且教师要通过对课堂成绩和期末考试成绩比重的优化，调整学生学习的重心，使教学方式由应试教育向素质教育转变。
（二）试验设计课程教学现状
传统的教学方式主要以粉笔板书式教学和多媒体展示教学为主，需要教师和学生进行集中式教学。而线上教学模式背景下，学生学习的主阵地从学校转移到家庭，课堂从线下转移到线上，这不仅是对学生自主学习能力的检验，也是对高校教师队伍教学水平的一次严峻考验。线上教学模式是一种以学生的异位散布式网络学习为主，教师应用直播软件在线授课，学生使用智能手机或电脑听课的教学方式[3]。这种授课方式的重点在于教师需要提前制作教学内容，充分利用MOOC和超星云平台等互联网资源，联系学生专业课程实际情况，制定合适的案例教学方案。在对线上课堂进行设计的过程中，教师既要考虑到网络教学工具的功能，又要兼顾学生的个体差异，这对于教师来说也是一种挑战与创新。线上授课由于硬件的限制，教学方式往往以教师讲授设计好的教学内容、学生被动接受讲授内容为主，教师难以实时掌握学生的学习情况和接受知识水平。尤其对于质量管理工程专业的大三学生来说，此时其正处于重要的专业课程学习阶段，需要根据自己的理解去分析试验设计实验的多种分析模型案例的类型，通过课堂所学知识探索解决案例问题的方法。因此，学生自身关于课程和知识的理解对于创新思维的培养和未来职业发展意义重大。另外，学生端的网络及硬件设备参差不齐。以试验设计课程为例，要求学生端具备所需的软件及运行环境，但学生往往难以在短时间完成软硬件的配套升级，导致正常的讲授式教学过程难以进行。因此，教师需要设计新型课堂模式来充分调动学生的学习积极性，降低由教学硬件不确定性引起的风险，促进学生学习成绩的提升。
二、线上翻转课堂教学模式概述
（一）线上翻转课堂内涵
为了应对当前形势下的教学难题，推进高等学校素质教育的发展，基于互联网的线上翻转课堂教学模式应运而生。翻转课堂这种教学模式早期来源于美国，哈佛大学的埃里克·马祖尔教授认为学生课堂学习的主要过程分为知识的传递及内涵的吸收转化，后来迈阿密大学的格兰教授首次将翻转理念带入大学生经济学课程，认为翻转课堂一般是指教师将课堂内容在线提供给学生课前学习，学生利用课堂活动和练习加深对内容的理解，师生在课堂上针对学生的疑问进行交流探讨[4]。翻转课堂包括课前准备（学生自主学习）、课上讨论和课后巩固。即在上课之前，教师将学习资料发送给学生，学生通常需要先自主学习相关知识、观看讲座视频等，并标记难点和不理解的知识，之后在课上通过与同学和教师共同探讨解决问题，进行深度学习，最终用课后测验及作业的方式巩固所学知识。有研究结果表明：接受调查的学生中，有32.3%的学生表示高度接受翻转课堂，62.0%的学生表示中等接受[5]。自主控制能力越强、学习目标越明确的学生越能够接受翻转课堂。随着社会的进步和“互联网+”技术的发展，基于互联网平台的翻转课堂教学模式展现出前所未有的发展前景。在互联网技术的辅助下，即便是分布式网络学习，通过翻转课堂的模式也可以有效激发学生的学习兴趣，引导学生自主学习并针对所学内容提出问题，教师则要在课堂上对学生提出的问题进行深入探讨，针对重点知识和关键问题进行解答，并进一步延伸，这样节约了基础知识讲解的时间，学生在自主学习期间可以有针对性地对不明确的知识进行重点思考，确保自己的理解更加深刻。同时，教师对于学生所提问题的解答也更加具有代表性，能够进一步满足学生的差异化需求。
（二）线上翻转课堂可行性分析
当前，线上教学已成为一种授课方式，得益于互联网的飞速发展和5G移动互联的进步，线上翻转课堂能够出现在师生的视野之中。超星云平台、MOOC等网课平台的出现和普及，也为线上教学奠定了软件层面的基础。同时，国家相关部门积极提倡并推广线上教学和线上线下教学相结合的混合式教学，并为线上翻转课堂的推行提供了政策支撑。
除此之外，最近的“在线教学满意度调查”结果显示，86%的学生对在线教学模式接受程度较高。笔者对所在学校推广线上翻转课堂的班级进行调查，发现平时教学进度相同的两个班级中，采取线上翻转课堂教学模式的班级期中测试成绩比采用传统线上教学模式的班级高5分，这也进一步证明了线上翻转课堂教学模式的可行性和可应用性。
随着高等教育教学模式由线下转到线上，单一的课堂教学也逐渐转变为翻转课堂这种开放式新型课堂教学。由此，线上翻转课堂教学模式得到了大部分高校师生的认同和理解，相信能为未来高校教师授课提供新的思路。
三、线上翻转课堂教学模式改革策略
为了提高质量管理工程专业学生的专业课程学习能力，也为了探索线上翻转课堂教学理论的实用性，通过对现有研究的总结，并结合试验设计课程的课程特点和学生的培养要求，本文依据高校教学模式，将线上翻转课堂教学模式运用到试验设计课程的教学中，改变了以往一对多的教学方法，旨在为课堂增添活力，营造更加浓厚的学习氛围。该模式主要包括四个部分：教师学习资源准备、学生课前自主学习、课中讨论式互动答疑和课后作业评估。
（一）教师学习资源准备
互联网和多媒体是线上翻转课堂使用最多的两种手段，在互联网的加持下，教师可以通过超星云平台在试验设计课堂上为学生呈现出更多的课程资料。首先，教师根据真实案例对涉及的知识点进行解构，明确学习的重点和难点。课前通过线上群聊，教师可给学生发布学习视频、音频及MOOC学习资源，使学生基本了解接下来的学习内容，并通过对案例的阅读，激发学生的试验设计兴趣。其次，教师针对案例分析提出问题，让学生思考解决案例问题的方法，认真思考总结不同的方法，并将疑问保留到课堂上进行探讨[6]。教师在教学中插入与课程相关的视频，可以使整个课程教学变得更加丰富饱满，由此学生的学习兴趣也会被进一步激发。在整个资源准备阶段，教师不仅需要为学生准备必需的应用软件和运行环境，还需要利用新媒体和互联网技术寻找适合的学习案例资料。
具体来说，试验设计课程是基于Minitab 19的数据分析课程，包括方差分析、主成分分析和因子分析等软件应用，所以需要学生端安装Minitab 19及Mi-crosoft Office、PowerPoint 2010等软件，其中，Power-Point 2010用来学习教师分享的课件学习内容，具有页面简洁、功能齐全、运行速度快的优点，可以方便学生更加便捷地自主学习课堂讲授的知识，查漏补缺，从而有效掌握课堂上遗漏的知识点；Minitab 19软件是质量管理工程专业必须掌握的专业技能软件，可为企业生产质量改善和管理研究领域的应用提供统计软件和服务。作为全球领先的企业质量改进和六西格玛实施软件工具，学生需要熟练掌握Minitab 19。除此之外，教师端还需要安装EV录屏、爱剪辑等视频剪辑软件。
在软件资源准备完毕后，教师还需准备学习资料，录制对应章节的教学视频，也可参考其他高校的视频资料，包括MOOC及网易公开课等特色教学资源，并在借鉴其他视频资源的基础上，针对本专业学生的学习特点加入一定的学习重点，同时教师在制作教学引入视频时，要考虑到学生能够使用的碎片时间，尽量缩短视频时长。另外，教师要为学生提供充足的试验设计实践案例，且讲解案例的选择要尽量贴近事实，以常见案例为背景，一方面引起学生的学习兴趣，另一方面为将来学生在工作中可能遇到的问题提供理论基础。将视频案例素材准备好后，教师要对企业案例进行系统分类，针对每个部分都制作相应内容的视频，这样的学习可以培养学生在将来工作中对相关知识的实际应用能力。
具体来说，可利用自发式教学与案例教学相结合的方式录制自主学习视频。首先，选定授课章节。以“方差分析”为例，教师要根据讲授内容确定重点和难点，选择合适的案例素材，要求既能突出重点，又能吸引学生兴趣。其次，设计脚本。脚本的制作在整个视频资料的设计过程中起着决定性作用，主要包括分镜头、画面描述、教师台词独白、知识点讲解分镜头、拍摄画面所需时长、备注题词器等方面[7]。构思好的脚本能为以后的拍摄和剪辑工作提供明确的指导，具体可以将方差分析分为单因素方差分析、双因素方差分析和多因素方差分析三个方面制作。视频的拍摄需要将脚本的内容具体化和形象化，并要有适当的录制设备，如可使用高像素水平的手机或摄像机以保证效果，且教师在录制讲解视频时要有清晰的逻辑和明确的观点，突出授课重点，且举例要贴合实际，如“在食品质量检查中，对4种不同品牌腊肉的酸价进行了随机抽样检测，试分析4种不同品牌腊肉的酸价指标有无差异”，拍摄完毕后还要对视频进行人工审核，经过专业剪辑并添加字幕等流程，在合适的时间添加独白和讲解，最后加上片头片尾[8]。这样就完成了线上翻转课堂的资源准备。
（二）学生课前自主学习
作为翻转课堂必不可少的一部分，在课前自习阶段，学生要具备较高的自主学习能力。学习资源制作完成后，教师可通过线上授课平台将学习资源发放给学生，引导其进行自主学习，并在课堂进行讨论研究，以此推进翻转课堂教学。根据课前教师提出的重难点问题，学生要通过视频网课等资源进行学习，遇到困难可以记录下来，留在课堂上进行讨论研究和统一讲解，也可以通过超星云平台的群聊功能在线进行探讨。学生具有个体差异性，每个学生的接受能力不同，其中自制力较强的学生往往可以在自主学习过程中掌握比课堂学习更多的知识，查漏补缺，有的放矢；而自制力较差的学生就需要教师远程把控，设置课程学习进度提醒，对学生的学习进度进行实时掌控[9]。另外，教师还可以在学生学习过程中设置问题，以避免学生无效学习，即学生要在规定的时间内完成答题。
在以往质量管理工程专业的线上教学过程中，教师通常采用一对多的传授式教学方式，而为了保障每个学生的进度，常常会放慢授课速度，这样容易影响课程进度，也耽误了学生的时间。在学习“因子设计分析”这一章节时，由于在其他课程的学习中已有类似知识的讲授，所以有的学生不需要太多的学习时间即可完成课后题目，但与之相反，有些学生还需要进行详细的讲解才能了解因子设计的模型建立方法。在传统的讲授式教学模式下，常常会出现因学生的个体差异而导致班级授课进度缓慢，学习效果较差的结果。而通过引入线上翻转课堂教学模式，学生可以在课前选择性地学习自己欠缺的部分内容，如学生可从主成分分析和因子分析的概念入手，逐步明确多个变量间存在较强的相关关系，以具体的计算案例进行自主学习。为了吸引学生的学习兴趣，教师往往从因子分析的应用入手，如因子分析在心理学、教育学，以及公司评价中的应用。“心理学家瑟斯登对56项测验得分进行因子分析，得出了7种主要智力因子：词语理解能力、语言流畅能力、计数能力、空间能力、记忆力、知觉速度和推理能力”，这些具体应用的引入使学生在自主学习过程中更加专注。在实施线上翻转课堂教学模式之后，学生对因子分析的理解水平比之前在传统教学模式下显著提高，教学进程也能进一步加快，同时由于能够及时提出有疑问的部分，所以教师在后续的课中答疑阶段能够因材施教，对症解决学生的疑难问题。
（三）课中讨论式互动答疑
作为线上翻转课堂最重要的环节，线上教学过程是对前期学习成果的丰富和补充，是对基础知识进行升华的必要阶段。每个学生都渴望获取知识，而线上翻转课堂使学生不再是机械式地学习知识，可让学生有较强的自信心，能主动与教师交流，勇于表达想法，表明自己的疑惑，同时教师也要将学生当作朋友来对待，尊重、理解学生，站在学生的角度思考问题，减少师生之间的距离感。在这一环节，首先，教师要了解不同学生的特异性，即由于每个学生的能力、基础、性格均不相同，故教师需要将学生合理地分为不同的小组。其次，教师可通过网络平台将学生划分为不同的聊天组，并为组内成员提供自我展示的机会，使每个小组成员都能根据自身的特点承担不同的任务。再次，在小组长的组织下，每组对组员课前学习的问题进行总结，并自由发言，充分探讨。最后，教师通过线上学习平台的后台数据，分析学生的学习情况，并通过这些数据总结出学生在试验设计课程学习中的易错点，进行统一的解答和集中探讨[10]。教师要引导学生从事实案例出发，在案例分析中学习练习各种统计方法的软件操作方法，增强学生对方差分析、回归分析等试验设计理论和实际应用的理解，从而解决讨论中残留的疑难问题。除此之外，教师可以借助超星云平台对跟不上进度的学生进行单独指导，降低师生之间的沟通成本，通过对学习过程视频进行反复观看，一对一指导，使学生更轻松地与教师进行线上交流。
在自主学习过程中，学生往往对试验设计课程中Minitab 19的使用存在疑问，所以课堂中讨论阶段的问题主要集中在软件的使用方面。作为质量管理方面的主要统计软件，Minitab 19的功能齐全，能轻松进行数据分析和图形处理。其中，控制图法是教学难点，即经过自主学习阶段之后，学生对控制图法有了简单的认识，能进行简单的数据处理，但往往不知何时采用控制图法分析数据并解决问题。因此学生可针对控制图的应用问题在课堂上分小组讨论，基于头脑风暴提出常规控制图的用途。最后教师要根据学生提出的用途进行补充，并对每种用途进行解释，如在现场需要直接分析测定数据，可采用中位数—极差控制图法，用正态分布解决问题。概言之，课堂的集中式讨论答疑解决了学生在传统学习中不主动思考的问题。
（四）课后作业评估
完成线上教学工作后，教师可根据学习过程中的易错点和难点布置课后作业测验，用于对课程教授效果的评估。除此之外，教师应下发反馈问卷，让学生总结课堂学习的收获和课程中头脑风暴得到的启发，找出自己对课程掌握不足的地方，并在下一次上课之前的自主学习中着重进行学习。教师要根据作业结果和学生反馈结果进行分析，精练课程重点并发布至超星云平台的资料库中，供学生随时查阅。由于试验设计课程是有实验操作部分的课程，所以教师需要对学生的学习效果进行验收，以保证每个学生都能真正掌握质量统计软件的使用方法，同时期末考试要选择平时课堂中出错较多、疑问较多的知识点和操作章节，制作考核题目，让学生选择最简便的方法得到最优的结果，此外教师要根据不同的答题方法进行评分，不能单纯按照结果的对错给出分数，从而真正落实素质教育的理念，使学生真正学到知识。
在试验设计课后，教师要制作课后测验，如针对“某厂现有化验员3人，从事该厂牛奶酸度（。T）的检验。每天从牛奶中抽样一次进行检验，连续10天。试用软件分析3名化验员的化验技术有无差异，以及每天的原料牛奶酸度有无差异”一题，可以采取不同的统计方法进行计算，根据分析所用时间和统计结果进行评分，并且要求学生记录计算过程，从而确保每个学生都能真正掌握统计软件的使用方法，并以此检验学生的学习效果。通过课后测验，学生会更加认真地学习，且与传统课堂的教学相比，学生对质量统计软件的实际应用能力获得了有效提升。
教师不能将网络课堂的授课形式作为自己的“舒适区”，而要增强忧患意识，多一分对学生的责任感，应用多媒体和互联网技术对学生学习情况进行掌控，努力做到在各种不稳定因素的干扰下，使学生的线上学习水平达到甚至超过线下课堂水平。
四、结语
当前，高校学生的日常学习逐渐向线上学习或混合式学习方式转变，对于平时需要集中使用机房硬件教学的试验设计课程，教师要采用线上翻转课堂的方式，鼓励学生自主学习，更加积极地参与学习过程，更牢固地掌握知识并能将其熟练地运用到实际情境之中，获得更好的成绩。随着互联网技术和多媒体技术的发展，线上翻转课堂模式将在大学生课堂教育中占据一席之地，同时这也需要高校、教师和学生的共同努力。
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