1. 引言
成果导向教育(Outcome Based Education, OBE)起源于美国，是“以学生为中心，成果为导向”而设计的教育模式[1] [2]。基于OBE的教学活动遵循反向设计的理念，学习成果是制定教学目标的依据，而教学目标是设计教学过程的前提，最后多维度地评价产出效果，反馈整个教学过程的控制效果，形成闭环。该教育模式被认为是革新的教育范式[3] [4]。然而，高校的传统教学模式以教师讲授为主，很显然学生的主体作用发挥不明显，单一的授课模式难以满足培养应用型人才的教学要求。因此，采用多维教学手段的课程教学改革具有迫切的现实需求。
翻转课堂(Flipped Classroom)，又名为颠倒教室，通过学生课前自主学习、课中师生互动探讨等环节深化知识，是一种“学生课下自学、课上完成任务”的教学模式。以学生为主体的翻转课堂的教学模式与OBE理念相符，得到了教育与科研工作者的广泛应用与好评[5] [6]。并且近年来与信息技术与课程深度融合，在培养学生的学习兴趣与自主性、加强师生交流互动、提升课堂效率等方面都展现出了很好的效果[7] [8]。
《光电检测技术及应用》是我校应用物理学专业核心课程。通过课程的学习，学生掌握各种光电器件的基本原理结构、特性参数、典型应用和光电检测电路的设计，为今后光电检测系统的设计以及专业实验和实习打下厚实基础。如果只采用传统的教学模式，那么大部分课时都是教师主讲相关的理论知识，然后给每个学生布置作业，课程全部讲授完以后，学生参加考试。这种传统模式的教学效果并不理想，大部分学生学习完该课程之后只是能通过考试，并不太会将该课程的理论和方法应用到实践中，这偏离了课程的设置初衷，也没有达到真正的教学目标。多数学生还是渴望通过各种途径提高自身综合实践能力。所以课程引入了翻转课堂的教学模式，改进教学质量，提高学生的学习效果。
2. 《光电检测技术及应用》课程翻转课堂现状
课程引入翻转课堂环节之初所选择的内容大多数为课程理论部分的知识点。由教师提前布置给学生，然后学生通过预习课件、视频材料等自学并查阅相关资料，制作PPT在课上进行公开讲解。教师对学生讲解中存在的问题进行纠正并引导学生进行深入的思考。这种翻转课堂使学生的自学能力、查阅资料以及公开演讲等能力得到锻炼并提高。但翻转教学流程较为单一，线上与线下教学资源重复度较高，并且学生的理论和实践还是属于脱节状态，不利于应用型人才的培养。
课程设置翻转课堂成绩占总成绩的比重为6%。老师根据学生准备的态度，讲解内容充实的程度以及展示表达等方面进行评分。因为翻转课堂的内容没有太大挑战度，绝大多数同学都可以得到满分，学生在这个环节成绩的区分度不大。这就不利于激发学生的兴趣。
所以，课程团队基于学生需求导向，以提高学生应用能力为目标进行翻转课堂教学模式改革。通过该教学模式的实施，提高学生的学习兴趣及参与度，强化学生基础理论知识，使学生的自主学习能力、创新实践等能力得以锻炼提高，最终提高学生解决复杂实际问题的能力。
3. 《光电检测技术及应用》课堂翻转课堂教学模式改革
3.1. 翻转课堂内容的选择
改革的基本入手点在于选择适合学生动手实操的题目。首先设计类题目既要和课程直接相关，又要稍高于教材的难度，学生需要花费时间去调研，去设计。在此过程中学生的自主学习能力得到提高。其次对于全班的题目难度要有差异性，根据同学知识掌握程度设置不同难度星级的题目。有些同学的基础较差，能够把课本的内容掌握就很好了，对于难度很高的设计题无疑会大大增加学习负担；对于学有与余力的同学，往往也是对实践类题目有向往的同学，给他们设置难度星级较高的题目，让他们去挑战，提高自己解决问题能力。最后就是有的题目适合单人独立完成，而有的题目适合两人组队配合完成，需对不同的题目加以分析并进行设置。
翻转课堂的内容有两类。一类是关于教材中的光源和探测器的应用，此类题目要求学生线上(中国大学生慕课网)学习相关内容并且进行广泛调研，制作PPT并课上分享。学生在学好课内理论知识的基础上，加以调研能够较轻松的解决此类题目。因为此类题目难度相对较小，要求学生在对应章节学习结束之后进行10分钟左右的翻转课堂。
另一类是要求学生实操设计类的题目，这类题目有的选自全国大学生光电设计竞赛的相关题目，有的来自从企业调研的小项目或者适合学生的一些光电类的设计题目，也可以让学生根据自己的兴趣自选题目。学生通过此类翻转课堂的题目，能够真正把课上学到的理论知识用到实践中，解决一道光电相关的实际问题。因为涉及到设计实操的工作，就需要给学生留出足够的时间调研、设计等，此类翻转课堂的题目需要在学期初就布置给学生，学生经过10周左右的时间完成题目的设计解答。在这期间要求学生定期汇报进展，教师需给予充分的引导和指导，最终在结课时进行十分钟左右的翻转课堂汇报。表1给出了2021级学生的翻转课堂内容及难度分级。
Table 1. The content and difficulty grading of Class 2021 Flipclass
表1. 2021级翻转课堂内容及难度分级
| 2组 |
光电测速仪的设计✮✮ |
| 2组 |
在校园中寻找光源拍照，并研究其工作原理✮ |
| 1人 |
激光应用✮ |
| 1人 |
结型光电器件的应用✮ |
| 2组 |
光敏电阻的应用设计(如设计路灯自动控制电路)✮✮ |
| 1人 |
光敏电阻在使用时应注意什么？(特性参数对其影响)✮ |
| 2组 |
实现静磁屏蔽✮✮ |
| 1人 |
光电倍增管的应用✮ |
| 1人 |
发挥想象，第四代像增强器应具有什么结构和特点✮ |
| 1人 |
在评测一台相机时，需考虑哪些参数，为什么？✮ |
| 1人 |
红外探测器在军事等领域的应用✮ |
| 1组或以上 |
光电式流体流量传感器设计✮✮✮ |
| 1组或以上 |
基于光电传感原理的人流量监测和查询智能分析系统设计✮✮✮ |
| 1组或以上 |
教室使用率自动检测与查询系统设计✮✮✮ |
| 1组或以上 |
非接触测酒精浓度✮✮ |
|
自选题目设计 |
3.2. 翻转课堂评分标准及所占总成绩比重的设置
如何设置评分标准和在总成绩中的占比将直接影响学生对翻转课堂的态度以及完成程度，需要经过教学团队调研研讨并每轮次调整。
鉴于翻转课堂难度的增加以及需要学生投入的精力增加，课程将此环节占总成绩的比重由6%提高到10%，这也能够促进学生投入去拿这部分成绩，提高学生的学习兴趣。评分除了由教师打分，增加了同学之间的互评打分。评分要充分考虑所选题目的难度、设计完成的程度、团队配合以及PPT制作及展示等因素。
3.3. 翻转课堂资源库的建设
物理班平均每班30人，一次教学至少要抛出难度适宜的20道题，这对教师也是个挑战，所以建设翻转课堂题库非常重要。
适合翻转课堂的题目，比如经过一届同学做完，学生反馈很好，在此过程中收获良多的，可以加入到题库中。加入到题库中的题目，每年可结合学生的解决情况进一步加深拓展。也可以在结课后向学生征集下一年的翻转课堂题目。学生翻转课堂的设计也应该作为资源留存，供每届学生学习，这些珍贵的资料也是教师教学的重要补充资源。
课程在超星平台建立了翻转课堂资源库，作为课程建设的一部分，如图1所示。包含往届学生的优秀设计案例以及向学生征集并经研讨过的有利于培养学生实践能力的题目，可供之后的学生学习，学生也可在前人的设计基础上继续研究。
Figure 1. Flipped classroom resource library built on superstar platform
图1. 超星平台上建设的翻转课堂资源库
3.4. 调查问卷的设计、收发和整理
为了改革开展和对课程持续建设，基于文献调研[9] [10]及教师的思考，教学团队设计了由15道选择题和1道填空题组成的调查问卷，见图2。发放对象为已经结课的2021级物理班同学，班级共30人，实际收回问卷28份。问卷从学生对翻转课堂的接受情况调查、翻转课堂的实施、相对于传统模式翻转课堂对学生能力培养评价以及翻转课堂的优缺点评价等四个角度设置了问题。
Figure 2. Questionnaire of flipped classroom
图2. 翻转课堂调查问卷
4. 改革成效
4.1. 翻转课堂有助于激发学生的学习兴趣，提高课堂参与度
翻转课堂本身就是以学生为核心。学生需要在课前自主对知识点学习，课上作报告并进行研讨，学生本身是带着问题来课堂，对薄弱知识点的专注力显著提升；学生通过调研并亲自设计完成一道光电类的题目，通过主动学习和团队合作，对课程的参与度普遍提高。设计类题目的加入以及翻转课堂占总成绩比重提升，都使得学生的学习积极性提高。
4.2. 翻转课堂教学模式的开展有利于学生对知识点的掌握
调查问卷结果显示，64%的同学通过课前的学习就可以理解绝大部分知识，并有7.14%的同学表示通过学习能够完全掌握知识，并正确回答问题。89.29%的同学则表示在课堂上通过对问题进行分析与讨论，能够深入掌握所学知识，见图3。这是因为学生在课前就有了自主学习的过程，更清楚自己知识薄弱的地方，课上关注力会提高并更有助于对难点的理解和吸收。
Figure 3. The survey results of students’ mastery of knowledge points in the flipped classroom
图3. 通过翻转课堂学生对知识点掌握情况的调查结果
4.3. 翻转课堂有助于培养学生多方面能力
调查问卷结果显示，100%的同学认为翻转课堂的开展有利于学生表达能力的提升；96.43%的同学认为翻转课堂的开展有利于学生创新能力的提升；92.59%的同学认为翻转课堂的开展有利于学生沟通能力和自学能力的提升，见图4。并且学生反馈，在完成一道设计题目的过程中，需要文献检索、整理；方案设计；购买仪器；装置搭建、测试；PPT制作及讲演等多个步骤，就是一次初步的科研过程，这个过程中队友的合作与讨论也是非常重要的。所以，在翻转课堂中学生的多种能力可以得到锻炼，有助于应用型人才的培养。
2021级物理班学生在课程结课后积极参加学科竞赛并获得辽宁省大学生物理竞赛一等奖一项，二等奖一项；获得全国大学生物理学术竞赛东北地区赛一等奖一项。并全员参加沈阳航空航天大学光电设计竞赛，竞赛精神高涨，敢于挑战锻炼自己。
4.4. 翻转课堂的实施有助于教师及时关注到学生的学习状态，进行教学的实时反馈
通过学生课上的汇报，问题的讨论情况以及设计类题目定期的指导，教师可以更好地了解学生的理解程度，便于及时纠正错误并提供指导。
Figure 4. A survey on the cultivation of students’ ability in flipped classroom
图4. 关于翻转课堂培养能力的调查结果
5. 结语
基于OBE理念的翻转课堂教学模式实施一轮后，学生的学习兴趣及参与度得到提高，学生基础理论知识更加扎实，学生的自主学习能力、创新实践等能力得以锻炼提高，实践表明此项改革有利于培养应用型人才，可为培养应用型人才的教学研究提供思路。
基金项目
2021年辽宁省普通高等教育本科教学改革研究优质教学资源建设与共享项目“基于跨校修读学分课程《宇宙探索与发现》的混合式教学模式的研究，应用与实践”；2022年教育部产学合作协同育人项目“基于OBE的光电类课程教考分离改革及教学测评”；2024年沈阳航空航天大学校级教改项目“基于OBE理念的《光电检测技术及应用》翻转课堂教学模式的研究与实践”。