翻轉(zhuǎn)課堂在土力學(xué)課程中的教學(xué)實(shí)踐

盧黎　朱正偉??

摘要：

為適應(yīng)高校探究式教學(xué)改革發(fā)展趨勢，增強(qiáng)課堂吸引力，分析了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，結(jié)合高校工科課程的教學(xué)需求，闡述了適宜開展翻轉(zhuǎn)課堂的課程特征。在土力學(xué)課堂中進(jìn)行了翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)課堂的對比教學(xué)。將學(xué)生分為A 、B兩組，A組學(xué)生進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，通過制作導(dǎo)學(xué)微視頻，將信息傳遞過程前移至課前完成，教師設(shè)計導(dǎo)學(xué)問題在正式課堂教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生分組討論學(xué)習(xí)，完成知識的吸收和內(nèi)化。對B組學(xué)生進(jìn)行傳統(tǒng)課堂教學(xué)，導(dǎo)學(xué)問題作為思考題課后自行完成。通過調(diào)查問卷和課堂測驗(yàn)對教學(xué)效果進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：參與翻轉(zhuǎn)課堂的學(xué)生對知識的理解和運(yùn)用能力均高于傳統(tǒng)參與課堂學(xué)習(xí)的學(xué)生。

關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂；土力學(xué)；教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號：G434；TU-4文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：

10052909（2017）01013904

在中國創(chuàng)新戰(zhàn)略和教育改革發(fā)展規(guī)劃的指引下，近年來，高等學(xué)校課堂教學(xué)模式一直在進(jìn)行各種變革。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的傳授式教學(xué)逐步讓位于基于信息化環(huán)境的強(qiáng)調(diào)問題中心、以學(xué)為主的整合探究模式[1]。特別是對高校工程學(xué)科各專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程，探究式課堂具有明顯的優(yōu)勢。然而，這種教學(xué)法具體實(shí)施時會遇到兩個問題：第一，受制于較少的專業(yè)課程學(xué)時，要用有限的課堂時間完成知識傳授與討論非常困難；第二，如果教學(xué)班學(xué)生較多，組織學(xué)生討論耗時。翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式可以緩解上述兩個問題，為推進(jìn)探究式課堂的實(shí)施提供了一種可能性。

“翻轉(zhuǎn)課堂” 興起于2007年美國科羅拉多州落基山的“林地公園” 高中，由該?；瘜W(xué)教師喬納森·伯爾曼（Jonathan Bergmann）和亞倫·薩姆斯（Aaron Sams）推動，他們使用錄屏軟件錄制教學(xué)視頻，讓學(xué)生在家觀看教學(xué)視頻，在課堂上完成作業(yè)，對學(xué)習(xí)中有困難的學(xué)生進(jìn)行輔助講解，2012年出版專著對翻轉(zhuǎn)課堂模式進(jìn)行總結(jié)[2]。2011 年，薩爾曼·可汗（Salman Khan）在TED（Technology Entertainment Design，美國一家私有非營利機(jī)構(gòu)）大會的演講報告《用視頻重新創(chuàng)造教育》中提到：很多中學(xué)生晚上在家觀看可汗學(xué)院（Khan Academy）的數(shù)學(xué)教學(xué)視頻，第二天回到教室做作業(yè)，遇到問題時則向老師和同學(xué)請教。這種與傳統(tǒng)的“老師白天

在教室上課、學(xué)生晚上回家做作業(yè)”正好相反的課堂模式，稱之為“翻轉(zhuǎn)課堂”（the Flipped Classroom）[3]，這次演講使翻轉(zhuǎn)課堂獲得了高度關(guān)注。美國高等學(xué)校也幾乎同步在開展翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)。2007年，斯特雷耶（Strayer）在自己的博士論文中論述了在“統(tǒng)計學(xué)導(dǎo)論”課程中進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的實(shí)踐[4]。2011年，陶伯特（ Talbert） 結(jié)合自己在線性代數(shù)課程的教學(xué)實(shí)踐，總結(jié)了翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施過程和環(huán)節(jié)，提出了翻轉(zhuǎn)課堂的模式結(jié)構(gòu)[5]。

在高校工科課程中較好地實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂需要課程具有三個特點(diǎn)：第一，需要章節(jié)內(nèi)容可以劃分為短小的知識點(diǎn)，便于制作微視頻；第二，知識具有一定的深度，便于導(dǎo)學(xué)和研討；第三，有進(jìn)行工程實(shí)例或練習(xí)的條件，便于充分吸收和內(nèi)化知識。土力學(xué)是高校土木專業(yè)的必修專業(yè)基礎(chǔ)課，主要研究工程土體的應(yīng)力、強(qiáng)度、變形和滲透性，廣泛應(yīng)用于地基、邊坡和隧道等工程建設(shè)中，是一門理論與實(shí)踐聯(lián)系緊密的學(xué)科，很多章節(jié)都適宜開展翻轉(zhuǎn)教學(xué)。此次對比試驗(yàn)教學(xué)選擇了土力學(xué)課程中的部分章節(jié)進(jìn)行，分析了翻轉(zhuǎn)課堂在高校土木工程工科專業(yè)基礎(chǔ)課中的適應(yīng)性。

一、土力學(xué)課堂與翻轉(zhuǎn)模式的融合

學(xué)生的學(xué)習(xí)可分為兩個階段：第一個階段是“信息傳遞”，第二個階段是“吸收內(nèi)化”。傳統(tǒng)課堂中，第一個學(xué)習(xí)階段主要通過課堂教學(xué)實(shí)現(xiàn)，師生在課堂上完成新內(nèi)容的信息傳遞。第二個階段主要是由學(xué)生回家自行完成，學(xué)生通過做家庭作業(yè)吸收內(nèi)化并構(gòu)建自己的知識系統(tǒng)?！拔諆?nèi)化”階段學(xué)生感受不同，優(yōu)秀和自律的學(xué)生能順利完成這一過程，但很多學(xué)生自身理解力不足，同時缺少教師的幫助和同伴的支持，常感到挫敗，喪失學(xué)習(xí)的動力和成就感。“翻轉(zhuǎn)課堂”重構(gòu)了學(xué)生學(xué)習(xí)過程，“信息傳遞”過程放在課前，學(xué)生通過導(dǎo)學(xué)視頻（常以微課方式呈現(xiàn)）自主完成學(xué)習(xí)；“吸收內(nèi)化”過程的重心在課堂互動，見圖1。教師通過事先準(zhǔn)備導(dǎo)學(xué)問題，組織學(xué)生分組研討，通過解決這些問題完成對知識的深入理解和內(nèi)化，充分了解學(xué)生的學(xué)習(xí)困難，在課堂上給予有效幫助。學(xué)生之間的相互交流更有助于促進(jìn)學(xué)生知識的吸收和消化。翻轉(zhuǎn)課堂更強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)過程，對學(xué)生的思維訓(xùn)練更充分。

翻轉(zhuǎn)課堂中，導(dǎo)學(xué)視頻制作是第一環(huán)節(jié)，導(dǎo)學(xué)視頻用微課的微型知識脈沖（ Knowledge Burst）呈現(xiàn)可以刺激學(xué)生學(xué)習(xí)[6]，微視頻不僅要主題突出，指向明確，而且要短小精悍，有吸引力[7]。教師首先要分析自己的課程是否適合制作微視頻。土力學(xué)的課程特點(diǎn)是知識點(diǎn)多而分散，到了一程度才能建立知識點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系。這種課程特點(diǎn)十分適合制作微視頻，一個視頻講一個問題，一個視頻控制在5～8分鐘左右。教師上課時再通過十分鐘左右串講知識點(diǎn)，講明多個微視頻內(nèi)容之間的內(nèi)在聯(lián)系。其次，知識點(diǎn)要有一定的深度和挑戰(zhàn)性，便于課堂上開展導(dǎo)學(xué)研討。與其它工科課程類似，土力學(xué)課程內(nèi)容粗看淺顯，細(xì)看深奧，每一個章節(jié)如果只學(xué)習(xí)表面問題，比較淺顯易懂，但如果稍微深入，每一個問題后面都蘊(yùn)含一個研究方向，非常適合開展研討。最后，目前的土力學(xué)課程雖然定義為專業(yè)基礎(chǔ)課，但實(shí)際上由于土力學(xué)實(shí)踐性很強(qiáng)，其實(shí)是一門準(zhǔn)專業(yè)課，課程內(nèi)容與工程規(guī)范、工程實(shí)例結(jié)合緊密，完全具備用工程實(shí)例進(jìn)行項(xiàng)目導(dǎo)向?qū)W習(xí)的條件，土力學(xué)基本概念多，學(xué)習(xí)中可以通過呈現(xiàn)概念的正反例證讓學(xué)生進(jìn)行辨別；土力學(xué)理論規(guī)律多，學(xué)習(xí)中，可以給學(xué)生提供多種問題變化情景，要求學(xué)生運(yùn)用理論規(guī)律解決問題，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目導(dǎo)向型學(xué)習(xí)，完成知識向工程技能的轉(zhuǎn)化。

二、對比教學(xué)方案設(shè)計

（一）學(xué)生分組

為對比檢驗(yàn)翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)效果，筆者設(shè)計了教學(xué)分組方案，分翻轉(zhuǎn)教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)兩組開展對比。為保證教學(xué)效果的可比性，按下述方案對學(xué)生分組。教學(xué)班學(xué)生共53人，A組人數(shù)26人，B組人數(shù)27人。選擇學(xué)生的依據(jù)是按其一二年級成績績點(diǎn)均勻劃分，將學(xué)生分為好、中、差三個檔次，每個檔次有8～9人，每個檔次的學(xué)生一半分在A組，一半分在B組，以保證兩組的實(shí)力相當(dāng)。將A組學(xué)生分成5個研討小組，每組5～6人，設(shè)組長一名，并告知翻轉(zhuǎn)課堂的基本理念、基本教學(xué)過程，讓學(xué)生對教改課的思路有整體了解。

（二）翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方案設(shè)計

以庫侖土壓力一節(jié)為例說明翻轉(zhuǎn)教學(xué)方案設(shè)計。首先對該節(jié)知識點(diǎn)進(jìn)行梳理和分割。主要知識點(diǎn)包括：庫侖土壓力概念、庫侖土壓力的適用條件和范圍、庫侖主動土壓力、庫侖被動土壓力、粘性土的庫侖土壓力和朗金與庫侖土壓力對比討論，如圖2所示。每個知識點(diǎn)的視頻控制在5～8分鐘內(nèi)。在課前觀看視頻進(jìn)行新知識傳遞時，學(xué)生與教師沒有面對面的直接交流，如果視頻時間長，注意力很難保持。視頻錄像采用PPT動畫法，隨講解過程逐步播放，不出現(xiàn)教師形象，只有畫外音。每個視頻分別編號、命名，講解的內(nèi)容順序與教材相同，不需要把每個細(xì)節(jié)都解釋得很清楚，視頻中適當(dāng)?shù)靥岢鲆恍﹩栴}，留有思考空間。使用PPT內(nèi)錄對知識點(diǎn)視頻進(jìn)行了錄制。視頻截圖如圖3所示。

課堂上先進(jìn)行10分鐘知識串講。這一教學(xué)環(huán)節(jié)是在上課開始時，由教師對本節(jié)知識要點(diǎn)進(jìn)行串聯(lián)講解?？紤]到學(xué)生在課前學(xué)習(xí)時，對獨(dú)立知識點(diǎn)已有了解，但對本節(jié)知識網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和前后章節(jié)聯(lián)系還不清楚。串講的作用是要將本節(jié)內(nèi)容的總體思路完整構(gòu)建起來，使學(xué)生形成比較明確的知識層次結(jié)構(gòu)，彌補(bǔ)分散微視頻在這方面的缺陷。串講能使學(xué)生清楚本節(jié)知識在本章、本課程中的地位和作用，有助于理解性記憶。串講還可以對視頻中不太容易講的內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充說明。就本節(jié)而言串講需要強(qiáng)調(diào)古典庫侖土壓力的推導(dǎo)是基于剛體極限平衡條件，強(qiáng)調(diào)古典庫侖土壓力的適用范圍是砂土，而現(xiàn)在可以用數(shù)解和圖解的方法擴(kuò)展到粘性土，這使其應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，最終改進(jìn)后的庫侖土壓力為規(guī)范采用，形成了系統(tǒng)的計算公式和表格，在工程實(shí)踐中應(yīng)用廣泛。

第三個教學(xué)環(huán)節(jié)是課堂研討。針對本節(jié)內(nèi)容，提出了由淺入深的十余個導(dǎo)學(xué)問題，主要包括：（1）庫侖和朗肯假定條件和適用范圍有什么區(qū)別，如何理解這些區(qū)別？（2）庫侖主動土壓力為什么是求極值問題，主動土壓力為什么取極大值？（3）庫侖被動土壓力取極小值如何理解？（4）在庫侖主動和被動土壓力分析模型中，E和R與滑面法向夾角方向不同，該如何理解？（5）填土的密實(shí)度和庫侖土壓力有何關(guān)系？

最后一個環(huán)節(jié)，編制課堂練習(xí)題共4個：（1）為什么外摩擦角的最大取值等于內(nèi)摩擦角？（2）庫侖被動土壓力是所有可能破裂面中最大的還是最小的土壓力，為什么？ （3）圖解法能否適用于填土表面凸起的粘性土邊坡的庫侖土壓力計算？此時力的多邊形中共有幾個力？（4）墻后填土的內(nèi)摩擦角增高時，作用在墻上的總推力如何變化，并說明變化的原因？

A組學(xué)生參與以上全部的教學(xué)環(huán)節(jié)。B組學(xué)生按傳統(tǒng)方式接受課堂教學(xué)，不觀看微視頻，但將翻轉(zhuǎn)課堂全部研討的問題在課后發(fā)給學(xué)生思考學(xué)習(xí)，B組學(xué)生需要在課后復(fù)習(xí)消化，因此，第二次上課時再預(yù)留20分鐘由兩組學(xué)生一起完成課堂練習(xí)。

三、學(xué)生學(xué)習(xí)行為分析

針對翻轉(zhuǎn)課堂中的問題，制作調(diào)查問卷讓A組學(xué)生填寫，實(shí)際回收問卷26份。翻轉(zhuǎn)課堂微視頻文件拷貝給學(xué)生，可以在個人電腦和智能手機(jī)上播放，不受網(wǎng)速問題的限制，學(xué)生可以靈活安排學(xué)習(xí)時間。學(xué)生觀看微視頻的調(diào)查結(jié)果如圖3、圖4所示。

調(diào)查針對2學(xué)時課程微視頻進(jìn)行，視頻總時間約1小時，視頻經(jīng)過專門設(shè)計，突出知識點(diǎn)，其總長度小于正式上課的90分鐘時間。調(diào)查結(jié)果表明，A組學(xué)生中，有61%的學(xué)生看視頻1～2小時，大多數(shù)學(xué)生觀看視頻的時間超過視頻總長時間，說明有一定的回放率。有27%的學(xué)生觀看時間不足1小時，可能與部分優(yōu)秀學(xué)生理解力強(qiáng)有關(guān)系，也可能有少量學(xué)生還不適應(yīng)這種模式。少數(shù)學(xué)生看視頻3小時以上，非常認(rèn)真，可能與理解力較差有一定的關(guān)系。僅2名學(xué)生表示沒有時間看視頻，通過其它方式自學(xué)。圖4說明大多數(shù)學(xué)生確實(shí)有一定的回放率，即學(xué)生重復(fù)觀看教學(xué)視頻的情況比較多，常?；胤藕陀袝r回放加起來達(dá)到76%，說明大部分學(xué)生很愿意用這種方式，即使考慮到視頻的交互力和吸引力不如課堂，但仍有接近一半的學(xué)生不能在課堂上一次完全聽懂老師的講解，這也間接反映出傳統(tǒng)課堂的傳遞效率并不高。微視頻可以針對自己不懂的部分反復(fù)播放，可隨時暫停理解思考，這種個性化的學(xué)習(xí)方式極大地提高了知識的傳遞效率。

在課堂上，教師的引導(dǎo)非常重要，在提出一個導(dǎo)學(xué)問題之后，可以觀察學(xué)生的反應(yīng)情況，適當(dāng)?shù)貛椭鷮W(xué)生分析問題，刺激學(xué)生思維，幫助開展有效討論。學(xué)生參與小組討論比較積極。大部分的學(xué)生表示在小組討論中發(fā)言積極。還有一部分學(xué)生只是聽別人發(fā)表意見，沒有人表示自己完全心不在焉，小組討論的參與度比較高。

小組討論后要求各組代表發(fā)表觀點(diǎn)或上臺板書講解，有43%的學(xué)生當(dāng)眾發(fā)表了觀點(diǎn)，如圖5所示。有42%的學(xué)生表示有自己的觀點(diǎn)但不好意思發(fā)言，

還有15%的學(xué)生對討論參與度不高，這部分同學(xué)可能在課前微視頻的學(xué)習(xí)和思考環(huán)節(jié)中做得不太好，一方面學(xué)生需要逐漸適應(yīng)這種新的課堂模式，另一方面，微視頻的制作還有改進(jìn)的空間。

四、兩種課堂的效果對比

通過調(diào)查結(jié)果和測試結(jié)果兩個方面對翻轉(zhuǎn)課堂和傳統(tǒng)課堂的教學(xué)效果進(jìn)行對比，調(diào)查結(jié)果如圖6所示。在深入理解知識和運(yùn)用知識方面，92%的學(xué)生感覺翻轉(zhuǎn)課堂對自己深入理解知識有幫助，更有31%的學(xué)生認(rèn)為有很大幫助，這個結(jié)果值得重視。

從課堂測驗(yàn)來看，A組學(xué)生的答案要好于B組學(xué)生，A組學(xué)生平均得分為80分，B組學(xué)生平均得分72分。更明顯的差距在于A組學(xué)生寫出了比較詳細(xì)的理由，B組學(xué)生也有不少問題回答正確，但寫出詳細(xì)理由的很少。這一差距體現(xiàn)了對問題認(rèn)識的深入程度，是值得重視的現(xiàn)象。

五、結(jié)語

教學(xué)是高校的中心工作，通過學(xué)習(xí)和改革，提高教學(xué)技藝，提升教學(xué)效果是教師的基本職責(zé)。高校教師有必要了解教學(xué)新方法，根據(jù)自己學(xué)科特點(diǎn)，使新的教學(xué)方法與自己所授課程良好結(jié)合。土力學(xué)課程是土木工程專業(yè)重要的主干課程，學(xué)生深入理解和靈活運(yùn)用土力學(xué)知識對處理建筑地基和邊坡安全具有重要意義。通過翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革研究了土力學(xué)課程與翻轉(zhuǎn)模式的結(jié)合方式，學(xué)生調(diào)查結(jié)果和測驗(yàn)結(jié)果反映了翻轉(zhuǎn)課堂相對傳統(tǒng)課堂的優(yōu)勢，同時也積累了經(jīng)驗(yàn)，為進(jìn)一步研究土力學(xué)的教學(xué)新方法提供了基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)：

[1]鐘曉流 ，宋述強(qiáng)，焦麗珍. 信息化環(huán)境中基于翻轉(zhuǎn)課堂理念的教學(xué)設(shè)計研究[J].開放教育研究，2013（1）：58-64.

[2]Bergmann， J. &Sams， A. Flip your classroom： Reach every student in every class every day[M]. Washington， DC： International Society for Technology in Education. 2012.

[3] 張金磊，王穎，張寶輝. 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式研究[J]. 遠(yuǎn)程教育雜志， 2012（4）： 46-51.

[4]Strayer， J. F. The effects of the classroom flip on the learning environment： A comparison of learning activity in a traditional classroom and a flip classroom that used an intelligent tutoring system[D]. Columbus： Doctor Degree Thesis of the Ohio State University. 2007.

[5] Talbert， R. Inverting the linear algebra classroom[EB/OL]. [2012-12-19]. http： //prezi. com/dz0rbkpy6tam/inverting-the-linear-algebra-classroom. 2011.

[6]梁樂明，曹俏俏，張寶輝. 微課程設(shè)計模式研究———基于國內(nèi)外微課程的對比分析[J].開放教育研究，2013（1）：65-73.

[7] 胡鐵生，“微課”：區(qū)域教育信息資源發(fā)展的新趨勢[J].環(huán)境建設(shè)與資源開發(fā)，2011（10）：61-65.

Abstract：

To adapt to the development trend of inquiry teaching reform in higher education， and enhance the classroom attraction， the flipped classroom teaching mode was analyzed. Combined with the teaching requirements of engineering courses in universities， the characteristics of courses suitable for the mode of flipped classroom was set forth. The contrast teaching of flipped classroom and traditional classroom was carried out in soil mechanics course. The students were divided into A group and B group. Students of A group joined in flipped classroom and information transmission process wasfinished before class through micro learning video. The teacher designed learning problems to guide the group discussions and the knowledge absorption process was completed in class. Students of B group joined in traditional classroom and they finished the learning problems after class by themselves. Teaching effect was analyzed through the questionnaire and the test in class. Analysis results showed that students of A group were higher than students of B group in the ability to understand and use knowledge.

Keywords： flipped classroom； soil mechanics； teaching practice

（編輯梁遠(yuǎn)華）