應(yīng)用型高校結(jié)構(gòu)力學(xué)“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)改革研究

孫明

摘 要：根據(jù)應(yīng)用型高?！督Y(jié)構(gòu)力學(xué)》課程教學(xué)現(xiàn)狀與“翻轉(zhuǎn)課堂”發(fā)展歷程，從課前準(zhǔn)備、課堂教學(xué)、課后回顧三個方面研究，如何將“翻轉(zhuǎn)課堂”應(yīng)用于教學(xué)全過程，提出改革學(xué)生考核制度的具體舉措。指出在課程中開展這種模式鍛煉了學(xué)生能力，培養(yǎng)了他們理論聯(lián)系實際的工程思維和團隊協(xié)作精神，為后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)，值得教師在教學(xué)改革中繼續(xù)深入探索和研究。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)力學(xué)；翻轉(zhuǎn)課堂；實踐；教學(xué)改革

中圖分類號：G642 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）09-0117-03

Abstract： According to the current teaching situation in classes of Structural Mechanics in application-oriented universities and the development process of flipped classroom， this research is done from three aspects： before-class preparation， classroom teaching and after-class review so as to find out how to apply flipped classrooms into teaching process. Measures of checkup system reform for students are presented. It also points out that this pattern is beneficial to development of student capability and cultivation of team spirit and engineering thinking uniting theory with practice. In this way， a solid foundation can be laid for their following specialized courses. Therefore， it is a method that deserves teachers' exploration and research in later teaching reform.

Keywords： structural mechanics； flipped classroom； practice； teaching reform

《結(jié)構(gòu)力學(xué)》是土木工程專業(yè)力學(xué)系列課程中一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，其教學(xué)質(zhì)量對于培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實、高素質(zhì)、實踐能力強的土木工程師起著舉足輕重的作用[1]。應(yīng)用型高校土木專業(yè)學(xué)生本科畢業(yè)后大多數(shù)都會直接走向工程一線從事技術(shù)工作，《結(jié)構(gòu)力學(xué)》課堂上所學(xué)的理論知識都會在工程實踐中體現(xiàn)。因此如何提高結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)質(zhì)量一直都是各院校力學(xué)教師關(guān)注的重點。隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的飛速發(fā)展，“翻轉(zhuǎn)課堂”作為新興的教學(xué)模式，為結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)改革開辟了一條新的道路。

一、教學(xué)現(xiàn)狀

（一）應(yīng)用型高校結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀

《結(jié)構(gòu)力學(xué)》作為土木專業(yè)理論聯(lián)系實際的樞紐課程，在專業(yè)教學(xué)體系中占據(jù)著承前啟后的核心地位，如圖1所示。《結(jié)構(gòu)力學(xué)》課程與《高等數(shù)學(xué)》、《理論力學(xué)》、《材料力學(xué)》這些先導(dǎo)課程環(huán)環(huán)相扣，學(xué)習(xí)基礎(chǔ)決定了學(xué)生對課程的理解程度。由于應(yīng)用型高校生源基礎(chǔ)比較薄弱，很多同學(xué)從《高等數(shù)學(xué)》開始就跟不上講課節(jié)奏，問題日積月累，到了學(xué)習(xí)《結(jié)構(gòu)力學(xué)》的時候就非常費勁。而且這門課程內(nèi)容多、理論性強、計算過程繁瑣、方法技巧性要求高，學(xué)生普遍感到該課程難度大、枯燥，提不起興趣[2]，學(xué)習(xí)效果不佳，進而影響后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)。

考慮到應(yīng)用型高校學(xué)生的實際能力，教師往往將教學(xué)重點集中在經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)的能力培養(yǎng)，而對定性結(jié)構(gòu)力學(xué)能力培養(yǎng)方面嚴(yán)重不足，學(xué)生在畢業(yè)后工作中缺乏定性判斷的能力，難以適應(yīng)社會發(fā)展的需求[3]。而且現(xiàn)在工程實踐中的結(jié)構(gòu)計算部分基本都是通過計算機進行，應(yīng)用型高校的學(xué)生對這種理論性強、手工計算量大的課程缺乏重視，很多人學(xué)習(xí)態(tài)度敷衍，平時作業(yè)抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重，臨考靠記憶教師劃重點的題目突擊應(yīng)付，如果考試靈活出題通過率就會慘不忍睹。

（二）“翻轉(zhuǎn)課堂”發(fā)展歷程

“翻轉(zhuǎn)課堂”理論起源于美國，2000年邁阿密大學(xué)開始在《經(jīng)濟學(xué)導(dǎo)論》這門課程中應(yīng)用“翻轉(zhuǎn)課堂”進行教學(xué)[4]，2007年美國教師Jonathan Bergmann和Aaron Sams在高中采取“翻轉(zhuǎn)課堂”后獲得社會廣泛關(guān)注[5]，2011年經(jīng)過“可汗學(xué)院”的大力推廣[6]，“翻轉(zhuǎn)課堂”在全世界教育領(lǐng)域都得到迅速發(fā)展。我國力學(xué)教育工作者基于教學(xué)實踐，在考慮課程特點和學(xué)生層次的前提下，對在《理論力學(xué)》和《材料力學(xué)》課程上實施“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)進行了探索[7-8]，將傳統(tǒng)教學(xué)模式中教師課堂傳授知識，由學(xué)生課下通過練習(xí)、作業(yè)或者實踐完成知識內(nèi)化的過程進行了顛倒，變?yōu)橛蓪W(xué)生在課前通過信息技術(shù)的幫助完成知識的接受，課堂上在教師與同學(xué)的共同協(xié)助下完成知識的內(nèi)化[9]。

“翻轉(zhuǎn)課堂”這種全新的教學(xué)模式在力學(xué)類課程上受到了學(xué)生廣泛歡迎，但也存在部分學(xué)生無心學(xué)習(xí)，借小組學(xué)習(xí)之便蒙混過關(guān)的現(xiàn)象。而且應(yīng)用型高校的結(jié)構(gòu)力學(xué)教師很多都是土木工程專業(yè)或力學(xué)類碩士畢業(yè)后即從教，既缺少工程實踐也缺少教學(xué)經(jīng)驗，成為教學(xué)質(zhì)量提升的瓶頸。

二、翻轉(zhuǎn)課堂在結(jié)構(gòu)力學(xué)中的教學(xué)實踐

（一）課前學(xué)習(xí)

課前學(xué)習(xí)的質(zhì)量直接決定了翻轉(zhuǎn)課程的教學(xué)效果。學(xué)生課前學(xué)習(xí)與傳統(tǒng)預(yù)習(xí)的最大差別就是將傳統(tǒng)的學(xué)生獨立閱讀書本預(yù)習(xí)方式改成了學(xué)生觀看任課老師制作的微課視頻再分組討論。由于學(xué)生注意力集中時間有限，將過去授課用PPT加上音頻做成照本宣科式45分鐘網(wǎng)絡(luò)課程就失去了微課的意義。而且考慮應(yīng)用型高校學(xué)生對理論課興趣低、基礎(chǔ)差的情況，不能直接套用其他研究型高校的教學(xué)視頻，因材施教為學(xué)生量身定制合適的微課，教學(xué)流程如圖2所示。

針對《結(jié)構(gòu)力學(xué)》課程特點，可將課前學(xué)習(xí)用的微課分為3節(jié)，時長設(shè)置為5-10分鐘，既保證學(xué)生在注意力集中的情況下學(xué)習(xí)，也便于他們利用閑暇碎片時間復(fù)習(xí)。第1節(jié)5分鐘微課用于復(fù)習(xí)課前所需基礎(chǔ)知識，微課結(jié)束后學(xué)生可以根據(jù)自己對已學(xué)內(nèi)容的掌握情況選擇復(fù)習(xí)前導(dǎo)知識或繼續(xù)學(xué)習(xí)新內(nèi)容。第2節(jié)微課時長為10分鐘，用于講授課堂上講要學(xué)習(xí)的知識點和與之相關(guān)的工程實例，最后留下習(xí)題讓學(xué)生在課下完成。應(yīng)用型高校學(xué)生普遍對工程實踐充滿興趣，都希望早日接觸實際工程。所以第2節(jié)微課可以采取圖3所示的教學(xué)過程，在講解完知識點學(xué)生注意力開始分散的時候，引入與知識點相關(guān)的工程實例介紹，重新激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

由于微課是采用錄制的形式制作，這樣就脫離了課堂教學(xué)只能用教室里電腦的掣肘。在介紹了知識點在工程實踐中的具體應(yīng)用后，先通過Revit Architecture、CATIA、MIDAS、ABAQUS等計算機輔助工程軟件展示工程實例的仿真模型，再利用軟件的多角度視圖告訴學(xué)生計算機模型如何變成計算簡圖進行分析。因為很多學(xué)生在課堂上順著老師的思路感覺都能聽懂，課后自己做題思緒全無。所以在第2節(jié)微課最后需以工程實例演化的計算簡圖為基礎(chǔ)，布置習(xí)題讓學(xué)生自己動手解答。學(xué)生做完習(xí)題后再學(xué)習(xí)第3節(jié)微課，核對自己的計算思路與結(jié)果是否與微課解析一致。由于微課視頻可以隨時暫停，所以學(xué)生亦步亦趨，慢慢思考，消化理解相關(guān)知識點。

為保證學(xué)生學(xué)習(xí)的有效性，在課程開始前由班長和學(xué)習(xí)委員負責(zé)將班級學(xué)生按成績分5檔，每檔抽1人出來組成5人學(xué)習(xí)小組。學(xué)習(xí)微課后正式上課前，學(xué)生首先進行組內(nèi)討論，讓學(xué)生通過互相交流查漏補缺，增進對知識的理解。如果存在小組成員都無法解決或者觀點不一致的問題，則由組長提交到網(wǎng)絡(luò)課程中心的《結(jié)構(gòu)力學(xué)》教學(xué)網(wǎng)站。教師根據(jù)學(xué)生的問題調(diào)整課堂教學(xué)側(cè)重點。

（二）課堂教學(xué)

微課授課時間有限，闡述的是獨立知識點，所以需要教師在課堂上將知識點串聯(lián)成一個完整的知識體系，引導(dǎo)學(xué)生將課前學(xué)習(xí)內(nèi)容與課程聯(lián)系起來。然后教師結(jié)合課前學(xué)習(xí)反饋的問題和課程中的重點、難點，提出工程案例與對應(yīng)習(xí)題，讓學(xué)生進行討論、分析和演算。在討論結(jié)束后再選取學(xué)生代表走上講臺向大家講授與工程案例相關(guān)的關(guān)鍵知識點，解析習(xí)題，以上臺講課的壓力帶動學(xué)生課后學(xué)習(xí)的動力。學(xué)生講解完畢后，教師再根據(jù)學(xué)生在討論和講解中暴露出的問題，詳細剖析關(guān)鍵知識點，并安排課后作業(yè)。

（三）課后回顧

教師規(guī)定學(xué)生上交課后作業(yè)的時間，讓他們及時通過練習(xí)加深對課堂所學(xué)的理解。教師則根據(jù)學(xué)生在課堂上的表現(xiàn)與課后作業(yè)的完成情況評估他們的學(xué)習(xí)程度，及時調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，保證學(xué)習(xí)難度和進度處于學(xué)生可以接受范圍的同時，也滿足教學(xué)大綱對知識水平的要求。

（四）學(xué)生考核制度改革

《結(jié)構(gòu)力學(xué)》課程一般開設(shè)在大學(xué)二年級下期，此時應(yīng)用型高校學(xué)生面臨著公共課多，專業(yè)基礎(chǔ)課多，課外活動多的情況。而開展翻轉(zhuǎn)課堂必然要占用學(xué)生一定課余時間，為了使學(xué)生重視學(xué)習(xí)過程，課程總成績分為期末考試成績、課堂表現(xiàn)成績、作業(yè)評分三個組成部分。因為采用小組討論學(xué)習(xí)的模式，學(xué)生基本都能上交正確的課后作業(yè)，但是很難辨別是否存在抄襲情況，所以作業(yè)評分主要用來考察學(xué)生的作業(yè)完成情況，只占10%的總成績。為了防止學(xué)生在小組中渾水摸魚不思進取，并鼓勵他們互相促進共同提高，每次課堂上均采取隨機方式抽取學(xué)生代表上臺闡述討論結(jié)果，講解知識點和習(xí)題，教師根據(jù)學(xué)生代表對知識的掌握程度進行評分，學(xué)生代表的表現(xiàn)直接決定全組成績，課堂表現(xiàn)占40%的總成績。《結(jié)構(gòu)力學(xué)》課程一學(xué)期至少有64課時的課堂教學(xué)時間，因此每個學(xué)生都會有成為本組代表的機會，這就使得每個小組成員都要認(rèn)真參與教學(xué)全程。

三、結(jié)束語

根據(jù)湖南科技學(xué)院2014級土木工程4個班學(xué)習(xí)《結(jié)構(gòu)力學(xué)》課程后的學(xué)生反饋意見，并分析期末考試成績，可以發(fā)現(xiàn)在此類應(yīng)用型高?！督Y(jié)構(gòu)力學(xué)》課程推行“翻轉(zhuǎn)課堂”，以小組形式進行學(xué)習(xí)、討論，鍛煉了學(xué)生的自學(xué)能力、溝通能力、表達能力，培養(yǎng)了他們理論聯(lián)系實際的工程思維和團隊協(xié)作精神，實現(xiàn)了學(xué)生互相促進提高學(xué)習(xí)效果的目的，為學(xué)生進行后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。

在應(yīng)用型高校《結(jié)構(gòu)力學(xué)》課程進行“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)改革，順應(yīng)了應(yīng)用型高校理工科專業(yè)課程教學(xué)改革的發(fā)展趨勢，值得教師根據(jù)課程性質(zhì)和學(xué)生特點，繼續(xù)探索和研究這種模式在教學(xué)改革中的應(yīng)用。

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