基于翻轉(zhuǎn)課堂的《結(jié)構(gòu)力學(xué)》課程教學(xué)模式的探索與實(shí)踐

陳國 張延泰 趙曜

摘? 要：結(jié)構(gòu)力學(xué)是土木工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，理論性、工程性和實(shí)踐性較強(qiáng)。針對《結(jié)構(gòu)力學(xué)》教學(xué)中存在教學(xué)內(nèi)容陳舊、教學(xué)方法單一和缺乏專業(yè)針對性的問題，探討了翻轉(zhuǎn)課堂在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)中的可行性，構(gòu)建了新的教學(xué)組織形式并實(shí)施于教學(xué)實(shí)踐。結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)教學(xué)到翻轉(zhuǎn)式教學(xué)的轉(zhuǎn)變，教學(xué)效果獲得了顯著提升，可為高校結(jié)構(gòu)力學(xué)課堂教學(xué)改革提供有益的參考。

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

中圖分類號：O342-4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）10（c）-0191-04

Abstract： Structural mechanics is one of the important fundamental courses for civil engineering majors， with strong theory， engineering and practice. Aiming at these problems in the process of teaching， such as the boring teaching contents， single teaching methods and lack of pertinence， the feasibility of flipped classroom in the structural mechanics classroom teaching is discussed， and the new teaching is constructed and put into practice. The structural mechanics has already transformed from traditional teaching to flipped teaching and therefore the teaching effect is improved significantly. It can provide a useful reference for the structural mechanics classroom teaching reform in universities.

Key Words： Structural mechanics; Flipped classroom; Teaching mode; Teaching reform

信息化是當(dāng)今時(shí)代發(fā)展的必然趨勢，如何科學(xué)合理地將多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于課程教學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)成為廣大教育工作者關(guān)注的問題之一。翻轉(zhuǎn)課堂，又稱顛倒課堂，是一種基于信息技術(shù)的新型教學(xué)模式，是將信息技術(shù)與課程教學(xué)改革相融合的一次教育革命[1]。傳統(tǒng)的講授法通過教師的口頭語言，并適當(dāng)輔以其他教學(xué)手段向?qū)W生傳遞知識信息，充分發(fā)揮了教師的主導(dǎo)作用，學(xué)生在短期內(nèi)可以獲得大量的知識信息。然而，在教師填鴨式的講授過程中，學(xué)生只能機(jī)械地、被動地接受知識，無法有效發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，學(xué)生的個性化發(fā)展顯然無法得到有效的教育支持。顯而易見，這種滿堂灌的方式以及無法適應(yīng)新時(shí)代條件下的課堂教學(xué)，尤其無法滿足深奧難懂的專業(yè)課的教學(xué)要求[2]。本文以“結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程教學(xué)為例，探索了將翻轉(zhuǎn)課堂引入專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)的可行性。

1? “結(jié)構(gòu)力學(xué)”課堂教學(xué)過程中存在的問題

“結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程是土木工程學(xué)院一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，在整個課程體系中處于承上啟下的核心地位[3]。一方面它以高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)和材料力學(xué)等課程為基礎(chǔ)，另一方面，它又是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)和現(xiàn)代竹木結(jié)構(gòu)等專業(yè)課程的基礎(chǔ)。

1.1 教學(xué)內(nèi)容陳舊

“結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程教學(xué)內(nèi)容主要包括幾何組成分析、靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算、超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算、影響線和結(jié)構(gòu)的位移計(jì)算等內(nèi)容。由于該課程內(nèi)容多、邏輯性強(qiáng)和方法技巧高，初學(xué)者往往感覺學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)非常吃力。隨著土木工程學(xué)科的發(fā)展，結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容與時(shí)代發(fā)生了嚴(yán)重脫節(jié)，所學(xué)知識無法真正的指導(dǎo)工程實(shí)踐，尤其是對于畢業(yè)后從事土木工程行業(yè)的學(xué)生而言，其感受尤為深刻，總感覺大學(xué)期間學(xué)習(xí)的結(jié)構(gòu)力學(xué)知識與工程實(shí)踐相距甚遠(yuǎn)，從而形成結(jié)構(gòu)力學(xué)無用論的社會思潮。部分開設(shè)“結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程的本科院校在“結(jié)構(gòu)力學(xué)”的課堂教學(xué)過程中，仍以傳統(tǒng)的講授法為主，通過教師在課堂滿堂灌式的方式在短期內(nèi)灌輸大量的力學(xué)知識給學(xué)生，教學(xué)內(nèi)容陳舊，針對不同專業(yè)的學(xué)生采取相同的教學(xué)大綱，無差別的進(jìn)行教學(xué)[4]。更為重要的是，教師沒有足夠的時(shí)間了解每個學(xué)生對理論力學(xué)和材料力學(xué)知識掌握程度的差異，課堂教學(xué)過程中無法顧及每個學(xué)生，這就導(dǎo)致教師無法合理地把握教學(xué)進(jìn)度和安排教學(xué)難度。

1.2 教學(xué)方法單一

理論力學(xué)和材料力學(xué)分別以研究質(zhì)點(diǎn)和桿件的力學(xué)問題為主，而結(jié)構(gòu)力學(xué)主要研究處于平面內(nèi)和三維空間內(nèi)的理想化的桿件結(jié)構(gòu)。理論知識更加抽象，要求學(xué)生具有良好的空間想象力。而實(shí)際工程的桿件結(jié)構(gòu)往往處于多種復(fù)雜的受力狀態(tài)下，并不是真正意義上的理想化的結(jié)構(gòu)體系。以往的“結(jié)構(gòu)力學(xué)”課堂通常都是采用“一塊黑板、一支粉筆、一張掛圖”的教學(xué)形式進(jìn)行授課[5]。近年來，隨著電腦的普及程度越來越高，年輕教師更多的是采用以多媒體課件為主，板書為輔的形式，但年輕老師過分依賴多媒體播放PPT課件，甚至出現(xiàn)部分老師沒有課件不會上課的極端情況。教師講，學(xué)生聽;教師問，學(xué)生答。教學(xué)方法非常單一，課堂氣氛沉悶，給人枯燥乏味的感覺。顯而易見，單純的板書或多媒體課件均無法充分考慮到學(xué)生的個性化發(fā)展，教師與學(xué)生之間缺乏必要的互動且忽視了學(xué)生自主探索能力的培養(yǎng)，導(dǎo)致教學(xué)效果不佳。傳統(tǒng)教學(xué)方式完全依賴課堂教學(xué)，忽視了線上教學(xué)的作用。

1.3 課程教學(xué)缺乏專業(yè)針對性

選修“結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程的學(xué)生主要來自土木工程學(xué)院的土木工程專業(yè)、給排水科學(xué)與工程專業(yè)、工程管理專業(yè)和森林工程專業(yè)，另外還有來自材料科學(xué)與工程學(xué)院和交通運(yùn)輸工程學(xué)院的學(xué)生。來自不同專業(yè)的學(xué)生的知識架構(gòu)體系之間差異化非常顯著，“結(jié)構(gòu)力學(xué)”課堂教學(xué)過程中僅僅以學(xué)時(shí)和學(xué)分進(jìn)行劃分，顯然不能適應(yīng)新時(shí)期不同專業(yè)對“結(jié)構(gòu)力學(xué)”的差異化要求。一個多媒體課件吃遍天下，部分基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生普遍反映課程內(nèi)容相對較難，不能學(xué)以致用，雖有詳細(xì)的多媒體課件和課本，但開展自主學(xué)習(xí)還是有一定的難度，所以學(xué)生花費(fèi)了很多時(shí)間和精力，但還是無法良好的學(xué)習(xí)效果。

2? 基于翻轉(zhuǎn)課堂的“結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程教學(xué)的探索

2.1 前期準(zhǔn)備

在進(jìn)行《結(jié)構(gòu)力學(xué)》課堂教學(xué)前，有必要做好前期的準(zhǔn)備工作。要講好一堂課，并不是一件簡單的事情，更不是對著課本照本宣科，而必須做到六備：備教材、備學(xué)生、備教法、備教具、備習(xí)題[6]。針對每個章節(jié)的內(nèi)容，篩選出重點(diǎn)和難點(diǎn)，哪些知識只需要了解，哪些知識是必須要熟練掌握的，并制作相應(yīng)的多媒體課件和微視頻，錄制的微視頻時(shí)長控制在5～10min，根據(jù)不同專業(yè)和不同年級的學(xué)生錄制多種版本的視頻。短小精悍的教學(xué)視頻針對某個特點(diǎn)的問題，更容易激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也更符合學(xué)生對新知識的接受能力。建立《結(jié)構(gòu)力學(xué)》課堂教學(xué)的QQ群或微信群，授課老師在課前按期將制作好的課件、微視頻和學(xué)習(xí)資料上傳至群文件。同時(shí)預(yù)設(shè)一些啟發(fā)式的問題，學(xué)生利用自己的碎片化時(shí)間帶著問題去探索未知，并約定每周網(wǎng)絡(luò)交流時(shí)間進(jìn)行小組討論。對于學(xué)生在觀看視頻自學(xué)過程中不能解決的問題，可以記錄下來作為線下課堂教學(xué)中重點(diǎn)學(xué)習(xí)的對象。

2.2 授課過程

課堂教學(xué)的好壞是教師圓滿完成教學(xué)任務(wù)，保證教學(xué)質(zhì)量的核心環(huán)節(jié)。教師通過微信群和QQ群等網(wǎng)絡(luò)平臺收集到學(xué)生看視頻的反饋，根據(jù)做作業(yè)的情況，提煉出一些共性的問題，作為下一趟課堂教學(xué)的交流互動話題。學(xué)生通過微視頻獲得的知識比較零碎，教師通過課堂教學(xué)就可以將碎片化的知識再整合加工，確保知識體系的連續(xù)性和層層遞進(jìn)。根據(jù)每堂課的教學(xué)內(nèi)容合理進(jìn)行分組，可以自由組合，也可以根據(jù)學(xué)習(xí)能力分組。各組員在思想碰撞的過程中互相學(xué)習(xí)、相互糾正，從而取長補(bǔ)短。在翻轉(zhuǎn)課堂中，教師的角色不再是簡單的授課，而是轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒁曨l的制作者、學(xué)習(xí)活動的組織者和參與者、課后學(xué)習(xí)的輔導(dǎo)者。良好的師生關(guān)系是保證課堂教學(xué)順利進(jìn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，營造良好的課堂秩序，激發(fā)學(xué)生的討論興趣，提高學(xué)生的參與度，也可以通過課堂隨機(jī)小測驗(yàn)進(jìn)行。在講授重點(diǎn)和難點(diǎn)知識內(nèi)容前，隨機(jī)提出一個難度適中的問題供學(xué)生搶答，創(chuàng)設(shè)情境，激起學(xué)生對知識的渴望，從而引出本節(jié)課的主要內(nèi)容。

2.3 改變考核方式

傳統(tǒng)的教學(xué)方式主要采用以期末考試的卷面分?jǐn)?shù)和平時(shí)成績?yōu)橐罁?jù)評判學(xué)生對結(jié)構(gòu)力學(xué)課程知識點(diǎn)的掌握程度。期末考試成績通常占比70%，而平時(shí)成績占比30%。然而考試能力強(qiáng)的同學(xué)，并非學(xué)習(xí)能力強(qiáng)，考試分?jǐn)?shù)不能完全反映學(xué)生的真實(shí)水平，考試前2周臨時(shí)抱佛腳的學(xué)生不在少數(shù)。平時(shí)成績主要根據(jù)考勤、上課表現(xiàn)和作業(yè)完成情況進(jìn)行最終的評分。然后，實(shí)際教學(xué)過程中，教師很難做到每堂課都考勤，也不可能提問所有學(xué)生。翻轉(zhuǎn)課堂對應(yīng)的所有知識點(diǎn)都有老師預(yù)留的問題，觀看完視頻后，隨即回答問題。教師據(jù)此可以掌握所有學(xué)生對每個知識點(diǎn)的掌握程度并給出相應(yīng)的分?jǐn)?shù)，并且在課堂教學(xué)過程中可以靈活地安排教學(xué)內(nèi)容，突出重難點(diǎn)和易錯題。

2.4 后期反饋

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的評價(jià)，后期反饋必不可少。在結(jié)束一堂課的教學(xué)內(nèi)容之后，教師根據(jù)教學(xué)大綱的要求設(shè)計(jì)一套包含討論題和計(jì)算題的小測驗(yàn)供學(xué)生課后練習(xí)。教師借此小測驗(yàn)可以及時(shí)收集來自學(xué)生的反饋信息，哪些共性問題仍然沒有掌握，哪些問題是易錯的，哪些問題是易混淆的。正確的及時(shí)肯定，錯誤的及時(shí)糾正，疑惑的及時(shí)糾正，疑惑的及時(shí)剖析。

翻轉(zhuǎn)課堂是大數(shù)據(jù)時(shí)代一種全新的教學(xué)理念與方法，為進(jìn)一步提升翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)效果和學(xué)習(xí)者對這種模式的滿意程度和認(rèn)可度，設(shè)置問卷調(diào)查并下宿舍走訪學(xué)生。教師事先將各個知識點(diǎn)的微視頻、PPT等相關(guān)的教學(xué)資料上傳至網(wǎng)絡(luò)平臺共享，學(xué)生利用空閑時(shí)間自主規(guī)劃學(xué)習(xí)并完成教師布置的任務(wù)。這種新型的教學(xué)模式貌似將學(xué)習(xí)的主動權(quán)從教室轉(zhuǎn)移給學(xué)生，但是翻轉(zhuǎn)課堂也存在2個明顯的缺點(diǎn)[7]，尤其是對于包含深奧難懂的力學(xué)類課程。部分積極性和自控力稍差的學(xué)生對這種教學(xué)方式存在較大的抵觸心理，隨著翻轉(zhuǎn)課堂的推行，學(xué)生使用電腦或手機(jī)的頻次明顯提升，自控力差的學(xué)生很容易疲勞犯困，甚至沉迷于網(wǎng)絡(luò)游戲無法自拔。翻轉(zhuǎn)課堂的目的并非弱化教師的作用，而是充分發(fā)揮現(xiàn)代信息技術(shù)的優(yōu)勢，對老師的要求更高了，同時(shí)對學(xué)生的自學(xué)能力和自控性也有了更高的要求。授課老師需要掌握非常熟練的計(jì)算機(jī)技術(shù)，將每個章節(jié)的知識點(diǎn)制作成精美的視頻需要花費(fèi)大量的時(shí)間，對于年齡稍大的老師而言并不是非常適合。

3? 實(shí)踐效果

在《結(jié)構(gòu)力學(xué)》的教學(xué)過程中，教師應(yīng)注重農(nóng)林類院校的特色，體現(xiàn)結(jié)構(gòu)力學(xué)在農(nóng)林類發(fā)展的重要作用，如現(xiàn)代竹木結(jié)構(gòu)中的梁柱構(gòu)件的截面尺寸通常由位移變形決定，而非承載能力決定。通過學(xué)習(xí)具體的竹木結(jié)構(gòu)工程案例，使學(xué)生掌握竹木結(jié)構(gòu)的豎向承載力、抗側(cè)承載力和位移計(jì)算，有益于學(xué)生日后的專業(yè)學(xué)習(xí)和科技創(chuàng)新的需要。作為在線教學(xué)平臺的管理者和設(shè)計(jì)者，任課教師根據(jù)教學(xué)日歷和教學(xué)大綱的要求逐步開放學(xué)習(xí)內(nèi)容，切忌一次性開放所有的學(xué)習(xí)內(nèi)容，學(xué)生按時(shí)依次學(xué)習(xí)下堂課的知識點(diǎn)，觀看完每個視頻后，隨即回答老師預(yù)留的問題。傳統(tǒng)的教學(xué)過程中，過分強(qiáng)調(diào)教師在學(xué)習(xí)過程中的主導(dǎo)作用，弱化了學(xué)生的主觀能動性。盡管教師在課堂也組織了隨堂討論，但受時(shí)間所限，教學(xué)效果往往差強(qiáng)人意。針對各個年級和各個專業(yè)方向的學(xué)生的差異化特點(diǎn)，設(shè)置不同的教學(xué)視頻和測試題，構(gòu)建適合不同層次和不同難度的學(xué)習(xí)主題，因材施教，從而實(shí)現(xiàn)差異化的培養(yǎng)目標(biāo)。學(xué)期末，筆者對學(xué)生進(jìn)行了隨機(jī)問卷調(diào)查并根據(jù)期中考試和期末考試成績的分布特點(diǎn)，結(jié)果表明，基于翻轉(zhuǎn)課堂的“結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程教學(xué)改革符合當(dāng)今信息時(shí)代教育方式的變革要求，極大增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)學(xué)生的自學(xué)能力得到了大幅提高。

4? 結(jié)語

教學(xué)有法，但無定法?；诜D(zhuǎn)課堂的結(jié)構(gòu)力學(xué)課堂教學(xué)改革的目的是為了是提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)出高素質(zhì)的創(chuàng)新型和實(shí)踐型人才。翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)施的關(guān)鍵不在于課程教學(xué)中如何運(yùn)用先進(jìn)的信息技術(shù)，而在于通過教學(xué)形式的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新，完成教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變和課程學(xué)習(xí)效果的提升。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式為“結(jié)構(gòu)力學(xué)”教學(xué)改革提供了新思路和新指導(dǎo)，在教學(xué)理念和反饋評價(jià)體系等方面發(fā)生了“翻轉(zhuǎn)”，為真正實(shí)現(xiàn)“以學(xué)生為中心”的個性化教學(xué)和培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供了依據(jù)。翻轉(zhuǎn)課堂只是一門工具，其背后的教學(xué)思想和教學(xué)理念才是最關(guān)鍵的。對于自律性和主動性稍差的學(xué)生，尤其是習(xí)慣了被動式學(xué)習(xí)的學(xué)生而言，還需要時(shí)間逐步適應(yīng)。

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