基于翻轉(zhuǎn)課堂的《材料力學(xué)》課程內(nèi)容設(shè)計*

郭暉

武漢商學(xué)院 湖北 武漢 430056

“零零后”的學(xué)生是網(wǎng)絡(luò)化、信息化的“原住民”，智能手機(jī)等移動終端的使用及微信等軟件的運用已經(jīng)成為新一代學(xué)生日常生活中不可或缺的一部分；加之，精英教育已經(jīng)走下神壇，在一輪一輪的教學(xué)改革后，每一門課的課時量大幅下降已經(jīng)成為一個普遍的現(xiàn)實。在教育大眾化與時代信息化背景下，翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)運而生[1]。

1 課堂教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

1.1 總結(jié)整體教學(xué)思路

在36學(xué)時的框架內(nèi)，“材料力學(xué)”主要掌握拉壓、剪切、扭轉(zhuǎn)和彎曲四大基本變形加壓桿穩(wěn)定性知識的講解。整個課程都圍繞內(nèi)力、應(yīng)力、變形三個方面進(jìn)行討論分析。研究方法相同、邏輯推導(dǎo)相似，課程緊密圍繞“外力→內(nèi)力→強(qiáng)度計算→剛度計算”這條主線講授。

1.2 各章內(nèi)容設(shè)計

在第一章的緒論部分，我們必須對課程研究對象、基本假設(shè)闡述清楚，更為重要的是的對貫穿整個課程始終的內(nèi)力、截面法進(jìn)行重點講解。這一部分知識看似不重要，其實是對本門課程的主線知識背后的邏輯和思路進(jìn)行闡述，起到提綱挈領(lǐng)的作用?！安牧狭W(xué)”主體內(nèi)容中為拉剪、扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓桿穩(wěn)定。而在拉剪、扭轉(zhuǎn)、彎曲的部分中，要把重點放在對應(yīng)力、變形這一主線知識講解，尤其是應(yīng)力公式形式上高度一致，具有類比性。尤其是扭轉(zhuǎn)和彎曲中的慣性矩和截面系數(shù)數(shù)值上有一個二倍的關(guān)系，學(xué)生極容易混淆。在教學(xué)過程中對其共性和差異做出歸納，不必對理論進(jìn)行深入推導(dǎo)；不斷進(jìn)行比較、記憶，加深對公式背后的理解記憶。

表1 課程主要內(nèi)容梳理

“材料力學(xué)”每一章都有一些細(xì)小的知識，經(jīng)過多年的教學(xué)經(jīng)驗，我們往往希望把所有細(xì)小的知識點都教授給學(xué)生。但是遺憾的是面面俱到只能是面面俱不到，學(xué)生在學(xué)習(xí)中抓不到重點，最后造成所有的知識都像新的一樣。通過多年的教學(xué)總結(jié)，總結(jié)了主體知識點（見表1）。在有限的教學(xué)時間里必須優(yōu)先完成這些知識。并且通過課上和線上結(jié)合的方式保障教學(xué)內(nèi)容的順利完成。

在整個教學(xué)內(nèi)容中有兩章較為特殊的內(nèi)容：①應(yīng)力和應(yīng)變分析、強(qiáng)度理論和②組合變形。在新的一輪教學(xué)改革中，由4學(xué)分降低至3學(xué)分，我們不得不進(jìn)一步壓縮課程內(nèi)容，因此只能忍痛割愛地刪除整個組合變形的內(nèi)容。但是作為汽車專業(yè)，彎扭組合又極其重要。因此，在現(xiàn)有條件和學(xué)生的接受程度下，我設(shè)計的教學(xué)思路是這樣：強(qiáng)度理論部分首先講解它的適用范圍和公式理解。我們將汽車中用得到的第三強(qiáng)度理論和第四強(qiáng)度理論按照“機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)”等課程中的公式應(yīng)用形式在課堂上以例題的方式展開，要求學(xué)生通過自己的計算，既深入理解對強(qiáng)度理論在實際彎曲、扭轉(zhuǎn)中的應(yīng)用，又在例題末尾總結(jié)中順帶告訴學(xué)生該例題的重大應(yīng)用場合和組合變形的問題解決思路。這樣做的好處是保留組合變形中的重要知識，避免計算強(qiáng)度極大的學(xué)時浪費，打通課程各章之間知識點分界，并且將強(qiáng)度理論的知識融入解決工程實際當(dāng)中，為后續(xù)課程做好理論準(zhǔn)備。

2 翻轉(zhuǎn)課堂內(nèi)容設(shè)計

在課堂教學(xué)內(nèi)容設(shè)計的環(huán)節(jié)可以看出，課堂上重要的任務(wù)是將知識重點的部分呈現(xiàn)出來，而各個知識點的連接和各章的細(xì)小的知識基本上是很難呈現(xiàn)出來了的。而且對于學(xué)生來說，學(xué)習(xí)是個漸進(jìn)的過程，不能指望單純的課堂學(xué)習(xí)就能對課程掌握得很好。我們必須把課程中部分內(nèi)容和練習(xí)到翻轉(zhuǎn)課堂以外去。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式是在特定的師生活動中展開的，打造全方位的交流環(huán)境，將傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)在線環(huán)境的高度融合。

2.1 微課環(huán)節(jié)設(shè)計

在這次疫情下，傳統(tǒng)的課堂模式完全被打破，網(wǎng)絡(luò)微課資源短時間得到了最大利用，也因此有機(jī)會系統(tǒng)性地應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)微課資源。在國內(nèi)有很多優(yōu)秀的微課平臺，平臺針對“材料力學(xué)”有許多大學(xué)許多老師的講課，可以取百家之長。他們共同特點就是都是5～7min時間的小視頻，學(xué)生可以運用手機(jī)、電腦、平板等多硬件學(xué)習(xí)，一個賬號對應(yīng)一個學(xué)生，學(xué)習(xí)進(jìn)度實時同步。一個視頻只針對一個特定的問題。特定問題可以是知識精華，亦可是力學(xué)故事，更可是工程問題。

作為老師角色，我們把網(wǎng)絡(luò)資源逐一篩選，將課程特色進(jìn)行分類，每個特色只推薦一個微課資源，做到少而精，讓學(xué)生自己選擇適合自己的類型。并且引導(dǎo)學(xué)生重點需要看的知識。例如，彎矩圖的部分，課堂內(nèi)容是有限的，要鼓勵學(xué)生在微課平臺上多多學(xué)習(xí)。扭轉(zhuǎn)、彎曲強(qiáng)度及彎曲變形推到過于復(fù)雜。在以往課堂教學(xué)中，實際效果并不好，屬于費力不討好的內(nèi)力?，F(xiàn)在我們在課堂上少對公式進(jìn)行理論推理，把“直接用于解決實際問題”放在首位；要讓學(xué)生分清主次，清晰掌握課程的主線。而將推導(dǎo)過程“翻轉(zhuǎn)”到網(wǎng)絡(luò)微課上，讓學(xué)有余力的同學(xué)通過網(wǎng)絡(luò)微課資源有針對性的學(xué)習(xí),形成完整的課程體系。

在課前，便于開展個性化的自主學(xué)習(xí)，一個班上，學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊，學(xué)習(xí)態(tài)度更是天差地別。通過翻轉(zhuǎn)課堂首先解決愿意學(xué)的學(xué)生吃不飽的現(xiàn)象，為他們課前先學(xué)習(xí)提供平臺，帶著問題上課學(xué)習(xí)效率更高[2]。

在小學(xué)時背景下，在課程體例中的組合變形、能量法都只能從課程教學(xué)中剔除，但是可以通過網(wǎng)絡(luò)微課平臺，引導(dǎo)學(xué)有余力的學(xué)生深入學(xué)習(xí)，大大提升了知識的深度和維度。

2.2 課后環(huán)節(jié)設(shè)計

傳統(tǒng)“傳統(tǒng)材料”力學(xué)課后作業(yè)負(fù)擔(dān)是比較重的。其中的關(guān)鍵問題作業(yè)獨立完成的監(jiān)督機(jī)制是非常薄弱的。往往是作業(yè)做的是花團(tuán)錦簇，考試考的是慘不忍睹。同時發(fā)現(xiàn)在作業(yè)后期，長期會有固定學(xué)生不交作業(yè)。我們不得不承認(rèn)：作業(yè)效果收效甚微。因此，我們必須摒棄傳統(tǒng)的布置作業(yè)的做法，在習(xí)題的選擇上，把握“重基礎(chǔ)、抓主線”的原則。對于支線的知識，習(xí)題不做要求。主線的知識，選擇習(xí)題時一改傳統(tǒng)的“加法”思維，不妨做做“減法”。通過這個方法，到最后會精選出極少的一部分的習(xí)題。最后重新審視這些習(xí)題，對于里面一道題涵蓋了一章的強(qiáng)度和剛度知識的，在多找一些類似的習(xí)題。對主線知識，一個套路，反復(fù)做。注意，這不是題海戰(zhàn)術(shù)，是因為“材料力學(xué)”自身特點——解決問題的思維方法單一。而恰好這種思維是學(xué)生在初中高中的物理學(xué)習(xí)中幾乎沒有涉及的。通過不斷訓(xùn)練，將課程思維耕織到學(xué)生腦中。而這對于跨章節(jié)的綜合性習(xí)題，習(xí)題作業(yè)效果更是沒有幾個學(xué)生真正意義上做出來。因此，在近幾輪的教學(xué)中已經(jīng)全部刪除。對于這些精選習(xí)題，我們對于學(xué)生反復(fù)強(qiáng)調(diào)習(xí)題和獨立思維的重要性，要求學(xué)生不打折扣地完成；鼓勵學(xué)生在遇到困難時首先自己通過查找資料等方法獨立解決，解決不了的或者困惑的部分通過QQ等在線討論，尋求幫助。在疫情期間，更是通過優(yōu)秀的微課平臺上傳全部作業(yè)，保障教學(xué)順利完成。下一步，我們將精選一些能用“材料力學(xué)”知識回答實際問題的案例，定期通過“騰訊會議”等軟件與學(xué)生互動。

3 課程考核設(shè)計

在材料力學(xué)的課程考核方面遵循“重視基礎(chǔ)，挖掘深度，激發(fā)智慧”[3]的原則。重新審視現(xiàn)有的課程考核體系，第一步首先我們成績組成的全部四個環(huán)節(jié)（包括：期末考試、材料力學(xué)試驗、課堂表現(xiàn)、作業(yè)綜合評定）進(jìn)行量化、加權(quán)，最終得到學(xué)生最終成績。在實踐中也發(fā)現(xiàn)了例如學(xué)生某個環(huán)節(jié)完全沒有分的情況下可以順利通過課程；期末考試成績極低的情況下仍能順利通過等不太合理的情況。通過多輪的課程實踐將量化和權(quán)重指標(biāo)科學(xué)化、合理化。下一步，考慮將線上自主學(xué)習(xí)測評也納入考核體系，不斷完善課堂考核體系，最終實現(xiàn)從考核學(xué)生的“靈活運用基本概念和基本理論的能力”到考核學(xué)生的“分析和解決問題的綜合能力以及創(chuàng)新思維能力”[4]的飛躍。

4 結(jié)束語

“材料力學(xué)”作為一門知識多、內(nèi)容多的力學(xué)課程，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)完全普及，引進(jìn)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，在微課上學(xué)習(xí)，在課堂上鞏固，適應(yīng)課時大幅減少，順應(yīng)新時代教學(xué)要求，滿足“厚基礎(chǔ)、寬口徑、重應(yīng)用”的應(yīng)用型本科教育的需要。