思維導(dǎo)圖在工程力學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂中的應(yīng)用

常利武 孫玉周 許君風(fēng)

中原工學(xué)院建筑工程學(xué)院（450007）

0 引言

近年來，翻轉(zhuǎn)課堂作為一種新的教學(xué)模式越來越受到教師們的青睞。翻轉(zhuǎn)課堂借助現(xiàn)代信息化教學(xué)環(huán)境，課前布置預(yù)習(xí)或觀看課程微課任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。課堂不再是老師的“獨(dú)角戲”，而是師生之間、生生之間互動(dòng)交流的場所。課后不再是單純的布置書面作業(yè)，而是引導(dǎo)學(xué)生課后反思和知識(shí)的延伸。相對于傳統(tǒng)教學(xué)模式，翻轉(zhuǎn)課堂突破了時(shí)空條件的限制，促進(jìn)了多維互動(dòng)，使學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的“主角”，更能體現(xiàn)“以生為本”的教育理念。

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在一定程度上改變了過去填鴨式教學(xué)的弊端，使學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，成為培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神的有效途徑。實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂，很大程度上調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性，但在實(shí)施過程中也存在不少困難，如學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)只關(guān)注學(xué)習(xí)資料，缺乏對課程微課或課件的思考和應(yīng)用；課中學(xué)生討論或講解環(huán)節(jié)，部分學(xué)生往往只流于形式，并未真正參與其中，僅僅是由原來的“先教后學(xué)”變成了“先學(xué)后教”的教學(xué)模式[1]；學(xué)生課后反思環(huán)節(jié)，往往只是停留在單個(gè)知識(shí)點(diǎn)的理解層面，不追究力學(xué)理論和實(shí)際工程的聯(lián)系，缺乏對所學(xué)知識(shí)點(diǎn)邏輯關(guān)系的思考和總結(jié)。為有效解決翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)施中的上述問題，加強(qiáng)對學(xué)生課前、課中和課后的學(xué)習(xí)引導(dǎo)顯得尤為重要。

工程力學(xué)作為高校工科專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，是我校建環(huán)、機(jī)械、材科、紡織、車輛工程等專業(yè)的核心課程。工程力學(xué)課程涉及的抽象概念較多且難理解、知識(shí)碎片化且知識(shí)點(diǎn)之間邏輯關(guān)系復(fù)雜，只有對力學(xué)概念和知識(shí)點(diǎn)融會(huì)貫通才能靈活地分析和解決實(shí)際問題。思維導(dǎo)圖運(yùn)用圖形和文字相結(jié)合的方式，將與中心主題有關(guān)聯(lián)的知識(shí)點(diǎn)之間建立起邏輯關(guān)系，實(shí)現(xiàn)新舊知識(shí)點(diǎn)的有效銜接，建立其各知識(shí)點(diǎn)之間的記憶聯(lián)系。思維導(dǎo)圖可以將各級(jí)主題及其之間的相互隸屬關(guān)系清晰地表現(xiàn)出來，已經(jīng)成為歸納整理知識(shí)點(diǎn)和提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率的重要手段之一[2]。運(yùn)用思維導(dǎo)圖對學(xué)生翻轉(zhuǎn)課堂的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行引導(dǎo)，可使學(xué)生在課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)和課后對各知識(shí)點(diǎn)的邏輯關(guān)系及其知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用多思考、多歸納，從而有效提高翻轉(zhuǎn)課堂的效果。

1 思維導(dǎo)圖在工程力學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂中的實(shí)施策略

基于思維導(dǎo)圖的工程力學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實(shí)踐，旨在通過思維導(dǎo)圖克服常規(guī)翻轉(zhuǎn)課堂存在的弊端，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，形成工程力學(xué)自主性學(xué)習(xí)的能力，從根本上提高課堂的教學(xué)效果。課堂教學(xué)改革的具體實(shí)施策略包括以下幾個(gè)方面:

1.1 利用思維導(dǎo)圖，使知識(shí)掌握更加系統(tǒng)化

工程力學(xué)課程包括靜力學(xué)和材料力學(xué)兩個(gè)部分。靜力學(xué)主要研究剛體在力系作用下的平衡規(guī)律，講授物體的受力分析、力系的簡化和力學(xué)的平衡問題。而材料力學(xué)主要研究構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定性問題，講授四種基本變形（軸向拉壓、剪切、扭轉(zhuǎn)和彎曲）的應(yīng)力及變形計(jì)算。工程力學(xué)各章節(jié)相對獨(dú)立、且相似或相同的概念較多，同學(xué)們學(xué)起來容易出現(xiàn)概念混淆的問題[3]。在課堂上引入思維導(dǎo)圖，幫助學(xué)生區(qū)別易混淆的概念，加深對各知識(shí)點(diǎn)邏輯關(guān)系的思考。課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，要求學(xué)生分組完成布置的“填空”式思維導(dǎo)圖，便于學(xué)生對所學(xué)知識(shí)的復(fù)習(xí)和新知識(shí)的預(yù)習(xí)，有利于加強(qiáng)學(xué)生對各知識(shí)點(diǎn)的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)。同時(shí)，教師通過制作思維導(dǎo)圖有助于其理清授課思路，提高教學(xué)質(zhì)量。課中在學(xué)生分組展示預(yù)習(xí)版的思維導(dǎo)圖的基礎(chǔ)上，引入具有較強(qiáng)工程背景的例題培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，讓學(xué)生體驗(yàn)到工程力學(xué)在實(shí)際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，從而提高其學(xué)習(xí)的興趣。課后引導(dǎo)學(xué)生對課堂的重難點(diǎn)內(nèi)容認(rèn)真梳理，深層理解各知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系，完成“學(xué)生版”的思維導(dǎo)圖，真正體驗(yàn)將知識(shí)點(diǎn)由“厚”變“薄”的過程，更加系統(tǒng)化地掌握課堂內(nèi)容。

1.2 利用思維導(dǎo)圖，讓學(xué)生思考更深入

翻轉(zhuǎn)課堂可有效改善傳統(tǒng)填鴨式教學(xué)的弊端，教師通過課前布置微課教學(xué)視頻、課前預(yù)習(xí)作業(yè)、課中討論及引導(dǎo)、課后反思等環(huán)節(jié)，大大提高了學(xué)生參與課程的積極性和主動(dòng)性。但在實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)不少同學(xué)往往只局限于完成教師布置的學(xué)習(xí)任務(wù)，缺少對知識(shí)點(diǎn)的自我歸納和思考，難以形成各知識(shí)點(diǎn)的系統(tǒng)化理解。“思維導(dǎo)圖+翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式運(yùn)用易于接受的圖形和文字，實(shí)現(xiàn)不同知識(shí)點(diǎn)的有效銜接，促進(jìn)學(xué)生對知識(shí)點(diǎn)的深入思考。在翻轉(zhuǎn)課堂匯報(bào)思維導(dǎo)圖成果及修改完善思維導(dǎo)圖環(huán)節(jié)，教師應(yīng)多引導(dǎo)各種思維不斷碰撞和積極思考，達(dá)到對知識(shí)點(diǎn)的熟練掌握。

1.3 利用思維導(dǎo)圖，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)

思維導(dǎo)圖作為一種將放射性思考具體化的方法，在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力、邏輯思考能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力以及信息技術(shù)能力方面有顯著作用[4]。學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握，對某一章節(jié)或知識(shí)點(diǎn)所涉及的知識(shí)進(jìn)行高度的組織，在教師的引導(dǎo)下進(jìn)行合理的加工形成“個(gè)性化”的思維導(dǎo)圖，可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和良好的邏輯思維習(xí)慣。在課堂教學(xué)中，利用思維導(dǎo)圖的多線程、放射性的思維方法，引導(dǎo)學(xué)生對相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系和區(qū)別、理論知識(shí)的工程應(yīng)用勤聯(lián)想、多思考，使課堂教學(xué)變成培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維能力的主陣地。鼓勵(lì)學(xué)生積極參與小組思維導(dǎo)圖的制作、課堂匯報(bào)與討論，體驗(yàn)思維不斷碰撞、啟發(fā)的學(xué)習(xí)過程，鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和口頭表達(dá)能力。

2 思維導(dǎo)圖在工程力學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂中的應(yīng)用

借鑒高校教師在基于思維導(dǎo)圖的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式設(shè)計(jì)和應(yīng)用研究成果[5-10]，筆者將思維導(dǎo)圖應(yīng)用于部分工程力學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)中，以期解決學(xué)生參與度不高、缺乏對知識(shí)點(diǎn)邏輯關(guān)系的思考、忽視所學(xué)理論知識(shí)聯(lián)系實(shí)際工程等問題。下面以平面任意力系的平衡條件和平衡方程一節(jié)為例，詳細(xì)說明“思維導(dǎo)圖+翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式的實(shí)施方案。

2.1 課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)

按照5人為一組進(jìn)行分組，然后以小組為單位建立微信群，要求成員觀看微課或課件后討論并填充圖1所示的思維導(dǎo)圖。通過完成實(shí)際問題的受力分析，特別是趣味性的題目（圖1左下方，周培源大學(xué)生力學(xué)競賽試題）吸引學(xué)生對平面力系平衡問題的興趣，實(shí)現(xiàn)課程理論聯(lián)系實(shí)際的教學(xué)目標(biāo)。通過對一矩式中各式所代表含義的填充，讓學(xué)生充分理解各等式的含義。三種平衡方程的適用條件是最容易出現(xiàn)錯(cuò)誤的地方，在布置課前思維導(dǎo)圖時(shí)重點(diǎn)關(guān)注。此外，學(xué)生之間通過互相討論交流進(jìn)行合作學(xué)習(xí)，一方面可以加深對知識(shí)點(diǎn)的理解，同時(shí)也可激發(fā)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。為保證翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)效果，教師或助教應(yīng)隨時(shí)抽查并關(guān)注學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，鼓勵(lì)優(yōu)秀學(xué)生根據(jù)自己的興趣，針對某些知識(shí)點(diǎn)繪制屬于自己的思維導(dǎo)圖，用自己易于理解的方式建立與各知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系。

圖1 平面任意力系平衡問題思維導(dǎo)圖

2.2 課堂教學(xué)環(huán)節(jié)

抽取3-5組學(xué)生進(jìn)行思維導(dǎo)圖成果匯報(bào)，真實(shí)了解學(xué)生的認(rèn)知進(jìn)展情況，并及時(shí)給與指導(dǎo)。為避免流于形式，教師最好通過設(shè)問和提問方式提高學(xué)生的參與度。接著展示本節(jié)課程的總思維導(dǎo)圖供學(xué)生討論，如圖2所示。課堂講解以圖2所示的前兩個(gè)實(shí)例為背景創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生解決實(shí)際問題。教學(xué)中首先穿插“力學(xué)建?！眴栴}，引導(dǎo)學(xué)生如何正確地將實(shí)際問題抽象為力學(xué)模型及其受力分析，幫助學(xué)生構(gòu)建和理解工程力學(xué)系統(tǒng)化理論及其本質(zhì)，提高其發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。然后重點(diǎn)講解平衡方程每個(gè)等式的實(shí)質(zhì)含義，引導(dǎo)學(xué)生理解為何要對二矩式和三矩式的矩心選取進(jìn)行限制。最后采用三種平衡方程分別對問題進(jìn)行求解，通過“一題多解”培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散性思維，讓學(xué)生充分理解如何利用不同方法求解未知約束力。

2.3 課后反思環(huán)節(jié)

除了布置課后習(xí)題外，將圖2中應(yīng)用3作為課后討論題，要求學(xué)生給出解題過程并討論繩索拉力最大時(shí)的夾角大小。鼓勵(lì)以小組為單位找出一個(gè)類似的應(yīng)用實(shí)例，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。引導(dǎo)學(xué)生在“預(yù)習(xí)版”思維導(dǎo)圖、課堂討論及自我體會(huì)的基礎(chǔ)上，總結(jié)本次課的重難點(diǎn)內(nèi)容，認(rèn)真梳理各知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系，構(gòu)建“學(xué)生版”思維導(dǎo)圖，完成知識(shí)點(diǎn)由“厚”到“薄”的轉(zhuǎn)化，提高學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)效果。

圖2 平面任意力系平衡問題思維導(dǎo)圖填充

3 結(jié)語

針對工程力學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂中學(xué)生參與度不高、缺乏對知識(shí)點(diǎn)邏輯關(guān)系的思考、忽視所學(xué)理論聯(lián)系實(shí)際等問題，將思維導(dǎo)圖融入到該課程的教學(xué)活動(dòng)中?；谒季S導(dǎo)圖的工程力學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，便于學(xué)生掌握各知識(shí)點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系，有助于培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)效率。