基于“以學(xué)生為中心”教學(xué)理念的水力學(xué)“翻轉(zhuǎn)課堂”課程改革

吳玉帥 甘永德 顧聲龍

摘? 要：新時(shí)代背景下，傳統(tǒng)教學(xué)模式在一定程度上不再適應(yīng)當(dāng)今社會的發(fā)展，無法滿足培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)的要求。本文針對目前水力學(xué)課程存在的教學(xué)現(xiàn)狀及問題提出了基于多元化理論的水力學(xué)“翻轉(zhuǎn)課堂”課程改革思路，主要有：課前自學(xué)、課堂展示（翻轉(zhuǎn)課堂）、課后鞏固、項(xiàng)目挑戰(zhàn)、教學(xué)評價(jià)改革五個(gè)方面。充分結(jié)合基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的線上教學(xué)平臺、SPOC課程等，讓水力學(xué)課堂豐富有趣，提高了學(xué)生的溝通交流能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、自學(xué)能力、創(chuàng)新能力和理論聯(lián)系實(shí)際的能力，旨在現(xiàn)為祖國培養(yǎng)全面發(fā)展的青年人才的目的。

關(guān)鍵詞：課程改革；翻轉(zhuǎn)課堂；項(xiàng)目挑戰(zhàn)；教學(xué)評價(jià)

中圖分類號：G420? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：1673-7164（2023）05-0128-04

水力學(xué)是以水為主要對象研究液體運(yùn)動規(guī)律以及應(yīng)用這些規(guī)律解決實(shí)際工程問題的科學(xué)［1］，也是水利類專業(yè)學(xué)生進(jìn)行后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程學(xué)習(xí)的先修課程［2］。課程具有工科課程的常見痛點(diǎn)問題：公式多、方程推導(dǎo)多、學(xué)習(xí)起來感到無聊等。按照傳統(tǒng)的教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)往往容易令學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒，難以達(dá)到令人滿意的教學(xué)效果，對學(xué)生的未來發(fā)展產(chǎn)生不利影響。

當(dāng)前，傳統(tǒng)水利教學(xué)已難以滿足新時(shí)代經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展所需的專業(yè)化、精細(xì)化、科學(xué)化管理需求，智慧水利作為一種以感知、互聯(lián)和智能等為基本特點(diǎn)的新興水利體系應(yīng)運(yùn)而生［3］。智慧水利屬于多學(xué)科交叉領(lǐng)域，融合了水利工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、通信技術(shù)等多個(gè)學(xué)科，是水利信息化發(fā)展的新階段［4］。在智慧水利的時(shí)代背景下，行業(yè)發(fā)展對教學(xué)和學(xué)生提出了新的要求，“全靠老師講”的傳統(tǒng)水力學(xué)教學(xué)模式顯然已經(jīng)不適應(yīng)當(dāng)前對水利人才培養(yǎng)的要求，水力學(xué)教學(xué)改革勢在必行。

為緊扣教育高質(zhì)量發(fā)展和新時(shí)代本科教育改革發(fā)展的政策要求，加強(qiáng)教學(xué)建設(shè)，深化教學(xué)改革刻不容緩。多元化的教學(xué)理論正是教學(xué)改革的有力指導(dǎo)思想，它包括教學(xué)內(nèi)容多元化、教學(xué)模式多元化、實(shí)踐環(huán)節(jié)多元化、考核體系多元化［5］。本文基于目前水力學(xué)課程所存在的教學(xué)問題，提出了基于多元化理論的水力學(xué)“翻轉(zhuǎn)課堂”課程改革思路，力求提高水力學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量，為我國的水利事業(yè)培養(yǎng)基本功扎實(shí)、綜合能力強(qiáng)的青年人才。

一、水力學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀及問題

（一）課程內(nèi)容復(fù)雜

水力學(xué)的內(nèi)容不僅有基礎(chǔ)的理論部分，還包含工程應(yīng)用的知識靈活運(yùn)用的部分，具有基礎(chǔ)性、理論性強(qiáng)的課程特點(diǎn)。作為力學(xué)類的學(xué)科之一，“水力學(xué)”對學(xué)生的大學(xué)物理、高數(shù)、理論力學(xué)等學(xué)科基礎(chǔ)要求較高，學(xué)生需要具備一定的公式推導(dǎo)、理論理解的能力才能較好地掌握“水力學(xué)”課程內(nèi)容。對大部分成績處在中下游、前期基礎(chǔ)沒打好的學(xué)生來說，課上聽不懂，課下作業(yè)不會寫的情況非常普遍，久而久之，難免慢慢產(chǎn)生了厭學(xué)心理，開始在課上玩手機(jī)，甚至出現(xiàn)缺課、逃課的現(xiàn)象。因此，復(fù)雜的課程內(nèi)容對成績在中下游的學(xué)生來說是一個(gè)巨大的困難。

（二）教學(xué)模式單一

水力學(xué)的概念多、理論性強(qiáng)，且數(shù)學(xué)推導(dǎo)和計(jì)算煩瑣，比較枯燥，傳統(tǒng)的“水力學(xué)”教學(xué)模式都是以老師的講為主，學(xué)生的聽為輔。課堂上老師滔滔不絕地推導(dǎo)公式，學(xué)生卻在下面昏昏欲睡。目前大多數(shù)水力學(xué)教學(xué)方法單一，課堂教學(xué)“滿堂灌”，課堂趣味性不高，不容易調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。由于水力學(xué)教學(xué)時(shí)間緊、任務(wù)重，大多數(shù)教師，特別是年輕教師選擇使用多媒體的現(xiàn)代教學(xué)手段，可以增加課堂信息量。但是，有些教師備課不充分，存在照本宣科的現(xiàn)象，不利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（三）知識運(yùn)用不夠

作為專業(yè)基礎(chǔ)課的“水力學(xué)”是學(xué)生將來走向工作崗位的知識基礎(chǔ)，所以學(xué)生僅做到“公式會背，習(xí)題會做”遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。因?yàn)閷碓诠こ虒?shí)踐過程中遇到的問題一定是具有多變性、復(fù)雜性的，不僅需要學(xué)生具備一定的工程思維、創(chuàng)新思維，還需要學(xué)生學(xué)會知識的綜合運(yùn)用，結(jié)合計(jì)算機(jī)編程、軟件解決問題。目前的教學(xué)模式，忽視了對學(xué)生這種能力的培養(yǎng)，囿于書本知識，無法應(yīng)用于實(shí)際，學(xué)生也就無法體驗(yàn)“實(shí)踐出真知”的樂趣，因此對課程的學(xué)習(xí)無法產(chǎn)生足夠的興趣。

（四）教學(xué)考核設(shè)計(jì)單一

目前，傳統(tǒng)的水力學(xué)課程教學(xué)考核設(shè)計(jì)有些單一，過程性考核少。平時(shí)成績的考核也還是“作業(yè)+點(diǎn)名”的老一套。學(xué)生容易“鉆空子、打馬虎”，“上課時(shí)水一水，考試前拜一拜”成為學(xué)生學(xué)習(xí)“水力學(xué)”的套路。

以期末考試為主的考核方法導(dǎo)致學(xué)生不重視平時(shí)的學(xué)習(xí)過程，只依賴課堂教學(xué)，課下投入時(shí)間不夠，考前突擊復(fù)習(xí)，對課程內(nèi)容沒有深刻的理解及靈活的運(yùn)用［6］，也磨滅了學(xué)生自主學(xué)習(xí)、深入思考的積極性。因此在課程考核中加大過程性考核的權(quán)重，讓學(xué)生更加重視學(xué)習(xí)知識、鉆研難題的過程，從而提高教學(xué)效果是非常必要的。

（五）學(xué)生基礎(chǔ)不同

大學(xué)生雖然都是通過全國高考錄取進(jìn)來的，但是由于地域之間教育的水平參差不齊，學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、知識的功底高低錯落。目前“一視同仁”的水力學(xué)教學(xué)模式消磨了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性也就隨之降低，課前不預(yù)習(xí)、課后不復(fù)習(xí)，“一節(jié)課沒聽懂就節(jié)節(jié)課都聽不懂”的現(xiàn)象十分嚴(yán)重。本著要讓所有學(xué)生都有所提高的教育初心，延續(xù)之前“一刀切”的教學(xué)模式是根本行不通的，“水力學(xué)”教學(xué)改革勢在必行。

二、水力學(xué)課程改革思路及內(nèi)容

基于多元化理論的水力學(xué)“翻轉(zhuǎn)課堂”課程，改革思路如圖1所示。

（一）課前自學(xué)

考慮到學(xué)生基礎(chǔ)的不同，首先對班內(nèi)學(xué)生進(jìn)行分組，每四人一組。小組人數(shù)控制在四人，有效防止了部分學(xué)生在大組中渾水摸魚的現(xiàn)象。小組內(nèi)各有各的分工，有問題一起解決，保證了絕大多數(shù)學(xué)生的課程參與度。課前自學(xué)以小組為單位。每名學(xué)生都必須完成教師在線上教學(xué)平臺（如雨課堂）發(fā)布的SPOC課程和課前自學(xué)作業(yè)。課前自學(xué)作業(yè)考查的主要是SPOC課程上已經(jīng)講清楚的基礎(chǔ)理論、概念。平臺會記錄學(xué)生的任務(wù)完成情況，并反饋給教師作為平時(shí)成績的依據(jù)之一。這一步就確保了學(xué)生在課前可以將簡單的基礎(chǔ)知識掌握。

課前自學(xué)的過程中產(chǎn)生的疑問先由小組討論解決，仍然存疑的就在課前及時(shí)通過“水力學(xué)研討圈”反饋給教師，教師與學(xué)生共同討論問題，提高對知識的掌握程度。

（二）課堂展示

課堂上，教師首先利用工程案例將每節(jié)課的重點(diǎn)知識引出，這樣一來，既讓學(xué)生真切地感受到學(xué)習(xí)水力學(xué)的必要性，又加入了思政教育的元素。為了讓學(xué)生抓住學(xué)習(xí)的重點(diǎn)，教師會在課堂上對當(dāng)堂學(xué)習(xí)的章節(jié)進(jìn)行知識點(diǎn)的列舉和重要度劃分。在將學(xué)生的課前自學(xué)作業(yè)的情況總結(jié)、答疑后，開始以小組為單位的重要知識點(diǎn)“翻轉(zhuǎn)”。有了課前的準(zhǔn)備，再加上小組內(nèi)成員利益共同體互幫互助，以往公式推導(dǎo)的枯燥環(huán)節(jié)，變得具有挑戰(zhàn)性和趣味性。教師作為課堂的引導(dǎo)者，認(rèn)真地聽學(xué)生講解，然后根據(jù)他們講解中存在的知識誤區(qū)、混淆點(diǎn)、易錯點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié)和梳理。“翻轉(zhuǎn)”結(jié)束后，教師再對課堂內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié)梳理，幫助學(xué)生養(yǎng)成歸納總結(jié)知識體系的好習(xí)慣。既豐富了課堂內(nèi)容，還保證了課堂教學(xué)高效率。

（三）課后鞏固

為鞏固學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，課后及時(shí)的習(xí)題作業(yè)是不可避免的。根據(jù)學(xué)生的能力不同，以滿足教學(xué)大綱為最低要求，布置的習(xí)題要具有多元化，例如，設(shè)置必做題，針對能力強(qiáng)的學(xué)生，也有選做題，使學(xué)生都能吃飽。以往的作業(yè)形式避免不了大批學(xué)生照抄答案或互相抄襲的惡劣現(xiàn)象，因此采取新式“視頻作業(yè)”的方法，讓學(xué)生不僅是寫出來，而且要講出來。學(xué)生寫完作業(yè)后，利用手機(jī)等智能設(shè)備將講解過程錄制下來，上傳到線上學(xué)習(xí)平臺（如UMU）供教師批閱。這樣一來，學(xué)生從原來的互相“抄作業(yè)”，變成現(xiàn)在的互相“問作業(yè)”。從“沒頭緒”到“講出來”，極大地促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，也很大程度上保證了作業(yè)的質(zhì)量，真正做到讓學(xué)生“做一道，會一道”。

為了解答學(xué)生在“講作業(yè)”過程中遇到的問題，教師還建立了專門的“水力學(xué)”微信公眾號，每結(jié)束一次作業(yè)，就會在上面發(fā)布正確規(guī)范的解題思路。學(xué)生有問題還可以發(fā)布在線上研討圈里，教師和學(xué)生一起討論，在討論的過程中答疑。

為了讓學(xué)生的知識體系更加系統(tǒng)和完整，在每學(xué)完一章后，學(xué)生都要完成思維導(dǎo)圖整理的任務(wù)，教師鼓勵學(xué)生用專業(yè)的思維導(dǎo)圖軟件來制作，更有利于學(xué)生對知識的復(fù)習(xí)與應(yīng)用。

（四）項(xiàng)目挑戰(zhàn)

工程教育領(lǐng)域高階階段認(rèn)知發(fā)展的重要特征是工程思維，包括分析性思維、系統(tǒng)性思維、工程設(shè)計(jì)思維，以及理論聯(lián)系實(shí)際、目標(biāo)導(dǎo)向等［7］。為加強(qiáng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，教師還在課程改革中加入了“項(xiàng)目挑戰(zhàn)”模塊?！绊?xiàng)目挑戰(zhàn)”就是讓學(xué)生利用在水力學(xué)課堂上學(xué)習(xí)到的知識，利用Matlab、Python等軟件解決比如“環(huán)狀管網(wǎng)布置的自動計(jì)算”“明渠恒定均勻流水力計(jì)算”等簡單的工程計(jì)算問題。考慮到學(xué)生的學(xué)習(xí)能力有區(qū)別，教師在難度系數(shù)設(shè)置上也做了劃分。學(xué)生在做項(xiàng)目挑戰(zhàn)的過程中，不僅要靈活運(yùn)用所學(xué)知識，還要利用編程語言將圖像、結(jié)果等展示出來，極大地鍛煉了學(xué)生的綜合能力和工程思維。

（五）教學(xué)評價(jià)改革

為了改變以往教學(xué)考核單一的問題，提高學(xué)生學(xué)習(xí)水力學(xué)的積極性，增強(qiáng)過程性的考核十分重要。將過程性考核占比設(shè)為60%，結(jié)果性考核（期末考試）占比設(shè)為40%。而平時(shí)成績也不只包括作業(yè)和出勤率這兩項(xiàng)，還加入了課前自學(xué)任務(wù)考核、課堂展示考核（小組為單位）、階段測試、課后作業(yè)考核和項(xiàng)目挑戰(zhàn)考核。

教師在新的教學(xué)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中還加入了“額外加分項(xiàng)”內(nèi)容：制作知識點(diǎn)PPT、在微信公眾號上提供例題解答過程、制作“水力學(xué)”趣味小視頻等。讓能力強(qiáng)、學(xué)有余力的學(xué)生充分發(fā)揮自身的實(shí)力，全方面發(fā)展的同時(shí)，還能間接地幫助學(xué)習(xí)暫時(shí)落后的學(xué)生。此舉有利于激發(fā)學(xué)生思維，培養(yǎng)主動學(xué)習(xí)的氛圍。

（六）思政教育改革

目前，高校課程思政建設(shè)伋處于初步探索階段，在師資、教學(xué)體系及教學(xué)方法方面存在一些問題［8］。課程思政的核心，就是要讓在校學(xué)生不僅學(xué)習(xí)文化專業(yè)知識，還接受思想政治的再教育，在學(xué)生內(nèi)心自然而然地建立起兩者互融共生的關(guān)系［9］。正是本著這樣的決心，在基于多元化理論的水力學(xué)“翻轉(zhuǎn)課堂”課程改革中，強(qiáng)調(diào)用工程案例引出課程重點(diǎn)，在增強(qiáng)課堂趣味性、啟發(fā)性、實(shí)踐性的同時(shí)，也讓學(xué)生從內(nèi)心深處感受到作為未來國家水利事業(yè)的接班人，應(yīng)該秉承著忠誠、干凈、擔(dān)當(dāng)，科學(xué)、求實(shí)、創(chuàng)新的精神，以此進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)思想政治教育目標(biāo)，將立德樹人落到實(shí)處，從本質(zhì)上提高育人水平。此外，項(xiàng)目挑戰(zhàn)一項(xiàng)，更是讓學(xué)生在簡單的工程計(jì)算中激發(fā)和培養(yǎng)了學(xué)習(xí)興趣、專業(yè)自豪感。借助水力學(xué)在工程中的應(yīng)用計(jì)算實(shí)例，將水力學(xué)中晦澀難懂的概念和理論由表及里、由大化小地展現(xiàn)給學(xué)生。從而提升學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、專業(yè)認(rèn)同感和榮譽(yù)感，為其今后從事相關(guān)專業(yè)工作打下重要的思想基礎(chǔ)，堅(jiān)定專業(yè)信念［10］。

三、水力學(xué)課程改革效果

學(xué)生由課堂的“旁觀者”變?yōu)椤爱?dāng)局者”，教師“一言堂”的局面一去不返。學(xué)生不僅體驗(yàn)到探索知識的樂趣，更重要的是增強(qiáng)了自學(xué)能力。將來區(qū)分學(xué)生之間水平高低的標(biāo)準(zhǔn)絕對不是某階段知識掌握的多少，而是學(xué)習(xí)能力和應(yīng)變能力的強(qiáng)弱。無論是在課前自學(xué)中，還是在課堂展示里，學(xué)生都鍛煉了自己的語言表達(dá)和溝通能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力；在應(yīng)對“項(xiàng)目挑戰(zhàn)”的過程中，學(xué)生提高了知識運(yùn)用的能力、操作軟件的能力和理論聯(lián)系實(shí)際的能力。

經(jīng)過兩學(xué)期的教學(xué)改革試點(diǎn)，學(xué)生及格率大大提高。此外，在參與此次“水力學(xué)”課程改革后，學(xué)生在各方面都有突出表現(xiàn)，比如參加學(xué)科競賽、創(chuàng)新競賽的人數(shù)明顯增多，并有多名學(xué)生在數(shù)學(xué)建模比賽、“水工創(chuàng)新杯”等競賽中表現(xiàn)優(yōu)秀。

四、結(jié)語

基于多元化理論的水力學(xué)“翻轉(zhuǎn)課堂”課程改革，充分利用“互聯(lián)網(wǎng)+”的線上教學(xué)平臺、SPOC課程等，在新教學(xué)模式的運(yùn)用過程中展現(xiàn)出了非常好的教學(xué)效果，學(xué)生能夠在教師的規(guī)劃指導(dǎo)下進(jìn)行自學(xué)，培養(yǎng)了學(xué)習(xí)能力。水力學(xué)課程從“以本為本”出發(fā)，從本科特色出發(fā)，以人才培養(yǎng)為本，以學(xué)生需求為核心，調(diào)整教學(xué)模式，深化教學(xué)改革，提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生綜合應(yīng)用能力［11］。在21世紀(jì)的今天，學(xué)生可以從多種渠道獲取知識，但是如何高效地吸取、應(yīng)用知識，需要老師的指導(dǎo)。教學(xué)改革的目的，是讓學(xué)生獲得學(xué)習(xí)、創(chuàng)新、實(shí)踐、多思的能力。讓高校成為學(xué)生能力培養(yǎng)的場所，而不是知識的灌輸場所［12］。改革要時(shí)刻把握學(xué)科前沿科研動態(tài)，保證教學(xué)與時(shí)俱進(jìn)，總結(jié)出科學(xué)高效的水力學(xué)教學(xué)方案。

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（薦稿人：馬天，河北師范大學(xué)副教授）

（責(zé)任編輯：鄒宇銘）