基于雨課堂和微課的翻轉(zhuǎn)教學(xué)初探

楊磊 岳蕾 胡明順

［摘 要］ “地震波動力學(xué)”是地球物理學(xué)專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)必修課程，主要講述張量分析、應(yīng)力應(yīng)變、地震波方程的求解、平面簡諧波在分界面處反射和折射、瑞雷面波及勒夫波等內(nèi)容。在信息化背景下，“地震波動力學(xué)”課程面臨若干問題，針對如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動性、提升教學(xué)效果等問題，選擇雨課堂作為媒介，對“地震波動力學(xué)”課程的翻轉(zhuǎn)教學(xué)進行了初步的探索，取得了較好的效果，希望能為基于雨課堂的翻轉(zhuǎn)教學(xué)提供一些借鑒。

［關(guān)鍵詞］ 地球物理勘探；雨課堂；混合翻轉(zhuǎn)教學(xué)

［基金項目］ 2018年度中國礦業(yè)大學(xué)教學(xué)研究項目“雨課堂模式下‘地震波動力學(xué)互動啟發(fā)式教學(xué)改革研究”（2018QN08）；2020年度教育部第二批新工科研究與實踐項目“行業(yè)特色高校新工科人才培養(yǎng)實踐創(chuàng)新平臺建設(shè)探索與實踐”（E-XTYR20200624）；2021年度中國礦業(yè)大學(xué)教學(xué)改革研究項目“‘地震波動力學(xué)教學(xué)方法改革研究與應(yīng)用”（2021YB27）

［作者簡介］ 楊 磊（1983—），男，江蘇徐州人，博士，中國礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院講師（通信作者），主要從事地球物理學(xué)教學(xué)研究。

［中圖分類號］ G642.4［文獻標(biāo)識碼］ A［文章編號］ 1674-9324（2023）20-0030-04［收稿日期］ 2022-06-01

高等教育的培養(yǎng)對象是即將步入社會參與競爭的大學(xué)生，因而不僅要向?qū)W生傳授專業(yè)知識，而且要教會學(xué)生獲取知識的途徑與方法。隨著通識教育的推廣和普及，專業(yè)課程的課時量逐漸減少，而專業(yè)課程內(nèi)容不變，造成了教師“以教為主”的教學(xué)方法，難以完成教學(xué)任務(wù)和教學(xué)目標(biāo)，進而促使教學(xué)方法和手段發(fā)生根本性的變化，因此，教師要提綱挈領(lǐng)地教、學(xué)生要深入系統(tǒng)地學(xué)，將教師詳細(xì)的推導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生的自主學(xué)習(xí)，以培養(yǎng)出適應(yīng)知識爆炸時代的高素質(zhì)人才。尤其在“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下［1］，各種網(wǎng)絡(luò)資源日益豐富、層出不窮、推陳出新，比如百度知道、百度文庫，以及近年來出現(xiàn)的知乎、github等，所以高等教育工作者除了要授人以魚以外，更重要的是要授之以漁，教會學(xué)生獲取并學(xué)習(xí)相關(guān)知識的方法。同時在“互聯(lián)網(wǎng)+”教育背景下，各種教學(xué)手段和教育理念層出不窮，比如慕課、微課、翻轉(zhuǎn)課堂等，引領(lǐng)了教育新形態(tài)，也為高等教育工作者提供了多樣化的教學(xué)模式選擇?！暗卣鸩▌恿W(xué)”課程公式復(fù)雜，概念煩瑣，原理晦澀，潛力巨大，實踐性很強，且難以直觀理解，因此，如何合理選擇和利用現(xiàn)代化教學(xué)手段，提高教學(xué)效果，是課程授課者面臨的重要挑戰(zhàn)。

一、“地震波動力學(xué)”教學(xué)現(xiàn)狀分析

“地震波動力學(xué)”課程是地球物理學(xué)專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)，是必修課程，主要講述張量分析初步，包含指標(biāo)記號、坐標(biāo)變換和張量分析；應(yīng)力應(yīng)變，包含彈性體變形、應(yīng)變張量、轉(zhuǎn)動張量、應(yīng)力分析和應(yīng)力應(yīng)變之間的關(guān)系等；地震波方程的求解，包含地震波動力學(xué)基本方程、無旋波和無散波、波動方程退化處理及波動方程一般解等；平面簡諧波在分界面處反射和折射（自由邊界條件反射透射，以及彈性分界面處的反射、折射和面波）規(guī)律等。通過對該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠了解和基本掌握地震波激發(fā)、傳播和接收的基本原理；掌握基本類型地震波在多種不同介質(zhì)中傳播的基本規(guī)律和方程式、張量、應(yīng)力、應(yīng)變的概念、運算及其相互間的關(guān)系，以及地震波傳播時不同介質(zhì)對地震波的影響；了解點源、線源及面源的基本概念；初步掌握各種震源條件下地震波在各種地殼介質(zhì)中傳播的基本規(guī)律；了解地震波的數(shù)值計算方法，培養(yǎng)學(xué)生分析地震波問題的能力，為后續(xù)學(xué)習(xí)相關(guān)課程打下堅實的基礎(chǔ)。

但是，“地震波動力學(xué)”教學(xué)工作的開展面臨著一定程度的挑戰(zhàn)。受我國傳統(tǒng)教育的影響，大部分學(xué)生在課堂上與教師交流互動的意愿較低，智能手機的普及及便捷的互聯(lián)網(wǎng)的接入，更是將生動豐富的網(wǎng)絡(luò)資源帶入課堂，也使教師進入與手機爭奪學(xué)生注意力的時代，學(xué)生在課堂上的專注度受到了極大的干擾。對于“地震波動力學(xué)”課程而言，當(dāng)講解內(nèi)容難度較大時，部分缺乏自制力的學(xué)生容易自我放棄，成為課堂上的“低頭族”。在奪走學(xué)生注意力的同時，信息技術(shù)使知識獲取變得非常便捷，傳統(tǒng)課堂已不再是學(xué)生獲取知識的唯一途徑，教師在課堂上的主導(dǎo)性、權(quán)威性也受到前所未有的挑戰(zhàn)。

具體來說，“地震波動力學(xué)”課程數(shù)學(xué)公式復(fù)雜、物理概念繁多且與實踐性強的地質(zhì)學(xué)相結(jié)合，既容易造成學(xué)生的厭學(xué)情緒，也能激發(fā)學(xué)生的挑戰(zhàn)性，所以學(xué)生主要分為兩大類：一是厭學(xué)的，主要是因為前期數(shù)學(xué)底子差、物理基礎(chǔ)薄，這類學(xué)生課上不專心聽講，無所事事，課下也從不與同學(xué)、老師溝通；二是想挑戰(zhàn)的，渴望通過學(xué)習(xí)這門課程取得優(yōu)異成績獲得同學(xué)認(rèn)同，課上聽講比較認(rèn)真。中華傳統(tǒng)文化教育我們要謙虛謹(jǐn)慎，這點固然好，但是也容易讓學(xué)生難以主動公開表達自己的觀點，一是因為怕出錯而受到同學(xué)的嘲諷，二是怕出風(fēng)頭而影響同學(xué)之間的人際關(guān)系。第一種情況的主體為基礎(chǔ)較差而想提出自己的疑惑、不解和質(zhì)疑的學(xué)生，這類學(xué)生害怕受到同學(xué)的嘲諷；第二種情況的主體為基礎(chǔ)較好且愿意分享自己的學(xué)習(xí)心得、體會和見解的學(xué)生，這類學(xué)生害怕被同學(xué)打上“張揚、好為人師”的標(biāo)簽。但是這并不代表學(xué)生不想表達自己的觀點，比如在課堂教學(xué)過程中，有的學(xué)生也會在小范圍討論所講授的內(nèi)容，課間和課后也能主動和老師交流、討論所學(xué)內(nèi)容，提出自己的質(zhì)疑并和老師展開討論；所以學(xué)生缺乏的是課堂上公開的互動，或者說公開互動的意愿較低。

芯片技術(shù)的高速發(fā)展，促使了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能手機等進入課堂，分散了學(xué)生的注意力。科技是一把雙刃劍，移動設(shè)備和無線網(wǎng)絡(luò)使當(dāng)代課堂充滿了各種可能性。在技術(shù)引領(lǐng)下，學(xué)習(xí)正在發(fā)生變革，隨時、隨地、隨意可進行的線上自主學(xué)習(xí)有望激活學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)習(xí)更具有自主性和選擇權(quán)。各種即時互動軟件可以讓教、學(xué)互動更便捷、更有效。

二、微課的使用和雨課堂的選擇

“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)的發(fā)展，為教育工作者提供了豐富多樣的教學(xué)手段，比如CAI網(wǎng)絡(luò)教室、雨課堂、線上慕課、翻轉(zhuǎn)課堂、微課等［1-4］。針對“地震波動力學(xué)”課程復(fù)雜性、煩瑣性的特點，筆者選擇雨課堂與微課相結(jié)合的混合式翻轉(zhuǎn)模式開展教學(xué)探索。一方面，大部分學(xué)生課堂專注度有限，知識吸收率低，而微課模式則可以按照知識點將課堂時間進行切割［4］，這種碎片化的學(xué)習(xí)模式更符合大腦的工作原理和認(rèn)知方式；另一方面，雨課堂可以實現(xiàn)手機實時答題、彈幕互動等功能，易獲得更輕松的交流氛圍。

在網(wǎng)絡(luò)資源呈爆炸式增長的背景下，如果學(xué)生難以從課堂上獲得娛樂體驗，便很容易低頭在網(wǎng)絡(luò)中尋找。原有的“地震波動力學(xué)”課程教學(xué)以PPT貫穿整個教學(xué)過程，課件的目的性不明確，在關(guān)鍵知識點上難以吸引學(xué)生的注意和共鳴。而將微課引入課堂，對課堂知識進行解構(gòu)重組，則可以將傳統(tǒng)課堂進行有效分解，在關(guān)鍵環(huán)節(jié)以視頻的形式，將知識以更新穎、更有趣的方式呈現(xiàn)給教學(xué)對象，以彌補傳統(tǒng)課堂的不足，使課堂環(huán)節(jié)更精彩，為課堂教學(xué)錦上添花。

當(dāng)然微課并不是簡單地將課堂講授變?yōu)樵诰€授課視頻的播放，微課的內(nèi)容要精準(zhǔn)直擊學(xué)生的需要和興趣，呈現(xiàn)形式要生動，充分發(fā)揮視頻、音頻及動畫效果，將語言描述抽象、實驗又難以演示的內(nèi)容具體化、形象化。如各種勘探方法所利用的物理原理及其對應(yīng)的場源擴散過程等傳統(tǒng)的“地震波動力學(xué)”課堂所無法呈現(xiàn)的內(nèi)容，可以采用數(shù)值模擬計算結(jié)合錄屏剪輯等技術(shù)，制作圖片、在線視頻、動畫等形式的課前資料，使學(xué)生做到聽課有備而來。同時，微課的教案要恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置懸念，要善于利用生活實例做類比；語言表達要詼諧幽默，要善于利用網(wǎng)絡(luò)流行語言，營造情境化的交互式學(xué)習(xí)環(huán)境。科學(xué)制作的微課可以在課前預(yù)習(xí)、課堂導(dǎo)入、重點及難點解析等環(huán)節(jié)發(fā)揮重要的作用，能夠?qū)⒄n堂講解與課下學(xué)習(xí)的過程翻轉(zhuǎn)，使學(xué)生掌握學(xué)習(xí)自主權(quán)，提升學(xué)習(xí)效率，延長有效學(xué)習(xí)時間。

通過雨課堂教學(xué)，學(xué)生可以利用手機實時答題情況及彈幕互動，而教師也能通過學(xué)生的答題情況及彈幕了解學(xué)生的掌握情況，從而教學(xué)雙方實現(xiàn)良性的交流互動，促使以教師為中心向以學(xué)生為中心的教學(xué)模式翻轉(zhuǎn)；通過師生交流、討論等互動活動，有助于使教師及時發(fā)現(xiàn)問題并予以糾正，縮小學(xué)生與學(xué)生之間以及學(xué)生與教師之間的認(rèn)知差異，激發(fā)學(xué)生的內(nèi)在潛力，調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，活躍課堂氣氛，引導(dǎo)學(xué)生開展創(chuàng)造性學(xué)習(xí)。

同時，雨課堂將復(fù)雜的信息技術(shù)手段直接融入PPT和微信，使學(xué)生可以直接通過手機使用，而麥可思調(diào)查顯示，65%的大學(xué)生希望將手機應(yīng)用于課堂教學(xué)，因此，選擇雨課堂可以使教師和學(xué)生不需要專門學(xué)習(xí)即可快速上手使用。

三、利用雨課堂整合學(xué)習(xí)資源，激發(fā)學(xué)生的興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度

雨課堂可以重新構(gòu)建學(xué)習(xí)流程，使學(xué)生用手機實時答題、彈幕互動，獲得更輕松的交流氛圍，教師在課堂上隨講、隨練、隨測，開展及時互動與溝通，促使以教師為中心的傳統(tǒng)教學(xué)模式向以學(xué)生為中心的智慧教學(xué)模式翻轉(zhuǎn)。全新的教學(xué)模式有利于縮小學(xué)生間的認(rèn)知差異，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，將課堂變?yōu)樗季S碰撞的交流場所，進一步啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生進行創(chuàng)造性學(xué)習(xí)?！坝暾n堂+微課”的教學(xué)模式在整個教學(xué)過程中會對學(xué)生的所有學(xué)習(xí)行為自動記錄，這些數(shù)據(jù)為翻轉(zhuǎn)課堂的考核提供了量化依據(jù)和支撐，將教學(xué)過程評價由“以考試為主”變成“基于數(shù)據(jù)的過程化評價”，使考核趨于科學(xué)、合理，可以有效提升學(xué)生對翻轉(zhuǎn)課堂的參與度。

雨課堂的使用能夠使教師及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生存在的問題，縮小師生間的認(rèn)知差異。中國礦業(yè)大學(xué)“地震波動力學(xué)”課程所使用的教材是以胡德綏老先生的《彈性波動力學(xué)》為基礎(chǔ)編寫的講義。在講授數(shù)學(xué)背景部分時介紹愛因斯坦求和約定，即同一項中重復(fù)出現(xiàn)一次（總共出現(xiàn)兩次）的指標(biāo)稱為啞指標(biāo)，其僅表示求和，與用什么字母表示無關(guān)；不重復(fù)出現(xiàn)的成為自由指標(biāo)，其表示方程個數(shù)，不同項中的自由指標(biāo)必須一致。教師本以為對于“項”這個概念不必要過多的闡述，畢竟學(xué)生初中就接觸過多項式。但是在實際的教學(xué)過程中，學(xué)生反而因為對“項”的認(rèn)知模糊而不能準(zhǔn)確判斷自由指標(biāo)和啞指標(biāo)。比如有的學(xué)生把整個表達式作為一個項，進而認(rèn)為整個表達式中都是啞指標(biāo)，沒有自由指標(biāo)；有的學(xué)生認(rèn)為只要是連在一起的就是一項，造成點乘和叉乘的混亂。通過雨課堂的實時答題功能，教師可以當(dāng)堂發(fā)現(xiàn)問題予以糾正，而在不使用雨課堂的情況下，教師只能通過課后作業(yè)的完成情況才能發(fā)現(xiàn)這樣的問題，教學(xué)效果沒有當(dāng)堂發(fā)現(xiàn)、當(dāng)堂解決的效果好。

雨課堂的彈幕功能可以有效組織學(xué)生對某個知識點進行討論［2］，在討論中加深學(xué)生對知識點的認(rèn)識，激發(fā)學(xué)生的主觀能動性。教師在講授小變形情況下應(yīng)變張量對角分量之和（e11+e22+e33）的幾何意義時，通常以正方體的徑向拉伸變形為藍(lán)本進行講解，畢竟彈性體的位移分為平移、旋轉(zhuǎn)和變形三個部分，而平移和旋轉(zhuǎn)并不造成體積的變化。使用雨課堂之前，沒有學(xué)生對此公開提出過質(zhì)疑；但是使用雨課堂之后，有學(xué)生以彈幕的形式提出“這種情形比較特殊，有沒有更一般的推導(dǎo)，畢竟特殊情況代表不了一般情況”。針對這一問題，教師提出了求解思路，即變形前后平行四面體的體積可分別由三個共點向量的混合積表示，變形前后各向量分量可以由位移向量的泰勒展開表示，小變形情況下可以略去高階導(dǎo)數(shù)項，從而證明這個結(jié)論。課堂上學(xué)生各自發(fā)揮特長，擅長數(shù)學(xué)分析的學(xué)生提出求解步驟，運算能力強的學(xué)生推導(dǎo)公式，思維敏捷的學(xué)生負(fù)責(zé)發(fā)現(xiàn)問題，大家共同努力完成整個證明，而教師只負(fù)責(zé)最后的總結(jié)，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。

雨課堂的發(fā)布功能可以充分利用教師和學(xué)生的碎片化時間，調(diào)動學(xué)生參與課程學(xué)習(xí)研討的積極性，提高學(xué)習(xí)效率。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，教師的講授和學(xué)生的學(xué)習(xí)均在特定的時間和特定的地點中完成，具有時間空間局限性；課上學(xué)生的注意力難以一直集中，課后學(xué)生需要復(fù)習(xí)鞏固，學(xué)習(xí)時間呈現(xiàn)碎片化特點；課上教師常常依據(jù)往屆學(xué)生的接受情況進行授課，針對性不強，課后教師還需要對講解不足、學(xué)生理解不深入的地方和學(xué)生及時溝通?；ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展使學(xué)生幾乎離不開手機。利用此特點，在學(xué)生閑暇時間，通過雨課堂發(fā)布討論話題、推送作業(yè)、上傳課件及閱讀材料，以加深學(xué)生對課程的認(rèn)識。比如，筆者通常在學(xué)生的午飯、晚飯及睡覺前發(fā)布瑞雷波的發(fā)現(xiàn)背景、勒夫波的發(fā)現(xiàn)及數(shù)學(xué)推導(dǎo)所遇到的難題等，使學(xué)生了解問題的來龍去脈，發(fā)現(xiàn)地震波動力學(xué)不再是冰冷的數(shù)學(xué)公式、煩瑣的物理概念和深奧的物理原理等，也是富有故事和傳奇色彩的學(xué)科，進而激發(fā)學(xué)生的求知欲。

雨課堂的自動記錄功能有助于督促學(xué)生學(xué)習(xí)。優(yōu)質(zhì)的微課視頻可以激發(fā)學(xué)生觀看的欲望和學(xué)習(xí)的興趣，實現(xiàn)學(xué)習(xí)過程的部分翻轉(zhuǎn)，但是單獨使用微課，學(xué)生的學(xué)習(xí)情況無法及時反饋給教師，而與雨課堂相結(jié)合，教師則能夠?qū)⒕€上資源更好地整合到教學(xué)活動中，課前、課后都可以將微課等富媒體教學(xué)資源推送給教學(xué)對象并進行檢測，為課堂的教學(xué)組織和內(nèi)容的講解提供參考依據(jù)，幫助教師及時調(diào)整教學(xué)策略。如前所述，“地震波動力學(xué)”數(shù)學(xué)推導(dǎo)復(fù)雜，物理概念煩瑣，原理深奧，所以，中國礦業(yè)大學(xué)“地震波動力學(xué)”課程的考核加大了平時成績的比重。在整個教學(xué)過程中，雨課堂會自動記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)行為等數(shù)據(jù)，為翻轉(zhuǎn)課堂的考核提供量化依據(jù)，由“以考為主”變成了“基于數(shù)據(jù)的過程化評價”，使考核趨于科學(xué)、合理，有效提升學(xué)生對翻轉(zhuǎn)課堂的參與度。

結(jié)語

在新時代背景下，高等教育要弱化教師“教”內(nèi)容，強化學(xué)生“學(xué)”內(nèi)容，即教師要提綱挈領(lǐng)地教、學(xué)生要深入系統(tǒng)地學(xué)，教與學(xué)的模式逐漸在翻轉(zhuǎn)。同時在互聯(lián)網(wǎng)浪潮下，教育信息化既是一種潮流，也是一種不可避免的趨勢，因此，高等教育工作者應(yīng)不斷學(xué)習(xí)新知識、新技術(shù)和新手段，并將其運用到教學(xué)改革與實踐中，使教與學(xué)更加智能化、高效化。

參考文獻

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［2］鄧亮.基于“雨課堂”混合式教學(xué)模式設(shè)計與實踐［J］.中國人民公安大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2017，23（2）：105-108.

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A Probe into Flip Teaching Based on Rain Classroom and Micro-Course Online Video： an Example of Seismic Wave Mechanics Course

YANG Lei， YUE Lei， HU Ming-shun

（School of Resources and Geosciences， China University of Mining and Technology， Xuzhou， Jiangsu 221006， China）

Abstract： Seismic wave dynamics is a basic required course of geophysics. This course mainly deals with tensor analysis， stress-strain， the solution of seismic wave equations， reflection and refraction of plane Harmonic seismic wave at interfaces between different media， Rayleigh surface wave and Love surface wave. This paper discusses some problems faced by the course under the background of information technology， including how to improve students interest in learning， how to stimulate students subjective initiative in learning and how to improve teaching effect. Selecting rain classroom as an medium， this paper makes a preliminary exploration on the flip teaching of seismic wave dynamics course， and obtains a preliminary effect， hoping to provide some references for the inverted teaching based on rain classroom

Key words： geophysical exploration; rain classroom; mixed flipping teaching