翻轉課堂教學模式在材料力學課程中的實踐與探索

安 軍，劉 杰，范勁松

(佛山科學技術學院 1.機電工程學院 2.工業設計與陶瓷藝術學院，廣東 佛山 528000)

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翻轉課堂教學模式在材料力學課程中的實踐與探索

安 軍1，劉 杰1，范勁松2

(佛山科學技術學院 1.機電工程學院 2.工業設計與陶瓷藝術學院，廣東 佛山 528000)

主要包括：知識點的規劃、以微課方式制作知識點視頻、課前學習教學設計、課堂教學設計以及成績評價標準等。通過學生的問卷調查和訪談交流，對教學模式進行了改進，提出了重點內容采用翻轉課堂的方式，一般章節采用傳統方式的教學模式。經過一個學期的教學實踐，表明該模式教學效果良好，具有一定的實際意義和積極作用。

材料力學；教學模式；翻轉課堂；機械類專業

一、前言

翻轉課堂譯自“Flipped Classroom”或“Inverted Classroom”，是指重新調整課堂內外的時間，將學習的決定權從教師轉移給學生。翻轉課堂是一種新型的教學模式，學生在課前通過觀看教師提供的教學視頻，自主完成課程知識傳授的任務，在課堂上通過小組討論、協作探究、問題解決以及課堂作業等完成知識的內化[1,2]?！胺D課堂”逐漸成為教育研究的熱點，并被加拿大的《環球郵報》評為2011年影響課堂教學的重大技術變革[3]。其主要優勢有[4]：

在課前學習階段：便于開展個性化學習，學生能夠按照自己的能力、水平安排學習計劃和進度，解決了傳統課堂優生吃不飽、差生吃不消的現象；課前先學習、帶著問題上課，目的更明確，學習效率更高；特別是智能化手機等移動設備的普及，為開展碎片化學習和學習無處不在提供了可能；變“教”為“學”,有利于培養學生的自學能力，為課堂的深入學習提供了可能。

在課堂活動階段：根據學習金字塔理論可知，“做中學”學習效率和知識平均保持率比“講授后課后再做練習”更高；互動交流，讓每一位學生可以分享其他同學所遇到的問題及其解決辦法；同時面對面的交流，便于及時發現問題，而且使學生遇到的所有問題都有機會獲得解決等。

但也存在一些缺點：翻轉課堂需要更多的課余學習時間，也很難控制課外學生學習的程度和效果，如課前沒有進行相應的學習則學習效果較差，因此需要學生積極主動參與。本文以工科的基礎課程《材料力學》為例，來探索翻轉課堂在其教學中的應用，以期起到一個拋磚引玉的作用。

二、材料力學課程的特點

材料力學是機械工程和車輛工程等工科專業的一門重要技術基礎課程。材料力學以構件能正常工作所需的強度、剛度和穩定性問題為核心，研究了構件的拉壓、剪切、扭轉和彎曲四種基本變形以及它們之間的組合變形形式。學習這門課程既可以解決一些簡單工程實際問題，同時又為后繼有關課程和其他相關的科學技術提供必要的理論基礎[5]。

但是根據歷屆學生的學習情況，該門課程的學習效果不好，不及格率較高，平均分較低，學生普遍反映學習困難，學習理解和掌握的程度也不太好，分析原因主要有：1) 傳統的教學方式，主要是采用“填鴨式的滿堂灌”的方式，學生課堂參與度不高，課堂教學質量不高；2) 每次課后都有屬于滿負荷的作業，部分學生不能及時完成作業，再加上對課堂教學內容掌握不好，作業完成情況不理想，而且抄作業的現象也比較嚴重；3) 由于課堂教學時間的安排，作業的評講和課程內容滯后2-3次課，等到評講時距離做作業和上課時間已超過7-10天，好多學生已經忘記了做題的思路，甚至已忘記學過的內容，所以評講效果也不好。

材料力學課程的教學特點在某些方面與數學和理論力學這些課程有類似之處，例如基本理論知識相對比較少而且較容易理解，知識點明確，但例題和習題比較多且復雜，學生做題難，即利用基本知識來解決問題存在一定難度和技巧，因此必須要求學生在深刻理解基本知識的情況下，多看多練，能舉一反三；但是與數學和理論力學不同之處在于：材料力學這門課程中的好多結論來源于實驗結果，和工程實際結合比較緊密，因此有其獨特的教學特點。

因此我們在車輛工程專業的材料力學課程中，嘗試采用翻轉課堂為主進行教學，根據教學情況，適當交叉采取傳統教學的模式進行教學，讓學生對兩種教學方式同時進行感受，并通過問卷調查和課堂教學質量等進行對比，以期提高教學質量。

三、翻轉課堂的實施方案

(一)課程的規劃

開始正式教學前，首先要對整個課程進行一個較詳細的規劃，并按照這個規劃進行教學。根據車輛工程專業的教學計劃，材料力學課程一共有54個學時，其中課堂教學48個學時，實驗教學6個學時(另行計分)，因此我們主要對48個課堂教學的學時進行了規劃。緒論部分采用傳統的教學模式，課程前3章即軸向拉壓、剪切和扭轉的每個章節及知識點均采用全部翻轉的方式進行教學，大概涉及到12個學時左右，然后對學生進行問卷調查，再根據調查結果進行調整。

提出上述的構想后，首先列出一些難點和重點作為翻轉課堂的知識點，制作知識點視頻，同時由于前3章采用了全部翻轉的形式，因此這部分內容除了知識點視頻外還應該充分收集和利用網絡資源；其次對課前教學及課堂教學進行設計，然后對課程考核方式進行規劃，再通過學生調查問卷的方式對課程進行測評，最后在此基礎上對教學方式進行調整，形成比較成熟的教學模式。

(二)教學視頻的制作及收集

教學視頻從內容是否是難點重點的角度來看，分為知識點的視頻和課程視頻，從教學的深度上來看，分為基本視頻和提高視頻。這些視頻采用自行制作或網上收集整理編輯的方式獲得。在翻轉課堂中采用的視頻由2個部分組成：一是基本視頻：根據我校該專業教學大綱的要求自行制作或者對網上的相關視頻進行選擇編輯處理，這部分內容是課程的基本要求，要求在上課前每個學生必須學習；另一部分是提高視頻：在網上收集到的其他學校的教學視頻，選取一些擴展內容或者較難部分對視頻內容進行剪輯處理，將其時間控制在10-20分鐘之內，該部分視頻是基本視頻的補充，這些內容供學有余力的同學自行學習。

知識點視頻主要采用自行制作為主，網絡資源進行編輯取其基礎部分為輔的形式。根據材料力學的特點，我們規劃出來20多個知識點，將這些知識點歸到內力及內力圖、強度問題、變形及剛度問題、靜不定問題、組合變形、應力分析、廣義胡克定律和壓桿穩定校核等八個大類中，每個大類下面分別有1-5個知識點，根據原來課堂教學的PowerPoint資料和一些參考的教學資料，整理出這些知識點的PowerPoint文件，作為知識點視頻錄制的文稿和劇本，并利用相關的錄屏軟件，采用微課的方式，完成了知識點視頻的制作，每段視頻的時間控制在5-20分鐘之間，該部分視頻作為本次翻轉課堂的基本視頻。

課程視頻基本是按照章節內容來安排的，在此我們主要是利用網絡資源，對這些視頻進行編輯處理，按照章節來剪輯分為基礎和提高內容，每段視頻時間控制在5-35分鐘之間，基礎部分和知識點視頻一起用于全部翻轉的教學中，提高部分提供給學有余力的同學作為課外的復習或者預習用。

(三)翻轉課堂教學模式構建

翻轉課堂的教學形式對大多數學生而言是一種新的學習方式，因此在課程的開始即緒論之前，利用課堂時間對學生進行宣傳動員，講解翻轉課堂的特點、在本門課程的應用特點、學習要求以及評分標準等，讓學生明確這門課程的學習方法，并且對該方法有一個初步的理解。

翻轉課堂教學模式構建主要包括了2個方面：課前學習教學設計和課堂活動教學設計。

1.課前學習教學設計

課前學習教學設計主要包括視頻資料的制作和整理(編輯、剪裁等)，以及相應章節的課前思考題的整理和提出，該思考題主要用于考察學生對這部分的學習情況。主要包括2個方面：

(1)上課2-3天前，準備好課程的視頻和思考題，將課程的視頻和思考題上傳到材料力學精品資源共享課的網站或公共郵箱中，學生登錄后可以直接觀看或者從郵箱中下載到手機或電腦中學習。

(2)每次課下課前，布置下一次課必須學習的視頻(基本視頻)以及涉及到的章節，要求學生上課前1-2天進入郵箱或登錄網站，按照要求完成相關視頻的學習(每次上課都提醒)，同時也上傳了提高視頻，以供學有余力的學生進行擴展學習。

在進行學習時要注意：在學習視頻前先預習涉及到的章節；對視頻中不理解的內容記錄下相應的播放時間，可以在上課時提出，對這些問題討論并解答；學習完視頻后完成布置思考題，以便在課堂上回答。

2.課堂活動教學設計

課堂活動教學主要分以下幾個步驟進行：

(1)針對視頻中的例題或者課前思考題，對大家進行測評(5-8分鐘左右)，檢測課前學習的效果；

(2)根據測試情況，利用10-15分鐘的時間，對該部分的重點內容進行有針對性的講授；

(3)在分組討論的基礎上，逐一解答學生在看視頻時或剛才講授中遇到的問題(同學或者老師解答均可)；

(4)請學生回答學習視頻時布置的課前思考題；

(5)將傳統教學模式準備布置的課后作業或者一些補充練習作為課堂練習，在充分討論、自愿原則的基礎上請學生到黑板上完成并進行實時評講；

(6)對該部分課程內容進行總結，如時間足夠就進行課后測試，這樣可以進一步考察課堂學習的效果；

(7)布置較少的課后作業以便復習鞏固，提供一些擴展的工程實例供大家分析，并布置下次課的視頻以及預習教材的相應章節。

在剛開始教學時，沒有第(1)和第(2)項的內容，發現主要存在以下問題：

①沒有增加課前測試環節(第1項)之前，好多學生在課前以“沒有時間”“其他功課較重、作業多”等理由不進行課前學習，做課堂練習時有30%-40%的同學基本不會做，學習效果很差；在上了2次課后及時發現了這個問題，加上了課前測試環節，并且加重了課前測試在評分標準中的比重后，除只有不到10%-15%的同學基本不能動筆外，大部分同學的正確率都得到了提高。

②沒有增加重點講授環節(第2項)之前，在做課堂練習時發現學生對一些概念不太清楚，而且課前思考題回答情況不理想，學生提出問題也很少；通過和學生交流，加入了該環節，這樣學生能有針對性地提出一些問題，而且課堂練習的正確率和學生的積極性也比以前有所提高。

(四)成績評價及問卷調查

按照學校的規定，課程成績由平時成績和考試成績兩部分組成(注：實驗部分作為單獨的一門課程記成績)，通過和學校協商，將成績評定比例進行了調整，平時成績的比重從30%提高到45%，通過加大平時成績的比重，使學生對平時的課堂學習和課前學習更加重視，學生學習的主動性和積極性有所提高。

平時成績主要包括：課堂測試30%-40%，問題回答20%-30%，課后作業10%-20%，問題提出10%-20%，考勤10%-20%。為了鼓勵同學們積極思考，對提出問題和回答問題都記比較高的分數，并且采用不管對錯，只要主動回答問題就加分，但分值有差別，分成了3檔。

四、問卷調查及考試成績分析

(一)問卷調查及分析

在課程學習的前段時間即扭轉結束后，我們針對翻轉課堂的教學方式設計了“《材料力學》課程翻轉課堂—學生調查問卷”，收集了全班同學的問卷，并對問卷進行統計分析，其結果如下：

(1)63.9%和67.6%的同學分別完成了2/3及以上的看視頻和教學的任務;

(2)70.3%的同學認為自己的自學能力有一定提高;

(3)在多選題中，接近50%的同學認為“在課堂上主動思考的時間增多，參與性增強”；

(4)64.9%的同學認為在課堂上應該進行“重點突出，選擇少而精的內容進行深入的分析講解”；

(5)86.5%的同學對我們采用的這種翻轉課堂教學方式滿意或基本滿意。

通過上面的問卷調查及其分析，說明大部分同學對這種學習方式還是接納和認可的，而且80%以上的學生建議采用翻轉課堂和傳統教學相結合的模式，同時還建議每段視頻不能太長，盡量控制在20分鐘以內。除此之外，在教學之余還注意與班上的同學進行了交流和訪談，通過面對面的方式或者網絡的方式收集了許多意見和建議。

(二)教學模式改進

從學生的各種反饋環節可知，采用翻轉課堂的教學模式一定要把握好翻轉的度，如果每個學時都進行翻轉，會較大地增加學生的學習時間和負擔，而且學生學習了一些非重點難點內容后可能就沒有時間、耐心和精力來學習重點和難點內容，影響學生的學習積極性和學習效果，因此我們在第3章后對教學模式進行了適當的調整和修改。

修改后采用了翻轉+傳統的教學方式進行教學，其具體方式為：

1.重點難點采用翻轉的方式，加深大家的理解即課前學習(視頻+課前思考題)、課堂學習(課前測試+重點講解+課前思考題+課前測試題講解+課堂練習+課堂測試)的方式，適當加強重點難點的講解；

2.一般的章節就采用傳統的方式，減輕學生的學習負擔。采用這種教學方式后，教學效果得到了提升，而且學生課前完成教學任務的比例增大，70%以上的學生認為有時間和能力完成課前教學任務。

(三)考試結果分析

這次翻轉課堂的教學實踐應用于2014級車輛工程班(38人)的實際教學中，一共有48個課堂教學學時，其中36個學時采用了翻轉課堂的形式。本系同年級還有機械設計及其制造專業的2個班(92人)，其材料力學課堂教學學時數為64個，全部采用傳統的教學模式。近幾年來，這2個專業的學生一直采用考教分離的形式組織考試，用同一套試卷，除個別題目有差別外考題基本相同。

近幾年考試的卷面及格率如下表所示，對比近3年和本次考試的情況，可以看出：14級卷面及格率分別是82%(車輛)、15%(機電1)和41%(機電2)，剔除機械1班的特殊情況，車輛工程班的卷面及格率也是機電2班的2倍。從歷屆考試情況來看，班級的卷面及格率最高也只有77%，大部分情況為40%-70%之間，因此從這兩方面來說，利用翻轉課堂后學生的考試成績確實得到了普遍的提高。

表 近三年的卷面及格率情況

五、結論

通過一個學期的教學實踐，我們認為對于材料力學這門課程來說，比較適合采用翻轉課堂+傳統教學的模式，該模式解決了學生在課后做作業難，抄襲作業現象比較嚴重的問題，大多數學生認為在課堂上及時解決問題的方式加深了理解和記憶，而且由于互動交流較多，自己動手和動腦的時間多，課堂氣氛活躍，學生的學習積極性較高，主動提問題和回答問題的熱情比較高，學生的自學能力和考試成績也得到了一定的提升。但是一定要合理地把握翻轉課堂的度，否則學生的負擔太重，影響學生學習的積極性和學習效果。但總的來說，在材料力學中采用翻轉課堂+傳統課堂的模式進行教學具有一定的實際意義和積極作用。

(責任編輯：徐建平)

[1]陳子超,蔣家傅.高校翻轉課堂教學模式探索與實踐[J].現代教育技術,2014,24(12)：112 - 117.

[2]許英姿,沈玉鳳.基于翻轉課堂的理論力學教學改革與實踐[J].力學與實踐,2015,37(6):737-740.

[3]黃田富,胡志彪,吳粦華,等.翻轉課堂教學法在《材料力學》課程教學中的應用[J].龍巖學院學報,2015,33(5):112-116.

[4]封卉梅,黃阿崗.翻轉課堂在建筑力學教學中的應用[J].數字教育,2015(4):82-84.

[5]安軍,周應龍,劉杰.應用型本科院?！恫牧狭W》課程教學問題探討[J]. 高教論壇,2015(8):70-72.

Practice and Exploration of Flipped Classroom Teaching Mode in Materials Mechanics Course

AN Jun1，LIU Jie1，FAN Jin-song2

(1.Mechanical Engineering College；2.Indusrtrial Design & Camera Ceramic Art College of Foshan University, Foshan 528000,China)

The main aspects are knowledge point planning, knowledge point video making by the micro teaching, pre-class learning teaching design, classroom teaching design and performance evaluation criteria, etc. Through the questionnaire survey and interview of students, the teaching mode was improved. The key contents were taught by flipped classroom while the general contents were taught in traditional way.After a semester of practice, outcome is satisfied, and has a positive value.

materials mechanics；teaching mode；flipped classroom；mechanical major

安軍(1968-)，女，四川人，副教授，研究方向為數字化設計，虛擬設計。

2016-09-27

2016-10-25

G642.0

A

1671-9719(2016)12-0028-04

廣東省質量工程建設項目“材料力學”精品資源共享課(粵教高函〔2015〕133號)；佛山科學技術學院創新強校教學改革項目“‘材料力學’精品資源共享課”(佛科院教〔2014〕20號)；佛山科學技術學院“材料力學”優質課程(佛科院教研(教材)〔2015〕24號)和翻轉課堂(佛科院教研(教材)〔2016〕15號)。