土力學基于慕課的翻轉課堂教學模式探析

陳志雄　盧黎　盧諒

摘要：

近年來，慕課等線上教學潮流給高等教育帶來了新的機遇和挑戰，而以翻轉課堂為主流的教學方法是實施慕課教學較為有效的形式。土力學課程涉及的前置課程寬泛、理論性強，有些內容預備知識不夠充分，學生學習難度較大。文章介紹了土力學課程基于慕課的翻轉課堂教學模式的設計思路，提出了課前自主學習、課中翻轉課堂和課后知識拓展三大教學模塊，以期為土力學課程的教學改革提供參考。

關鍵詞：慕課；翻轉課堂；土力學；能力培養；教學改革

中圖分類號：TU43；G6420文獻標志碼：A文章編號：

10052909（2018）02006404

“互聯網+”概念在2015年兩會上正式被納入頂層設計，成為中國經濟社會發展的重要戰略，互聯網代表的信息通信技術與傳統行業的結合，創造出新一輪蓬勃發展的機會，與此同時也對傳統的高等教育提出了新的課題和挑戰。由美國高校聯盟推動的創新形式的大規模免費網絡課程——慕課MOOC（Massive Open Online Course），讓各種優秀的課程可以通過互聯網在全世界分享，學生可以自主選擇學習的時間、可以自己重復學習特定的內容，推動了高等教育的教學方法和學習方法的巨大變革[1]。今天，美國已形成了多所大學參與的慕課聯盟[2]，中國多所著名高校也參與到與哈佛、劍橋等世界著名大學共同建設的慕課平臺當中[3-4]。

但值得注意的是，慕課比較適合傳授難度較低、較為基礎的知識點。對于難度較大，需要思考、練習和實踐的課程，例如：土力學課程，單純的網絡視頻只能提供基本知識點，對于知識的掌握和運用仍有很大欠缺。如果僅僅讓學生觀看慕課，即使內容再精彩，如果缺乏對知識點深刻內涵的思考，

最終很有可能流于形式。如：土的抗剪強度部分，需要結合物理模型理解抗剪強度的來源，思考土體抗剪強度庫侖定律的來龍去脈，進而結合材料力學的莫爾應力圓理解土的極限平衡條件，再結合實際算例判斷土體是否發生破壞。單純依靠學生觀看視

頻難以完成對這些知識的消化和貫通，需要教師加以點撥，并組織學生開展討論和思考。可以看出，慕課必須與傳統課堂教學相結合，而“翻轉課堂”正是慕課與傳統教學相結合的有效形式。“翻轉課堂”是指利用現代互聯網技術，教師在課前將制作好的微課等視頻資源、自學材料和練習測試題目發布到網絡平臺，學生在課前通過網絡觀看視頻資料并完成測試題目的一種新型輔助教學手段。上課時，教師針對學生自學反饋情況進行答疑解惑，引領學生進行協同討論、分組練習，進一步探究知識點的內涵。這種“以學生為中心”的創新教學模式，發揮了視頻的直觀化優勢，創造了師生和學生之間的個性化交流和學習條件，提供了運用書本知識解決實際問題的機會[5-6]。傳統土力學教學主要以教師講授為主，學生跟隨教師的節奏依次學習各個知識點，學習的主動性和針對性不強，自學能力和團隊協作精神缺少充分的培養機會。翻轉課堂的教學方式有利于教師將更多精力集中于課前的資料準備與學習過程的掌控，課堂上充分利用有限的時間攻克難點，提高學習效率，并通過分組協作培養學生的團隊合作和自主學習能力[7]。為此，需要對土力學課程基于慕課和翻轉課堂的特點進行全方位的優化。

一、土力學課程使用基于慕課的翻轉課堂教學模式的必要性

土力學主要研究土的強度、變形和穩定性問題，課程的最終目的是讓學生運用土力學理論知識來保證地基、邊坡和基坑等實際工程的安全穩定。土力學課程的主要內容包括：土體的物理性質和三相比例指標、土體的工程分類和力學性質、水在土體中滲流引發的工程問題和對策、基中應力的理論解、地基沉降的分析計算方法、有效應力原理和一維固結理論、土體強度的影響因素和地基承載力的確定、土體側向壓力的分類和計算，以及土坡穩定性的分析方法等。通過學習該課程，學生能夠掌握工程土體的強度、變形和滲透特性，掌握地基基礎和邊坡穩等工程問題的分析方法，為后續專業課程夯實基礎。

目前的土力學課程教學方法與現代教學理念相比存在明顯不足，以教師課堂講授為主的方法不利于學生自學能力的培養，以結果為主的考核方式無法反映學生的學習主動性和學習過程，主要體現在：（1）學時不足。專業教育改革后，土力學課程一般只有36課時，僅可以講完一些基本原理和基本概念，很難有時間進行討論和探究。某些內容只能安排學生自學，效果很難保證，也不利于學生對土力學知識體系的整體掌握和梳理。（2）教學手段比較單一。當前土力學教學大多以教師講授為主，學生被動接受，知識內化程度低下。板書或PPT只是用文字和少量圖片進行講述，不夠形象直觀。以講授代替討論和探究，學生往往缺少準備時間，導致喪失了鍛煉創新和表達的機會。學生自主學習的機會偏少，缺少運用理論解決實際問題的機會。（3）考核方式不全面。傳統的考核方式是結果考核，缺乏對能力形成過程的評價?，F有的成績構成一般由平時成績和期末考試成績組成，無法反映學生的學習表現和自主學習能力。例如：作業幾乎只有一兩種解法，學生的答案和解題方法相似，導致成績十分接近。土力學實驗因為是分組進行，導致實驗報告難以反映個別學生動手能力差和參與度低的情況。此外，期末試卷題目類型不夠豐富，導致學生通過收集既往考題來押題過關。

可以看出，傳統的課堂教授式教學方法已經難以滿足土力學課程的教學要求，而基于慕課的翻轉課堂教學模式能夠較好地解決以上問題，其優點如表1所示。教師考慮大部分學生的水平和學習習慣，選擇適合的知識點制作教學視頻。學生通過慕課平臺的網絡學習和測試，達成知識點的初步掌握，并且把疑問反饋給教師。教師在課堂上展示錯誤較多的題目與相關知識點，從而引導學生開展探討。對一些難度較大的知識點進行講解和知識拓展，組織學生分組討論和協調探究得出結論。下課前，通過測試檢驗基本概念的掌握程度，并指導學生將書本知識用于實際問題的解決。引導學習積極性高、學習效果好的學生嘗試運用土力學知識解決實際工程問題。此外，討論、分組課題、課堂測試等環節可以豐富對學生的過程評價，將有助于教學效果的提高、學生的自主學習和獨立思考習慣的養成。

二、土力學基于慕課的翻轉課堂教學模式設計

如何改變土力學課程傳統的以教師講授為主的課堂教學模式，如何建立基于慕課的翻轉課堂教學模式？筆者認為可以嘗試將整個教學過程劃分成課前自主學習、課中翻轉課堂和課后知識拓展三大模塊。教師應該將工作重點從個人講授轉移到課程的組織與開展，包括課程目標定位、知識點選擇和內容拆分、微視頻制作、作業和小測驗設計、學習平臺的構建和答疑等。

（一）課前自主學習模塊

這一模塊由教師制作的微課程、簡單的在線檢測題和參考學習資料等組成，學生通過慕課平臺自學并通過測試反饋掌握程度。其中教師的主要工作包括篩選知識點和編制導學案、創建教學微視頻、設計作業和小測驗。

土的抗剪強度這一部分內容既有與實際密切相關的“土體強度不足破壞”，也有較為抽象的“土體抗剪強度成因”，比較理論化的“土體抗剪強度莫爾-庫倫公式”，以及應用性較強的“土的極限平衡狀態判定”等內容。教師可以制作“特朗司康谷倉強度不足引起的地基破壞”“摩擦力物理模型解釋土體強度來源”“莫爾圓概念復習”學習視頻供學生學習。此外，提供由華中科技大學王元勛教授主講的工程力學課程“中國大學MOOC”網站鏈接，清華大學出版社出版的《土力學》教材和教師提前準備的練習測試等學習清單，學生通過自學，觀看微課、查閱參考文獻，掌握土的強度相關知識點，完成小測驗。針對學生暴露出的問題，通過慕課平臺或微信群、qq群、討論組等形式開展討論，組織學生以學習小組的形式開展學習競賽。

（二）課中翻轉課堂模塊

這一階段主要通過教師與學生之間的互動，以及學生和學生之間的互動，通過分組討論結合教師講解，協作探究在學習中遇到的疑難問題。例如土的抗剪強度這一部分內容可以從土的極限平衡狀態判別方法和土工破壞事故中土的極限平衡狀態分析兩個方向提出討論題目，并將問題進一步劃分為幾個小問題。學生可以選擇參與不同的學習小組，針對特定的問題開展討論和共同學習。小組成員之間可以取長補短、互相指導、協作開展探究式學習，在學習交流分析之后，由小組代表總結匯報探究學習成果。此外，還可以將學校的科研成果、實際工程案例融入課堂教學，引導學生運用學到的知識嘗試尋求解決問題的策略，培養在實際環境中應用知識的能力。

（三）課后知識拓展模塊

教師將課堂教學階段中學生出現的問題進行歸類整理并發布到翻轉課堂的網站系統中（或者微信群、qq討論組等），學生完成有針對性的作業，復習鞏固知識點。教師可以利用大數據等手段分析學生的學習行為，對學生的學習進程進行監控，對學習方法進行指導，對學習進展和效果不佳的學生給予輔導和幫助。通過翻轉課堂網站系統的論壇功能，學生之間能夠相互交流學習。此外，還可以結合SRTP（本科生科研訓練計劃）項目，組織學有余力的學生課后開展土力學相關研究，培養科研素養和良好習慣。

三、基于慕課的翻轉課堂教學模式的應用思考

（一）翻轉課堂的適用條件

為保證土力學翻轉課堂的成功應用，首先應篩選出適合課改的專題，選擇一些概念明確、難度適中的知識點作為基礎，保證學生課前自學成功率和學習興趣。難度太大和過于簡單的內容并不適合進行翻轉。其次應選擇有思考余地的內容進行翻轉，以保證課堂討論環節的順利實施，培養學生的創新思維。不是所有的課程都適合這種新的翻轉教學方法，也不是一門課程的所有環節都適合翻轉教學。例如：地基土的工程分類方法、地基的非均勻性與各向異性對附加應力的影響、地基變形與時間的關系等內容并不適合翻轉。在課程改革中，哪些內容適合翻轉，如何實現翻轉，都需要認真思考和設計。

（二）翻轉課堂效果的保障措施

1. 教師的精心準備與設計

翻轉課堂的各個教學環節都需要教師精心設計。首先，根據學生情況量身定制課前自學微視頻，必須充分考慮不同層次學生的學習方法和學習習慣，盡可能做到內容簡短有趣。其次，課前自學任務必須明確學習目標，考慮不同教師和班級的差異，提出的問題要能在自學微課中找到答案。最后，注重課堂教學效果的保障。土力學作為一門理科課程，必須有一定量的訓練，學生才能掌握知識點。在培養學生的創新意識和合作意識的同時，要保證知識積累與技能提升。

2.監管機制與學習交流平臺的構建

小測驗、作業可以監督學生的學習進度，綜合性評分機制也能給學生適當的學習壓力。慕課平臺的反饋機制有助于教師及時掌握學生學習遇到的問題，在最短的時間內進行答疑解惑，并隨時開展線上討論。

四、結語

土力學作為土木工程等學科的專業基礎課程，具有知識點多、工程背景強、與其他課程聯系緊密、教學難度大的特點。慕課的微視頻有助于土力學抽象概念以直觀的方式呈現，提供了知識點重復學習、碎片化學習的可能。翻轉課堂為學生提供了探究知識的良好平臺，

可以培養學生的自學能力，使教師集中精力引領學生學習，更加關注學習過程的進展?；谀秸n的翻轉課堂教學模式有助于解決傳統土力學課程教學中存在的問題，提高課堂教學效果。參考文獻：

[1]Ramsey M. Should you flip your classroom？ [EB/OL]. http： //www .edutopia. org/ blog/ flippedclassroomroomramseymusallam， 2012-02-04.

[2]李曉明. 從PPT到MOOCITT[J].中國大學教學， 2014（7）：8-10.

[3]袁麗， 李建中， 王起偉，等.工程設計類專業課翻轉課堂教學設計與實踐[J].高等建筑教育， 2016，25（6）：151-154.

[4]官芹芳.可汗學院翻轉課堂[J].上海教育， 2012（17）： 27.

[5]王金亮.基于慕課的翻轉課堂教學模式探析——以國際貿易教學為例[J].對外經貿， 2016（2）：129-131.

[6] 江波， 王奕俊.“慕課”透視及應對[J].中國高等教育， 2014（7）：18-22.

[7]溫毅嫻， 吳 創. 基于學生視角探索互聯網+專業課程實施翻轉課堂的教學模式——以《國際貿易實務》課程為例[J]. 科技經濟導刊， 2017（9）：139-140.

Abstract：

In recent years， the MOOC （Massive Open Online Course） and flipped classroom has gradually become the hotspot of reform in education globally， under the impetus of online teaching. The course of soil mechanics requires extensive precourses. It needs strong theoretical background， and its basic knowledge is abstract. Some content of this course has not enough preparatory knowledge； therefore， the students have great difficulty in studying this course. This paper introduce the way to redesigned and reconstructed the soil mechanics course based on the technique of MOOC and the feature of selflearning before teaching of the flipped classroom. This new teaching mode can be divided into three modules： beforeclass， inclass and afterclass. For the reform of soil mechanics teaching， this new teaching mode can provide useful experience.

Keywords： MOOC； flipped classroom； soil mechanics； ability cultivation； teaching reform

（編輯梁遠華）