基于翻轉課堂的《結構力學》課程教學模式的探索與實踐

陳國 張延泰 趙曜

摘? 要：結構力學是土木工程專業一門重要的專業基礎課，理論性、工程性和實踐性較強。針對《結構力學》教學中存在教學內容陳舊、教學方法單一和缺乏專業針對性的問題，探討了翻轉課堂在結構力學課程教學中的可行性，構建了新的教學組織形式并實施于教學實踐。結構力學實現了從傳統教學到翻轉式教學的轉變，教學效果獲得了顯著提升，可為高校結構力學課堂教學改革提供有益的參考。

關鍵詞：結構力學? 翻轉課堂? 教學模式? 教學改革

中圖分類號：O342-4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）10（c）-0191-04

Abstract： Structural mechanics is one of the important fundamental courses for civil engineering majors， with strong theory， engineering and practice. Aiming at these problems in the process of teaching， such as the boring teaching contents， single teaching methods and lack of pertinence， the feasibility of flipped classroom in the structural mechanics classroom teaching is discussed， and the new teaching is constructed and put into practice. The structural mechanics has already transformed from traditional teaching to flipped teaching and therefore the teaching effect is improved significantly. It can provide a useful reference for the structural mechanics classroom teaching reform in universities.

Key Words： Structural mechanics; Flipped classroom; Teaching mode; Teaching reform

信息化是當今時代發展的必然趨勢，如何科學合理地將多媒體網絡技術應用于課程教學領域已經成為廣大教育工作者關注的問題之一。翻轉課堂，又稱顛倒課堂，是一種基于信息技術的新型教學模式，是將信息技術與課程教學改革相融合的一次教育革命[1]。傳統的講授法通過教師的口頭語言，并適當輔以其他教學手段向學生傳遞知識信息，充分發揮了教師的主導作用，學生在短期內可以獲得大量的知識信息。然而，在教師填鴨式的講授過程中，學生只能機械地、被動地接受知識，無法有效發揮學生的主觀能動性，學生的個性化發展顯然無法得到有效的教育支持。顯而易見，這種滿堂灌的方式以及無法適應新時代條件下的課堂教學，尤其無法滿足深奧難懂的專業課的教學要求[2]。本文以“結構力學”課程教學為例，探索了將翻轉課堂引入專業基礎課程教學的可行性。

1? “結構力學”課堂教學過程中存在的問題

“結構力學”課程是土木工程學院一門非常重要的專業基礎課，在整個課程體系中處于承上啟下的核心地位[3]。一方面它以高等數學、理論力學和材料力學等課程為基礎，另一方面，它又是鋼筋混凝土結構、鋼結構、砌體結構和現代竹木結構等專業課程的基礎。

1.1 教學內容陳舊

“結構力學”課程教學內容主要包括幾何組成分析、靜定結構的內力計算、超靜定結構的內力計算、影響線和結構的位移計算等內容。由于該課程內容多、邏輯性強和方法技巧高，初學者往往感覺學習結構力學非常吃力。隨著土木工程學科的發展，結構力學課程教學內容與時代發生了嚴重脫節，所學知識無法真正的指導工程實踐，尤其是對于畢業后從事土木工程行業的學生而言，其感受尤為深刻，總感覺大學期間學習的結構力學知識與工程實踐相距甚遠，從而形成結構力學無用論的社會思潮。部分開設“結構力學”課程的本科院校在“結構力學”的課堂教學過程中，仍以傳統的講授法為主，通過教師在課堂滿堂灌式的方式在短期內灌輸大量的力學知識給學生，教學內容陳舊，針對不同專業的學生采取相同的教學大綱，無差別的進行教學[4]。更為重要的是，教師沒有足夠的時間了解每個學生對理論力學和材料力學知識掌握程度的差異，課堂教學過程中無法顧及每個學生，這就導致教師無法合理地把握教學進度和安排教學難度。

1.2 教學方法單一

理論力學和材料力學分別以研究質點和桿件的力學問題為主，而結構力學主要研究處于平面內和三維空間內的理想化的桿件結構。理論知識更加抽象，要求學生具有良好的空間想象力。而實際工程的桿件結構往往處于多種復雜的受力狀態下，并不是真正意義上的理想化的結構體系。以往的“結構力學”課堂通常都是采用“一塊黑板、一支粉筆、一張掛圖”的教學形式進行授課[5]。近年來，隨著電腦的普及程度越來越高，年輕教師更多的是采用以多媒體課件為主，板書為輔的形式，但年輕老師過分依賴多媒體播放PPT課件，甚至出現部分老師沒有課件不會上課的極端情況。教師講，學生聽;教師問，學生答。教學方法非常單一，課堂氣氛沉悶，給人枯燥乏味的感覺。顯而易見，單純的板書或多媒體課件均無法充分考慮到學生的個性化發展，教師與學生之間缺乏必要的互動且忽視了學生自主探索能力的培養，導致教學效果不佳。傳統教學方式完全依賴課堂教學，忽視了線上教學的作用。

1.3 課程教學缺乏專業針對性

選修“結構力學”課程的學生主要來自土木工程學院的土木工程專業、給排水科學與工程專業、工程管理專業和森林工程專業，另外還有來自材料科學與工程學院和交通運輸工程學院的學生。來自不同專業的學生的知識架構體系之間差異化非常顯著，“結構力學”課堂教學過程中僅僅以學時和學分進行劃分，顯然不能適應新時期不同專業對“結構力學”的差異化要求。一個多媒體課件吃遍天下，部分基礎薄弱的學生普遍反映課程內容相對較難，不能學以致用，雖有詳細的多媒體課件和課本，但開展自主學習還是有一定的難度，所以學生花費了很多時間和精力，但還是無法良好的學習效果。

2? 基于翻轉課堂的“結構力學”課程教學的探索

2.1 前期準備

在進行《結構力學》課堂教學前，有必要做好前期的準備工作。要講好一堂課，并不是一件簡單的事情，更不是對著課本照本宣科，而必須做到六備：備教材、備學生、備教法、備教具、備習題[6]。針對每個章節的內容，篩選出重點和難點，哪些知識只需要了解，哪些知識是必須要熟練掌握的，并制作相應的多媒體課件和微視頻，錄制的微視頻時長控制在5～10min，根據不同專業和不同年級的學生錄制多種版本的視頻。短小精悍的教學視頻針對某個特點的問題，更容易激起學生的學習興趣，也更符合學生對新知識的接受能力。建立《結構力學》課堂教學的QQ群或微信群，授課老師在課前按期將制作好的課件、微視頻和學習資料上傳至群文件。同時預設一些啟發式的問題，學生利用自己的碎片化時間帶著問題去探索未知，并約定每周網絡交流時間進行小組討論。對于學生在觀看視頻自學過程中不能解決的問題，可以記錄下來作為線下課堂教學中重點學習的對象。

2.2 授課過程

課堂教學的好壞是教師圓滿完成教學任務，保證教學質量的核心環節。教師通過微信群和QQ群等網絡平臺收集到學生看視頻的反饋，根據做作業的情況，提煉出一些共性的問題，作為下一趟課堂教學的交流互動話題。學生通過微視頻獲得的知識比較零碎，教師通過課堂教學就可以將碎片化的知識再整合加工，確保知識體系的連續性和層層遞進。根據每堂課的教學內容合理進行分組，可以自由組合，也可以根據學習能力分組。各組員在思想碰撞的過程中互相學習、相互糾正，從而取長補短。在翻轉課堂中，教師的角色不再是簡單的授課，而是轉變為微視頻的制作者、學習活動的組織者和參與者、課后學習的輔導者。良好的師生關系是保證課堂教學順利進行的關鍵環節，營造良好的課堂秩序，激發學生的討論興趣，提高學生的參與度，也可以通過課堂隨機小測驗進行。在講授重點和難點知識內容前，隨機提出一個難度適中的問題供學生搶答，創設情境，激起學生對知識的渴望，從而引出本節課的主要內容。

2.3 改變考核方式

傳統的教學方式主要采用以期末考試的卷面分數和平時成績為依據評判學生對結構力學課程知識點的掌握程度。期末考試成績通常占比70%，而平時成績占比30%。然而考試能力強的同學，并非學習能力強，考試分數不能完全反映學生的真實水平，考試前2周臨時抱佛腳的學生不在少數。平時成績主要根據考勤、上課表現和作業完成情況進行最終的評分。然后，實際教學過程中，教師很難做到每堂課都考勤，也不可能提問所有學生。翻轉課堂對應的所有知識點都有老師預留的問題，觀看完視頻后，隨即回答問題。教師據此可以掌握所有學生對每個知識點的掌握程度并給出相應的分數，并且在課堂教學過程中可以靈活地安排教學內容，突出重難點和易錯題。

2.4 后期反饋

翻轉課堂教學的評價，后期反饋必不可少。在結束一堂課的教學內容之后，教師根據教學大綱的要求設計一套包含討論題和計算題的小測驗供學生課后練習。教師借此小測驗可以及時收集來自學生的反饋信息，哪些共性問題仍然沒有掌握，哪些問題是易錯的，哪些問題是易混淆的。正確的及時肯定，錯誤的及時糾正，疑惑的及時糾正，疑惑的及時剖析。

翻轉課堂是大數據時代一種全新的教學理念與方法，為進一步提升翻轉課堂的教學效果和學習者對這種模式的滿意程度和認可度，設置問卷調查并下宿舍走訪學生。教師事先將各個知識點的微視頻、PPT等相關的教學資料上傳至網絡平臺共享，學生利用空閑時間自主規劃學習并完成教師布置的任務。這種新型的教學模式貌似將學習的主動權從教室轉移給學生，但是翻轉課堂也存在2個明顯的缺點[7]，尤其是對于包含深奧難懂的力學類課程。部分積極性和自控力稍差的學生對這種教學方式存在較大的抵觸心理，隨著翻轉課堂的推行，學生使用電腦或手機的頻次明顯提升，自控力差的學生很容易疲勞犯困，甚至沉迷于網絡游戲無法自拔。翻轉課堂的目的并非弱化教師的作用，而是充分發揮現代信息技術的優勢，對老師的要求更高了，同時對學生的自學能力和自控性也有了更高的要求。授課老師需要掌握非常熟練的計算機技術，將每個章節的知識點制作成精美的視頻需要花費大量的時間，對于年齡稍大的老師而言并不是非常適合。

3? 實踐效果

在《結構力學》的教學過程中，教師應注重農林類院校的特色，體現結構力學在農林類發展的重要作用，如現代竹木結構中的梁柱構件的截面尺寸通常由位移變形決定，而非承載能力決定。通過學習具體的竹木結構工程案例，使學生掌握竹木結構的豎向承載力、抗側承載力和位移計算，有益于學生日后的專業學習和科技創新的需要。作為在線教學平臺的管理者和設計者，任課教師根據教學日歷和教學大綱的要求逐步開放學習內容，切忌一次性開放所有的學習內容，學生按時依次學習下堂課的知識點，觀看完每個視頻后，隨即回答老師預留的問題。傳統的教學過程中，過分強調教師在學習過程中的主導作用，弱化了學生的主觀能動性。盡管教師在課堂也組織了隨堂討論，但受時間所限，教學效果往往差強人意。針對各個年級和各個專業方向的學生的差異化特點，設置不同的教學視頻和測試題，構建適合不同層次和不同難度的學習主題，因材施教，從而實現差異化的培養目標。學期末，筆者對學生進行了隨機問卷調查并根據期中考試和期末考試成績的分布特點，結果表明，基于翻轉課堂的“結構力學”課程教學改革符合當今信息時代教育方式的變革要求，極大增強學生的學習興趣，同時學生的自學能力得到了大幅提高。

4? 結語

教學有法，但無定法。基于翻轉課堂的結構力學課堂教學改革的目的是為了是提高教學質量，培養出高素質的創新型和實踐型人才。翻轉課堂實施的關鍵不在于課程教學中如何運用先進的信息技術，而在于通過教學形式的設計與創新，完成教學理念的轉變和課程學習效果的提升。翻轉課堂教學模式為“結構力學”教學改革提供了新思路和新指導，在教學理念和反饋評價體系等方面發生了“翻轉”，為真正實現“以學生為中心”的個性化教學和培養學生自主學習提供了依據。翻轉課堂只是一門工具，其背后的教學思想和教學理念才是最關鍵的。對于自律性和主動性稍差的學生，尤其是習慣了被動式學習的學生而言，還需要時間逐步適應。

參考文獻

[1] 賈英.翻轉課堂教學模式在高校英語教學中的應用研究[J].文化創新比較研究，2019，3（17）：109-110.

[2] 陽令明，張儉明.基于翻轉課堂的結構力學課程教學改革研究[J].湖南科技學院學報，2017，38（6）：86-88.

[3] 張賢才，周基，嚴思甜.基于“對分課堂”模式的《結構力學》課程教學設計[J].文化創新比較研究，2019，3（2）：129-130.

[4] 李秀珍，孫鈺.翻轉課堂在外語教學模式中的構建和實施[J].高教學刊，2020（19）：111-114.

[5] 李娟.“結構力學”課程“四維一體”教學體系探索[J].教育教學論壇，2020（23）：318-319.

[6] 王磊.“互聯網+”背景下基于翻轉課堂的分析化學教學模式的構建[J].長春教育學院學報，2019，35（8）：27-28.

[7] 邱宜干.翻轉課堂研究存在的問題分析[J].科技資訊，2020，18（3）：243-244.