大班授課環境下理論力學翻轉課堂的實踐

譚寧　吳瑩　伍曉紅　張新華

[摘 要]理論力學是各工科專業的必修課，多采取大班授課模式。為落實“四位一體”創新型人才培養模式，作者在理論力學大班授課環境下進行了翻轉課堂的實踐，分析了大班翻轉課堂教學面臨的問題并提出了相應的解決措施，從“創新型人才培養”的教學目標出發進行教學內容再設計，以學生為中心，注重多元化評價和過程考核，取得了良好的教學效果，提高了教學質量。

[關鍵詞]以學生為中心; 翻轉課堂;理論力學

[中圖分類號] G642.0[文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2019）04-0018-03

一、“翻轉課堂”的內涵

隨著信息技術和教學理念的不斷更新，翻轉課堂作為一種新型教學模式受到了廣泛關注[1-4]。翻轉課堂的核心思想就是“以學生為中心”，根據學生個體情況進行因材施教，將傳統教學模式中“教師課堂傳授知識、學生課下練習”變為“由學生在課前利用在線教學資源完成知識點的學習，課堂上通過教師與學生共同討論完成知識內化”，如圖1所示。

由于翻轉課堂特別強調學生的學習自主性，其課堂設計方面可以參考建構主義學習理論。該理論認為，環境和學習者的個體特征是確定學習效果的兩個決定性因素[5]。其中，環境不僅指先進的物質設備環境，如在線教育資源庫、在線教學管理平臺、電腦等終端設備，還包括學生之間的互助學習以及教師給予學生的熱情關懷、耐心指導和思想啟發。學習者個人的行為特征決定了其知識圖像的形成、認知模式的構建。每個學習者都是以自身的知識背景為前提構建自己對新信息和知識的理解與認識，是認知模式構建的主體。在此過程中，教師是學生學習的合作者和引導者。

我國正在大力實施創新驅動發展戰略，互聯網、大數據、人工智能技術滲透到各個領域。在這個新時代，信息化使得學習信息渠道豐富，純粹的知識記憶也將不再重要。本科階段是學生抽象思維能力和理性思維能力發展的重要階段。只有學生形成了自己的認知模式，才能更客觀、準確地感知和應對外部世界，創造新事物。創新型人才培養要求以學生發展為中心，注重“品行養成、知識傳授、能力培養和思維創新”的“四位一體”[6]。翻轉課堂特別強調學生的學習自主性，強調教師對學生的啟發與引導，因此翻轉課堂是激發學生學習興趣、實現創新型人才培養目標的一個重要授課手段。

二、理論力學翻轉課堂的實踐探索

理論力學是各工科專業的必修課。課程具有鮮明的工程色彩和嚴密的理論系統性，密切聯系工程實際，為后繼課程打下堅實基礎。理論力學課程作為大面積技術基礎課，目前多實行大班授課，基本上是100人左右組成一個大班，采用以教師講解為主的授課模式;教材中所舉的例題和習題雖來源于工程實際，但習題、例題都是已經簡化過的力學模型，討論重點仍然是具體知識的掌握。這種現狀使學生感到所學知識脫離了實際，即學生常反映的“理論力學學起來不難，做題卻容易錯，實踐中不知道怎么用”。這種授課模式顯然與“四位一體”創新型人才的培養目標有一定差距。筆者在本校開展了大班授課環境下理論力學翻轉課堂的教學改革與實踐，下面就大班翻轉課堂遇到的問題與相應的解決措施、教學內容的再設計及考核評價的多元化進行闡述。

（一）大班翻轉課堂面臨的問題

眾多周知，大班課堂最顯著的特點就是學生人數眾多，而且學生學習基礎參差不齊、學習風格多樣、學習訴求也不盡相同。有的學生想提高能力、訓練思維的創新性，而有的學生卻只想“六十分萬歲”;有的學生希望教師多進行“難題、實踐應用題”的訓練，而有的學生卻連課程基本內容的接受都感到有些困難。因此，如何在大班課堂上有效開展課堂討論，如何激發學生參與討論話題的積極性就很值得探討。

翻轉課堂特別強調學生的學習自主性，學生在完成任務的過程中培養分析問題、解決問題的能力及合作精神。那么，對學生的評價就不能再局限于傳統的“期末一考定成績”的模式，需要對學生的學習過程及投入程度進行過程評價。學生之間的互助學習（小組協作）是翻轉課堂教學模式的必要組成部分，很多教學內容、拓展作業都是以互助、團隊的形式完成的。這就容易出現“多數學生很認真，少數學生搭便車”的現象，也給教師監測學生學習過程帶來了很大的困難和工作量。如何有效組織小組協作，如何客觀地、準確地評價每位學生在課程學習中的表現，這些問題值得認真探討。

（二）解決大班翻轉課堂所面臨問題的措施

1. 合理設置引導性、開放性的討論題

為了有效地開展課堂討論，調動學生的話題參與積極性，就必須設置合理的具有引導性、開放性的討論題。在選取討論問題和討論案例時，不僅需要考慮所選取的問題和案例在課程學習中的重要性，符合教學大綱的能力培養目標，更需要考慮學生原有的知識水平，使基礎好的學生能進行探究式學習，加強創新思維訓練，使基礎差的學生也能加入到討論中，加深對基本概念、方法的理解和掌握，體會到理論力學學習的實用性、趣味性，獲得成就感。學生一旦覺得這門課學起來有意思、有成效，其學習的自主性、討論的積極性也就會自然而然地激發出來了。下面舉兩個例子。

圖2是一個機構平衡的例子。當主動力F1、F2及主動力偶矩M滿足一定關系時，機構會平衡在如圖所示的位置。在講解虛位移原理的時候，很多教材會把該題目或類似題目作為例（習）題。在講解這道題時，我們設置了這樣四個層次的問題：（1）用虛位移原理求解。（2）用剛體靜力學平衡方程求解。（3）對于CD桿的導軌，為什么畫成如圖3所示的兩個光滑支撐面約束的樣子，而不是一個光滑支撐面約束呢？（4）如果把CD桿導軌畫成一個光滑支撐面約束，分別應用虛位移原理和剛體靜力學去分析，會有哪些不同？對于前兩個問題，學生很容易就求解出三個主動力（偶）滿足的關系式，完成熟練掌握基本理論與基本方法的教學要求;對于第（3）問和第（4）問，絕大部分學生反映“從沒這樣想過”。整個課堂討論氣氛非常熱烈，達到了理論聯系實際、訓練創新思維的教學目的。

2. “組間同質、組內異質、自由組合、綜合評價”策略

為了有效組織小組協作，盡量避免或減少“搭便車”現象，我們采取了“組間同質、組內異質、自由組合、綜合評價”的解決策略。

一是給出具有一定難度與工程應用背景的項目研究題目，即必須要進行文獻查閱、建模計算才能完成的題目。由于理論力學的授課對象通常是大二上學期的學生，他們若想獨立完成這樣的題目頗具挑戰性，因此必須要組成團隊，攻堅克難。

二是以四至六人的規模自由組合成合作小組，但每個小組中必須有概念清晰的、基礎扎實的、計算能力強的、語言表達能力強的、協調組織能力強的組員。這樣，每個小組之間的差距不是很大，而組內成員形成了互補，每個人都要發揮自己的長處，才能保證整個小組取得優異的成績。

三是采用合理的量表，將小組合作學習中個人或者小組的表現進行量化，通過客觀的數據呈現出來，得到小組內部對各個成員的評分，見表1。然后，將該分數與教師對每個小組的評分加權，得到每位學生的具體分值。

（三）依據創新型人才培養的教學目標進行教學內容再設計

理論力學課程具有概念多、公式多、定理多的特點，工程色彩鮮明，理論系統性強。因此，我們在實踐過程中并沒有進行全部課程內容的翻轉，而是選擇部分內容進行翻轉。那么，問題就來了：應該對哪些內容進行翻轉呢？翻轉內容與課堂授課內容之間該怎么組織才能更符合創新型人才培養的教學目標要求？

授課教師應該根據教學目標對教學內容進行分解、再設計。創新型人才培養的教學目標應該包括知識目標、能力目標、情感目標[5]，因此在做教學設計時，要首先分析和明確課程教學以及每堂課的知識目標，確定能力培養目標以及學生情感、態度、價值觀目標，然后選擇合適的教學知識點并設計教學實施策略來實現這些教學目標。下面以“動點、動系、牽連點”的教學設計來說明。

“動點、動系、牽連點”是理論力學中的重要內容和難點內容。它不僅是描述“點的復合運動”的分析方法，同時也體現了人們對復雜問題的分析與求解認識，是培養創新思維的好抓手。我們首先在網絡平臺發布了該部分學習內容的視頻資源、參考資料、基本測驗題及如圖3所示的討論思考題：“長為L的細桿在半徑為R的固定圓盤上無滑動地運動，當桿水平時，桿的中點與圓盤接觸。若桿以勻角速度轉動，如何分析桿端點A的運動？”該題目中圓輪是固定不動的，僅有桿AB是運動的。題目發布以后，很多學生表示很好奇：哪里會有“動系”呢？于是筆者首先請學生在線上學習平臺發言、在組內展開討論，然后在課堂上以小組為單位分別闡述組內的研討結果。課堂上不同小組間討論的碰撞以及教師的引導，使學生加深了對基本概念的理解，認識到“所有的定義、分析方法都是服務于如何解決問題這一終極目的”。學生反映這樣的教學效果良好。

（四）注重評價多元化和考核過程化

由于翻轉課堂特別強調學生的學習自主性，學生在完成任務的過程中培養分析問題、解決問題的能力及合作精神，因此需要對學生的學習過程給予關注和評價。目前，我校理論力學仍然是傳統的期末統一閉卷考試，主要側重于基礎知識和基礎方法的考查。學生成績由“期末考試成績+平時成績”組成，其中，平時成績就是課程作業、考勤和實驗成績的組合，內容單一。根據學校的有關規定，筆者在理論力學翻轉課堂的考核與評價上做了一些改變，強化了平時成績占比，突出了評價多元化和考核過程化，如圖4。

為了對學生的線上自學情況做出適當評價以督促學生自主學習，我們采用了“在線選擇題測試”“在線簡答題測試”及“線下計算題測試”的形式進行過程性考試。在過程性考試中，學生很難通過考前突擊過關，這就增強了他們自主學習的緊迫性。過程性考試將考核貫穿于整個教學過程中，邊教學邊考核，邊考核邊反饋。教師發現學生的薄弱環節后可以及時調整教學內容，學生也可及時了解其學習情況。在課堂討論及課后的拓展訓練環節，我們更注重學生的課堂互動參與度、課程論文的實施過程和完成度，結合小組評價及組內評價量表建立多元化評價機制。以課程論文的寫作為例（評分量表如表2）。在課程開始的三周內，教師把課程論文的題目發布給各個小組，要求學生查閱資料，對論文選題的認識及所需知識儲備進行梳理;于課程進行到半程時提交開題報告;到課程結束時，要求學生提交論文報告，在課堂上答辯。這樣使論文的選題、開題、框架構建、查閱資料、寫作和答辯等一整套程序都能按部就班地完成，從而提升學生解決問題的能力及寫作交流、團隊協作的能力。

多元化評價和過程性考核消除了學生平時松懈、期末考試前臨時抱佛腳的心理，同時也滿足了不同學習層次、興趣和特長的學生的學習需要。這樣既肯定了思想活躍、參與度高的學生的努力和付出，又調動了基礎差的學生的學習積極性。

三、結語

理論力學教學改革是一個持續的探索過程，在做好充分預案的基礎上要勇于嘗試。翻轉課堂特別強調學生的學習自主性，強調教師對學生的啟發與引導是激發學生學習興趣、達到創新型人才培養要求的一個重要授課手段。要從創新型人才培養的教學目標出發對教學內容進行分解、再設計，要注重對學生學習過程的考核和評價，充分發揮翻轉課堂的優勢。實踐結果表明，學生的學習主動性提高了，溝通協作能力增強了，創新思維也得到了一定的培養。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 郝興偉，張強.翻轉課堂教學：經驗與趨勢[J].中國大學教學，2015（10）：65-67+48.

[2] 鮑崇高，張健，趙欣，等.改革課堂教學模式，提升基礎課程教學質量[J].中國大學教學，2017（3）：59-62.

[3] 張國輝.運用網絡教學平臺構建混合課堂教學的探索[J].大學教育，2018（1）：141-143.

[4] 申大魁，劉峰貴.促進本科生深度學習的翻轉課堂教學模式研究[J].大學教育，2018（3）：141-143.

[5] 白逸仙.建構主義學習理論與創業型工程人才培養：英美高校人才培養模式變革的案例研究[J].高等工程教育研究，2014（5）：46-51.

[6] 鄭慶華.“四位一體”創新人才培養模式的探索與實踐[J].中國大學教學，2016（10）：19-23+30.

[責任編輯：龐丹丹]