費曼技巧在材料力學課程教學中的應用

張克明 鄭佩 焦古月 張振亞

摘要材料力學作為一門學科基礎課程，專業跨度大，知識點多，難點多，這給力學教師教學和學生學習增加了難度。費曼學習法是以學習者的輸出為導向的一種高效的學習方法。把費曼學習法應用到材料力學的教學過程當中，可以有效地提高課堂的教學效果，發揮學生主觀能動性，大大提高學生對新知識的學習效率，促進他們進行類比和反思，以及靈活應用所學知識的能力。本文以本科生材料力學教學現狀為例，分析材料力學教學中存在的問題，并基于費曼技巧提出改進思路。通過自主設立課堂小目標、創建超星-學習通APP科目討論群、布置“互聯網+”互評作業、安排學生主講習題課等學習方式，學生在教授他人、互評的過程中深思內化了知識，提高了學習的積極性。材料力學的教學實踐表明，費曼學習技巧顯著提高了學生的學習積極性和學習效率。通過這樣的教學嘗試，可以有效地提高教學效率，為材料力學的教學提供了新思路、新方法。

關鍵詞 費曼技巧 材料力學 力學教學 基礎課程

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.17.034

The Application of Feynman Technique in the Teaching of Material Mechanics

ZHANG Keming[1]， ZHENG Pei[1]， JIAO Guyue[1]， ZHANG Zhenya[2]

（[1]SchoolofMechanicalEngineering，UniversityofShanghaiforScienceandTechnology，Shanghai200093；[2]SchoolofCivilandTransportationEngineering，NingboUniversityofTechnology，Ningbo，Zhejiang315211）

AbstractAs a basic subject， Material Mechanics has a large professional span， many knowledge points， and many difficulties. This makes the teaching of mechanics and students more difficult. Feynman learning method is an efficient learning method oriented by the learner’s output. Applying Feynman’s learning method to the teaching process of material mechanics can effectively improve the teaching effect of the classroom， give full play to students’ subjective initiative， greatly improve students’ learning efficiency of new knowledge， promote their analogy and reflection， and flexibly apply what they have learned. This paper takes the current situation of undergraduate material mechanics teaching as an example， analyzes the existing problems in material mechanics teaching， and proposes improvement ideas based on Feynman’s skills. Through independent setting of small classroom goals， creation of subject discussion groups on the Superstar-Learning Tong APP， arrangement of ’Internet+’ mutual evaluation homework， andarrangement of students to give lectures and other learning methods， students think deeply and internalize their knowledge in the process ofteaching others and mutual evaluation， improve theenthusiasm oflearning. Theteaching practice ofmaterial mechanics shows that Feynman’slearningskills have significantly improvedstudents’ learningenthusiasmandlearning efficiency. Through such teaching attempts， teaching efficiency can be effectively improved， and new ideas and methods can be provided for the teaching of material mechanics.

KeywordsFeynman technique； material mechanics； mechanics teaching； basic courses

0引言

習近平總書記在黨的十九大報告中指出，“建設教育強國是中華民族偉大復興的基礎工程”[1]，這對承擔基礎課程教學任務的教師提出了更高的要求。材料力學[2-4]作為一門學科基礎課程，具有知識枝節繁雜如發絲、知識結構龐大有內涵等特點，現今流行的MOOC以及翻轉課堂的學習總是力不從心，效率低下，究其原因在于沒有找到合適的方法。

本文闡述了運用費曼技巧開展材料力學教學，總攬學習內容的前提下將知識結構體系去繁化簡，分出不同的結構或模塊，切成小知識塊，分而化之目的在于構件對知識結構的系統化認知，便于記憶和復習進而極大地調動了大學生的學習積極性，為推動新時代力學相關基礎課程教學改革做了有意義的嘗試。

1費曼學習技巧實施步驟

知是行之始，行是知之成。

古時，孔子曰：學而時習之。現今，費曼認為：“如果我不能把一個物理概念講得令一名大學新生也能聽懂，就說明我自己也是一知半解的。”

這個“習”字，不僅僅是要復習，更重要的是要去實習，去見習，就是要我們去實踐，去行動。費曼技巧的核心：用輸出倒逼輸入，其實也是在使用自己學到的知識，就是在學以致用。光知道知識是沒有用的，關鍵是自己能用到。

實施費曼技巧，主要包括以下四個方面：

第一步，確定學習目標。明確想要學習的物理概念、知識內容、學習主題是什么。務必要問這樣一個問題：為什么要學習這個？我是主動學習這個還是被動學習這個？在學習時必須主動，必須有明確的學習目標。

第二步，以模擬教學促學。針對既定目標，準備好和篩選相關資料，選擇可靠和多個角度的信息來源，用系統化的思維把知識內容系統化歸納整理好，構建一個屬于自己的知識框架，形成自己的知識體系。學習不能背原話，要活學活用，觸類旁通，聯系生活具體情境，給出自己對內容的理解。模擬一個傳授的場景，用自己的語言把這些知識講給別人聽，用以檢查自己是否已經掌握了這些知識。一次成功的輸出也會同時增強輸入的能力，從而使得下一次輸出的成功可能性更大，下一次取得的成果又會促進下一次的學習和思考，壯大自己的知識體系和應用能力，加快思考的成熟。

第三步，回顧并化整為零。反思上一步遇到的困難，哪些地方卡殼，哪些地方沒有真正明白，找出問題的要害，把握關鍵環節。一篇文章讀下來，可能有十個知識點，其中五個你真懂，還有三個半懂不懂，最后兩個完全不懂。此時就需要化整為零，將這些基礎知識一個一個逐個擊破，通過針對性的知識體系的簡化和零散知識點的整合，實現這些知識的內化和有效的應用。有必要時，可進行二次輸出。

第四步，總結并簡化提煉。當關鍵點逐個擊破后，再整合并重新梳理，總結提煉，再用盡可能簡化的方式重新表達。設法看穿本質，把多變少，實現用自己的話，用最簡單的話說出來，不帶行話術語，給80歲老太太講，給八歲小孩講。當這兩類人能聽懂的時候，就說明自己真正掌握了費曼技巧。當然，也可以采取書面的方式，用一條朋友圈，一次用200個字以內，說清楚一個概念，一個知識點，一個想法，一節課的精華內容，通過與朋友的互動檢驗自己是不是真知道，同時也增進了朋友間的了解、互動。另外，也可以采取語音或者視頻的方式，清晰明了、生動、有趣地講解出來，然后發給自己或同學。

熟練掌握費曼技巧之后，只需要花上20分鐘就能深入理解知識點，而且記憶牢固，難以遺忘。見圖2，費曼技巧就是最下層的教授給他人，這樣學習內容的平均留存率達到90%。

2費曼技巧在材料力學教學中的應用

費曼學習技巧的核心在于模擬教學，[9]針對具體操作而言，在材料力學教學課堂上可做如下應用。

2.1確定一個課堂學習小目標

在課堂講解到一半時，提醒或幫助學生確立一個學習目標并做好記錄，可以是一個知識點，可以是一個概念，然后以文字的形式記錄在一張紙上上交給老師。接下來，盡管還是教師主導剩下一半時間的課堂學習，但學生會有意識地對目標相關知識內容進行強化吸收，對學生來說相當于“備課”。經過學習和備課準備，教師通過抽點方式或語音作業的方式在下次課上安排學生把自己定的小目標講給全班同學。

案例1：理解超靜定概念。

案例2：理解慣性矩概念（見圖3）。

2.2復述知識點完成小目標

以作者所講授的材料力學課堂為例，課程安排為一周兩次，相隔2天。利用2天的時間差，學生可對課堂學習小目標查找資料進行充分的備課，鞏固。建立評判標準，即學生是否可以用自己的語言簡短簡練地把學習小目標涉及的知識內容提煉并講解清楚。在第二次課堂上或通過超星口語作業的方式，學生復述并講解前一堂課的學習小目標，以教促學。教師根據評判標準進行打分。在學生講課的過程中，允許其他同學提出問題，通過質疑與改進，形成全班互動進而促進知識內容的全面深入理解。

案例1：通俗講述超靜定概念，可類比、舉例。

案例2：通俗講述慣性矩概念，可類比慣性、極慣性，量綱分析強化理解（見圖4）。

讓學生享受一次站在講臺授課的過程，要求把前一堂課定下的目標用淺顯易懂的語言表達出來（或者以語音作業的方式完成，見圖4），同時全班參與提問討論（或互評方式），強化全班同學對知識點的理解與記憶。

2.3言簡意賅，簡化類比

正確完整復述既定目標只是費曼學習的一個環節，但不是核心內容。學生能否用自己的語言復述知識點，是評判其是否把知識融會貫通的標準。最重要的是，學生要言簡意賅，用最通俗的語言解釋。這樣做可以檢驗學生知識的掌握情況，也極大促進了同學之間的感情交流，使材料力學課堂更豐富有趣。材料力學“我的費曼”作業完成效果展示如圖5所示。

2.4學生主講習題課

當學生具備以上知識點和概念的費曼學習技巧后，進一步就可以適當安排習題課或作業課。這一層次的費曼學習也都要求“想象自己是老師，要把習題或作業中的概念教授給一名新生”，可分兩種方式進行，第一種是學生制作自己所學內容的PPT，通過PPT給其他同學講述自己的學習內容，而其他同學可對其提問、質疑。通過習題課的講述、提問、質疑的方式使學生相互交流學習成果。另一種是將班內同學分組，然后小組成員進行討論，相互交流，相互印證，達到互幫互助，加深印象的效果。

另外，教師重點鼓勵有知識掌握薄弱的學生上臺“費曼”，幫助其找到問題的要害和關鍵，直至學生可以將內容解釋清楚為止。學生主講習題課會占用更多的課上時間，教師要合理把控時間，以“簡單+準確”為核心，不安排過多的擴展內容，把重心放在課程本身的基礎內容上。

3結束語

針對新時代下本科生材料力學專業基礎課程，作者在課堂教學過程中引入了費曼學習法，結合多年的教學實踐，對整個課堂費曼式教學過程進行了總結和思考。費曼方法是一種快速學習新知識的方法，在材料力學的教學中取得了一定的教學成效。此教學法不僅培養了學生對本門課程自主總結、歸納、深度思考的習慣、科學的思維方式和語言表達能力，還促進了很多學生有意識地將該法應用到別的學科。在教學過程中運用費曼學習技巧，提升了學生在課堂的主體地位，提高了學生的學習主動性和學習興趣，最終令學生運用知識的能力得到增強，學習效率得到顯著提升。

參考文獻

[1]吳晶，胡浩.習近平在全國教育大會上強調堅持中國特色社會主義教育發展道路培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人[J].人民教育，2018，（18）：6-9.

[2]劉鴻文.材料力學I（第六版）[M].北京：高等教育出版社，2017.

[3]孫訓方.材料力學I（第六版）[M].北京：高等教育出版社，2019.

[4]張麗芳，翁國華.材料力（第一版）[M].上海：上海科學技術出版社， 2015.

[5]解世雄.論費曼的科學文化觀[J].自然辯證法研究， 2006，22 （6）： 97-100.

[6]王青.小班教學與翻轉課堂：《費曼物理學Ⅱ》的10年教學實踐——紀念費曼先生百年誕辰[J].物理與工程，2018，28（4）：20-38.

[7]吳玉輝.費曼學習法在材料科學教學中的應用探索[J].科技創新導報，2019，16（29）：175-176.

[8]張金磊，王穎，張寶輝.翻轉課堂教學模式研究[J].遠程教育雜志， 2012，30（4）：46-51.

[9]尹紅心，李偉.費曼學習法[M].江蘇鳳凰文藝出版社，2021.