思維導圖在工程力學翻轉課堂中的應用

常利武 孫玉周 許君風

中原工學院建筑工程學院（450007）

0 引言

近年來，翻轉課堂作為一種新的教學模式越來越受到教師們的青睞。翻轉課堂借助現代信息化教學環境，課前布置預習或觀看課程微課任務，引導學生自主學習。課堂不再是老師的“獨角戲”，而是師生之間、生生之間互動交流的場所。課后不再是單純的布置書面作業，而是引導學生課后反思和知識的延伸。相對于傳統教學模式，翻轉課堂突破了時空條件的限制，促進了多維互動，使學生真正成為學習的“主角”，更能體現“以生為本”的教育理念。

翻轉課堂教學模式在一定程度上改變了過去填鴨式教學的弊端，使學生由被動學習轉變為主動學習，成為培養學生自主學習能力和團隊協作精神的有效途徑。實施翻轉課堂，很大程度上調動了學生學習主動性和積極性，但在實施過程中也存在不少困難，如學生課前自主學習環節只關注學習資料，缺乏對課程微課或課件的思考和應用；課中學生討論或講解環節，部分學生往往只流于形式，并未真正參與其中，僅僅是由原來的“先教后學”變成了“先學后教”的教學模式[1]；學生課后反思環節，往往只是停留在單個知識點的理解層面，不追究力學理論和實際工程的聯系，缺乏對所學知識點邏輯關系的思考和總結。為有效解決翻轉課堂實施中的上述問題，加強對學生課前、課中和課后的學習引導顯得尤為重要。

工程力學作為高校工科專業的一門重要專業基礎課，是我校建環、機械、材科、紡織、車輛工程等專業的核心課程。工程力學課程涉及的抽象概念較多且難理解、知識碎片化且知識點之間邏輯關系復雜，只有對力學概念和知識點融會貫通才能靈活地分析和解決實際問題。思維導圖運用圖形和文字相結合的方式，將與中心主題有關聯的知識點之間建立起邏輯關系，實現新舊知識點的有效銜接，建立其各知識點之間的記憶聯系。思維導圖可以將各級主題及其之間的相互隸屬關系清晰地表現出來，已經成為歸納整理知識點和提高學生學習效率的重要手段之一[2]。運用思維導圖對學生翻轉課堂的各個環節進行引導，可使學生在課前預習環節和課后對各知識點的邏輯關系及其知識點的應用多思考、多歸納，從而有效提高翻轉課堂的效果。

1 思維導圖在工程力學翻轉課堂中的實施策略

基于思維導圖的工程力學翻轉課堂教學實踐，旨在通過思維導圖克服常規翻轉課堂存在的弊端，調動學生的學習主動性，形成工程力學自主性學習的能力，從根本上提高課堂的教學效果。課堂教學改革的具體實施策略包括以下幾個方面:

1.1 利用思維導圖，使知識掌握更加系統化

工程力學課程包括靜力學和材料力學兩個部分。靜力學主要研究剛體在力系作用下的平衡規律，講授物體的受力分析、力系的簡化和力學的平衡問題。而材料力學主要研究構件的強度、剛度以及穩定性問題，講授四種基本變形（軸向拉壓、剪切、扭轉和彎曲）的應力及變形計算。工程力學各章節相對獨立、且相似或相同的概念較多，同學們學起來容易出現概念混淆的問題[3]。在課堂上引入思維導圖，幫助學生區別易混淆的概念，加深對各知識點邏輯關系的思考。課前預習環節，要求學生分組完成布置的“填空”式思維導圖，便于學生對所學知識的復習和新知識的預習，有利于加強學生對各知識點的系統認識。同時，教師通過制作思維導圖有助于其理清授課思路，提高教學質量。課中在學生分組展示預習版的思維導圖的基礎上，引入具有較強工程背景的例題培養學生理論聯系實際的能力，讓學生體驗到工程力學在實際生產生活中的應用，從而提高其學習的興趣。課后引導學生對課堂的重難點內容認真梳理，深層理解各知識點的聯系，完成“學生版”的思維導圖，真正體驗將知識點由“厚”變“薄”的過程，更加系統化地掌握課堂內容。

1.2 利用思維導圖，讓學生思考更深入

翻轉課堂可有效改善傳統填鴨式教學的弊端，教師通過課前布置微課教學視頻、課前預習作業、課中討論及引導、課后反思等環節，大大提高了學生參與課程的積極性和主動性。但在實施翻轉課堂的實踐中，發現不少同學往往只局限于完成教師布置的學習任務，缺少對知識點的自我歸納和思考，難以形成各知識點的系統化理解?！八季S導圖+翻轉課堂”教學模式運用易于接受的圖形和文字，實現不同知識點的有效銜接，促進學生對知識點的深入思考。在翻轉課堂匯報思維導圖成果及修改完善思維導圖環節，教師應多引導各種思維不斷碰撞和積極思考，達到對知識點的熟練掌握。

1.3 利用思維導圖，提升學生的綜合素質

思維導圖作為一種將放射性思考具體化的方法，在培養學生的創新思維能力、邏輯思考能力、團隊協作能力以及信息技術能力方面有顯著作用[4]。學生根據所學知識點的理解和掌握，對某一章節或知識點所涉及的知識進行高度的組織，在教師的引導下進行合理的加工形成“個性化”的思維導圖，可以培養學生的創新思維能力和良好的邏輯思維習慣。在課堂教學中，利用思維導圖的多線程、放射性的思維方法，引導學生對相關知識點的聯系和區別、理論知識的工程應用勤聯想、多思考，使課堂教學變成培養學生發散思維能力的主陣地。鼓勵學生積極參與小組思維導圖的制作、課堂匯報與討論，體驗思維不斷碰撞、啟發的學習過程，鍛煉學生的團隊協作精神和口頭表達能力。

2 思維導圖在工程力學翻轉課堂中的應用

借鑒高校教師在基于思維導圖的翻轉課堂教學模式設計和應用研究成果[5-10]，筆者將思維導圖應用于部分工程力學翻轉課堂教學中，以期解決學生參與度不高、缺乏對知識點邏輯關系的思考、忽視所學理論知識聯系實際工程等問題。下面以平面任意力系的平衡條件和平衡方程一節為例，詳細說明“思維導圖+翻轉課堂”教學模式的實施方案。

2.1 課前預習環節

按照5人為一組進行分組，然后以小組為單位建立微信群，要求成員觀看微課或課件后討論并填充圖1所示的思維導圖。通過完成實際問題的受力分析，特別是趣味性的題目（圖1左下方，周培源大學生力學競賽試題）吸引學生對平面力系平衡問題的興趣，實現課程理論聯系實際的教學目標。通過對一矩式中各式所代表含義的填充，讓學生充分理解各等式的含義。三種平衡方程的適用條件是最容易出現錯誤的地方，在布置課前思維導圖時重點關注。此外，學生之間通過互相討論交流進行合作學習，一方面可以加深對知識點的理解，同時也可激發學生的團隊協作精神。為保證翻轉課堂的教學效果，教師或助教應隨時抽查并關注學生的預習情況，鼓勵優秀學生根據自己的興趣，針對某些知識點繪制屬于自己的思維導圖，用自己易于理解的方式建立與各知識點的聯系。

圖1 平面任意力系平衡問題思維導圖

2.2 課堂教學環節

抽取3-5組學生進行思維導圖成果匯報，真實了解學生的認知進展情況，并及時給與指導。為避免流于形式，教師最好通過設問和提問方式提高學生的參與度。接著展示本節課程的總思維導圖供學生討論，如圖2所示。課堂講解以圖2所示的前兩個實例為背景創設情境，引導學生解決實際問題。教學中首先穿插“力學建模”問題，引導學生如何正確地將實際問題抽象為力學模型及其受力分析，幫助學生構建和理解工程力學系統化理論及其本質，提高其發現問題和解決問題的能力。然后重點講解平衡方程每個等式的實質含義，引導學生理解為何要對二矩式和三矩式的矩心選取進行限制。最后采用三種平衡方程分別對問題進行求解，通過“一題多解”培養學生發散性思維，讓學生充分理解如何利用不同方法求解未知約束力。

2.3 課后反思環節

除了布置課后習題外，將圖2中應用3作為課后討論題，要求學生給出解題過程并討論繩索拉力最大時的夾角大小。鼓勵以小組為單位找出一個類似的應用實例，培養學生理論聯系實際的能力。引導學生在“預習版”思維導圖、課堂討論及自我體會的基礎上，總結本次課的重難點內容，認真梳理各知識點的聯系，構建“學生版”思維導圖，完成知識點由“厚”到“薄”的轉化，提高學習效率和學習效果。

圖2 平面任意力系平衡問題思維導圖填充

3 結語

針對工程力學翻轉課堂中學生參與度不高、缺乏對知識點邏輯關系的思考、忽視所學理論聯系實際等問題，將思維導圖融入到該課程的教學活動中?；谒季S導圖的工程力學翻轉課堂教學模式，有利于激發學生學習的主動性和積極性，便于學生掌握各知識點之間的邏輯關系，有助于培養學生的核心素養，提高學生的自主學習能力和學習效率。