教育信息化背景下基礎力學的翻轉課堂探索

張鈞惠 衣淑娟 王福成 楊 柳 吳春東

黑龍江八一農墾大學工程學院，黑龍江 大慶 163319

近年來，隨著教育信息化的發(fā)展，各高校的教學信息化進入跨越式發(fā)展階段，除在傳統(tǒng)的教學模式中大量引入互聯(lián)網技術、多媒體技術、大數(shù)據(jù)平臺等教學新模式外，為提高學生的自主學習能力、培養(yǎng)學生學習興趣，國內外各大高校先后開展了基于各種教學軟件和輔助APP 的翻轉課堂教學研究，通過翻轉課堂的教學模式加深學生對基礎知識的理解，提高學生應用基礎知識解決實際問題的能力。基礎力學作為工科類專業(yè)的專業(yè)基礎課，具有邏輯性強、對學生的數(shù)學基礎及計算能力等方面要求高的特點，在以往的教學過程中多采用教師講解為主、學生被動接受教師所授內容的形式，不利于發(fā)揮學生學習的積極性和主動性，也不利于提高學生探索問題、解決問題的能力。在基礎力學的傳統(tǒng)教學中存在著部分學生學習興趣不濃、自學能力不強、解決實際問題能力不足等問題。為改變單純依靠“黑板+粉筆”的傳統(tǒng)教學模式，豐富教學內容，拓展教學空間，形成將授課內容與工程實踐相結合、將教師講授與學生自我探索相結合的新型信息化教學模式，增強學生對基礎力學的學習興趣，培養(yǎng)學生的自學能力，黑龍江八一農墾大學（以下簡稱“本校”）工程基礎部開展了針對基礎力學的教學改革研究，進行了基礎力學部分翻轉課堂的研究。

一、基礎力學適合開展翻轉課堂的內容的篩選

基礎力學中的教學內容中存在大量定理、公式的推導，開展翻轉課堂的難度較大。在本次基礎力學的教學改革中,通過對基礎力學的教學內容進行研究、分析、篩選，決定將以下內容引入翻轉課堂。

（一）平面任意力系的簡化與平衡

平面任意力系的簡化是應用力的平移定理將力系中的各個力向簡化中心平移，得到一個平面匯交力系與一個平面力偶力系。以前期學生對平面匯交力系和平面力偶力系的合成與平衡的學習和理解為基礎，展開平面任意力系的簡化與平衡的翻轉課堂。在翻轉課堂教學的過程中，要重點引導學生將之前所學的兩個特殊的平面力系的相關知識應用到新知識的學習和理解過程中，以提高學生舉一反三的能力。

（二）剛體平面運動的分解、簡化及平面圖形上各點速度的基點法

可通過對剛體平行移動和定軸轉動的概念及在兩種運動中剛體上各點的運動軌跡、速度和加速度等的研究，讓學生基本掌握研究剛體運動分析的方法；可通過點的合成運動的學習，讓學生對點的速度分析和加速度分析方法充分理解并能熟練應用其解題。在此基礎上，可展開對剛體平面運動分解和簡化以及平面圖形上各點速度基點法的翻轉課堂，引導學生應用剛體的簡單運動和點的合成運動的相關知識對剛體的平面運動進行分解和簡化，重點強調對絕對運動、相對運動和牽連運動的理解及三種運動中速度與加速度的分析。

（三）剪切的實用計算與擠壓的實用計算

剪切變形的內力計算較簡單，且剪切的實用計算和擠壓的實用計算與軸向拉伸（壓縮）變形的強度計算方法、計算公式結構均相似，可以引導學生在熟練掌握軸向拉伸（壓縮）變形相關內容的基礎上自學，形成自己的交流討論思路并實現(xiàn)翻轉課堂。

（四）扭轉變形時橫截面的內力及內力圖

軸向拉伸（壓縮）變形中詳細講解了應用截面法計算桿件內力、繪制內力圖的步驟及注意事項，且扭轉變形與軸向拉伸（壓縮）變形的內力計算方法及內力圖的繪制過程類似，學生應具備應用已學知識解決新問題的能力，因此可對扭轉變形的內力計算及內力圖繪制開展翻轉課堂探索，引導學生通過課前查閱電子資料、視頻自主學習，并將所學內容進行梳理。

（五）扭轉變形、彎曲變形時的強度計算

扭轉變形和彎曲變形的強度條件的推導過程較復雜，且涉及的知識面較廣，暫不適宜進行翻轉課堂，但應用強度條件進行強度計算主要包括強度校核、設計截面尺寸及確定許可載荷，與軸向拉伸（壓縮）變形的強度條件應用方式類似，可引導學生通過自學掌握扭轉變形和彎曲變形的強度條件應用，培養(yǎng)學生對已掌握知識進行舉一反三和知識遷移的能力。

由于基礎力學自身邏輯性強、比較抽象、公式推導復雜等特點，且基礎力學翻轉課堂還處于起步階段，本次針對基礎力學的教學改革研究僅對以上部分內容嘗試采用翻轉課堂模式，并根據(jù)教學效果，決定今后本校基礎力學翻轉課堂的深度和廣度。

二、翻轉課堂教學前的準備

（一）分組

在基礎力學課程開課時，向學生詳細介紹本門課程的授課模式：教師講授+翻轉課堂。開學兩周內通過課堂表現(xiàn)和課后作業(yè)情況對班級學生的學習狀況進行綜合把握，充分了解每位學生的學習狀態(tài)和對基礎力學教學內容的接受情況，兩周后根據(jù)學生的自我報名、教師觀察和章節(jié)測驗結果對學生進行分組，每組4～5 人，且盡量保證每組內至少有一名學生對基礎力學的學習效果較好，能夠在小組內形成互幫互助、協(xié)同共進的學習氛圍。

（二）翻轉課堂學習指導

翻轉課堂前兩周布置自學任務，通過云班課APP 推送相關的自學電子資料和MOOC 視頻，學生可在第一周內根據(jù)教材、教師推送內容、自主查閱網絡優(yōu)質資源等進行自學，對相關知識點進行梳理，并對自己的疑問進行記錄。第二周進行組內互相討論，然后解決問題，保證每位學生熟練掌握翻轉課堂的內容，并能向本組學生進行講解、演示。在準備過程中，若存在組內解決不了的問題，可借助云班課的輕直播或班級的基礎力學學習群與教師、其他組學生進行討論，這樣可以使教師實時掌握學生的自學情況及自學中存在的問題，最終完成翻轉課堂的所有準備工作。

三、部分翻轉課堂的實施

（一）隨機選出主講人

由于課時限制，每次翻轉課堂內容僅抽取兩組學生進行講解。為保證全班學生均能積極參與課前學習與準備，進行翻轉課堂的小組通過課前隨機抽簽選出，并在小組內隨機抽簽選出本組主講學生，主講學生的演示、講解效果決定本組的基本分。

（二）翻轉課堂演示、講解

根據(jù)翻轉課堂的內容量，每次翻轉課堂演示、講解的時間規(guī)定為20 至30 分鐘，各組可根據(jù)準備情況采取板書、PPT 演示、動畫播放等形式進行展示，主講人講解完畢后本組其他學生可適當進行補充。圖1展示了工學08-Ⅱ19（4）班的學生對扭轉變形時橫截面上的內力及內力圖進行翻轉課堂學習的現(xiàn)場。

（三）其他組提出問題

其他組學生可根據(jù)主講組的講解情況及自身對自學內容的理解提出問題，主講組成員集中回答同學們提出的問題，其他組提出的問題與本節(jié)內容的相關性和主講組回答問題的準確性決定提問環(huán)節(jié)各組的得分情況。

（四）教師總結

綜合考慮課前線上討論情況、主講組的講解演示及其他組同學的提問情況，教師對兩個主講組給出點評，并對該部分自學內容的重難點進行強調和必要的補充。例如在對扭轉變形概述以及扭轉變形時橫截面上的內力、內力圖部分的翻轉課堂教學過程中，應將橫截面上內力的計算及內力圖的繪制作為重點學習內容，6 組同學僅對扭矩的計算做了詳細的講解，但對扭矩圖的繪制過程的講解較粗糙。因此，教師在進行總結時須重點強調扭矩圖的繪制過程及其特點，并與軸力圖的特點進行對比，加深學生對該部分內容的理解。

（五）隨堂測驗

為充分了解學生對翻轉課堂部分內容的掌握情況，教師要設計有針對性的隨堂測驗，并根據(jù)測驗結果布置課后作業(yè)，讓學生對翻轉課堂的內容進行鞏固練習。

四、翻轉課堂教學效果評價

對翻轉課堂教學效果的評價采取全過程考評的形式，主要包括：課前準備評價、翻轉課堂現(xiàn)場演示評價及課后檢測三部分。

課前準備包括教師推送資料、視頻的學習質量及自主查閱資料的數(shù)量和質量，占比為25%；翻轉課堂現(xiàn)場演示評價主要考慮主講人講解演示過程中對知識點的把握和理解是否準確、演示過程中演示手段是否多樣、生動及講解過程中的儀態(tài)儀表等，占比為50%；課后檢測主要考查本組學生在課后作業(yè)及單元檢測中對本部分內容的掌握程度，占比為25%。具體標準見表1。

教師根據(jù)翻轉課堂的教學效果評價結果，尤其是學生的隨堂測驗、課后作業(yè)和單元檢測中反映出的學生掌握不牢的知識點，要及時進行查漏補缺，確保學生對本部分知識點全面掌握，強化翻轉課堂的教學效果。

五、基礎力學部分翻轉課堂的優(yōu)點與存在的問題

在基礎力學的教學過程中引入部分翻轉課堂，較傳統(tǒng)的基礎力學教學模式具有明顯優(yōu)勢，主要表現(xiàn)為：

首先，在基礎力學教學過程中引入部分翻轉課堂，可有效激發(fā)學生自主學習基礎力學類課程的主動性，學生在基礎力學課程的學習中投入時間明顯增多，對知識點的獨立思考和討論明顯深入，有利于夯實本校學生的力學基礎。

其次，為順利實現(xiàn)翻轉課堂，學生不僅需要學習教師上傳的學習資料，還需要通過網絡查閱大量資料，觀看優(yōu)質MOOC 資源，在此過程中增強了學生利用網絡資源進行自我提升的能力。

再次，在分組學習中，學生需要在自主學習的基礎上，加強與本組同學的交流和討論。教師可通過組內分享的方式為學生搭建表達自己觀點和了解同學學習方法的平臺，有利于學生學習方法的優(yōu)化，同時增進學生間的了解，增強本組學生間的團隊協(xié)作意識和集體榮譽感。

最后，在學生進行翻轉課堂教學的過程中，為能夠形象、透徹地講解演示知識點，學生需要充分發(fā)揮想象力，大膽創(chuàng)新講解演示形式，部分學生應用計算機制作了多媒體課件進行演示，增強了學生應用信息技術的能力，同時培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新精神。

對本校教師和學生而言，基礎力學的部分翻轉課堂是一項新的授課模式，在具體的實施過程中存在一定問題：

一是教師和學生對基礎力學部分翻轉課堂的教學模式的接受程度有待提高。尤其是長期以來基礎力學的教學一直采取教師教授、學生被動接受的教學模式，在進行基礎力學的翻轉課堂的過程中，教師和學生均表現(xiàn)不適應，如：改革初期學生對翻轉課堂不理解，更不知道如何進行課前準備。

二是學生進行演示講解的形式有待創(chuàng)新。在翻轉課堂學習初期，學生大多采用純板書的形式進行講解，反映出學生對信息化手段的應用意識還有待提高。教師需引導學生進行PPT、動畫演示及實物演示等多種形式的展示嘗試，逐步培養(yǎng)學生應用信息化手段的能力。

三是在進行翻轉課堂學習的過程中，部分學生表現(xiàn)出表達不流暢、不能自信地展現(xiàn)自己最優(yōu)狀態(tài)的問題，需要給學生創(chuàng)造更多在公共場合表現(xiàn)自己的機會，不斷提高學生的表達能力，為學生今后的學習和就業(yè)提供幫助。

六、結語

在基礎力學的教學過程中部分采用翻轉課堂模式，可有效提高學生學習基礎力學課程的積極性，提升基礎力學的教學信息化水平，較傳統(tǒng)教學模式具有顯著的優(yōu)勢。但在具體的教學實施過程中仍有很多問題亟須解決，在今后的教學中本校工程基礎部將繼續(xù)深化改革，進一步提高教學信息化程度，提升基礎力學部分翻轉課堂的教學效果，不斷提高學生的自主學習能力、創(chuàng)新能力、團隊協(xié)作能力與解決工程實際問題等綜合素質。