對分課堂在理論力學(xué)教學(xué)中的實踐與思考①

李敬彬，李世遠，楊睿月，張逸群，彭 巖

（中國石油大學(xué)〈北京〉油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249）

理論力學(xué)是研究物體機械運動一般規(guī)律的一門學(xué)科，是一門理論性較強的學(xué)科基礎(chǔ)課，是很多專業(yè)課程的重要基礎(chǔ)。其教學(xué)內(nèi)容包括靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)三部分，課程涉及的公理、定理、公式較多，理論性比較強[1-2]。理論力學(xué)對于培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實際工程問題的能力起著舉足輕重的作用。因此，如何在有限時間內(nèi)完成教學(xué)內(nèi)容并保證教學(xué)質(zhì)量成為一線教師思考的焦點問題。

理論力學(xué)理論性強、計算煩瑣，比較枯燥且趣味性較低，“理論好懂，習(xí)題難做，考關(guān)難過”。國內(nèi)授課老師均在積極探索新的教學(xué)模式，期待能夠提升教學(xué)效果。吳亞麗等[3]探討了基于小規(guī)模限制性在線課程的線上線下混合教學(xué)模式，該教學(xué)模式能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，提升教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率。譚燕等[4]借助超星學(xué)習(xí)通教學(xué)平臺和QQ即時交流工具，更新教學(xué)設(shè)計，創(chuàng)新直播教學(xué)新方法，形成了“探究式的課前、現(xiàn)場感式的課中、不下線的課后”的線上教學(xué)模式，提高了教學(xué)效果。鄭澤偉等[5]開展了基于“雨課堂”的理論力學(xué)混合式教學(xué)實踐，主要通過課堂測驗以及借助“雨課堂”的工具來實時得到學(xué)生學(xué)習(xí)情況的反饋，由此達到強化課堂狀態(tài)反饋和學(xué)生自主學(xué)習(xí)的目的。黃才貴[6]將實際工程案例的力學(xué)分析計算引入課堂教學(xué)，以完整的工程案例的計算工作過程為主線，且在教學(xué)中融入思政元素，取得了較好的教學(xué)效果。任艷榮等[7]在慕課的基礎(chǔ)上使用泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，學(xué)生可以自主觀看視頻、自我檢測和網(wǎng)上作業(yè)，線上學(xué)習(xí)彌補了課時不足的情況，通過這兩種教學(xué)模式的融合，提高了教學(xué)質(zhì)量。

綜合來看，理論力學(xué)教學(xué)教師均在積極探索新的教學(xué)模式，期望能夠讓學(xué)生更好地掌握理論力學(xué)基礎(chǔ)知識，均取得了較好的效果。但隨著社會的飛速發(fā)展，新興學(xué)科逐漸增多，學(xué)生需要接受的知識量不斷增多，因此教學(xué)改革勢在必行。課堂是教學(xué)活動的主要場所，課堂質(zhì)量是影響教育質(zhì)量的決定性因素。對分課堂是由復(fù)旦大學(xué)張學(xué)新教授在2014年提出的一種課堂教學(xué)新模式[8]。對分課堂的核心理念是將課堂時間平均分配給教師講授與學(xué)生討論。其關(guān)鍵創(chuàng)新在于把講授和討論時間錯開，學(xué)生可自主安排學(xué)習(xí)并內(nèi)化吸收，而在考核方法上，強調(diào)過程性評價[9]。對分課堂自提出來以后，已在國內(nèi)一千多門課程中得到應(yīng)用[10]，教學(xué)效果顯著，但其在理論力學(xué)教學(xué)中應(yīng)用研究案例較少，缺乏實踐積累。作為年輕教師，剛剛完成從學(xué)生到教師的角色轉(zhuǎn)換，對學(xué)生的心態(tài)掌握情況較好，結(jié)合理論力學(xué)教學(xué)經(jīng)驗，研究嘗試了將對分課堂應(yīng)用于理論力學(xué)教學(xué)，取得了良好的教學(xué)效果，但也存在值得深入思考和需進一步解決完善的問題。

一、理論力學(xué)對分課堂教學(xué)設(shè)計

根據(jù)美國緬因州國家訓(xùn)練實驗室提出的學(xué)習(xí)金字塔理論[11]，如圖1所示，傳統(tǒng)教學(xué)方式主要涉及被動學(xué)習(xí)范疇，學(xué)習(xí)內(nèi)容平均留存率約5%~30%，而自主學(xué)習(xí)可將平均留存率提高至50%~90%。因此，教學(xué)改革的主要研究方向應(yīng)該是學(xué)習(xí)效率更高的主動學(xué)習(xí)。對分課堂的主要目標(biāo)是提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，主要形式為將一半課堂時間分配給教師進行講授，另一半分配給學(xué)生以討論的形式進行交互式學(xué)習(xí)。但不論教學(xué)模式如何改變，教師的教授環(huán)節(jié)始終是課堂教學(xué)中最重要的核心環(huán)節(jié)。特別是理論力學(xué)理論性較強基礎(chǔ)學(xué)科，因此，需要針對理論力學(xué)課程特征，開展對分課堂設(shè)計。

圖1 學(xué)習(xí)金字塔理論示意圖

（一）研究對象

選取我校石油與天然氣工程專業(yè)2020級本科23人與2021級本科32人為研究對象。研究對象選課為隨機選課，非自然班級選課。其中，2021級為實驗組，課前制訂詳細的對分課堂方案，并提前告知；2020級通過正常教學(xué)方式進行授課，作為基礎(chǔ)組。

（二）教學(xué)開展

我校理論力學(xué)共40學(xué)時，每次課程為2學(xué)時，1學(xué)時為50分鐘，兩節(jié)課之間休息5分鐘。根據(jù)對分課堂的教學(xué)理念，將課程分為課前討論、課堂講授、思政建設(shè)、小組討論等環(huán)節(jié)。課前討論部分設(shè)計15分鐘，羅列上節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容重點，要求學(xué)生備好紙筆，在教師的引導(dǎo)下，要求學(xué)生將相應(yīng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容按照自己的理解寫出來，允許相互幫助與討論，實現(xiàn)對授課內(nèi)容的充分理解；課堂講授為主體部分，設(shè)計時長60分鐘，主要講授新的知識點以及例題講解。思政建設(shè)部分設(shè)計10分鐘，主要是第二節(jié)開始之前，結(jié)合時事、力學(xué)經(jīng)典案例、個人發(fā)展規(guī)劃等，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀，同時增加課題的趣味性，增進師生感情；分組討論時長15分鐘，安排在主要知識點及例題講解后，引導(dǎo)學(xué)生思考，并學(xué)以致用。為檢驗教學(xué)效果，在課程進行到一半及期末考試之前安排兩次隨堂測驗，根據(jù)測驗結(jié)果適當(dāng)調(diào)整教學(xué)安排。

（三）教學(xué)評價

隨堂測試成績。每次測驗題目為例題兩道，每道題50分，滿分100分。主要評價學(xué)生對近期學(xué)習(xí)內(nèi)容的掌握情況，即“師知”，并讓學(xué)生對所學(xué)知識點運用情況有所了解，即“自知”。

問卷調(diào)查，為掌握學(xué)生對新授課方式的反饋情況進行了問卷調(diào)查。問卷問題包括三個：（1）授課內(nèi)容安排（優(yōu)、良、中、差）；（2）平時作業(yè)難易程度（困難、較難、中等、簡單）；（3）課程教學(xué)方法評價（優(yōu)、良、中、差）。以確定學(xué)生對新教學(xué)方式的接受程度。

總評成績主要包括結(jié)課考試成績（70%）、作業(yè)（15%）、測驗（12%）、考勤成績（3%）。其中結(jié)課考試為教學(xué)團隊統(tǒng)一命題，主要題型包括選擇題、判斷題、計算題，合計100分。

二、教學(xué)效果

（一）隨堂測驗成績

隨堂測驗的主要目的是及時檢驗學(xué)生對所學(xué)知識的掌握及應(yīng)用情況，題目均為課上講解例題。第一次測驗安排在課程中間，具體成績分布如圖2所示。從圖中可以看出，學(xué)生成績分布較差，僅少數(shù)學(xué)生取得較好的成績，有43.75%的人未達到及格線，說明學(xué)生對所學(xué)知識的掌握及運用情況較差，在測驗成績出來之后，對教學(xué)重點進行了調(diào)整，重點放到知識點的應(yīng)用上。第二次測驗安排在課程將要結(jié)束的時候，如圖3所示，教學(xué)效果得到明顯改善，僅有21.88%的人未達到及格線。通過兩次測驗，及時發(fā)現(xiàn)教學(xué)中存在的問題，并調(diào)整教學(xué)安排，同時使學(xué)生對自己的消化吸收情況有所掌握，調(diào)整學(xué)習(xí)方法。

圖2 第一次隨堂測試成績分布情況

圖3 第二次隨堂測試成績分布情況

（二）問卷調(diào)查

在課程進展一半時間后，通過問卷調(diào)查了解學(xué)生對教學(xué)方法的態(tài)度，進而相應(yīng)地調(diào)整教學(xué)安排。調(diào)研結(jié)果如圖4所示，通過圖4（1）可以看出，總體上學(xué)生對于授課內(nèi)容安排選擇“優(yōu)”的比例較高，體現(xiàn)了學(xué)生對于學(xué)習(xí)內(nèi)容安排的肯定；圖4（2）展示的是作業(yè)難易程度的反饋，有14.9%的學(xué)生覺得困難，44.7%的學(xué)生覺得較難，這與理論力學(xué)的課程特點有關(guān)，作業(yè)題目一般為生活中的常見例子，需要對題目進行充分理解，進而轉(zhuǎn)化為理論力學(xué)模型，后續(xù)將加強從物理模型到理論模型的轉(zhuǎn)化訓(xùn)練。圖4（3）是學(xué)生對新教學(xué)方式的評價，79.2%的學(xué)生評價較好，對新的教學(xué)模式認可度較高，可見這樣的授課模式取得了良好的教學(xué)效果。

圖4 問卷調(diào)查結(jié)果

（三）總評成績

在2020級課程教學(xué)中，由于疫情影響，加上教學(xué)經(jīng)驗較少，對課程性質(zhì)理解不是十分深入，對課程難度估計不足，導(dǎo)致最終的教學(xué)效果一般，總評成績?nèi)鐖D5所示，高分學(xué)生占比較少，將近一半的學(xué)生成績集中在60~70分，總體平均分僅71.74分。經(jīng)過反思與經(jīng)驗教訓(xùn)總結(jié)，結(jié)合文獻調(diào)研，決定在新學(xué)期的教學(xué)中嘗試采用對分課堂的形式進行。本學(xué)期共有32人選課，其中高年級重修學(xué)生2人，少數(shù)民族學(xué)生1人，期末考試中，32位學(xué)生均參與考核，31人及格，1人不及格，具體成績分布如圖6所示。本學(xué)期的成績分布符合正態(tài)分布形態(tài)，總體教學(xué)效果較基礎(chǔ)組有較大提升，超過一半的學(xué)生成績分布在70~80分，成績低于70分的學(xué)生僅5人，整體平均分提高到75.00分。由此可見，通過教學(xué)改革，有效改善了理論力學(xué)的教學(xué)效果。

圖5 2020級基礎(chǔ)組總評成績分布圖

圖6 2021級實驗組總評成績分布圖

三、討論

對分課堂是一種新型的教學(xué)模式，被應(yīng)用于各種教學(xué)場景和諸多學(xué)科門類中，包括初高中教育、大學(xué)本科教育、繼續(xù)教育等，在大學(xué)本科教育中，英語、醫(yī)學(xué)、思想政治、管理學(xué)、工學(xué)等開展了對分課堂的教學(xué)研究[12-14]，其優(yōu)勢在于將教師講授與學(xué)員討論在時間上錯開，讓學(xué)員有充分的內(nèi)化吸收和獨學(xué)思考時間，從而有準(zhǔn)備地進行討論，充分發(fā)揮學(xué)員主動性，實現(xiàn)個性化、創(chuàng)造性學(xué)習(xí)。但每門課程均有不同的特點，理論力學(xué)課程屬于理論性較強的基礎(chǔ)課程，授課對象為大一學(xué)生，教學(xué)內(nèi)容多且難，學(xué)時有限，因此無法完全按照對分課堂要求進行課堂設(shè)計。因此，在本次教學(xué)嘗試中，僅嘗試了教學(xué)時間調(diào)整、分組討論、隨堂測驗等內(nèi)容。通過對比發(fā)現(xiàn)對分課堂教學(xué)模式在理論力學(xué)教學(xué)中取得了良好的教學(xué)效果，但同時也暴露出了一些問題。

首先，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性調(diào)動效果差。在授課中分別嘗試了“當(dāng)堂對分”與“隔堂對分”。“當(dāng)堂對分”要求學(xué)生對剛剛講過的知識點進行“活學(xué)活用”，難度較大，特別是課堂活躍的總是部分學(xué)生，考慮到整體教學(xué)效果，需要加強知識點的講解及例題分析。而“隔堂對分”需要學(xué)生在獨立學(xué)習(xí)的過程中進行有深度的獨立思考，但在實際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，由于課業(yè)壓力較大，學(xué)生能夠按時完成作業(yè)已經(jīng)很難能可貴。對于多數(shù)學(xué)生來說，學(xué)習(xí)的主要過程集中在課上與考試前一到兩周，“隔堂對分”效果一般。

其次，作業(yè)起到的作用越來越有限。大部分學(xué)生能夠按時完成并上交作業(yè)，且作業(yè)完成情況較好。但非常明顯的是，在期末測試中大部分學(xué)生的表現(xiàn)與作業(yè)表現(xiàn)出的情況有較大差別，一方面可能是由于知識點掌握不牢，未充分消化吸收；另一方面可能是在做作業(yè)時有參考資料，解題較易，看似明白；另外，不排除存在抄作業(yè)的情況。學(xué)生在課后很難主動抽出時間對學(xué)習(xí)的知識點進行消化吸收，甚至部分學(xué)生連作業(yè)都不認真對待。綜合考慮，作業(yè)是學(xué)生課后學(xué)習(xí)的主要動力，建議將“隔堂對分”與作業(yè)進行深度結(jié)合，將知識點融合到作業(yè)中，充分調(diào)用學(xué)生的知識儲備，反復(fù)加強印象，保障教學(xué)效果。

再次，分組討論效果較差。學(xué)生較為靦腆，不愛表達，或者不知道如何表達，更傾向于自己思考，而不是討論交流學(xué)習(xí)。造成這種現(xiàn)象的原因是多樣的，但這是一個客觀的事實。在教學(xué)中也嘗試了討論記錄表的形式，希望學(xué)生能將討論過程或者將對教師的建議寫下來，但從實際情況來看，大部分記錄是理論公式，似乎對教師“無話可說”。站在學(xué)生的角度來思考這個問題是比較好理解的，年輕教師當(dāng)年是學(xué)生的時候也是不愛表達，總感覺一方面有“出風(fēng)頭”的嫌疑，另一方面“怕出丑”。建議精心設(shè)計討論內(nèi)容，讓每位學(xué)生能有參與感，并鼓勵大家積極發(fā)言。

最后，隨堂測驗重點監(jiān)測的對象總評成績較好。在兩次隨堂測驗的過程中發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生表現(xiàn)較差，因此，在教學(xué)過程中通過溝通、指導(dǎo)、討論、提問等方式對其進行重點監(jiān)測，在最后的期末考核中，這部分學(xué)生表現(xiàn)較好。由此可見，學(xué)生均具有較高的學(xué)習(xí)欲望，通過教師的悉心指導(dǎo)能夠激發(fā)其學(xué)習(xí)潛力。在后續(xù)的教學(xué)中，“當(dāng)堂對分”應(yīng)充分發(fā)揮教師作用，積極參與討論交流，主要起鼓勵、激發(fā)的作用，注意引導(dǎo)學(xué)生，保障教學(xué)效果。

四、結(jié)語

對分課堂是一種新型的教學(xué)模式，更加強調(diào)主動學(xué)習(xí)，主張將課堂時間平均分配給教師講授與學(xué)生討論，已在國內(nèi)眾多課程中得到應(yīng)用，教學(xué)效果顯著。本文將對分課堂的思想應(yīng)用到理論力學(xué)課程教學(xué)中，開展了課程設(shè)計、教學(xué)實施、教學(xué)評價等。通過隨堂測驗檢驗了學(xué)生掌握運用知識的情況，并及時調(diào)整教學(xué)安排；通過問卷調(diào)查，了解學(xué)生對新教學(xué)方式的接受程度；通過總評成績，證實了對分課堂教學(xué)有效提升了教學(xué)效果，課程平均分由71.74分提高到75分。但同時也發(fā)現(xiàn)目前學(xué)生普遍存在不愛表達、課后學(xué)習(xí)效果差、作業(yè)作用有限等問題；而教師的重點關(guān)注有助于增強學(xué)生的主動性，因此在課程設(shè)計中要特別注意教師角色的定位，實現(xiàn)有效“當(dāng)堂對分”；而在后續(xù)的教學(xué)中建議將作業(yè)作為重點課內(nèi)討論內(nèi)容，實現(xiàn)有效“隔堂對分”。本文的教學(xué)改革嘗試可為其他基礎(chǔ)課程教學(xué)提供有益借鑒。