基于雨課堂和微課的翻轉教學初探

楊磊 岳蕾 胡明順

［摘 要］ “地震波動力學”是地球物理學專業的學科基礎必修課程，主要講述張量分析、應力應變、地震波方程的求解、平面簡諧波在分界面處反射和折射、瑞雷面波及勒夫波等內容。在信息化背景下，“地震波動力學”課程面臨若干問題，針對如何提高學生的學習興趣、激發學生的學習主觀能動性、提升教學效果等問題，選擇雨課堂作為媒介，對“地震波動力學”課程的翻轉教學進行了初步的探索，取得了較好的效果，希望能為基于雨課堂的翻轉教學提供一些借鑒。

［關鍵詞］ 地球物理勘探；雨課堂；混合翻轉教學

［基金項目］ 2018年度中國礦業大學教學研究項目“雨課堂模式下‘地震波動力學互動啟發式教學改革研究”（2018QN08）；2020年度教育部第二批新工科研究與實踐項目“行業特色高校新工科人才培養實踐創新平臺建設探索與實踐”（E-XTYR20200624）；2021年度中國礦業大學教學改革研究項目“‘地震波動力學教學方法改革研究與應用”（2021YB27）

［作者簡介］ 楊 磊（1983—），男，江蘇徐州人，博士，中國礦業大學資源與地球科學學院講師（通信作者），主要從事地球物理學教學研究。

［中圖分類號］ G642.4［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1674-9324（2023）20-0030-04［收稿日期］ 2022-06-01

高等教育的培養對象是即將步入社會參與競爭的大學生，因而不僅要向學生傳授專業知識，而且要教會學生獲取知識的途徑與方法。隨著通識教育的推廣和普及，專業課程的課時量逐漸減少，而專業課程內容不變，造成了教師“以教為主”的教學方法，難以完成教學任務和教學目標，進而促使教學方法和手段發生根本性的變化，因此，教師要提綱挈領地教、學生要深入系統地學，將教師詳細的推導轉變為學生的自主學習，以培養出適應知識爆炸時代的高素質人才。尤其在“互聯網+”背景下［1］，各種網絡資源日益豐富、層出不窮、推陳出新，比如百度知道、百度文庫，以及近年來出現的知乎、github等，所以高等教育工作者除了要授人以魚以外，更重要的是要授之以漁，教會學生獲取并學習相關知識的方法。同時在“互聯網+”教育背景下，各種教學手段和教育理念層出不窮，比如慕課、微課、翻轉課堂等，引領了教育新形態，也為高等教育工作者提供了多樣化的教學模式選擇。“地震波動力學”課程公式復雜，概念煩瑣，原理晦澀，潛力巨大，實踐性很強，且難以直觀理解，因此，如何合理選擇和利用現代化教學手段，提高教學效果，是課程授課者面臨的重要挑戰。

一、“地震波動力學”教學現狀分析

“地震波動力學”課程是地球物理學專業的學科基礎，是必修課程，主要講述張量分析初步，包含指標記號、坐標變換和張量分析；應力應變，包含彈性體變形、應變張量、轉動張量、應力分析和應力應變之間的關系等；地震波方程的求解，包含地震波動力學基本方程、無旋波和無散波、波動方程退化處理及波動方程一般解等；平面簡諧波在分界面處反射和折射（自由邊界條件反射透射，以及彈性分界面處的反射、折射和面波）規律等。通過對該課程的學習，學生能夠了解和基本掌握地震波激發、傳播和接收的基本原理；掌握基本類型地震波在多種不同介質中傳播的基本規律和方程式、張量、應力、應變的概念、運算及其相互間的關系，以及地震波傳播時不同介質對地震波的影響；了解點源、線源及面源的基本概念；初步掌握各種震源條件下地震波在各種地殼介質中傳播的基本規律；了解地震波的數值計算方法，培養學生分析地震波問題的能力，為后續學習相關課程打下堅實的基礎。

但是，“地震波動力學”教學工作的開展面臨著一定程度的挑戰。受我國傳統教育的影響，大部分學生在課堂上與教師交流互動的意愿較低，智能手機的普及及便捷的互聯網的接入，更是將生動豐富的網絡資源帶入課堂，也使教師進入與手機爭奪學生注意力的時代，學生在課堂上的專注度受到了極大的干擾。對于“地震波動力學”課程而言，當講解內容難度較大時，部分缺乏自制力的學生容易自我放棄，成為課堂上的“低頭族”。在奪走學生注意力的同時，信息技術使知識獲取變得非常便捷，傳統課堂已不再是學生獲取知識的唯一途徑，教師在課堂上的主導性、權威性也受到前所未有的挑戰。

具體來說，“地震波動力學”課程數學公式復雜、物理概念繁多且與實踐性強的地質學相結合，既容易造成學生的厭學情緒，也能激發學生的挑戰性，所以學生主要分為兩大類：一是厭學的，主要是因為前期數學底子差、物理基礎薄，這類學生課上不專心聽講，無所事事，課下也從不與同學、老師溝通；二是想挑戰的，渴望通過學習這門課程取得優異成績獲得同學認同，課上聽講比較認真。中華傳統文化教育我們要謙虛謹慎，這點固然好，但是也容易讓學生難以主動公開表達自己的觀點，一是因為怕出錯而受到同學的嘲諷，二是怕出風頭而影響同學之間的人際關系。第一種情況的主體為基礎較差而想提出自己的疑惑、不解和質疑的學生，這類學生害怕受到同學的嘲諷；第二種情況的主體為基礎較好且愿意分享自己的學習心得、體會和見解的學生，這類學生害怕被同學打上“張揚、好為人師”的標簽。但是這并不代表學生不想表達自己的觀點，比如在課堂教學過程中，有的學生也會在小范圍討論所講授的內容，課間和課后也能主動和老師交流、討論所學內容，提出自己的質疑并和老師展開討論；所以學生缺乏的是課堂上公開的互動，或者說公開互動的意愿較低。

芯片技術的高速發展，促使了網絡技術、智能手機等進入課堂，分散了學生的注意力。科技是一把雙刃劍，移動設備和無線網絡使當代課堂充滿了各種可能性。在技術引領下，學習正在發生變革，隨時、隨地、隨意可進行的線上自主學習有望激活學生的學習熱情，使學習更具有自主性和選擇權。各種即時互動軟件可以讓教、學互動更便捷、更有效。

二、微課的使用和雨課堂的選擇

“互聯網+”技術的發展，為教育工作者提供了豐富多樣的教學手段，比如CAI網絡教室、雨課堂、線上慕課、翻轉課堂、微課等［1-4］。針對“地震波動力學”課程復雜性、煩瑣性的特點，筆者選擇雨課堂與微課相結合的混合式翻轉模式開展教學探索。一方面，大部分學生課堂專注度有限，知識吸收率低，而微課模式則可以按照知識點將課堂時間進行切割［4］，這種碎片化的學習模式更符合大腦的工作原理和認知方式；另一方面，雨課堂可以實現手機實時答題、彈幕互動等功能，易獲得更輕松的交流氛圍。

在網絡資源呈爆炸式增長的背景下，如果學生難以從課堂上獲得娛樂體驗，便很容易低頭在網絡中尋找。原有的“地震波動力學”課程教學以PPT貫穿整個教學過程，課件的目的性不明確，在關鍵知識點上難以吸引學生的注意和共鳴。而將微課引入課堂，對課堂知識進行解構重組，則可以將傳統課堂進行有效分解，在關鍵環節以視頻的形式，將知識以更新穎、更有趣的方式呈現給教學對象，以彌補傳統課堂的不足，使課堂環節更精彩，為課堂教學錦上添花。

當然微課并不是簡單地將課堂講授變為在線授課視頻的播放，微課的內容要精準直擊學生的需要和興趣，呈現形式要生動，充分發揮視頻、音頻及動畫效果，將語言描述抽象、實驗又難以演示的內容具體化、形象化。如各種勘探方法所利用的物理原理及其對應的場源擴散過程等傳統的“地震波動力學”課堂所無法呈現的內容，可以采用數值模擬計算結合錄屏剪輯等技術，制作圖片、在線視頻、動畫等形式的課前資料，使學生做到聽課有備而來。同時，微課的教案要恰當地設置懸念，要善于利用生活實例做類比；語言表達要詼諧幽默，要善于利用網絡流行語言，營造情境化的交互式學習環境。科學制作的微課可以在課前預習、課堂導入、重點及難點解析等環節發揮重要的作用，能夠將課堂講解與課下學習的過程翻轉，使學生掌握學習自主權，提升學習效率，延長有效學習時間。

通過雨課堂教學，學生可以利用手機實時答題情況及彈幕互動，而教師也能通過學生的答題情況及彈幕了解學生的掌握情況，從而教學雙方實現良性的交流互動，促使以教師為中心向以學生為中心的教學模式翻轉；通過師生交流、討論等互動活動，有助于使教師及時發現問題并予以糾正，縮小學生與學生之間以及學生與教師之間的認知差異，激發學生的內在潛力，調動學生的主觀能動性，活躍課堂氣氛，引導學生開展創造性學習。

同時，雨課堂將復雜的信息技術手段直接融入PPT和微信，使學生可以直接通過手機使用，而麥可思調查顯示，65%的大學生希望將手機應用于課堂教學，因此，選擇雨課堂可以使教師和學生不需要專門學習即可快速上手使用。

三、利用雨課堂整合學習資源，激發學生的興趣，提高學生的學習參與度

雨課堂可以重新構建學習流程，使學生用手機實時答題、彈幕互動，獲得更輕松的交流氛圍，教師在課堂上隨講、隨練、隨測，開展及時互動與溝通，促使以教師為中心的傳統教學模式向以學生為中心的智慧教學模式翻轉。全新的教學模式有利于縮小學生間的認知差異，激發學生學習的內驅力，調動學生學習的主動性，將課堂變為思維碰撞的交流場所，進一步啟發、引導學生進行創造性學習。“雨課堂+微課”的教學模式在整個教學過程中會對學生的所有學習行為自動記錄，這些數據為翻轉課堂的考核提供了量化依據和支撐，將教學過程評價由“以考試為主”變成“基于數據的過程化評價”，使考核趨于科學、合理，可以有效提升學生對翻轉課堂的參與度。

雨課堂的使用能夠使教師及時發現學生存在的問題，縮小師生間的認知差異。中國礦業大學“地震波動力學”課程所使用的教材是以胡德綏老先生的《彈性波動力學》為基礎編寫的講義。在講授數學背景部分時介紹愛因斯坦求和約定，即同一項中重復出現一次（總共出現兩次）的指標稱為啞指標，其僅表示求和，與用什么字母表示無關；不重復出現的成為自由指標，其表示方程個數，不同項中的自由指標必須一致。教師本以為對于“項”這個概念不必要過多的闡述，畢竟學生初中就接觸過多項式。但是在實際的教學過程中，學生反而因為對“項”的認知模糊而不能準確判斷自由指標和啞指標。比如有的學生把整個表達式作為一個項，進而認為整個表達式中都是啞指標，沒有自由指標；有的學生認為只要是連在一起的就是一項，造成點乘和叉乘的混亂。通過雨課堂的實時答題功能，教師可以當堂發現問題予以糾正，而在不使用雨課堂的情況下，教師只能通過課后作業的完成情況才能發現這樣的問題，教學效果沒有當堂發現、當堂解決的效果好。

雨課堂的彈幕功能可以有效組織學生對某個知識點進行討論［2］，在討論中加深學生對知識點的認識，激發學生的主觀能動性。教師在講授小變形情況下應變張量對角分量之和（e11+e22+e33）的幾何意義時，通常以正方體的徑向拉伸變形為藍本進行講解，畢竟彈性體的位移分為平移、旋轉和變形三個部分，而平移和旋轉并不造成體積的變化。使用雨課堂之前，沒有學生對此公開提出過質疑；但是使用雨課堂之后，有學生以彈幕的形式提出“這種情形比較特殊，有沒有更一般的推導，畢竟特殊情況代表不了一般情況”。針對這一問題，教師提出了求解思路，即變形前后平行四面體的體積可分別由三個共點向量的混合積表示，變形前后各向量分量可以由位移向量的泰勒展開表示，小變形情況下可以略去高階導數項，從而證明這個結論。課堂上學生各自發揮特長，擅長數學分析的學生提出求解步驟，運算能力強的學生推導公式，思維敏捷的學生負責發現問題，大家共同努力完成整個證明，而教師只負責最后的總結，充分發揮學生的主觀能動性。

雨課堂的發布功能可以充分利用教師和學生的碎片化時間，調動學生參與課程學習研討的積極性，提高學習效率。在傳統的教學模式下，教師的講授和學生的學習均在特定的時間和特定的地點中完成，具有時間空間局限性；課上學生的注意力難以一直集中，課后學生需要復習鞏固，學習時間呈現碎片化特點；課上教師常常依據往屆學生的接受情況進行授課，針對性不強，課后教師還需要對講解不足、學生理解不深入的地方和學生及時溝通。互聯網技術的發展使學生幾乎離不開手機。利用此特點，在學生閑暇時間，通過雨課堂發布討論話題、推送作業、上傳課件及閱讀材料，以加深學生對課程的認識。比如，筆者通常在學生的午飯、晚飯及睡覺前發布瑞雷波的發現背景、勒夫波的發現及數學推導所遇到的難題等，使學生了解問題的來龍去脈，發現地震波動力學不再是冰冷的數學公式、煩瑣的物理概念和深奧的物理原理等，也是富有故事和傳奇色彩的學科，進而激發學生的求知欲。

雨課堂的自動記錄功能有助于督促學生學習。優質的微課視頻可以激發學生觀看的欲望和學習的興趣，實現學習過程的部分翻轉，但是單獨使用微課，學生的學習情況無法及時反饋給教師，而與雨課堂相結合，教師則能夠將線上資源更好地整合到教學活動中，課前、課后都可以將微課等富媒體教學資源推送給教學對象并進行檢測，為課堂的教學組織和內容的講解提供參考依據，幫助教師及時調整教學策略。如前所述，“地震波動力學”數學推導復雜，物理概念煩瑣，原理深奧，所以，中國礦業大學“地震波動力學”課程的考核加大了平時成績的比重。在整個教學過程中，雨課堂會自動記錄學生的學習行為等數據，為翻轉課堂的考核提供量化依據，由“以考為主”變成了“基于數據的過程化評價”，使考核趨于科學、合理，有效提升學生對翻轉課堂的參與度。

結語

在新時代背景下，高等教育要弱化教師“教”內容，強化學生“學”內容，即教師要提綱挈領地教、學生要深入系統地學，教與學的模式逐漸在翻轉。同時在互聯網浪潮下，教育信息化既是一種潮流，也是一種不可避免的趨勢，因此，高等教育工作者應不斷學習新知識、新技術和新手段，并將其運用到教學改革與實踐中，使教與學更加智能化、高效化。

參考文獻

［1］胡明順，董守華，陳同俊，等.基于“互聯網+”的全英文課程資源建設探析：以中國礦業大學《地震勘探資料數據處理》為例［J］.教育教學論壇，2020（3）：187-188.

［2］鄧亮.基于“雨課堂”混合式教學模式設計與實踐［J］.中國人民公安大學學報（自然科學版），2017，23（2）：105-108.

［3］白夢妮.高校傳統課堂與翻轉課堂教學模式比較研究［D］.北京：中國地質大學，2017.

［4］石秋香，蔡寧，李春艷.高校微課應用誤區及對策探究［J］.辦公自動化，2017，22（19）：47-48.

A Probe into Flip Teaching Based on Rain Classroom and Micro-Course Online Video： an Example of Seismic Wave Mechanics Course

YANG Lei， YUE Lei， HU Ming-shun

（School of Resources and Geosciences， China University of Mining and Technology， Xuzhou， Jiangsu 221006， China）

Abstract： Seismic wave dynamics is a basic required course of geophysics. This course mainly deals with tensor analysis， stress-strain， the solution of seismic wave equations， reflection and refraction of plane Harmonic seismic wave at interfaces between different media， Rayleigh surface wave and Love surface wave. This paper discusses some problems faced by the course under the background of information technology， including how to improve students interest in learning， how to stimulate students subjective initiative in learning and how to improve teaching effect. Selecting rain classroom as an medium， this paper makes a preliminary exploration on the flip teaching of seismic wave dynamics course， and obtains a preliminary effect， hoping to provide some references for the inverted teaching based on rain classroom

Key words： geophysical exploration; rain classroom; mixed flipping teaching