《理論力學》翻轉課堂教學模式探索

摘 要：本研究探討了將深度學習理念引入《理論力學》的翻轉課堂教學模式中。提出了一種以深度學習為核心的全新翻轉課堂模式，以學習動力為推動力。通過設計課前、課中和課后的教學活動，確保學生在老師的指導下進行深度學習，同時保證了教學的有效實施。旨在為《理論力學》的翻轉課堂教學提供理論依據和實踐指引。

關鍵詞：教學模式；深度學習；翻轉課堂；理論力學

中圖分類號：G641文獻標識碼：A文章編號：2095-9052（2024）02-0192-03

引言

深度學習理念和在線教育的快速促使教育領域開始嘗試并創新多種教學模式［1］。為了提升學生的課堂參與率和深度學習，克服《理論力學》傳統教學方式存在的問題，本研究采用了深度學習理念，探索了《理論力學》的翻轉課堂教學方式。提出以深度學習和學習動力為核心的翻轉課堂模式。該模式針對課前、課中和課后環節進行活動設計，以確保學生在老師的指導下深度學習，同時保證教學的實施。

一、深度學習理念和翻轉課堂教學模式的相關理論

（一）翻轉課堂教學模式

翻轉課堂教學模式是一種新穎的教學方式，它將傳統課堂的知識傳授環節轉移到課前自學階段，學生在網絡平臺上獨立學習，課堂時間則主要用于互動討論［2］。在此模式中，教師主要扮演領導和指導的角色，激發學生運用所學知識進行思考和討論。將課堂的知識講解部分移到課前自學，使得課堂時間可以集中于討論解決問題和知識的應用，這便是該教學模式的核心觀念。實行這種教學模式，有助于增強學生的主動參與和深度學習能力。

（二）深度學習

深度學習是一種在計算機和人工智能中應用的技術，不同于淺層學習。它強調自主性，批判性和遷移型學習，以使學生深入理解并掌握學習內容，形成結構化的知識體系，并具備跨領域應用知識的能力［3］。

二、深度學習與翻轉課堂相結合的價值意蘊

（一）傳統教學模式存在明顯的局限性

首先，在傳統教學模式中，主要以教師講授和學生被動接受知識為主，導致學生缺少主動參與和思考的機會。學生往往只是被動地接受教師的解釋和講解，沒有機會自主發現和探索問題，限制了其對知識的深入理解和應用能力的培養［4］。其次，傳統教學模式一般采用統一的教學方法，然而，每位學生的學習需求和能力不同，因此，傳統教學模式無法滿足學生個性化的學習需求。對于部分學生而言，教學內容可能過于簡單或過于復雜，導致學習效果不佳。第三，在傳統教學模式下，學生之間的互動和合作機會有限。教師與學生之間的單向傳授和接收模式無法激發學生的學習興趣和積極性，也無法促進彼此間的學習和思考。

（二）深度學習與翻轉課堂相結合的優勢

首先，它能強化學生個性化學習能力。深度學習為每位學生提供符合其特性和需求的個性化學習資源和指導，而翻轉課堂則提供更多的自主選擇和探索機會。其次，它能激發學生深度思考和實踐技巧。翻轉課堂強調課堂上的深度思考、互動和實踐，而深度學習則提供各種數據分析和模型構建工具，幫助學生更好地解決問題和創新實踐。第三，它能促進合作學習環境。深度學習支持學生間的互動和知識分享，而翻轉課堂則提供更多的合作學習機會，可以利用小組討論和項目合作培養團隊協作能力。最后，它能推動實時反饋與調整。深度學習能實時監控和分析學生的學習進度和表現，為教師提供及時反饋和個性化指導的信息，而翻轉課堂則為實時互動和教學策略調整提供更多空間。

（三）《理論力學》課程中引入深度學習與探討翻轉課堂的意義

首先，深度學習取向的翻轉課堂教學模式可以提升學生主動學習和參與的意愿，激發其對知識的興趣，以及自主學習和解決問題的能力。其次，藉由深度學習的概念，可以促進學生的深度思考，發展批判性思維，訓練其獨立思考、創新思維，以及團隊合作能力。最后，以翻轉課堂結合深度學習的方式教授重要的學科基礎課程《理論力學》，可以提升學生對理論的理解和掌握，為他們打下穩固的學習和研究基礎。

因此，通過在《理論力學》課程中引入深度學習與探討翻轉課堂的教學模式，為學生提供了更有效的學習道路和環境，從而促進其全面發展。同時，對于教師而言，翻轉課堂模式可以激發其創新意識，增強其與學生的互動與交流，從而提高教學質量。

三、深度學習取向的翻轉課堂教學設計實踐

為促進《理論力學》課程的深度學習，本研究提出了深度學習取向的翻轉課堂模式。此模式將學生的自主探索、問題識別和解決流程置于教學核心，以深度學習過程為主線。借由激發學生主動學習的熱情，引導學生以問題為導向進行深入學習。同時，強調喚起學生內在的學習動機，以產生積極的學習態度和動力。為了設計這種教學模式，本研究依據翻轉課堂的本質和影響深度學習的關鍵因素，制定了以下原則：首先，將深度學習過程作為主線，引導學生以問題為導向進行深度學習；其次，以學習動機為動力源，激發學生的學習興趣和自我效能感；再次，對課前、課中、課后三個環節進行活動設計，以確保學生在老師的指導下深度學習，并保證教學的實施。依照上述原則，深度學習取向的翻轉課堂模式將有效促進《理論力學》課程的深度學習。另外，在實施過程中，針對《理論力學》大班教學環境的問題，建議采取一系列措施，例如創新型人才培養、學生為中心的教學內容重設計，以及多元化評價和過程考核，以實現優質的教學效果。

（一）課前環節設計

在深度學習取向的翻轉課堂模式中，課前環節起著重要作用。它為學生提供了預習和準備的機會，使其能更好地參與課堂活動。

1.學習資源的準備。

教師根據教學計劃和目標，預先準備所需的學習資源，如教學視頻、教材閱讀資料、參考書目等。學習資源應在規定時間內發布，以便確保學生在適當的時間內完成學習任務。另外，時間段的設置既不宜過長，也不應過短，以確保學生能夠專注地完成學習任務并記住相關內容。通常，學習資源通過網絡學習平臺進行發布，學生可以根據自己的學習進度自主選擇并完成。

2.學習導引的設計。

為引導學生有效預習和學習，教師需設計一份包含學習目標、學習任務和學習指引的學習導引。學習導引能幫助學生明確學習重點和難點，并提供相應的學習方法和策略。學生按照導引了解學習目標，理解學習內容的邏輯結構，認真觀看教師布置的學習視頻等資源。

3.學習動機的激發。

為增強學生的學習動力和主動性，教師可設計有助于激發學生學習興趣和動機的活動，如設置學習挑戰或提供學習獎勵。

4.師生在線討論。

教師可設立在線討論區，學生能在此提問、分享學習感悟。教師則可解答學生的疑惑，同時也可供學生間進行交流探討。這不僅能激發學生的學習興趣，也有助于培養其團隊合作精神。

5.學習效果的自我檢測。

教師可設計關于基本概念和理論的測驗題，讓學生自我檢測學習效果。同時，測試結果也能為教師提供反饋，以了解學生的學習狀況。

通過上述自主學習的過程可以幫助學生建立起對新知識的初步理解，為課堂教學打下基礎。

（二）課中環節設計

課堂活動是翻轉課堂的核心環節，其設計需確保學生在教師引領下進行深度學習。在教學過程中，深度學習主張學生的參與及互動。借助分組討論和案例分析，學生能夠將所學知識用于解決實際問題，從而加深對知識的理解和掌握。教師的職責是引導和推動學生的討論，協助其解決問題，而非僅傳授知識［5］。

1.分組討論。

學生被分成若干小組，在小組內部展開討論。小組成員可互相解答疑問，共同完成任務。

2.案例分析。

教師挑選工程實際問題作為典型案例，讓學生運用所學知識進行分析。例如，在講解平面桁架的力學分析時，可以展示工程場景中的桁架結構，如桁架屋頂、桁架橋梁、玻璃幕墻支撐桁架等，使學生對此有直觀感受。隨后，講解桁架結構所涉及的力學問題，并闡釋力學分析對結構設計和工程施工的重要性。如此設計可讓學生感受到所學知識的實用性和成就感，既提升了其實際操作能力，也有助于理解理論知識的實際應用。

3.教師點評。

課堂活動結束后，教師進行點評。教師可以對學生的表現進行評價，同時解答學生在活動中遇到的問題。

此外，《理論力學》作為一門理論性強的學科基礎課程，需要學生進行多次的練習和應用才能掌握。例如，對于復合運動中的動點和動系的確定，有兩個原則：一是動點必須相對于動系有相對運動，二是動點的相對運動軌跡應已知（尤其是相對軌跡的曲率半徑）。這些內容對初學者可能構成難點，只有通過多次的練習和應用，以及對題目的分類總結，才能培養出認真、細心和嚴謹的解題習慣。

最后，在課堂環節中需融入探究性的學習活動，以促進學生對知識的深入理解和應用。

（三）課后環節設計

課后活動是深度學習的關鍵組成部分，有助于學生鞏固和深化知識理解。作業設計和在線答疑可以讓學生課后繼續學習與復習。同時，鼓勵學生撰寫學習日記，記錄學習體驗和感悟，有助于其反思和總結學習過程。

1.作業設計。

教師通過設計與布置作業題目，讓學生課后進行自我復習。作業難度應適中，既考察學生的理論知識，也測驗其解決問題的能力。例如，要求學生用自己的語言解釋牛頓定律?；蛞髮W生依據所學知識解決實際工程問題，例如，如何運用動量定理、動量矩定理和動能定理等解決特定問題。

2.在線答疑。

教師可以設立在線答疑區，學生在其中提出學習過程中遇到的問題，教師和其他學生都可以進行回答，以促進師生和學生間的互動學習。

3.自我反思。

鼓勵學生寫學習日記，記錄學習《理論力學》課程的過程和心得，以此提升對自己學習過程進行反思和總結。

翻轉課堂模式的教學設計，可以幫助學生更好地掌握《理論力學》的知識并進行正確的實際應用，讓學生進行自主的交流性的學習活動，相比枯燥的傳統教學更易于讓人接受。

四、《理論力學》翻轉課堂教學實施流程與教學效果評估

（一）教學實施方案

1.課前預備。

在課前，學生需提前研讀或觀看相關的在線教學資源，例如MOOC課程或教師自己錄制的視頻教程。教師可以設計適量簡單的評估任務或測驗，以檢查學生對預習材料的掌握程度。這有助于教師在課堂上調整教學策略，并根據學生的需求進行個性化指導。

2.課堂活動。

教師在課堂上主要充當指導者的角色，而非傳統的講授者。因此在教學實施的過程中，教師的功能在于：

（1）激發學生學習動機：教師可設計引人入勝的開場活動，如展示吸引人的實際應用案例或提出引人思考的問題，以激發學生的學習興趣和主動參與意愿。

（2）關鍵知識講解：教師進行課堂知識點的講解，重點解釋關鍵概念和理論，并通過實例和案例展示實際應用，以幫助學生更好地理解和掌握知識。

（3）問題解析討論：教師可組織學生進行小組或全班討論，引導學生分析解決與所學知識相關的問題，鼓勵學生提出自己的觀點和思考。

（4）課程實踐活動：教師可設定適當的實踐活動，如實驗、虛擬仿真或工程實踐，讓學生親身實踐，加深對知識的理解和應用。

3.課后延伸。

課后，學生需繼續深入學習和探索：

（1）知識鞏固：教師需布置課后題目或練習題，以鞏固學生對課堂所學知識的理解和掌握。

（2）學習反饋和思考：教師可設計開放性問題或任務，要求學生應用所學知識進行思考和反饋，如撰寫研究報告或設計實驗項目，以促進學生反思學習成果和深化理解［6］。

（3）自主學習和研究：鼓勵學生進行自主學習和研究，提供相關領域的拓展資源和指導，讓學生主動探索和深化學習感興趣的內容。

（二）實際教學效果評估

本研究采用深度學習理論指導下的《理論力學》翻轉課堂教學模式，通過實際教學評估檢驗其效果。

首先，通過課前調研和課后問卷調查，收集了學生對翻轉課堂教學的反饋。結果顯示，學生普遍認為翻轉課堂增強了課堂互動性與參與度，提升了學習效果和學習動力。通過預習環節學生的自主學習，提前掌握《理論力學》的基本概念與理論，從而使課堂時間更多地用于深化理解。同時，課堂活動鼓勵學生積極參與討論和問題解決，增強學習興趣和主動性。課后作業的布置和評價有助于知識的鞏固和應用，進一步提高了學習效果。

其次，對學生學業成績進行了定量評估。分別統計分析了使用傳統教學模式和深度學習導向的翻轉課堂模式下班級的及格率和平均成績。結果顯示，在同樣的教學內容和評價標準下，深度學習導向的翻轉課堂模式使學生的平均成績顯著提升，這表明本研究提出的教學模式有效提升了學生對知識的掌握和應用能力。

最后，對學生的學習態度和能力進行了綜合評估。通過觀察課堂表現和課后作業完成狀況，發現學生在翻轉課堂環境下表現出更積極的學習態度和能力。學生更加主動地參與學習過程，提出和解決問題的能力也得到了提升。同時，對課程內容的理解和掌握也有明顯的改善。

結語

本文在《理論力學》課程中融入深度學習理念，探索翻轉課堂教學模式，并取得顯著成果。深度學習導向下的翻轉課堂能有效激發學生學習動力和提高學習效果。在這一模式中，學生更愿意積極參與，從而提高學習興趣和自主能力。以學生為中心的教學理念、多樣化評價和過程考核方法有助于培養創新思維和問題解決能力。然而，由于時間和資源限制，本研究僅聚焦于《理論力學》課程，有待進一步拓寬研究范圍，探討其他學科中該教學模式的適用性。希望本文研究成果能為教學改進和效果提升帶來啟示。

參考文獻：

［1］朱曉斌.疫情背景下工程力學課程線上教學的探索［J］.輕工科技， 2020（7）：188-189.

［2］趙興龍.翻轉教學的先進性與局限性［J］.中國教育學刊，2013（04）：65-68.

［3］潘華卿.深度學習理念下基于智慧課堂的概念轉變教學研究［D］.山東師范大學，2021.

［4］張會領，吳光林，曾春華.基于翻轉課堂教學模式的《理論力學》教學改革與實踐［J］.遼寧省交通高等?？茖W校學報，2023，25（01）：80-83.

［5］朱文輝.指向深度學習的翻轉課堂的教學設計［J］.教育科學研究，2020（05）：72-77.

［6］叢蕊，唐友福，陳淑艷等.基于SPOC混合教學模式的“工程力學”教學改革研究［J］.價值工程，2016，35（28）：177-178.