水力學(xué)課程翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式改革探索

王遠(yuǎn)坤　王棟　蔣建國　吳吉春

摘 要 水力學(xué)是水文與水資源工程專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，結(jié)合水力學(xué)課程特點與課程教學(xué)存在的問題，基于翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，對課程教學(xué)理念與模式改革，探索水力學(xué)課程教學(xué)改革模式的新途徑，相關(guān)經(jīng)驗可為水文專業(yè)乃至水利類其他專業(yè)課程的教學(xué)改革提供借鑒與參考。

關(guān)鍵詞 水力學(xué) 翻轉(zhuǎn)課堂 教學(xué)改革

中圖分類號：G640 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

水力學(xué)是研究液體平衡和機械運動規(guī)律及其應(yīng)用的一門學(xué)科，是水利類專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課之一。水力學(xué)不僅在水利建設(shè)中有廣泛的應(yīng)用，比如航運、河道整治、防洪、和水力發(fā)電等方面，而且在環(huán)境、機械、土建、市政、石油和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，也需要相當(dāng)?shù)乃W(xué)知識。隨著人類活動加劇和環(huán)境變化，出于學(xué)科知識的交叉和融合，水力學(xué)與其他學(xué)科相結(jié)合形成了新的分支學(xué)科，如環(huán)境水力學(xué)、計算水力學(xué)、生態(tài)水力學(xué)和海岸動力學(xué)等。

建國以來，水力學(xué)教程不斷發(fā)展與完善，已經(jīng)形成了經(jīng)典的水力學(xué)教材，比如我校采用的國家級教學(xué)名師趙振興主編的《水力學(xué)》。由于水力學(xué)課程具有公式多、概念多、推導(dǎo)過程多等特點，傳統(tǒng)的板書+PPT也很難講清講透。眾多一線教師不斷嘗試水力學(xué)課程教學(xué)方法和教學(xué)手段改革與創(chuàng)新，但仍沒能擺脫以教師為中心的教學(xué)模式，學(xué)生一直處于被動學(xué)的狀態(tài)。因此，迫切需要新的教學(xué)方法或手段的出現(xiàn)。

翻轉(zhuǎn)課堂（Flipped Classroom）是近幾年國內(nèi)外教育者們關(guān)注較多的教學(xué)模式之一，其基本理念是將“課堂講授知識，課后完成作業(yè)”的教學(xué)模式徹底翻轉(zhuǎn)過來，將授課內(nèi)容移到課外，將家庭作業(yè)移到課內(nèi)。大量實踐證明，翻轉(zhuǎn)課堂在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性、提高考試成績和提升教師工作效率等方面都具有積極作用。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式為提高水力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量提供了新的機遇。

1目前教學(xué)存在的問題

1.1填鴨式課堂教學(xué)

我國目前的教學(xué)方式主要是以教師為中心，對學(xué)生采取填鴨式教學(xué)。采用PPT等現(xiàn)代化教學(xué)手段在一定程度上確實豐富了教學(xué)方法，但是仍然沒能脫離教師為主講、學(xué)生被動學(xué)的模式。水力學(xué)課程包含大量的公式推導(dǎo)演繹過程和物理機制分析，且知識點具有很強的連續(xù)性，如果前期基礎(chǔ)知識點（如一元流三大方程）不能掌握，后面的復(fù)雜知識點如非恒定流、圣維南方程組等內(nèi)容則很難理解。填鴨式的教學(xué)不僅不會提高學(xué)生的學(xué)習(xí)的積極性，反而會進(jìn)一步降低學(xué)生的積極性和主動性，只能疲于應(yīng)付。

1.2教學(xué)內(nèi)容多，學(xué)時相對偏少

我校水文與水資源工程專業(yè)在地球科學(xué)與工程學(xué)院開設(shè)，具有很強的地學(xué)背景。隨著國家教育改革不斷推進(jìn)，學(xué)校各專業(yè)的教學(xué)培養(yǎng)計劃不斷修訂。在這種環(huán)境下，水力學(xué)課程的學(xué)分/學(xué)時空間不斷被壓縮。另外，水力學(xué)課程內(nèi)容本身內(nèi)容多，大量公式的推導(dǎo)過程又占據(jù)了大量的課堂時間，使得水力學(xué)課堂教學(xué)面臨更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

1.3實踐教學(xué)少，動手能力弱

水力學(xué)課程具有很強的實踐性，實踐教學(xué)是課程學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié)。通過動手實驗加深學(xué)生對知識點的理解與消化，同時培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、觀察能力、分解問題和解決問題的能力。目前各大高校水力學(xué)實驗的開設(shè)模式主要是以老師把實驗把前期準(zhǔn)備工作做好，學(xué)生僅僅在現(xiàn)場觀察和記錄數(shù)據(jù)。很少有學(xué)生會思考實驗中用到的各種儀器、設(shè)備的作用，是否有更好的實驗方法。這種教學(xué)實踐模式不利于培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考和動手能力。

1.4考試評估不合理

現(xiàn)行的考試制度主要是以期中考試和期末考試成績?yōu)橹?，平時成績?yōu)檩o。在這種考評形式下，部分學(xué)生會采取考前突擊的形式學(xué)習(xí)，弱化了平時的學(xué)習(xí)過程?？记巴粨魧W(xué)習(xí)在一定程度上提高了考試分?jǐn)?shù)，但不利于培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和課堂學(xué)習(xí)氣氛，不利于知識的沉淀與積累，造成了考試結(jié)束后不久就忘記的現(xiàn)象。

2翻轉(zhuǎn)課堂特點與教學(xué)模式

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式是美國近年來興起的一種全新教學(xué)模式，它由孟加拉裔美國人薩爾曼·可汗提出，很快便在美國引起了轟動。薩爾曼·可汗將他的教學(xué)視頻傳到網(wǎng)絡(luò)上，學(xué)生在觀看視頻后在課堂上與其他同學(xué)進(jìn)行交流并且接受教師的輔導(dǎo)。這樣的方法讓學(xué)生們?nèi)〉昧撕芎玫某煽?，從而引起了林地公園高中兩位化學(xué)教師喬納森和亞倫的注意。因此他們開始在課堂上實踐這種教學(xué)方法，讓學(xué)生們在家里觀看視頻，學(xué)習(xí)知識，在課堂上完成作業(yè)并且與同學(xué)交流，同時教師進(jìn)行輔導(dǎo)。這樣的教學(xué)方法符合學(xué)生自己的學(xué)習(xí)習(xí)慣，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)效率提高，也減輕了教師的負(fù)擔(dān)，因此受到了學(xué)生和教師的歡迎。

翻轉(zhuǎn)課堂提供了更加靈活的學(xué)習(xí)環(huán)境。由于每個學(xué)生的基礎(chǔ)和接受能力有差別，課堂授課采用統(tǒng)一的進(jìn)度，會使基礎(chǔ)差的學(xué)生跟不上，學(xué)習(xí)能力好的學(xué)生喂不飽。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式下，學(xué)生通過網(wǎng)上視頻進(jìn)行學(xué)習(xí)，遇到不懂的地方可以隨時停下來多次學(xué)習(xí)，根據(jù)自己的學(xué)習(xí)能力控制進(jìn)度，大大提高了學(xué)習(xí)效果。在翻轉(zhuǎn)課堂中，以教為主的課堂教學(xué)活動被改變?yōu)橐詫W(xué)為主學(xué)習(xí)行為。課堂是深入探討知識點難點問題的地方，摒棄了傳統(tǒng)的教學(xué)行為，開創(chuàng)了以學(xué)生為主的學(xué)習(xí)方式，為學(xué)生創(chuàng)造更多的學(xué)習(xí)機會的地方。目前已有個別水利類專業(yè)課程進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式嘗試。

3水力學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂建設(shè)

為深入推進(jìn) “三三制”本科教學(xué)改革，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，南京大學(xué)啟動了在線本科課程建設(shè)項目，水力學(xué)課程被列為我校首批翻轉(zhuǎn)課堂教改課程。南京大學(xué)水文與水資源工程專業(yè)實行小班化教學(xué)，為水力學(xué)課程開展翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式改革提供了便利條件。

3.1課前自主學(xué)習(xí)

結(jié)合教學(xué)大綱要求，提出了教學(xué)目標(biāo)。根據(jù)水力學(xué)課程內(nèi)容，制作知識體系結(jié)構(gòu)圖，并對知識點進(jìn)行了分類整理。分析哪些內(nèi)容可以通過制作微視頻體現(xiàn)，哪些內(nèi)容通過圖件或相關(guān)視頻素材體現(xiàn)，哪些內(nèi)容需要共同探討的形式完成。

為使課堂討論互動活動能夠順利進(jìn)行，幫助學(xué)生在課前明確應(yīng)該學(xué)習(xí)的內(nèi)容，我們制定了相應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)單和學(xué)習(xí)路線圖，并預(yù)留相應(yīng)的探索思考題目，以便有效地組織翻轉(zhuǎn)課堂。首先，我們根據(jù)教學(xué)目標(biāo)篩選和提煉出關(guān)鍵基礎(chǔ)知識點內(nèi)容，錄制了教學(xué)視頻，每個視頻時間控制在10-15分鐘。南京大學(xué)積極推進(jìn)教學(xué)改革活動，為翻轉(zhuǎn)課堂提供了專業(yè)平臺網(wǎng)站。我們將制作的視頻發(fā)布在學(xué)校公共教學(xué)平臺上，同時給出相關(guān)的視頻連接供學(xué)生參考。結(jié)合每個知識點，布置了相應(yīng)數(shù)量的作業(yè)。每個學(xué)生均可登錄平臺觀看學(xué)習(xí)，并按照要求完成相應(yīng)的作業(yè)和思考題目。

據(jù)課程知識點特點，將學(xué)生分為若干學(xué)習(xí)小組，每小組3-4人。在個人完成的基礎(chǔ)上，團結(jié)協(xié)作共同完成課程任務(wù)，了解每個學(xué)生對知識點理解和掌握的差異程度，有助于促進(jìn)對知識點的鞏固與深化。在學(xué)校公共平臺上，學(xué)生可以利用電腦、平板電腦和手機等工具登錄網(wǎng)站或者下載相關(guān)視頻材料進(jìn)行學(xué)習(xí)。同時還可以通過網(wǎng)絡(luò)交流軟件或者平臺（如微信、email）與教師或其他同學(xué)探討在觀看視頻和作業(yè)過程中遇到的難點問題。要求每個學(xué)生在學(xué)習(xí)任務(wù)結(jié)束后需提交作業(yè)，完成課前學(xué)習(xí)內(nèi)容。

針對水力學(xué)實驗，我們也錄制了典型實驗演示視頻（如長短管路水頭損失、雷諾實驗等），供學(xué)生在實驗課前觀看學(xué)習(xí)。對每個實驗設(shè)定了實驗?zāi)繕?biāo)，提出了相應(yīng)實驗注意事項，布置了思考題目。

3.2課堂互動討論

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式下的課堂主要任務(wù)不再是以教學(xué)活動為主，而是對學(xué)生在課前學(xué)習(xí)中遇到的問題進(jìn)行答疑，對重點和難點問題進(jìn)行重點探討。通過師生之間、學(xué)生之間進(jìn)行面對面交流互動、探索研討，將知識融會貫通。

由于學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)和認(rèn)知水平有限，需要針對學(xué)習(xí)中的重點和難點問題（如曲面上靜水總壓力計算中的壓力體）進(jìn)行互動討論。教師根據(jù)課前作業(yè)完成情況和學(xué)生反饋意見，對每個學(xué)生對知識點的理解和作業(yè)中遇到的錯誤進(jìn)行分組解答或者具有針對性逐一“小灶”解答。在幫助學(xué)生消化知識點的同時，提升了自信心，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣。除教師布置的課前作業(yè)和題目外，學(xué)生還可以將課前自主學(xué)習(xí)中存在的疑惑及探索性問題帶入課堂，與師生交流，共同學(xué)習(xí)。通過課堂表現(xiàn)和作業(yè)情況選出學(xué)有余力的同學(xué)，提供一定的條件和平臺，引導(dǎo)開展水力學(xué)相關(guān)研究（如大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練科研計劃），培養(yǎng)科研興趣和科研能力。

實驗課堂同樣采用分組形式開展，每個小組3-4人，通過協(xié)助共同完成指定實驗內(nèi)容。首先小組內(nèi)部討論實驗現(xiàn)象，分析實驗結(jié)論，探討課前設(shè)定的思考題。教師現(xiàn)場指導(dǎo)，但不親自動手實驗，主要解決學(xué)生在實驗過程中遇到的各種問題。教師參與每個小組的討論環(huán)節(jié)，對預(yù)設(shè)的思考題進(jìn)行討論。自主實驗課堂加深了對實驗現(xiàn)象的認(rèn)識，鞏固了所需知識，培養(yǎng)了動手能力。

3.3課后反饋與評估

對學(xué)生學(xué)習(xí)效果評估是衡量教學(xué)質(zhì)量的主要手段，傳統(tǒng)的判定學(xué)生學(xué)習(xí)效果的模式以考試成績?yōu)橹?。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)考核評估不同于傳統(tǒng)的考核方式，單純的書面考核考試很難對學(xué)生做出一個綜合客觀的評價。在水力學(xué)課程翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式下，對課程教學(xué)考核采取了點面結(jié)合、綜合評價的方式。根據(jù)水力學(xué)課程性質(zhì)和特點，采取多元化的個人考核方式。教師可以通過課程平臺了解學(xué)生登錄情況，包括登錄次數(shù)，學(xué)習(xí)時間長短，課前作業(yè)完成情況等。同時結(jié)合課堂個人匯報和小組討論等作為評價手段，分析翻轉(zhuǎn)教學(xué)過程中的收獲和問題。綜合評定成績由個人匯報成績、課堂討論表現(xiàn)成績、實驗成績、實習(xí)報告成績、期中考試成績和期末考試成績共同構(gòu)成。通過定量評價和定性評價相結(jié)合評估方式客觀地反映了水力學(xué)教學(xué)效果。

4結(jié)語

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式不同于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，需要教師對課程知識點進(jìn)行重新的梳理和提煉，不可能對每個知識點面面俱到。對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分類，重點內(nèi)容要課堂重點關(guān)注，其他內(nèi)容學(xué)生課外自主學(xué)習(xí)。將翻轉(zhuǎn)課堂作為一種創(chuàng)新教學(xué)模式應(yīng)用于水力學(xué)課程教學(xué)，是對水文專業(yè)課程教學(xué)改革的突破性嘗試，但對教師和學(xué)生也提出了新的挑戰(zhàn)，要求教師更新傳統(tǒng)的教學(xué)理念，具備靈活掌握現(xiàn)代信息技術(shù)能力；要求學(xué)生具有很強的自主學(xué)習(xí)能力。

水力學(xué)課程是水文與水資源工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)技術(shù)課程，水力學(xué)課程翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的改革嘗試和積累的經(jīng)驗可以為水文專業(yè)乃至水利類其他專業(yè)課程教學(xué)改革提供借鑒和參考，以提高水利類課程的整體教學(xué)質(zhì)量。

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