基于思維導圖的“結(jié)構(gòu)力學”翻轉(zhuǎn)課堂教學實踐

鄭麗鳳 巫志龍 周成軍 林玥霏 胡寶森

（福建農(nóng)林大學交通與土木工程學院，福建 福州 350108）

近年來有關(guān)“翻轉(zhuǎn)課堂”教學模式的研究與實踐層出不窮，該模式通過“課前觀看視頻——完成知識傳遞、課上交流討論輔導探究——實現(xiàn)知識內(nèi)化”的方式實現(xiàn)了對傳統(tǒng)課堂教學的革新，使信息技術(shù)與學科教學相結(jié)合，順應(yīng)了網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展。在翻轉(zhuǎn)課堂教學效果的評價上，有人認為翻轉(zhuǎn)課堂能夠有效提升學生自主學習能力，發(fā)展學生思維能力，提高學習成績；[1][2]也有人認為形似而神不似的翻轉(zhuǎn)課堂并不能真正提高教學效果。[3]筆者結(jié)合“結(jié)構(gòu)力學”課程特點，嘗試在教學中運用翻轉(zhuǎn)課堂的理念，并以“思維導圖”導學助學，以期為力學課程有效進行“翻轉(zhuǎn)課堂”教學實踐提供過程、方法參考，促進課堂教學變革。

1 學情分析和翻轉(zhuǎn)內(nèi)容選擇

筆者所在院校，生源基本踩著本一線，從調(diào)查情況看，大多數(shù)學生都能充分認識到力學課程的重要性，學習目標很明確，渴望開放的學習方式，但自控力差，學風不夠深厚。課前，只有極少數(shù)同學能進行簡單的預(yù)習，但很少同學能深入地理解，缺少查閱文獻資料的習慣，缺乏自主學習的意識和能力。課堂上大多同學能跟上老師思路，但多為被動地聽講，缺少質(zhì)疑精神。課后，大部分學生能完成作業(yè)，但存在一定程度的抄襲現(xiàn)象，很多同學抱著“先抄后補，先參考后學習”的想法來做作業(yè)，影響了學習效果。

“結(jié)構(gòu)力學”是在已修的“理論力學”和“材料力學”的基礎(chǔ)上，進一步研究桿件結(jié)構(gòu)的組成規(guī)律、計算原理和計算方法，了解各類構(gòu)件的受力性能，為學習后續(xù)的專業(yè)課打下基礎(chǔ)，是一門理論性和實踐性都很強的課程。學習結(jié)構(gòu)力學，一般來說要多練多思，多練是為了掌握基本解題的方法步驟，多思是為了培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力，只有練中多思，思中多練，善于分析對比總結(jié)，才能融會貫通，靈活運用理論和方法來分析實際問題。

由于大多數(shù)學生缺少自主學習的能力，加之“翻轉(zhuǎn)課堂”的效果有待驗證，因此選擇個別章節(jié)進行“翻轉(zhuǎn)課堂”教學實踐。靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析方法就是應(yīng)用平衡條件求反力和內(nèi)力，這部分的知識學生在“理論力學”和“材料力學”中已經(jīng)有基礎(chǔ)，相對而言，學生具備了自主學習這部分知識的能力，因此選擇這一篇章選擇內(nèi)容開展翻轉(zhuǎn)課堂實踐。

2 翻轉(zhuǎn)課堂教學框架構(gòu)建

結(jié)合課程特點，借鑒張金磊等人的翻轉(zhuǎn)課堂結(jié)構(gòu)圖，[4]構(gòu)建了翻轉(zhuǎn)課堂教學框架，如圖1：

圖1 翻轉(zhuǎn)課堂教學框架

課前，教師備課，明確學習目標，為學生提供視頻、課件、學習網(wǎng)站等各種參考資料；學生通過觀看視頻資料，自主學習，并提出疑惑。教師要通過網(wǎng)絡(luò)平臺跟進學生學習進度，時時交流，為學生課前自主學習提供支持和幫助，并整理學生提出的問題。

課中，教師首先根據(jù)學生提出的主要問題進行答疑解惑，明晰重點難點，接著組織引導課堂交流，合作探究，在此期間要對各小組同學個性化的指導，幫助他們解決問題。之后給學生充分的時間進行鞏固練習。最后教師進行總結(jié)，對課程知識進行系統(tǒng)化的梳理。

課后，學生復習，并完成課后作業(yè)，鞏固在課內(nèi)學到的知識。教師對作業(yè)進行批改點評，并提供學習拓展資源，供不同程度學生進一步探究。

3 翻轉(zhuǎn)課堂實踐

以靜定平面桁架這一章為例，說明翻轉(zhuǎn)課堂教學實踐。

3.1 課前

學生任務(wù)單設(shè)計：學習任務(wù)單是培養(yǎng)學生自主學習的有效形式，采用思維導圖軟件Free-Mind制定了本章的學習任務(wù)單，從“學習指南、學習資源、學習任務(wù)、問題設(shè)計”四個方面設(shè)計，其目標是要讓學生明白自主學習中要做什么，該怎么做，并知曉課堂將采取何種形式，見圖2，受篇幅所限，圖中一些結(jié)點未展開。

微視頻設(shè)計：微視頻是支持學生完成自主學習任務(wù)單的“腳手架”。本章錄制了5個小視頻，時長在5～8min之間。在網(wǎng)絡(luò)教學平臺同時配發(fā)該章課件、教案、習題及相關(guān)學習資源網(wǎng)絡(luò)鏈接，為學生提供主動學習的工具。

基礎(chǔ)練習以課后習題為主，采用手寫拍照，網(wǎng)絡(luò)提交，教師直接在網(wǎng)上批改，反饋。同時教師還要在網(wǎng)絡(luò)上督促學生自主學習，鼓勵同學提出問題，了解學生的學習情況和學習困惑，以清晰明了學習者的情況。

圖2 靜定平面桁架翻轉(zhuǎn)課堂學習任務(wù)單

3.2 課中

上課時首先對學生提出的問題進行集中答疑。對于習慣應(yīng)試教育的學生，缺少提問的習慣，對自己不理解的問題不敢提出。因此在這個環(huán)節(jié)，教師要預(yù)設(shè)問題，如以結(jié)點為研究對象，是不是只能建立投影方程？是不是所有的靜定桁架都能用結(jié)點法求出？零桿既然不受力，在實際結(jié)構(gòu)中能不能去掉？結(jié)點法的局限性？在力矩方程中若力臂不好找，如何處理?如何根據(jù)結(jié)構(gòu)的幾何組成，確定計算方法？簡單桁架、聯(lián)合桁架及復雜桁架如何求解？等等。通過對這些問題的解答，從中梳理本章的重點和難點。

之后給學生足夠的時間進行合作探究。本章合作探究預(yù)設(shè)的問題是“結(jié)點法、截面法、聯(lián)合法的比較”和“對稱性的利用”。采用小組合作的形式，學習小組是事先劃分好的，按照力學課程成績，結(jié)合性格特點、性別諸方面的差異，以“組內(nèi)異質(zhì)、組間同質(zhì)”為原則確定，每組由5-6人組成。課上由組長組織討論，互相啟發(fā)，合作探究，教師此時巡回在各小組，聆聽各小組的討論，并給予各小組同學個性化的指導。之后由各小組反饋合作成果，教師點評。

鞏固練習也采用小組合作形式，學生互幫互學。成績好的同學完成練習的速度快，因此在這個階段，要特別強調(diào)成績好的同學對學困生的輔導與幫助。完成鞏固練習后，由各組代表在黑板上寫出自己的解題過程，或向全班的學生介紹自己的講題思路，其他組同學補充不同的解題思路，教師進行總評。

總結(jié)點撥階段采用思維導圖，現(xiàn)場師生共同完成本章的知識體系，從而將課程知識進行系統(tǒng)化的梳理，這樣可以有效地彌補微視頻知識碎片化的影響，不僅有助于學生的理解，而且增加了學生對知識之間的聯(lián)系。

3.3 課后

對于翻轉(zhuǎn)課堂，課后不再需要更多對應(yīng)的強化學習行為，因此僅要求學生將課堂上的練習加以整理完成作為課后作業(yè)。同時考慮不同層次學生學習的需要，給出一些拓展資源，見表1[5-7]。

表1 靜定平面桁架課后拓展學習資源

4 翻轉(zhuǎn)課堂教學反思

4.1 引導課前自主學習是翻轉(zhuǎn)課堂成功的前提

對學生而言，要真正地實現(xiàn)由被動聽講者向主動學習者角色轉(zhuǎn)變，需要轉(zhuǎn)變思想觀念，提升自己的學習主動性。翻轉(zhuǎn)課前學生需要花費大量的時間進行系統(tǒng)的自學，需要對知識有整體的理解與掌握，才能在課上進行交流探究，參與課堂討論并完成課堂練習，達到課上將知識進行內(nèi)化的目的。因此如何有效地引導并監(jiān)管學生的自主學習，成為翻轉(zhuǎn)課堂成功的關(guān)鍵點之一。從實踐的結(jié)果看，通過課前的動員與學習任務(wù)單，大多同學能夠完成課前自主學習，但也有少部分學生課前自主學習走馬觀花，甚至只是在課前簡單預(yù)習，因此在課上就跟不上教師的節(jié)奏，翻轉(zhuǎn)的目的就很難達到。采取何種措施來培養(yǎng)學生的自律性和主動性，保證課堂外學習的動力，是值得在實踐中進一步探討的問題。

4.2 提高教師信息化教學能力和專業(yè)能力是翻轉(zhuǎn)課堂成功的關(guān)鍵

與傳統(tǒng)課堂相比，翻轉(zhuǎn)課堂對教師提出了更高的要求。一方面要求教師會運用信息技術(shù)制作教學視頻和其他教學輔導材料，學會錄制、編輯視頻，并利用信息技術(shù)工具搜集、獲取、傳遞、加工、處理有價值的信息，提供課程框架，為學生制定學習計劃，提供各種的網(wǎng)絡(luò)資源、課程拓展材料等。另一方面，教師要對課堂教學中可能出現(xiàn)的情況做出更多的預(yù)設(shè)，要有觀察、統(tǒng)籌管理課堂，把握課堂進程的能力，要能及時對學生個人、小組及整個班級進行反饋與評估。此外在學生的自主學習期間，教師還得盡可能地提供在線幫助，這些都增加了教師的工作量。因此，實現(xiàn)真正的翻轉(zhuǎn)不是一蹴而就的事情。[8]

4.3 翻轉(zhuǎn)內(nèi)容的恰當選擇是翻轉(zhuǎn)課堂必須考慮的問題

翻轉(zhuǎn)課堂不可避免地增加了學生的學習負擔。對“結(jié)構(gòu)力學”課程來說，課上2學時，課前學生至少得有不少于3學時的自主學習時間，才能保證完成翻轉(zhuǎn)課堂課前的任務(wù)。如果整門課程進行翻轉(zhuǎn)，自律性強的同學學習效果必然增加，但對于自律性差的學生來說，日積月累，信息量和知識量會形成不良循環(huán)。若有多科目同時進行翻轉(zhuǎn)課堂教學，學生的學習時間就很難得以保障。因此在現(xiàn)階段將整門課程進行翻轉(zhuǎn)，條件并不成熟，而應(yīng)結(jié)合課程特點和學情，有選擇性地進行翻轉(zhuǎn)，從而與傳統(tǒng)課堂優(yōu)勢互補?！敖Y(jié)構(gòu)力學”課程，靜定部分內(nèi)力計算比較基礎(chǔ)，適合普通高校開展翻轉(zhuǎn)性學習，對其他章節(jié)可以選擇一些習題課或復習課開展翻轉(zhuǎn)課堂探究性學習。

4.4 學習任務(wù)單和知識體系圖能夠一定程度破解翻轉(zhuǎn)課堂難題

學習任務(wù)單是幫助學生自主學習的行動指南，通過任務(wù)單，要讓學生了解學習目標和學習任務(wù)是什么，有哪些學習資源，如何開展自主學習。在任務(wù)單上，要將教學重點、難點和其它知識點轉(zhuǎn)化為問題，幫助學生理解概念、原理和掌握方法。

知識體系圖是知識概括化、結(jié)構(gòu)化的知識樹。在翻轉(zhuǎn)課堂中，短小的視頻，分散的練習，造成知識點的分散、不連貫，因此非常有必要建立知識體系。教學中采用思維導圖，由師生共同完成知識體系圖，這種演示方式不僅有助于學生對本章的知識迅速建立起完整的框架，而且有助于加深學生對重點、難點知識的理解，有利于提高學習效果和效率，不失為提高翻轉(zhuǎn)課堂的效果的好方法。