大班授課環(huán)境下理論力學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)踐

譚寧　吳瑩　伍曉紅　張新華

[摘 要]理論力學(xué)是各工科專業(yè)的必修課，多采取大班授課模式。為落實(shí)“四位一體”創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式，作者在理論力學(xué)大班授課環(huán)境下進(jìn)行了翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)踐，分析了大班翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)面臨的問(wèn)題并提出了相應(yīng)的解決措施，從“創(chuàng)新型人才培養(yǎng)”的教學(xué)目標(biāo)出發(fā)進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容再設(shè)計(jì)，以學(xué)生為中心，注重多元化評(píng)價(jià)和過(guò)程考核，取得了良好的教學(xué)效果，提高了教學(xué)質(zhì)量。

[關(guān)鍵詞]以學(xué)生為中心; 翻轉(zhuǎn)課堂;理論力學(xué)

[中圖分類號(hào)] G642.0[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2019）04-0018-03

一、“翻轉(zhuǎn)課堂”的內(nèi)涵

隨著信息技術(shù)和教學(xué)理念的不斷更新，翻轉(zhuǎn)課堂作為一種新型教學(xué)模式受到了廣泛關(guān)注[1-4]。翻轉(zhuǎn)課堂的核心思想就是“以學(xué)生為中心”，根據(jù)學(xué)生個(gè)體情況進(jìn)行因材施教，將傳統(tǒng)教學(xué)模式中“教師課堂傳授知識(shí)、學(xué)生課下練習(xí)”變?yōu)椤坝蓪W(xué)生在課前利用在線教學(xué)資源完成知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，課堂上通過(guò)教師與學(xué)生共同討論完成知識(shí)內(nèi)化”，如圖1所示。

由于翻轉(zhuǎn)課堂特別強(qiáng)調(diào)學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，其課堂設(shè)計(jì)方面可以參考建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論。該理論認(rèn)為，環(huán)境和學(xué)習(xí)者的個(gè)體特征是確定學(xué)習(xí)效果的兩個(gè)決定性因素[5]。其中，環(huán)境不僅指先進(jìn)的物質(zhì)設(shè)備環(huán)境，如在線教育資源庫(kù)、在線教學(xué)管理平臺(tái)、電腦等終端設(shè)備，還包括學(xué)生之間的互助學(xué)習(xí)以及教師給予學(xué)生的熱情關(guān)懷、耐心指導(dǎo)和思想啟發(fā)。學(xué)習(xí)者個(gè)人的行為特征決定了其知識(shí)圖像的形成、認(rèn)知模式的構(gòu)建。每個(gè)學(xué)習(xí)者都是以自身的知識(shí)背景為前提構(gòu)建自己對(duì)新信息和知識(shí)的理解與認(rèn)識(shí)，是認(rèn)知模式構(gòu)建的主體。在此過(guò)程中，教師是學(xué)生學(xué)習(xí)的合作者和引導(dǎo)者。

我國(guó)正在大力實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)滲透到各個(gè)領(lǐng)域。在這個(gè)新時(shí)代，信息化使得學(xué)習(xí)信息渠道豐富，純粹的知識(shí)記憶也將不再重要。本科階段是學(xué)生抽象思維能力和理性思維能力發(fā)展的重要階段。只有學(xué)生形成了自己的認(rèn)知模式，才能更客觀、準(zhǔn)確地感知和應(yīng)對(duì)外部世界，創(chuàng)造新事物。創(chuàng)新型人才培養(yǎng)要求以學(xué)生發(fā)展為中心，注重“品行養(yǎng)成、知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)和思維創(chuàng)新”的“四位一體”[6]。翻轉(zhuǎn)課堂特別強(qiáng)調(diào)學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，強(qiáng)調(diào)教師對(duì)學(xué)生的啟發(fā)與引導(dǎo)，因此翻轉(zhuǎn)課堂是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)的一個(gè)重要授課手段。

二、理論力學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)踐探索

理論力學(xué)是各工科專業(yè)的必修課。課程具有鮮明的工程色彩和嚴(yán)密的理論系統(tǒng)性，密切聯(lián)系工程實(shí)際，為后繼課程打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。理論力學(xué)課程作為大面積技術(shù)基礎(chǔ)課，目前多實(shí)行大班授課，基本上是100人左右組成一個(gè)大班，采用以教師講解為主的授課模式;教材中所舉的例題和習(xí)題雖來(lái)源于工程實(shí)際，但習(xí)題、例題都是已經(jīng)簡(jiǎn)化過(guò)的力學(xué)模型，討論重點(diǎn)仍然是具體知識(shí)的掌握。這種現(xiàn)狀使學(xué)生感到所學(xué)知識(shí)脫離了實(shí)際，即學(xué)生常反映的“理論力學(xué)學(xué)起來(lái)不難，做題卻容易錯(cuò)，實(shí)踐中不知道怎么用”。這種授課模式顯然與“四位一體”創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標(biāo)有一定差距。筆者在本校開(kāi)展了大班授課環(huán)境下理論力學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)改革與實(shí)踐，下面就大班翻轉(zhuǎn)課堂遇到的問(wèn)題與相應(yīng)的解決措施、教學(xué)內(nèi)容的再設(shè)計(jì)及考核評(píng)價(jià)的多元化進(jìn)行闡述。

（一）大班翻轉(zhuǎn)課堂面臨的問(wèn)題

眾多周知，大班課堂最顯著的特點(diǎn)就是學(xué)生人數(shù)眾多，而且學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)參差不齊、學(xué)習(xí)風(fēng)格多樣、學(xué)習(xí)訴求也不盡相同。有的學(xué)生想提高能力、訓(xùn)練思維的創(chuàng)新性，而有的學(xué)生卻只想“六十分萬(wàn)歲”;有的學(xué)生希望教師多進(jìn)行“難題、實(shí)踐應(yīng)用題”的訓(xùn)練，而有的學(xué)生卻連課程基本內(nèi)容的接受都感到有些困難。因此，如何在大班課堂上有效開(kāi)展課堂討論，如何激發(fā)學(xué)生參與討論話題的積極性就很值得探討。

翻轉(zhuǎn)課堂特別強(qiáng)調(diào)學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，學(xué)生在完成任務(wù)的過(guò)程中培養(yǎng)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力及合作精神。那么，對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)就不能再局限于傳統(tǒng)的“期末一考定成績(jī)”的模式，需要對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程及投入程度進(jìn)行過(guò)程評(píng)價(jià)。學(xué)生之間的互助學(xué)習(xí)（小組協(xié)作）是翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的必要組成部分，很多教學(xué)內(nèi)容、拓展作業(yè)都是以互助、團(tuán)隊(duì)的形式完成的。這就容易出現(xiàn)“多數(shù)學(xué)生很認(rèn)真，少數(shù)學(xué)生搭便車”的現(xiàn)象，也給教師監(jiān)測(cè)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程帶來(lái)了很大的困難和工作量。如何有效組織小組協(xié)作，如何客觀地、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)每位學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中的表現(xiàn)，這些問(wèn)題值得認(rèn)真探討。

（二）解決大班翻轉(zhuǎn)課堂所面臨問(wèn)題的措施

1. 合理設(shè)置引導(dǎo)性、開(kāi)放性的討論題

為了有效地開(kāi)展課堂討論，調(diào)動(dòng)學(xué)生的話題參與積極性，就必須設(shè)置合理的具有引導(dǎo)性、開(kāi)放性的討論題。在選取討論問(wèn)題和討論案例時(shí)，不僅需要考慮所選取的問(wèn)題和案例在課程學(xué)習(xí)中的重要性，符合教學(xué)大綱的能力培養(yǎng)目標(biāo)，更需要考慮學(xué)生原有的知識(shí)水平，使基礎(chǔ)好的學(xué)生能進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)，加強(qiáng)創(chuàng)新思維訓(xùn)練，使基礎(chǔ)差的學(xué)生也能加入到討論中，加深對(duì)基本概念、方法的理解和掌握，體會(huì)到理論力學(xué)學(xué)習(xí)的實(shí)用性、趣味性，獲得成就感。學(xué)生一旦覺(jué)得這門(mén)課學(xué)起來(lái)有意思、有成效，其學(xué)習(xí)的自主性、討論的積極性也就會(huì)自然而然地激發(fā)出來(lái)了。下面舉兩個(gè)例子。

圖2是一個(gè)機(jī)構(gòu)平衡的例子。當(dāng)主動(dòng)力F1、F2及主動(dòng)力偶矩M滿足一定關(guān)系時(shí)，機(jī)構(gòu)會(huì)平衡在如圖所示的位置。在講解虛位移原理的時(shí)候，很多教材會(huì)把該題目或類似題目作為例（習(xí)）題。在講解這道題時(shí)，我們?cè)O(shè)置了這樣四個(gè)層次的問(wèn)題：（1）用虛位移原理求解。（2）用剛體靜力學(xué)平衡方程求解。（3）對(duì)于CD桿的導(dǎo)軌，為什么畫(huà)成如圖3所示的兩個(gè)光滑支撐面約束的樣子，而不是一個(gè)光滑支撐面約束呢？（4）如果把CD桿導(dǎo)軌畫(huà)成一個(gè)光滑支撐面約束，分別應(yīng)用虛位移原理和剛體靜力學(xué)去分析，會(huì)有哪些不同？對(duì)于前兩個(gè)問(wèn)題，學(xué)生很容易就求解出三個(gè)主動(dòng)力（偶）滿足的關(guān)系式，完成熟練掌握基本理論與基本方法的教學(xué)要求;對(duì)于第（3）問(wèn)和第（4）問(wèn)，絕大部分學(xué)生反映“從沒(méi)這樣想過(guò)”。整個(gè)課堂討論氣氛非常熱烈，達(dá)到了理論聯(lián)系實(shí)際、訓(xùn)練創(chuàng)新思維的教學(xué)目的。

2. “組間同質(zhì)、組內(nèi)異質(zhì)、自由組合、綜合評(píng)價(jià)”策略

為了有效組織小組協(xié)作，盡量避免或減少“搭便車”現(xiàn)象，我們采取了“組間同質(zhì)、組內(nèi)異質(zhì)、自由組合、綜合評(píng)價(jià)”的解決策略。

一是給出具有一定難度與工程應(yīng)用背景的項(xiàng)目研究題目，即必須要進(jìn)行文獻(xiàn)查閱、建模計(jì)算才能完成的題目。由于理論力學(xué)的授課對(duì)象通常是大二上學(xué)期的學(xué)生，他們?nèi)粝氇?dú)立完成這樣的題目頗具挑戰(zhàn)性，因此必須要組成團(tuán)隊(duì)，攻堅(jiān)克難。

二是以四至六人的規(guī)模自由組合成合作小組，但每個(gè)小組中必須有概念清晰的、基礎(chǔ)扎實(shí)的、計(jì)算能力強(qiáng)的、語(yǔ)言表達(dá)能力強(qiáng)的、協(xié)調(diào)組織能力強(qiáng)的組員。這樣，每個(gè)小組之間的差距不是很大，而組內(nèi)成員形成了互補(bǔ)，每個(gè)人都要發(fā)揮自己的長(zhǎng)處，才能保證整個(gè)小組取得優(yōu)異的成績(jī)。

三是采用合理的量表，將小組合作學(xué)習(xí)中個(gè)人或者小組的表現(xiàn)進(jìn)行量化，通過(guò)客觀的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出來(lái)，得到小組內(nèi)部對(duì)各個(gè)成員的評(píng)分，見(jiàn)表1。然后，將該分?jǐn)?shù)與教師對(duì)每個(gè)小組的評(píng)分加權(quán)，得到每位學(xué)生的具體分值。

（三）依據(jù)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容再設(shè)計(jì)

理論力學(xué)課程具有概念多、公式多、定理多的特點(diǎn)，工程色彩鮮明，理論系統(tǒng)性強(qiáng)。因此，我們?cè)趯?shí)踐過(guò)程中并沒(méi)有進(jìn)行全部課程內(nèi)容的翻轉(zhuǎn)，而是選擇部分內(nèi)容進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。那么，問(wèn)題就來(lái)了：應(yīng)該對(duì)哪些內(nèi)容進(jìn)行翻轉(zhuǎn)呢？翻轉(zhuǎn)內(nèi)容與課堂授課內(nèi)容之間該怎么組織才能更符合創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)要求？

授課教師應(yīng)該根據(jù)教學(xué)目標(biāo)對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分解、再設(shè)計(jì)。創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)應(yīng)該包括知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)、情感目標(biāo)[5]，因此在做教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，要首先分析和明確課程教學(xué)以及每堂課的知識(shí)目標(biāo)，確定能力培養(yǎng)目標(biāo)以及學(xué)生情感、態(tài)度、價(jià)值觀目標(biāo)，然后選擇合適的教學(xué)知識(shí)點(diǎn)并設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)施策略來(lái)實(shí)現(xiàn)這些教學(xué)目標(biāo)。下面以“動(dòng)點(diǎn)、動(dòng)系、牽連點(diǎn)”的教學(xué)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)明。

“動(dòng)點(diǎn)、動(dòng)系、牽連點(diǎn)”是理論力學(xué)中的重要內(nèi)容和難點(diǎn)內(nèi)容。它不僅是描述“點(diǎn)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)”的分析方法，同時(shí)也體現(xiàn)了人們對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的分析與求解認(rèn)識(shí)，是培養(yǎng)創(chuàng)新思維的好抓手。我們首先在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)發(fā)布了該部分學(xué)習(xí)內(nèi)容的視頻資源、參考資料、基本測(cè)驗(yàn)題及如圖3所示的討論思考題：“長(zhǎng)為L(zhǎng)的細(xì)桿在半徑為R的固定圓盤(pán)上無(wú)滑動(dòng)地運(yùn)動(dòng)，當(dāng)桿水平時(shí)，桿的中點(diǎn)與圓盤(pán)接觸。若桿以勻角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，如何分析桿端點(diǎn)A的運(yùn)動(dòng)？”該題目中圓輪是固定不動(dòng)的，僅有桿AB是運(yùn)動(dòng)的。題目發(fā)布以后，很多學(xué)生表示很好奇：哪里會(huì)有“動(dòng)系”呢？于是筆者首先請(qǐng)學(xué)生在線上學(xué)習(xí)平臺(tái)發(fā)言、在組內(nèi)展開(kāi)討論，然后在課堂上以小組為單位分別闡述組內(nèi)的研討結(jié)果。課堂上不同小組間討論的碰撞以及教師的引導(dǎo)，使學(xué)生加深了對(duì)基本概念的理解，認(rèn)識(shí)到“所有的定義、分析方法都是服務(wù)于如何解決問(wèn)題這一終極目的”。學(xué)生反映這樣的教學(xué)效果良好。

（四）注重評(píng)價(jià)多元化和考核過(guò)程化

由于翻轉(zhuǎn)課堂特別強(qiáng)調(diào)學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，學(xué)生在完成任務(wù)的過(guò)程中培養(yǎng)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力及合作精神，因此需要對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程給予關(guān)注和評(píng)價(jià)。目前，我校理論力學(xué)仍然是傳統(tǒng)的期末統(tǒng)一閉卷考試，主要側(cè)重于基礎(chǔ)知識(shí)和基礎(chǔ)方法的考查。學(xué)生成績(jī)由“期末考試成績(jī)+平時(shí)成績(jī)”組成，其中，平時(shí)成績(jī)就是課程作業(yè)、考勤和實(shí)驗(yàn)成績(jī)的組合，內(nèi)容單一。根據(jù)學(xué)校的有關(guān)規(guī)定，筆者在理論力學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂的考核與評(píng)價(jià)上做了一些改變，強(qiáng)化了平時(shí)成績(jī)占比，突出了評(píng)價(jià)多元化和考核過(guò)程化，如圖4。

為了對(duì)學(xué)生的線上自學(xué)情況做出適當(dāng)評(píng)價(jià)以督促學(xué)生自主學(xué)習(xí)，我們采用了“在線選擇題測(cè)試”“在線簡(jiǎn)答題測(cè)試”及“線下計(jì)算題測(cè)試”的形式進(jìn)行過(guò)程性考試。在過(guò)程性考試中，學(xué)生很難通過(guò)考前突擊過(guò)關(guān)，這就增強(qiáng)了他們自主學(xué)習(xí)的緊迫性。過(guò)程性考試將考核貫穿于整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，邊教學(xué)邊考核，邊考核邊反饋。教師發(fā)現(xiàn)學(xué)生的薄弱環(huán)節(jié)后可以及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生也可及時(shí)了解其學(xué)習(xí)情況。在課堂討論及課后的拓展訓(xùn)練環(huán)節(jié)，我們更注重學(xué)生的課堂互動(dòng)參與度、課程論文的實(shí)施過(guò)程和完成度，結(jié)合小組評(píng)價(jià)及組內(nèi)評(píng)價(jià)量表建立多元化評(píng)價(jià)機(jī)制。以課程論文的寫(xiě)作為例（評(píng)分量表如表2）。在課程開(kāi)始的三周內(nèi)，教師把課程論文的題目發(fā)布給各個(gè)小組，要求學(xué)生查閱資料，對(duì)論文選題的認(rèn)識(shí)及所需知識(shí)儲(chǔ)備進(jìn)行梳理;于課程進(jìn)行到半程時(shí)提交開(kāi)題報(bào)告;到課程結(jié)束時(shí)，要求學(xué)生提交論文報(bào)告，在課堂上答辯。這樣使論文的選題、開(kāi)題、框架構(gòu)建、查閱資料、寫(xiě)作和答辯等一整套程序都能按部就班地完成，從而提升學(xué)生解決問(wèn)題的能力及寫(xiě)作交流、團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力。

多元化評(píng)價(jià)和過(guò)程性考核消除了學(xué)生平時(shí)松懈、期末考試前臨時(shí)抱佛腳的心理，同時(shí)也滿足了不同學(xué)習(xí)層次、興趣和特長(zhǎng)的學(xué)生的學(xué)習(xí)需要。這樣既肯定了思想活躍、參與度高的學(xué)生的努力和付出，又調(diào)動(dòng)了基礎(chǔ)差的學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

三、結(jié)語(yǔ)

理論力學(xué)教學(xué)改革是一個(gè)持續(xù)的探索過(guò)程，在做好充分預(yù)案的基礎(chǔ)上要勇于嘗試。翻轉(zhuǎn)課堂特別強(qiáng)調(diào)學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，強(qiáng)調(diào)教師對(duì)學(xué)生的啟發(fā)與引導(dǎo)是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、達(dá)到創(chuàng)新型人才培養(yǎng)要求的一個(gè)重要授課手段。要從創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)出發(fā)對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分解、再設(shè)計(jì)，要注重對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的考核和評(píng)價(jià)，充分發(fā)揮翻轉(zhuǎn)課堂的優(yōu)勢(shì)。實(shí)踐結(jié)果表明，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性提高了，溝通協(xié)作能力增強(qiáng)了，創(chuàng)新思維也得到了一定的培養(yǎng)。

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[責(zé)任編輯：龐丹丹]