大班授课环境下理论力学翻转课堂的实践

　　[摘 要]理论力学是各工科专业的必修课，多采取大班授课模式。为落实“四位一体”创新型人才培养模式，作者在理论力学大班授课环境下进行了翻转课堂的实践，分析了大班翻转课堂教学面临的问题并提出了相应的解决措施，从“创新型人才培养”的教学目标出发进行教学内容再设计，以学生为中心，注重多元化评价和过程考核，取得了良好的教学效果，提高了教学质量。
　　[关键词]以学生为中心; 翻转课堂;理论力学
　　[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2019）04-0018-03
　　一、“翻转课堂”的内涵
　　随着信息技术和教学理念的不断更新，翻转课堂作为一种新型教学模式受到了广泛关注[1-4]。翻转课堂的核心思想就是“以学生为中心”，根据学生个体情况进行因材施教，将传统教学模式中“教师课堂传授知识、学生课下练习”变为“由学生在课前利用在线教学资源完成知识点的学习，课堂上通过教师与学生共同讨论完成知识内化”，如图1所示。
　　由于翻转课堂特别强调学生的学习自主性，其课堂设计方面可以参考建构主义学习理论。该理论认为，环境和学习者的个体特征是确定学习效果的两个决定性因素[5]。其中，环境不仅指先进的物质设备环境，如在线教育资源库、在线教学管理平台、电脑等终端设备，还包括学生之间的互助学习以及教师给予学生的热情关怀、耐心指导和思想启发。学习者个人的行为特征决定了其知识图像的形成、认知模式的构建。每个学习者都是以自身的知识背景为前提构建自己对新信息和知识的理解与认识，是认知模式构建的主体。在此过程中，教师是学生学习的合作者和引导者。
　　我国正在大力实施创新驱动发展战略，互联网、大数据、人工智能技术渗透到各个领域。在这个新时代，信息化使得学习信息渠道丰富，纯粹的知识记忆也将不再重要。本科阶段是学生抽象思维能力和理性思维能力发展的重要阶段。只有学生形成了自己的认知模式，才能更客观、准确地感知和应对外部世界，创造新事物。创新型人才培养要求以学生发展为中心，注重“品行养成、知识传授、能力培养和思维创新”的“四位一体”[6]。翻转课堂特别强调学生的学习自主性，强调教师对学生的启发与引导，因此翻转课堂是激发学生学习兴趣、实现创新型人才培养目标的一个重要授课手段。
　　二、理论力学翻转课堂的实践探索
　　理论力学是各工科专业的必修课。课程具有鲜明的工程色彩和严密的理论系统性，密切联系工程实际，为后继课程打下坚实基础。理论力学课程作为大面积技术基础课，目前多实行大班授课，基本上是100人左右组成一个大班，采用以教师讲解为主的授课模式;教材中所举的例题和习题虽来源于工程实际，但习题、例题都是已经简化过的力学模型，讨论重点仍然是具体知识的掌握。这种现状使学生感到所学知识脱离了实际，即学生常反映的“理论力学学起来不难，做题却容易错，实践中不知道怎么用”。这种授课模式显然与“四位一体”创新型人才的培养目标有一定差距。笔者在本校开展了大班授课环境下理论力学翻转课堂的教学改革与实践，下面就大班翻转课堂遇到的问题与相应的解决措施、教学内容的再设计及考核评价的多元化进行阐述。
　　（一）大班翻转课堂面临的问题
　　众多周知，大班课堂最显著的特点就是学生人数众多，而且学生学习基础参差不齐、学习风格多样、学习诉求也不尽相同。有的学生想提高能力、训练思维的创新性，而有的学生却只想“六十分万岁”;有的学生希望教师多进行“难题、实践应用题”的训练，而有的学生却连课程基本内容的接受都感到有些困难。因此，如何在大班课堂上有效开展课堂讨论，如何激发学生参与讨论话题的积极性就很值得探讨。
　　翻转课堂特别强调学生的学习自主性，学生在完成任务的过程中培养分析问题、解决问题的能力及合作精神。那么，对学生的评价就不能再局限于传统的“期末一考定成绩”的模式，需要对学生的学习过程及投入程度进行过程评价。学生之间的互助学习（小组协作）是翻转课堂教学模式的必要组成部分，很多教学内容、拓展作业都是以互助、团队的形式完成的。这就容易出现“多数学生很认真，少数学生搭便车”的现象，也给教师监测学生学习过程带来了很大的困难和工作量。如何有效组织小组协作，如何客观地、准确地评价每位学生在课程学习中的表现，这些问题值得认真探讨。
　　（二）解决大班翻转课堂所面临问题的措施
　　1. 合理设置引导性、开放性的讨论题
　　为了有效地开展课堂讨论，调动学生的话题参与积极性，就必须设置合理的具有引导性、开放性的讨论题。在选取讨论问题和讨论案例时，不仅需要考虑所选取的问题和案例在课程学习中的重要性，符合教学大纲的能力培养目标，更需要考虑学生原有的知识水平，使基础好的学生能进行探究式学习，加强创新思维训练，使基础差的学生也能加入到讨论中，加深对基本概念、方法的理解和掌握，体会到理论力学学习的实用性、趣味性，获得成就感。学生一旦觉得这门课学起来有意思、有成效，其学习的自主性、讨论的积极性也就会自然而然地激发出来了。下面举两个例子。
　　图2是一个机构平衡的例子。当主动力F1、F2及主动力偶矩M满足一定关系时，机构会平衡在如图所示的位置。在讲解虚位移原理的时候，很多教材会把该题目或类似题目作为例（习）题。在讲解这道题时，我们设置了这样四个层次的问题：（1）用虚位移原理求解。（2）用刚体静力学平衡方程求解。（3）对于CD杆的导轨，为什么画成如图3所示的两个光滑支撑面约束的样子，而不是一个光滑支撑面约束呢？（4）如果把CD杆导轨画成一个光滑支撑面约束，分别应用虚位移原理和刚体静力学去分析，会有哪些不同？对于前两个问题，学生很容易就求解出三个主动力（偶）满足的关系式，完成熟练掌握基本理論与基本方法的教学要求;对于第（3）问和第（4）问，绝大部分学生反映“从没这样想过”。整个课堂讨论气氛非常热烈，达到了理论联系实际、训练创新思维的教学目的。

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