水力学课程翻转课堂教学模式改革探索

王远坤　王栋　蒋建国　吴吉春

摘 要 水力学是水文与水资源工程专业重要的专业基础课，结合水力学课程特点与课程教学存在的问题，基于翻转课堂教学模式，对课程教学理念与模式改革，探索水力学课程教学改革模式的新途径，相关经验可为水文专业乃至水利类其他专业课程的教学改革提供借鉴与参考。

关键词 水力学 翻转课堂 教学改革

中图分类号：G640 文献标识码：A

水力学是研究液体平衡和机械运动规律及其应用的一门学科，是水利类专业的重要专业基础课之一。水力学不仅在水利建设中有广泛的应用，比如航运、河道整治、防洪、和水力发电等方面，而且在环境、机械、土建、市政、石油和医学等领域，也需要相当的水力学知识。随着人类活动加剧和环境变化，出于学科知识的交叉和融合，水力学与其他学科相结合形成了新的分支学科，如环境水力学、计算水力学、生态水力学和海岸动力学等。

建国以来，水力学教程不断发展与完善，已经形成了经典的水力学教材，比如我校采用的国家级教学名师赵振兴主编的《水力学》。由于水力学课程具有公式多、概念多、推导过程多等特点，传统的板书+PPT也很难讲清讲透。众多一线教师不断尝试水力学课程教学方法和教学手段改革与创新，但仍没能摆脱以教师为中心的教学模式，学生一直处于被动学的状态。因此，迫切需要新的教学方法或手段的出现。

翻转课堂（Flipped Classroom）是近几年国内外教育者们关注较多的教学模式之一，其基本理念是将“课堂讲授知识，课后完成作业”的教学模式彻底翻转过来，将授课内容移到课外，将家庭作业移到课内。大量实践证明，翻转课堂在激发学生的学习主动性、提高考试成绩和提升教师工作效率等方面都具有积极作用。翻转课堂教学模式为提高水力学课程教学质量提供了新的机遇。

1目前教学存在的问题

1.1填鸭式课堂教学

我国目前的教学方式主要是以教师为中心，对学生采取填鸭式教学。采用PPT等现代化教学手段在一定程度上确实丰富了教学方法，但是仍然没能脱离教师为主讲、学生被动学的模式。水力学课程包含大量的公式推导演绎过程和物理机制分析，且知识点具有很强的连续性，如果前期基础知识点（如一元流三大方程）不能掌握，后面的复杂知识点如非恒定流、圣维南方程组等内容则很难理解。填鸭式的教学不仅不会提高学生的学习的积极性，反而会进一步降低学生的积极性和主动性，只能疲于应付。

1.2教学内容多，学时相对偏少

我校水文与水资源工程专业在地球科学与工程学院开设，具有很强的地学背景。随着国家教育改革不断推进，学校各专业的教学培养计划不断修订。在这种环境下，水力学课程的学分/学时空间不断被压缩。另外，水力学课程内容本身内容多，大量公式的推导过程又占据了大量的课堂时间，使得水力学课堂教学面临更严峻的挑战。

1.3实践教学少，动手能力弱

水力学课程具有很强的实践性，实践教学是课程学习的重要环节。通过动手实验加深学生对知识点的理解与消化，同时培养学生的动手能力、观察能力、分解问题和解决问题的能力。目前各大高校水力学实验的开设模式主要是以老师把实验把前期准备工作做好，学生仅仅在现场观察和记录数据。很少有学生会思考实验中用到的各种仪器、设备的作用，是否有更好的实验方法。这种教学实践模式不利于培养学生的独立思考和动手能力。

1.4考试评估不合理

现行的考试制度主要是以期中考试和期末考试成绩为主，平时成绩为辅。在这种考评形式下，部分学生会采取考前突击的形式学习，弱化了平时的学习过程。考前突击学习在一定程度上提高了考试分数，但不利于培养良好的学习习惯和课堂学习气氛，不利于知识的沉淀与积累，造成了考试结束后不久就忘记的现象。

2翻转课堂特点与教学模式

翻转课堂教学模式是美国近年来兴起的一种全新教学模式，它由孟加拉裔美国人萨尔曼·可汗提出，很快便在美国引起了轰动。萨尔曼·可汗将他的教学视频传到网络上，学生在观看视频后在课堂上与其他同学进行交流并且接受教师的辅导。这样的方法让学生们取得了很好的成绩，从而引起了林地公园高中两位化学教师乔纳森和亚伦的注意。因此他们开始在课堂上实践这种教学方法，让学生们在家里观看视频，学习知识，在课堂上完成作业并且与同学交流，同时教师进行辅导。这样的教学方法符合学生自己的学习习惯，让学生的学习效率提高，也减轻了教师的负担，因此受到了学生和教师的欢迎。

翻转课堂提供了更加灵活的学习环境。由于每个学生的基础和接受能力有差别，课堂授课采用统一的进度，会使基础差的学生跟不上，学习能力好的学生喂不饱。翻转课堂教学模式下，学生通过网上视频进行学习，遇到不懂的地方可以随时停下来多次学习，根据自己的学习能力控制进度，大大提高了学习效果。在翻转课堂中，以教为主的课堂教学活动被改变为以学为主学习行为。课堂是深入探讨知识点难点问题的地方，摒弃了传统的教学行为，开创了以学生为主的学习方式，为学生创造更多的学习机会的地方。目前已有个别水利类专业课程进行翻转课堂教学模式尝试。

3水力学翻转课堂建设

为深入推进 “三三制”本科教学改革，提高人才培养质量，南京大学启动了在线本科课程建设项目，水力学课程被列为我校首批翻转课堂教改课程。南京大学水文与水资源工程专业实行小班化教学，为水力学课程开展翻转课堂教学模式改革提供了便利条件。

3.1课前自主学习

结合教学大纲要求，提出了教学目标。根据水力学课程内容，制作知识体系结构图，并对知识点进行了分类整理。分析哪些内容可以通过制作微视频体现，哪些内容通过图件或相关视频素材体现，哪些内容需要共同探讨的形式完成。

为使课堂讨论互动活动能够顺利进行，帮助学生在课前明确应该学习的内容，我们制定了相应的学习任务单和学习路线图，并预留相应的探索思考题目，以便有效地组织翻转课堂。首先，我们根据教学目标筛选和提炼出关键基础知识点内容，录制了教学视频，每个视频时间控制在10-15分钟。南京大学积极推进教学改革活动，为翻转课堂提供了专业平台网站。我们将制作的视频发布在学校公共教学平台上，同时给出相关的视频连接供学生参考。结合每个知识点，布置了相应数量的作业。每个学生均可登录平台观看学习，并按照要求完成相应的作业和思考题目。

据课程知识点特点，将学生分为若干学习小组，每小组3-4人。在个人完成的基础上，团结协作共同完成课程任务，了解每个学生对知识点理解和掌握的差异程度，有助于促进对知识点的巩固与深化。在学校公共平台上，学生可以利用电脑、平板电脑和手机等工具登录网站或者下载相关视频材料进行学习。同时还可以通过网络交流软件或者平台（如微信、email）与教师或其他同学探讨在观看视频和作业过程中遇到的难点问题。要求每个学生在学习任务结束后需提交作业，完成课前学习内容。

针对水力学实验，我们也录制了典型实验演示视频（如长短管路水头损失、雷诺实验等），供学生在实验课前观看学习。对每个实验设定了实验目标，提出了相应实验注意事项，布置了思考题目。

3.2课堂互动讨论

翻转课堂教学模式下的课堂主要任务不再是以教学活动为主，而是对学生在课前学习中遇到的问题进行答疑，对重点和难点问题进行重点探讨。通过师生之间、学生之间进行面对面交流互动、探索研讨，将知识融会贯通。

由于学生的知识结构和认知水平有限，需要针对学习中的重点和难点问题（如曲面上静水总压力计算中的压力体）进行互动讨论。教师根据课前作业完成情况和学生反馈意见，对每个学生对知识点的理解和作业中遇到的错误进行分组解答或者具有针对性逐一“小灶”解答。在帮助学生消化知识点的同时，提升了自信心，激发了学习兴趣。除教师布置的课前作业和题目外，学生还可以将课前自主学习中存在的疑惑及探索性问题带入课堂，与师生交流，共同学习。通过课堂表现和作业情况选出学有余力的同学，提供一定的条件和平台，引导开展水力学相关研究（如大学生创新训练科研计划），培养科研兴趣和科研能力。

实验课堂同样采用分组形式开展，每个小组3-4人，通过协助共同完成指定实验内容。首先小组内部讨论实验现象，分析实验结论，探讨课前设定的思考题。教师现场指导，但不亲自动手实验，主要解决学生在实验过程中遇到的各种问题。教师参与每个小组的讨论环节，对预设的思考题进行讨论。自主实验课堂加深了对实验现象的认识，巩固了所需知识，培养了动手能力。

3.3课后反馈与评估

对学生学习效果评估是衡量教学质量的主要手段，传统的判定学生学习效果的模式以考试成绩为主。翻转课堂教学考核评估不同于传统的考核方式，单纯的书面考核考试很难对学生做出一个综合客观的评价。在水力学课程翻转课堂教学模式下，对课程教学考核采取了点面结合、综合评价的方式。根据水力学课程性质和特点，采取多元化的个人考核方式。教师可以通过课程平台了解学生登录情况，包括登录次数，学习时间长短，课前作业完成情况等。同时结合课堂个人汇报和小组讨论等作为评价手段，分析翻转教学过程中的收获和问题。综合评定成绩由个人汇报成绩、课堂讨论表现成绩、实验成绩、实习报告成绩、期中考试成绩和期末考试成绩共同构成。通过定量评价和定性评价相结合评估方式客观地反映了水力学教学效果。

4结语

翻转课堂教学模式不同于传统的教学模式，需要教师对课程知识点进行重新的梳理和提炼，不可能对每个知识点面面俱到。对教学内容进行分类，重点内容要课堂重点关注，其他内容学生课外自主学习。将翻转课堂作为一种创新教学模式应用于水力学课程教学，是对水文专业课程教学改革的突破性尝试，但对教师和学生也提出了新的挑战，要求教师更新传统的教学理念，具备灵活掌握现代信息技术能力；要求学生具有很强的自主学习能力。

水力学课程是水文与水资源工程专业一门重要的专业基础技术课程，水力学课程翻转课堂教学模式的改革尝试和积累的经验可以为水文专业乃至水利类其他专业课程教学改革提供借鉴和参考，以提高水利类课程的整体教学质量。

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