应用型高校结构力学“翻转课堂”教学改革研究

孙明

摘 要：根据应用型高校《结构力学》课程教学现状与“翻转课堂”发展历程，从课前准备、课堂教学、课后回顾三个方面研究，如何将“翻转课堂”应用于教学全过程，提出改革学生考核制度的具体举措。指出在课程中开展这种模式锻炼了学生能力，培养了他们理论联系实际的工程思维和团队协作精神，为后续专业课程学习打下良好的基础，值得教师在教学改革中继续深入探索和研究。

关键词：结构力学；翻转课堂；实践；教学改革

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2017）09-0117-03

Abstract： According to the current teaching situation in classes of Structural Mechanics in application-oriented universities and the development process of flipped classroom， this research is done from three aspects： before-class preparation， classroom teaching and after-class review so as to find out how to apply flipped classrooms into teaching process. Measures of checkup system reform for students are presented. It also points out that this pattern is beneficial to development of student capability and cultivation of team spirit and engineering thinking uniting theory with practice. In this way， a solid foundation can be laid for their following specialized courses. Therefore， it is a method that deserves teachers' exploration and research in later teaching reform.

Keywords： structural mechanics； flipped classroom； practice； teaching reform

《结构力学》是土木工程专业力学系列课程中一门非常重要的专业基础课，其教学质量对于培养基础扎实、高素质、实践能力强的土木工程师起着举足轻重的作用[1]。应用型高校土木专业学生本科毕业后大多数都会直接走向工程一线从事技术工作，《结构力学》课堂上所学的理论知识都会在工程实践中体现。因此如何提高结构力学的教学质量一直都是各院校力学教师关注的重点。随着现代网络信息技术的飞速发展，“翻转课堂”作为新兴的教学模式，为结构力学课程教学改革开辟了一条新的道路。

一、教学现状

（一）应用型高校结构力学教学现状

《结构力学》作为土木专业理论联系实际的枢纽课程，在专业教学体系中占据着承前启后的核心地位，如图1所示。《结构力学》课程与《高等数学》、《理论力学》、《材料力学》这些先导课程环环相扣，学习基础决定了学生对课程的理解程度。由于应用型高校生源基础比较薄弱，很多同学从《高等数学》开始就跟不上讲课节奏，问题日积月累，到了学习《结构力学》的时候就非常费劲。而且这门课程内容多、理论性强、计算过程繁琐、方法技巧性要求高，学生普遍感到该课程难度大、枯燥，提不起兴趣[2]，学习效果不佳，进而影响后续专业课程学习。

考虑到应用型高校学生的实际能力，教师往往将教学重点集中在经典结构力学的能力培养，而对定性结构力学能力培养方面严重不足，学生在毕业后工作中缺乏定性判断的能力，难以适应社会发展的需求[3]。而且现在工程实践中的结构计算部分基本都是通过计算机进行，应用型高校的学生对这种理论性强、手工计算量大的课程缺乏重视，很多人学习态度敷衍，平时作业抄袭现象严重，临考靠记忆教师划重点的题目突击应付，如果考试灵活出题通过率就会惨不忍睹。

（二）“翻转课堂”发展历程

“翻转课堂”理论起源于美国，2000年迈阿密大学开始在《经济学导论》这门课程中应用“翻转课堂”进行教学[4]，2007年美国教师Jonathan Bergmann和Aaron Sams在高中采取“翻转课堂”后获得社会广泛关注[5]，2011年经过“可汗学院”的大力推广[6]，“翻转课堂”在全世界教育领域都得到迅速发展。我国力学教育工作者基于教学实践，在考虑课程特点和学生层次的前提下，对在《理论力学》和《材料力学》课程上实施“翻转课堂”教学进行了探索[7-8]，将传统教学模式中教师课堂传授知识，由学生课下通过练习、作业或者实践完成知识内化的过程进行了颠倒，变为由学生在课前通过信息技术的帮助完成知识的接受，课堂上在教师与同学的共同协助下完成知识的内化[9]。

“翻轉课堂”这种全新的教学模式在力学类课程上受到了学生广泛欢迎，但也存在部分学生无心学习，借小组学习之便蒙混过关的现象。而且应用型高校的结构力学教师很多都是土木工程专业或力学类硕士毕业后即从教，既缺少工程实践也缺少教学经验，成为教学质量提升的瓶颈。

二、翻转课堂在结构力学中的教学实践

（一）课前学习

课前学习的质量直接决定了翻转课程的教学效果。学生课前学习与传统预习的最大差别就是将传统的学生独立阅读书本预习方式改成了学生观看任课老师制作的微课视频再分组讨论。由于学生注意力集中时间有限，将过去授课用PPT加上音频做成照本宣科式45分钟网络课程就失去了微课的意义。而且考虑应用型高校学生对理论课兴趣低、基础差的情况，不能直接套用其他研究型高校的教学视频，因材施教为学生量身定制合适的微课，教学流程如图2所示。

针对《结构力学》课程特点，可将课前学习用的微课分为3节，时长设置为5-10分钟，既保证学生在注意力集中的情况下学习，也便于他们利用闲暇碎片时间复习。第1节5分钟微课用于复习课前所需基础知识，微课结束后学生可以根据自己对已学内容的掌握情况选择复习前导知识或继续学习新内容。第2节微课时长为10分钟，用于讲授课堂上讲要学习的知识点和与之相关的工程实例，最后留下习题让学生在课下完成。应用型高校学生普遍对工程实践充满兴趣，都希望早日接触实际工程。所以第2节微课可以采取图3所示的教学过程，在讲解完知识点学生注意力开始分散的时候，引入与知识点相关的工程实例介绍，重新激发学生的学习热情。

由于微课是采用录制的形式制作，这样就脱离了课堂教学只能用教室里电脑的掣肘。在介绍了知识点在工程实践中的具体应用后，先通过Revit Architecture、CATIA、MIDAS、ABAQUS等计算机辅助工程软件展示工程实例的仿真模型，再利用软件的多角度视图告诉学生计算机模型如何变成计算简图进行分析。因为很多学生在课堂上顺着老师的思路感觉都能听懂，课后自己做题思绪全无。所以在第2节微课最后需以工程实例演化的计算简图为基础，布置习题让学生自己动手解答。学生做完习题后再学习第3节微课，核对自己的计算思路与结果是否与微课解析一致。由于微课视频可以随时暂停，所以学生亦步亦趋，慢慢思考，消化理解相关知识点。

为保证学生学习的有效性，在课程开始前由班长和学习委员负责将班级学生按成绩分5档，每档抽1人出来组成5人学习小组。学习微课后正式上课前，学生首先进行组内讨论，让学生通过互相交流查漏补缺，增进对知识的理解。如果存在小组成员都无法解决或者观点不一致的问题，则由组长提交到网络课程中心的《结构力学》教学网站。教师根据学生的问题调整课堂教学侧重点。

（二）课堂教学

微课授课时间有限，阐述的是独立知识点，所以需要教师在课堂上将知识点串联成一个完整的知识体系，引导学生将课前学习内容与课程联系起来。然后教师结合课前学习反馈的问题和课程中的重点、难点，提出工程案例与对应习题，让学生进行讨论、分析和演算。在讨论结束后再选取学生代表走上讲台向大家讲授与工程案例相关的关键知识点，解析习题，以上台讲课的压力带动学生课后学习的动力。学生讲解完毕后，教师再根据学生在讨论和讲解中暴露出的问题，详细剖析关键知识点，并安排课后作业。

（三）课后回顾

教师规定学生上交课后作业的时间，让他们及时通过练习加深对课堂所学的理解。教师则根据学生在课堂上的表现与课后作业的完成情况评估他们的学习程度，及时调整教学内容，保证学习难度和进度处于学生可以接受范围的同时，也满足教学大纲对知识水平的要求。

（四）学生考核制度改革

《结构力学》课程一般开设在大学二年级下期，此时应用型高校学生面临着公共课多，专业基础课多，课外活动多的情况。而开展翻转课堂必然要占用学生一定课余时间，为了使学生重视学习过程，课程总成绩分为期末考试成绩、课堂表现成绩、作业评分三个组成部分。因为采用小组讨论学习的模式，学生基本都能上交正确的课后作业，但是很难辨别是否存在抄袭情况，所以作业评分主要用来考察学生的作业完成情况，只占10%的总成绩。为了防止学生在小组中浑水摸鱼不思进取，并鼓励他们互相促进共同提高，每次课堂上均采取随机方式抽取学生代表上台阐述讨论结果，讲解知识点和习题，教师根据学生代表对知识的掌握程度进行评分，学生代表的表现直接决定全组成绩，课堂表现占40%的总成绩。《结构力学》课程一学期至少有64课时的课堂教学时间，因此每个学生都会有成为本组代表的机会，这就使得每个小组成员都要认真参与教学全程。

三、结束语

根据湖南科技学院2014级土木工程4个班学习《结构力学》课程后的学生反馈意见，并分析期末考试成绩，可以发现在此类应用型高校《结构力学》课程推行“翻转课堂”，以小组形式进行学习、讨论，锻炼了学生的自学能力、沟通能力、表达能力，培养了他们理论联系实际的工程思维和团队协作精神，实现了学生互相促进提高学习效果的目的，為学生进行后续专业课程学习打下了良好的基础。

在应用型高校《结构力学》课程进行“翻转课堂”教学改革，顺应了应用型高校理工科专业课程教学改革的发展趋势，值得教师根据课程性质和学生特点，继续探索和研究这种模式在教学改革中的应用。

参考文献

[1]李永莉，刘增夕，李艳杰.浅谈结构力学课程建设的实践与体会[J].大学教育，2013，12：60-61.

[2]李会军，李宗利.结构力学课程教学改革初探[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2015，02：4-6.

[3]陈玉骥.“定性结构力学”教学问卷调查结果分析[J].中国建设教育，2011，Z3：18-20.

[4]Lage M， Platt G， Treglia M.Inverting the Classroom：A Gateway to Creating An Inclusive Learning Environment[J]. Journal of Economic Education，2000，31（3）：30-43.

[5]金陵.“翻转课堂”翻转了什么[J].中国信息技术教育，2012，09：18.

[6]朱宏洁，朱 .翻转课堂及其有效措施刍议[J].电化教育研究，2013，8：79-83.

[7]许英姿，沈玉凤.基于翻转课堂的理论力学教学改革与实践[J].力学与实践，2015，06：737-740.

[8]黄田富，胡志彪，吴 华，等.翻转课堂教学法在《材料力学》课程教学中的应用[J].龙岩学院学报，2015，05：112-116.

[9]张金磊，王颖，张宝辉.翻转课堂教学模式研究[J].远程教育杂志，2012，04：46-51.