基于翻转课堂的《材料力学》课程内容设计*

2020-12-29郭晖

科学与信息化 2020年35期

郭晖

武汉商学院湖北武汉 430056

“零零后”的学生是网络化、信息化的“原住民”，智能手机等移动终端的使用及微信等软件的运用已经成为新一代学生日常生活中不可或缺的一部分；加之，精英教育已经走下神坛，在一轮一轮的教学改革后，每一门课的课时量大幅下降已经成为一个普遍的现实。在教育大众化与时代信息化背景下，翻转课堂应运而生[1]。

1 课堂教学内容设计

1.1 总结整体教学思路

在36学时的框架内，“材料力学”主要掌握拉压、剪切、扭转和弯曲四大基本变形加压杆稳定性知识的讲解。整个课程都围绕内力、应力、变形三个方面进行讨论分析。研究方法相同、逻辑推导相似，课程紧密围绕“外力→内力→强度计算→刚度计算”这条主线讲授。

1.2 各章内容设计

在第一章的绪论部分，我们必须对课程研究对象、基本假设阐述清楚，更为重要的是的对贯穿整个课程始终的内力、截面法进行重点讲解。这一部分知识看似不重要，其实是对本门课程的主线知识背后的逻辑和思路进行阐述，起到提纲挈领的作用。“材料力学”主体内容中为拉剪、扭转、弯曲、压杆稳定。而在拉剪、扭转、弯曲的部分中，要把重点放在对应力、变形这一主线知识讲解，尤其是应力公式形式上高度一致，具有类比性。尤其是扭转和弯曲中的惯性矩和截面系数数值上有一个二倍的关系，学生极容易混淆。在教学过程中对其共性和差异做出归纳，不必对理论进行深入推导；不断进行比较、记忆，加深对公式背后的理解记忆。

表1 课程主要内容梳理

“材料力学”每一章都有一些细小的知识，经过多年的教学经验，我们往往希望把所有细小的知识点都教授给学生。但是遗憾的是面面俱到只能是面面俱不到，学生在学习中抓不到重点，最后造成所有的知识都像新的一样。通过多年的教学总结，总结了主体知识点（见表1）。在有限的教学时间里必须优先完成这些知识。并且通过课上和线上结合的方式保障教学内容的顺利完成。

在整个教学内容中有两章较为特殊的内容：①应力和应变分析、强度理论和②组合变形。在新的一轮教学改革中，由4学分降低至3学分，我们不得不进一步压缩课程内容，因此只能忍痛割爱地删除整个组合变形的内容。但是作为汽车专业，弯扭组合又极其重要。因此，在现有条件和学生的接受程度下，我设计的教学思路是这样：强度理论部分首先讲解它的适用范围和公式理解。我们将汽车中用得到的第三强度理论和第四强度理论按照“机械设计基础”等课程中的公式应用形式在课堂上以例题的方式展开，要求学生通过自己的计算，既深入理解对强度理论在实际弯曲、扭转中的应用，又在例题末尾总结中顺带告诉学生该例题的重大应用场合和组合变形的问题解决思路。这样做的好处是保留组合变形中的重要知识，避免计算强度极大的学时浪费，打通课程各章之间知识点分界，并且将强度理论的知识融入解决工程实际当中，为后续课程做好理论准备。

2 翻转课堂内容设计

在课堂教学内容设计的环节可以看出，课堂上重要的任务是将知识重点的部分呈现出来，而各个知识点的连接和各章的细小的知识基本上是很难呈现出来了的。而且对于学生来说，学习是个渐进的过程，不能指望单纯的课堂学习就能对课程掌握得很好。我们必须把课程中部分内容和练习到翻转课堂以外去。翻转课堂教学模式是在特定的师生活动中展开的，打造全方位的交流环境，将传统教学环境和网络在线环境的高度融合。

2.1 微课环节设计

在这次疫情下，传统的课堂模式完全被打破，网络微课资源短时间得到了最大利用，也因此有机会系统性地应用网络微课资源。在国内有很多优秀的微课平台，平台针对“材料力学”有许多大学许多老师的讲课，可以取百家之长。他们共同特点就是都是5～7min时间的小视频，学生可以运用手机、电脑、平板等多硬件学习，一个账号对应一个学生，学习进度实时同步。一个视频只针对一个特定的问题。特定问题可以是知识精华，亦可是力学故事，更可是工程问题。

作为老师角色，我们把网络资源逐一筛选，将课程特色进行分类，每个特色只推荐一个微课资源，做到少而精，让学生自己选择适合自己的类型。并且引导学生重点需要看的知识。例如，弯矩图的部分，课堂内容是有限的，要鼓励学生在微课平台上多多学习。扭转、弯曲强度及弯曲变形推到过于复杂。在以往课堂教学中，实际效果并不好，属于费力不讨好的内力。现在我们在课堂上少对公式进行理论推理，把“直接用于解决实际问题”放在首位；要让学生分清主次，清晰掌握课程的主线。而将推导过程“翻转”到网络微课上，让学有余力的同学通过网络微课资源有针对性的学习,形成完整的课程体系。

在课前，便于开展个性化的自主学习，一个班上，学生基础参差不齐，学习态度更是天差地别。通过翻转课堂首先解决愿意学的学生吃不饱的现象，为他们课前先学习提供平台，带着问题上课学习效率更高[2]。

在小学时背景下，在课程体例中的组合变形、能量法都只能从课程教学中剔除，但是可以通过网络微课平台，引导学有余力的学生深入学习，大大提升了知识的深度和维度。

2.2 课后环节设计

传统“传统材料”力学课后作业负担是比较重的。其中的关键问题作业独立完成的监督机制是非常薄弱的。往往是作业做的是花团锦簇，考试考的是惨不忍睹。同时发现在作业后期，长期会有固定学生不交作业。我们不得不承认：作业效果收效甚微。因此，我们必须摒弃传统的布置作业的做法，在习题的选择上，把握“重基础、抓主线”的原则。对于支线的知识，习题不做要求。主线的知识，选择习题时一改传统的“加法”思维，不妨做做“减法”。通过这个方法，到最后会精选出极少的一部分的习题。最后重新审视这些习题，对于里面一道题涵盖了一章的强度和刚度知识的，在多找一些类似的习题。对主线知识，一个套路，反复做。注意，这不是题海战术，是因为“材料力学”自身特点——解决问题的思维方法单一。而恰好这种思维是学生在初中高中的物理学习中几乎没有涉及的。通过不断训练，将课程思维耕织到学生脑中。而这对于跨章节的综合性习题，习题作业效果更是没有几个学生真正意义上做出来。因此，在近几轮的教学中已经全部删除。对于这些精选习题，我们对于学生反复强调习题和独立思维的重要性，要求学生不打折扣地完成；鼓励学生在遇到困难时首先自己通过查找资料等方法独立解决，解决不了的或者困惑的部分通过QQ等在线讨论，寻求帮助。在疫情期间，更是通过优秀的微课平台上传全部作业，保障教学顺利完成。下一步，我们将精选一些能用“材料力学”知识回答实际问题的案例，定期通过“腾讯会议”等软件与学生互动。

3 课程考核设计

在材料力学的课程考核方面遵循“重视基础，挖掘深度，激发智慧”[3]的原则。重新审视现有的课程考核体系，第一步首先我们成绩组成的全部四个环节（包括：期末考试、材料力学试验、课堂表现、作业综合评定）进行量化、加权，最终得到学生最终成绩。在实践中也发现了例如学生某个环节完全没有分的情况下可以顺利通过课程；期末考试成绩极低的情况下仍能顺利通过等不太合理的情况。通过多轮的课程实践将量化和权重指标科学化、合理化。下一步，考虑将线上自主学习测评也纳入考核体系，不断完善课堂考核体系，最终实现从考核学生的“灵活运用基本概念和基本理论的能力”到考核学生的“分析和解决问题的综合能力以及创新思维能力”[4]的飞跃。