《流体力学》翻转课堂教学过程的设计与探讨

段双平 王 令

（西南科技大学土木工程与建筑学院，四川 绵阳 621000）

一、前言

传统的课堂教学模式以老师、书本和课堂为中心，往往形成老师单向灌输、学生被动接受的局面。传统教学模式具有非常明显的缺陷和弊端，比如太死板，严重缺乏个性与创造力；过分强调了教师的作用，忽视和压抑了学生的主动性与潜能的发挥。随着互联网和信息技术的发展，慕课、微课、翻转课堂是当代教学改革和创新的重要载体，相对于传统高校课堂教学模式，它们充分利用信息技术构建教学知识结构，以灵活、自主、可重复、传播性强的特点，使课前的教学活动和课堂实现师生互动，课上课下融为一体。慕课的教学模式就是将课堂上的内容搬到网络平台上，通过各模块的设置，循序渐进，激发学生的学习兴趣，实现知识点在脑中由零碎到系统框架的形成。慕课课程模式下，教师可根据线上平台收集学生学习情况的相关数据，然后通过分析数据，找到学生的学习规律，不断完善慕课平台。微课是以视听一体式的特点与教学紧密结合、以某个简要明确的主题或关键概念为授课内容，采用视频和音频结合的方法录制的课程。翻转课堂又被称为“反转课堂”，起源于美国，是从英语“Flipped Class Model”翻译过来的,它改变以往的授课流程，由“先教后学”转为“先学后教”，重新调整课堂内外的时间，将学习的决定权从教师转移给学生，让学生课下学习，课堂上开展实践练习、协作学习等模式，学生的参与度更强。从三种教学模式来看，针对流体力学理论性强、工程实际应用广、基本概念多、内容抽象且不容易理解、方程多且应用难度大等特点，翻转课堂相对于慕课和微课来说是更适合该课程的教学方式。“翻转课堂式”是对基于印刷术的传统课堂教学结构与教学流程的彻底颠覆，由此将引发教师角色、课程模式、管理模式等一系列变革。

二、流体力学的教学现状

流体力学是建筑环境与能源应用工程专业的重要专业基础课之一。传统的流体力学理论教学和实验教学都存在较大问题，以教师为中心的教学模式已经无法适应互联网时代的创新性人才的培养目标。目前的流体力学教学主要存在以下问题：理论教学和实验教学分离；缺乏探究性的学习氛围；老师的教和学生的学不同步；考核方式单一而死板等。

三、基于翻转课堂的流体力学教学设计

为了颠覆传统的教学模式，并使基于翻转课堂的流体力学教学达到完美效果，必须使这个教学过程中的两个主体-教师和学生极力配合，而且学生在这个过程中扮演的主体角色尤为重要，因为如果学生不发挥他们的主动性，这个翻转课堂将依然停留在传统的教学模式。但同时，学生主体性的发挥离不开教师的积极引导和对课程的精心设计。

（一）课前准备

1、教师课前准备

教师的课前准备是翻转课堂实施的关键。教师课前准备的内容和目的是让学生通过自主学习弄懂相对简单的知识内容，并能根据所学的基础内容提出问题、分析问题和解决问题。基于这样一个目的，教师需要做以下几个方面的工作：

（1）根据教学大纲分解细化学习目标和构建知识点框架

根据建筑环境与能源应用工程专业的流体力学教学大纲，将课程教学内容分解细化为小知识点，并确定学习目标，标出难以理解和掌握的难点以及需要掌握的重点。构建引领学生循序渐进学习的知识点框架，建立知识点之间的联系，形成一定的知识体系和学科知识全貌。知识点框架图中标注学习目标、学习方法、学习资源、学习活动、学习拓展等，并留空让学生填写学习中的遇到的问题。知识点框架是学习目标实现的载体，是翻转教学取得成功的重点之一。

（2）设计并制作教学微视频

合理设计、精心录制的教学视频是流体力学翻转课堂教学实施的关键环节。知识点框架构建好了之后，教师要以知识点框架中的知识点为单位设计和录制教学微视频，视频应短而精悍，时间应控制在10 分钟左右，知识点的讲解应生动、简练并要突出案例教学。教学视频的录制不一定覆盖所有知识点，可以只录制学生较难掌握的知识点，而且微视频的学习顺序可以与教材的编排顺序不同。

（3）准备基础理论练习题库和拓展性题库

根据学习目标和知识点，准备相应的基础练习题库和拓展性思考题库。基础性练习题库旨在巩固和促进学生对各个基本知识点的掌握，侧重于概念和基础理论。拓展性题库旨在培养学生应用基础理论的能力，侧重于理论的应用。拓展性题库包括课中的讨论题库、课后的大作业。

2、学生课前准备

学生根据教师提供的课前学习资料，包括学习目标、微视频、课件、教材、课外书及练习题库及网络资源等进行自学。教师对学生自学提出如下要求：

（1）按照学习目标，梳理教材，辅以课件，标出自己难以学懂的内容。

（2）观看微视频，通过微视频中的讲解，巩固已经掌握的知识点，尝试弄懂自己难以弄懂的知识点。继续标出观看微视频之后难以理解的知识点，并提出自己的问题。

（3）通过翻看课外书、查找网络资源和做练习题库，进一步巩固所学的知识，解决上述问题和拓展教材内容。

（4）收集课前准备所遇到的问题，并提供给老师。

（二）课堂教学

老师在课堂教学中的作用主要是解答学生课前学习中遇到的问题及开展讨论。首先，对本节课的教学内容进行归纳总结，并突出重点和难点教学内容。其次，了解学生的知识盲点，解答学生课前学习遇到的问题，并重点讲解学生普遍弄不懂的教学内容。面对实际问题，引导学生主动尝试从流体力学的角度运用所学知识和方法寻求解决问题的策略，实现教育心理学中的正向“学习迁移”。最后，开展课堂讨论。根据课前准备的课堂讨论问题，将学生分成四人一组，10～15 分钟一组讨论，讨论完之后，每组派一名学生上台讲解讨论结果，最后由老师点评并总结讨论结果。在点评总结环节，教师可以适当地进行知识的拓展，可以将最新的研究成果和科研思想融入课堂教学。

（三）课后拓展

为进一步巩固课堂上学习的知识，课后应该做到如下环节：

1、检测练习。课后检测练习的难度应该比课前的练习题库偏大，应侧重于基础知识的应用，用以检测学生通过课前学习和课中教师辅导之后的学习效果。学生做完检测练习之后，由老师批改，方便于教师了解学生对知识的掌握程度和内化程度，也可检验学生的自学能力。

2、拓展学习。对于学习能力比较强的学生，可以进行科研素质的培养，例如可以组织这些学生课后进行CFD 软件的学习、文献阅读以及参与流体力学相关研究，以满足他们的进一步探索新知的欲望。

四、流体力学考核办法的变革

传统教学中的考核采取闭卷考试的方式，虽然在最终的成绩中卷面成绩只占70%，剩下的30%为平时成绩，但这个平时成绩的给定依据主要是根据课后作业做的情况来评定，受限于这种传统教学模式，很难给定学生的过程性评价。这种评定方法已经不适应翻转课堂的教学模式。在“翻转课堂”模式下，应采取考试和过程性评价相结合的考核方式，各占50%。其中考试应包括闭卷考试和开卷考试，闭卷考试侧重于考核学生对基础知识和基础理论的掌握程度，而开卷考试侧重于考核学生对基础知识和基础理论的应用能力，闭卷考试和开卷考试的成绩各占50%。过程性评价主要考核学生课前自主学习效果、课中积极参与讨论，提升知识获取的参与度。过程性评价成绩的构成包括课前进阶练习与测验、课堂讨论发言、Team work 形式专题训练的参与与展示、课后小测验、答疑讨论区表现活跃度等，以期客观真实地反映每一个学生的学习历程。

五、结语

“翻转课堂”教学模式，完全颠覆了传统的教学模式，无论是对教师还是学生都提出了新的挑战和要求。教师课前需要根据教学大纲分解细化学习目标和构建知识点框架，并设计制作教学微视频和准备练习题库和讨论题库。在课堂教学中，教师要解答学生课前学习中遇到的问题及开展讨论。学生课前的学习，是为了更好地与教师在课堂讨论中的配合。课后通过检测练习来检验学生对基本理论的掌握程度。采取适应翻转课堂的考核办法，即采取闭卷考试、开卷考试和过程性评价相结合的考核方式。