基于思维导图的“结构力学”翻转课堂教学实践

郑丽凤 巫志龙 周成军 林玥霏 胡宝森

（福建农林大学交通与土木工程学院，福建 福州 350108）

近年来有关“翻转课堂”教学模式的研究与实践层出不穷，该模式通过“课前观看视频——完成知识传递、课上交流讨论辅导探究——实现知识内化”的方式实现了对传统课堂教学的革新，使信息技术与学科教学相结合，顺应了网络信息技术的发展。在翻转课堂教学效果的评价上，有人认为翻转课堂能够有效提升学生自主学习能力，发展学生思维能力，提高学习成绩；[1][2]也有人认为形似而神不似的翻转课堂并不能真正提高教学效果。[3]笔者结合“结构力学”课程特点，尝试在教学中运用翻转课堂的理念，并以“思维导图”导学助学，以期为力学课程有效进行“翻转课堂”教学实践提供过程、方法参考，促进课堂教学变革。

1 学情分析和翻转内容选择

笔者所在院校，生源基本踩着本一线，从调查情况看，大多数学生都能充分认识到力学课程的重要性，学习目标很明确，渴望开放的学习方式，但自控力差，学风不够深厚。课前，只有极少数同学能进行简单的预习，但很少同学能深入地理解，缺少查阅文献资料的习惯，缺乏自主学习的意识和能力。课堂上大多同学能跟上老师思路，但多为被动地听讲，缺少质疑精神。课后，大部分学生能完成作业，但存在一定程度的抄袭现象，很多同学抱着“先抄后补，先参考后学习”的想法来做作业，影响了学习效果。

“结构力学”是在已修的“理论力学”和“材料力学”的基础上，进一步研究杆件结构的组成规律、计算原理和计算方法，了解各类构件的受力性能，为学习后续的专业课打下基础，是一门理论性和实践性都很强的课程。学习结构力学，一般来说要多练多思，多练是为了掌握基本解题的方法步骤，多思是为了培养分析问题和解决问题的能力，只有练中多思，思中多练，善于分析对比总结，才能融会贯通，灵活运用理论和方法来分析实际问题。

由于大多数学生缺少自主学习的能力，加之“翻转课堂”的效果有待验证，因此选择个别章节进行“翻转课堂”教学实践。静定结构的内力分析方法就是应用平衡条件求反力和内力，这部分的知识学生在“理论力学”和“材料力学”中已经有基础，相对而言，学生具备了自主学习这部分知识的能力，因此选择这一篇章选择内容开展翻转课堂实践。

2 翻转课堂教学框架构建

结合课程特点，借鉴张金磊等人的翻转课堂结构图，[4]构建了翻转课堂教学框架，如图1：

图1 翻转课堂教学框架

课前，教师备课，明确学习目标，为学生提供视频、课件、学习网站等各种参考资料；学生通过观看视频资料，自主学习，并提出疑惑。教师要通过网络平台跟进学生学习进度，时时交流，为学生课前自主学习提供支持和帮助，并整理学生提出的问题。

课中，教师首先根据学生提出的主要问题进行答疑解惑，明晰重点难点，接着组织引导课堂交流，合作探究，在此期间要对各小组同学个性化的指导，帮助他们解决问题。之后给学生充分的时间进行巩固练习。最后教师进行总结，对课程知识进行系统化的梳理。

课后，学生复习，并完成课后作业，巩固在课内学到的知识。教师对作业进行批改点评，并提供学习拓展资源，供不同程度学生进一步探究。

3 翻转课堂实践

以静定平面桁架这一章为例，说明翻转课堂教学实践。

3.1 课前

学生任务单设计：学习任务单是培养学生自主学习的有效形式，采用思维导图软件Free-Mind制定了本章的学习任务单，从“学习指南、学习资源、学习任务、问题设计”四个方面设计，其目标是要让学生明白自主学习中要做什么，该怎么做，并知晓课堂将采取何种形式，见图2，受篇幅所限，图中一些结点未展开。

微视频设计：微视频是支持学生完成自主学习任务单的“脚手架”。本章录制了5个小视频，时长在5～8min之间。在网络教学平台同时配发该章课件、教案、习题及相关学习资源网络链接，为学生提供主动学习的工具。

基础练习以课后习题为主，采用手写拍照，网络提交，教师直接在网上批改，反馈。同时教师还要在网络上督促学生自主学习，鼓励同学提出问题，了解学生的学习情况和学习困惑，以清晰明了学习者的情况。

图2 静定平面桁架翻转课堂学习任务单

3.2 课中

上课时首先对学生提出的问题进行集中答疑。对于习惯应试教育的学生，缺少提问的习惯，对自己不理解的问题不敢提出。因此在这个环节，教师要预设问题，如以结点为研究对象，是不是只能建立投影方程？是不是所有的静定桁架都能用结点法求出？零杆既然不受力，在实际结构中能不能去掉？结点法的局限性？在力矩方程中若力臂不好找，如何处理?如何根据结构的几何组成，确定计算方法？简单桁架、联合桁架及复杂桁架如何求解？等等。通过对这些问题的解答，从中梳理本章的重点和难点。

之后给学生足够的时间进行合作探究。本章合作探究预设的问题是“结点法、截面法、联合法的比较”和“对称性的利用”。采用小组合作的形式，学习小组是事先划分好的，按照力学课程成绩，结合性格特点、性别诸方面的差异，以“组内异质、组间同质”为原则确定，每组由5-6人组成。课上由组长组织讨论，互相启发，合作探究，教师此时巡回在各小组，聆听各小组的讨论，并给予各小组同学个性化的指导。之后由各小组反馈合作成果，教师点评。

巩固练习也采用小组合作形式，学生互帮互学。成绩好的同学完成练习的速度快，因此在这个阶段，要特别强调成绩好的同学对学困生的辅导与帮助。完成巩固练习后，由各组代表在黑板上写出自己的解题过程，或向全班的学生介绍自己的讲题思路，其他组同学补充不同的解题思路，教师进行总评。

总结点拨阶段采用思维导图，现场师生共同完成本章的知识体系，从而将课程知识进行系统化的梳理，这样可以有效地弥补微视频知识碎片化的影响，不仅有助于学生的理解，而且增加了学生对知识之间的联系。

3.3 课后

对于翻转课堂，课后不再需要更多对应的强化学习行为，因此仅要求学生将课堂上的练习加以整理完成作为课后作业。同时考虑不同层次学生学习的需要，给出一些拓展资源，见表1[5-7]。

表1 静定平面桁架课后拓展学习资源

4 翻转课堂教学反思

4.1 引导课前自主学习是翻转课堂成功的前提

对学生而言，要真正地实现由被动听讲者向主动学习者角色转变，需要转变思想观念，提升自己的学习主动性。翻转课前学生需要花费大量的时间进行系统的自学，需要对知识有整体的理解与掌握，才能在课上进行交流探究，参与课堂讨论并完成课堂练习，达到课上将知识进行内化的目的。因此如何有效地引导并监管学生的自主学习，成为翻转课堂成功的关键点之一。从实践的结果看，通过课前的动员与学习任务单，大多同学能够完成课前自主学习，但也有少部分学生课前自主学习走马观花，甚至只是在课前简单预习，因此在课上就跟不上教师的节奏，翻转的目的就很难达到。采取何种措施来培养学生的自律性和主动性，保证课堂外学习的动力，是值得在实践中进一步探讨的问题。

4.2 提高教师信息化教学能力和专业能力是翻转课堂成功的关键

与传统课堂相比，翻转课堂对教师提出了更高的要求。一方面要求教师会运用信息技术制作教学视频和其他教学辅导材料，学会录制、编辑视频，并利用信息技术工具搜集、获取、传递、加工、处理有价值的信息，提供课程框架，为学生制定学习计划，提供各种的网络资源、课程拓展材料等。另一方面，教师要对课堂教学中可能出现的情况做出更多的预设，要有观察、统筹管理课堂，把握课堂进程的能力，要能及时对学生个人、小组及整个班级进行反馈与评估。此外在学生的自主学习期间，教师还得尽可能地提供在线帮助，这些都增加了教师的工作量。因此，实现真正的翻转不是一蹴而就的事情。[8]

4.3 翻转内容的恰当选择是翻转课堂必须考虑的问题

翻转课堂不可避免地增加了学生的学习负担。对“结构力学”课程来说，课上2学时，课前学生至少得有不少于3学时的自主学习时间，才能保证完成翻转课堂课前的任务。如果整门课程进行翻转，自律性强的同学学习效果必然增加，但对于自律性差的学生来说，日积月累，信息量和知识量会形成不良循环。若有多科目同时进行翻转课堂教学，学生的学习时间就很难得以保障。因此在现阶段将整门课程进行翻转，条件并不成熟，而应结合课程特点和学情，有选择性地进行翻转，从而与传统课堂优势互补。“结构力学”课程，静定部分内力计算比较基础，适合普通高校开展翻转性学习，对其他章节可以选择一些习题课或复习课开展翻转课堂探究性学习。

4.4 学习任务单和知识体系图能够一定程度破解翻转课堂难题

学习任务单是帮助学生自主学习的行动指南，通过任务单，要让学生了解学习目标和学习任务是什么，有哪些学习资源，如何开展自主学习。在任务单上，要将教学重点、难点和其它知识点转化为问题，帮助学生理解概念、原理和掌握方法。

知识体系图是知识概括化、结构化的知识树。在翻转课堂中，短小的视频，分散的练习，造成知识点的分散、不连贯，因此非常有必要建立知识体系。教学中采用思维导图，由师生共同完成知识体系图，这种演示方式不仅有助于学生对本章的知识迅速建立起完整的框架，而且有助于加深学生对重点、难点知识的理解，有利于提高学习效果和效率，不失为提高翻转课堂的效果的好方法。