基于雨课堂的翻转课堂模式教学改革——以《理论力学》课程教学为例

洪锦泉

(闽江学院 物理与电子信息工程学院，福建 福州 350121)

《理论力学》课程传统教学以教师讲、学生听为主，对学生课前是否完成预习、学生课堂学习效果如何、课后知识复习与巩固是否进行等方面教师无法实时掌握，同时，在课堂上师生高效互动、学生在课程学习轨迹自动记录与学习行为量化等方面也比较薄弱。因此，改进《理论力学》课程教学方法，创新教学方式，丰富教学手段，促进学生自主、高效学习成为当前研究热点。随着信息技术的发展，翻转课堂、慕课等新型教学方式的兴起，以及“雨课堂”的出现[1]，使教师掌握学生学习动态，了解其知识掌握程度，提高学习效率，促进良好自学习惯养成成为可能。本文结合本校《理论力学》课程教学现状，采用基于雨课堂的翻转课堂教学模式进行相关的教学改革。

一、《理论力学》课程教学现状

理论力学是各门力学课程的基础，同时也是一门对工程对象进行静力学、运动学、动力学分析的技术基础课，为实际工程问题的抽象、简化与建模分析提供了必要的理论依据，在诸多工程技术领域有着广泛的应用。同时，理论力学的方法在科学研究中具有一定的典型性，通过课程学习，有助于学生提升自学能力、逻辑思维、分析能力、建模能力，其重要作用不言而喻。该课程理论性、抽象性较强，概念、定理较多，解题方法灵活多样，学生学习过程中存在较多问题。

(一)有限的教学时间与多元的教学内容之间的矛盾

以闽江学院为例，机电专业理论力学课程采用清华大学李俊峰主编的《理论力学》教程，授课时间为40学时，在一个学期内完成教学。虽然课时比较少，但学习内容涵盖运动学、静力学、动力学等三大模块的内容，学生学习“减时不减量”。在有限的教学时间内要完成相应多元的教学内容，教学节奏快，任务多，完全采用传统的夸美纽斯教学方式，效果差，学生学习兴趣不高。

(二)教师“专制性”教学与学生“自主性”发挥之间的矛盾

在传统教学过程中，过分强调教师“专制”，实际上是以教师为中心进行。虽然在有限的教学时间里，教师能尽最大限度完成教学实践活动，但学生是否掌握教师所传授的知识，对知识的理解与了解程度如何，教师无法较为全面了解。学生只是习惯于知识“灌输”模式，但自我学习与思考、问题批判、见解表达等能力得不到充分发挥。

(三)教材资料单一与信息资源复合多样之间的矛盾

在实际的教学过程中，教师往往是围绕选定的教材体系展开教学实践。而信息化背景下，特别是MOOC平台的兴起，可获取的资料信息非常丰富。教师希望学生具备“取百家之长”的能力，能博览群书，而学生一方面更倾向于“实用”主义，只掌握教师所传授的知识与期末考试的知识范围；另一方面即使能自主获取信息，也无法深刻理解各知识点之间的相互关联与用法。

(四)较为传统的教学策略与智慧课堂信息化技术之间的矛盾

信息技术的发展与完善，基于利用大数据和云计算技术的智慧课堂教学，教师能够较客观了解学生学习情况，使因材施教成为可能。传统课堂教学模式下，智慧教学平台面临“英雄无用武之地”的尴尬境遇，教师无法全面掌握学生课前—课堂—课后学习行为。

二、基于雨课堂的智慧教学模式的优势

雨课堂是由清华大学在线教育办公室和学堂在线共同推出的新型智慧教学工具，将复杂的信息技术手段融入PowerPoint和微信。课前教师能够将相关教学资源推送至学生手机；课堂实现师生实时问答互动与信息反馈，实现课堂教学翻转；课后教师分析学生学习行为相关数据、量化了解学习效果、把握学生的学习轨迹。基于雨课堂的智慧教学具有众多优势：

(一)教学反馈实时化

教师使用雨课堂能够实时统计学生对于客观题的选择情况；弹幕功能的开启与投稿功能的实现，使得主观题答题情况的实时反馈成为可能。学生能够针对教学资源中的重难点及时选择“不懂”或“收藏”，有意识地重复学习。雨课堂有助于师生较为有效地双向有效沟通。

(二)教学形式新颖化

对于教师课堂提问，学生不仅能及时看到全体同学对客观题答题情况的统计分布、参考答案及时解析，而且能够通过弹幕形式发表自己的见解与观点。同时，教师可通过随机提问的形式抽查部分学生解答问题。同时将学生喜闻乐见的“网络化”形式应用于课堂教学中，极大增强了学生学习乐趣。

(三)教学记录全面化

雨课堂能够自动记录覆盖课前—课堂—课后全方位的教学信息。课前，学生是否完成教师指定的预习资料；课上，是否认真参考教师设定的问题，答题情况如何；课后，存在哪些知识盲点。这些学习行为的全方位记录，促进教学由“经验驱动”向“数据驱动”转变。

(四)教学手段便捷化

雨课堂平台基于大众熟悉的社交工具——微信和办公软件——PPT重点进行研发，使用便捷；雨课堂教学支持学生线上所有慕课资源，以及其他主流视频网站的网络视频；且基于传统方式授课的课件仅需稍作修改即可实现课堂互动；实时了解课堂内外所有的师生互动信息与统计结果，教学行为数据获取便捷。

(五)教学方式智慧化

仅依靠雨课堂，传统课堂可瞬间化为智慧课堂，实现实时互动、全面记录、高效反馈。教学资源与手机终端的实时同步，使得教师分享课前预习资料与课件复习资料，学生课堂上巧妙做笔记、专注听课、及时反馈；基于学习行为的数据信息自动统计与分析，使得教学设计与改进有理、有据、有节。

三、基于雨课堂的翻转课堂教学模式

(一)翻转课堂

翻转课堂，是一种通过颠倒教师知识传授与学生知识内化过程的新型教学模式：教师与学生的角色发生转变，课上教师可以不再占用绝大部分课堂时间讲授知识；学生也不再被动地接受知识传输，而是有意识地主动参与知识理解、内化。

(二)基于雨课堂的翻转课堂教学

如何有效了解学生学习行为特色与学习能力，进而对学生学习过程进行有效干预与指导，是翻转课堂成功实施的前提。雨课堂的出现，学生所有的学习行为数据能被自动完整采集，有助于教师系统分析学生学习的时间与学习活跃度，了解学生线上学习的特点、习惯与效果，了解线下学习存在的问题和困难，探索线上与线下教学活动的有机融合。

(三)基于雨课堂的翻转课堂教学设计

基于雨课堂的翻转课堂对教师高效完成教学活动提供了机遇，也提出了挑战。教师在教学设计上要预判学生学习过程中可能面临的问题，挖掘学生学习潜力，促进教学相长。

第一，把握适度原则。翻转课堂教学内容若均采用翻转形式，学生可能产生逆反心理；考虑选择什么内容进行翻转教学能够实现事半功倍的效果；在教学形式上，翻转程度如何选择，均需教师把握适度原则。

第二，平衡“加减运算”。基于雨课堂的翻转课堂教学，学生的学习活动涵盖了课堂前后。这要求教师着眼教学设计，合理安排课堂内外的教学内容，课堂内外的教学适当做“加减法”。只有课堂教学内容做减法，教学手段与方法才能做加法，课外学习活动与课堂教学效果才能做加法。

第三，注重“数据驱动”。雨课堂的使用还有助于教师优享大数据红利。雨课堂平台能够记录相关的教学数据，并能自动统计、智能分析。在教学过程中，教师应注重相关的统计数据，分析学习者行为，转变“经验驱动”模式，注重“数据”驱动，关注学生行为数据，分析学生学习习惯。

第四，衔接线上线下教学。当前教学翻转课堂大部分是注重教学形式上的翻转，而缺乏线上线下有机互动。基于雨课堂的翻转课堂教学活动，注重依托雨课堂工具所具有的交互系统；依托大数据所蕴含的学生学习行为轨迹信息，促进线上与线下教学活动深度融合。

(四)基于雨课堂的翻转课堂教学模式

教学模式构建，如图1所示。雨课堂作为翻转课堂的实施平台，有助于教师课前完成教学设计与资料推送，并能通过平台上学生所反馈的信息及时调整教学设计。课上，雨课堂有助于师生完成全方位互动，帮助学生更好地内化知识。课后，教师通过雨课堂发送复习资料，并注重相应的教学数据收集与分析，实现个性化教学。

图1 基于雨课堂的翻转课堂教学模式

四、基于雨课堂的翻转课堂教学实践

以清华大学李俊峰等主编的《理论力学》第二章刚体运动学中第三节刚体平面运动为例，以闽江学院17级机械电子专业为对象，开展教学改革实践。根据教学大纲的要求，本节要求学生重点掌握用基点法、瞬心法和速度投影定理等方法求解刚体上任意一点的速度。本节重点在于教师通过举例与计算题等加强学生对上述三种方法理解。通过教材与学情分析，采用完全翻转方法教学。

(一)课前准备

1.小组探究

以学习小组为基本单元，每组七人(共8组)：一方面，小组学习方式有助于朋辈互助学习，发挥每位成员的优点；另一方面，团队学习方式有助于成员相互监督，有助于课堂上使用头脑风暴法解决问题，实现高效学习。

2.预习资料

预习资料中的微课资源，教师使用雨课堂中插入学堂在线平台上清华大学高云峰教授主讲的慕课视频。该慕课视频与匹配的参考书目与我校学生所使用的教材完全一致，学生易于接受。课前，教师把课件发给学生预习(包含习题)。

3.课前作业

以最普遍的曲柄滑块机构为例，教师在布置的预习作业里，介绍了曲柄滑块机构在日常生活中的应用，并布置预习作业。

预习作业题目，如图2所示。已知曲柄滑块机构一端绕O点转动，其角速度为，另一端B点沿水平方向滑动。OA长为R，在某一瞬间OA杆与OB杆与水平方向夹角分别为45°与30°，求此瞬时(位置)B点速度与AB杆角速度(使用基点法、瞬心法和速度投影法等求解)。

图2 曲柄滑块机构

4.课前预判

以雨课堂作为学生信息反馈渠道，了解到学生本节内容的相关知识均有初步掌握。教师从不同解法中各选一组作为课堂知识分享与探究对象；对课件里最多学生点“不懂”的知识点进行强调，对没有做好预习工作的同学，教师及时跟踪提醒。

(二)课堂教学

1.知识回顾

知识回顾环节，教师讲解新知识是以学生讲授为主，其他学生可进一步补充，教师注重发挥主导作用，主要针对学生理解误区进行知识点拨，并适当延拓。

2.主线串联

教师以预习作业答案解析为串联主线，通过“投屏”功能，按基点法、瞬心法和速度投影法、求导法等四种方法分类，邀请代表成果分享，着重介绍解题思路与解题过程。同时，结合解题过程中所包含的部分知识点，教师对主讲学生进行提问，其他小组成员进行互评与补充。

3.习题巩固

以课前预习课件中的精选习题为载体，以小组代表课堂探究、成员讨论、成果分享为主，其他小组成员点评补充为辅。同时，教师注重调动学生学习积极性，挖掘其潜能，防止以团队进行学习时个别学生滥竽充数。

4.知识总结

除了本次课堂主要知识点进行总结外，教师通过生动详实的工程实例与动画演示，介绍本次学习要点在生产实践中的应用，加深学生对知识的理解与巩固。

(三)课后提升

学生除了完成习题作业外，还可以针对不懂的课件对知识进行梳理总结；教师通过雨课堂发送其他复习资料，帮助学生进一步提升水平。同时，基于雨课堂工具所具有的数据反馈优势，教师及时进行分析统计，以备下次教学及时调整教学方案。

五、结语

基于雨课堂的翻转课堂教学采用“线上+线下”的教学模式，不仅保留了传统教学特点，而且发挥了线上学习的优势，同时翻转课堂模式能够极大地激发学习者主观能动性，体现了“以学生为中心”的教学理念。雨课堂使得课堂内外师生立体式互动成为可能，且其“全景式”学习行为记录，有助于教师量化学习效果，制定个性化培养方案。当然，在实践中也存在一些问题：如何开展科学、有效的多元评价体系，将学生课前与课后的学习行为与效果纳入评价范围等，仍待一步思考与探索。