常利武 孫玉周 許君風

中原工學院建筑工程學院（450007）

0 引言

近年來，翻轉(zhuǎn)課堂作為一種新的教學模式越來越受到教師們的青睞。翻轉(zhuǎn)課堂借助現(xiàn)代信息化教學環(huán)境，課前布置預習或觀看課程微課任務，引導學生自主學習。課堂不再是老師的“獨角戲”，而是師生之間、生生之間互動交流的場所。課后不再是單純的布置書面作業(yè)，而是引導學生課后反思和知識的延伸。相對于傳統(tǒng)教學模式，翻轉(zhuǎn)課堂突破了時空條件的限制，促進了多維互動，使學生真正成為學習的“主角”，更能體現(xiàn)“以生為本”的教育理念。

翻轉(zhuǎn)課堂教學模式在一定程度上改變了過去填鴨式教學的弊端，使學生由被動學習轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W習，成為培養(yǎng)學生自主學習能力和團隊協(xié)作精神的有效途徑。實施翻轉(zhuǎn)課堂，很大程度上調(diào)動了學生學習主動性和積極性，但在實施過程中也存在不少困難，如學生課前自主學習環(huán)節(jié)只關注學習資料，缺乏對課程微課或課件的思考和應用；課中學生討論或講解環(huán)節(jié)，部分學生往往只流于形式，并未真正參與其中，僅僅是由原來的“先教后學”變成了“先學后教”的教學模式[1]；學生課后反思環(huán)節(jié)，往往只是停留在單個知識點的理解層面，不追究力學理論和實際工程的聯(lián)系，缺乏對所學知識點邏輯關系的思考和總結(jié)。為有效解決翻轉(zhuǎn)課堂實施中的上述問題，加強對學生課前、課中和課后的學習引導顯得尤為重要。

工程力學作為高校工科專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎課，是我校建環(huán)、機械、材科、紡織、車輛工程等專業(yè)的核心課程。工程力學課程涉及的抽象概念較多且難理解、知識碎片化且知識點之間邏輯關系復雜，只有對力學概念和知識點融會貫通才能靈活地分析和解決實際問題。思維導圖運用圖形和文字相結(jié)合的方式，將與中心主題有關聯(lián)的知識點之間建立起邏輯關系，實現(xiàn)新舊知識點的有效銜接，建立其各知識點之間的記憶聯(lián)系。思維導圖可以將各級主題及其之間的相互隸屬關系清晰地表現(xiàn)出來，已經(jīng)成為歸納整理知識點和提高學生學習效率的重要手段之一[2]。運用思維導圖對學生翻轉(zhuǎn)課堂的各個環(huán)節(jié)進行引導，可使學生在課前預習環(huán)節(jié)和課后對各知識點的邏輯關系及其知識點的應用多思考、多歸納，從而有效提高翻轉(zhuǎn)課堂的效果。

1 思維導圖在工程力學翻轉(zhuǎn)課堂中的實施策略

基于思維導圖的工程力學翻轉(zhuǎn)課堂教學實踐，旨在通過思維導圖克服常規(guī)翻轉(zhuǎn)課堂存在的弊端，調(diào)動學生的學習主動性，形成工程力學自主性學習的能力，從根本上提高課堂的教學效果。課堂教學改革的具體實施策略包括以下幾個方面:

1.1 利用思維導圖，使知識掌握更加系統(tǒng)化

工程力學課程包括靜力學和材料力學兩個部分。靜力學主要研究剛體在力系作用下的平衡規(guī)律，講授物體的受力分析、力系的簡化和力學的平衡問題。而材料力學主要研究構件的強度、剛度以及穩(wěn)定性問題，講授四種基本變形（軸向拉壓、剪切、扭轉(zhuǎn)和彎曲）的應力及變形計算。工程力學各章節(jié)相對獨立、且相似或相同的概念較多，同學們學起來容易出現(xiàn)概念混淆的問題[3]。在課堂上引入思維導圖，幫助學生區(qū)別易混淆的概念，加深對各知識點邏輯關系的思考。課前預習環(huán)節(jié)，要求學生分組完成布置的“填空”式思維導圖，便于學生對所學知識的復習和新知識的預習，有利于加強學生對各知識點的系統(tǒng)認識。同時，教師通過制作思維導圖有助于其理清授課思路，提高教學質(zhì)量。課中在學生分組展示預習版的思維導圖的基礎上，引入具有較強工程背景的例題培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力，讓學生體驗到工程力學在實際生產(chǎn)生活中的應用，從而提高其學習的興趣。課后引導學生對課堂的重難點內(nèi)容認真梳理，深層理解各知識點的聯(lián)系，完成“學生版”的思維導圖，真正體驗將知識點由“厚”變“薄”的過程，更加系統(tǒng)化地掌握課堂內(nèi)容。

1.2 利用思維導圖，讓學生思考更深入

翻轉(zhuǎn)課堂可有效改善傳統(tǒng)填鴨式教學的弊端，教師通過課前布置微課教學視頻、課前預習作業(yè)、課中討論及引導、課后反思等環(huán)節(jié)，大大提高了學生參與課程的積極性和主動性。但在實施翻轉(zhuǎn)課堂的實踐中，發(fā)現(xiàn)不少同學往往只局限于完成教師布置的學習任務，缺少對知識點的自我歸納和思考，難以形成各知識點的系統(tǒng)化理解?！八季S導圖+翻轉(zhuǎn)課堂”教學模式運用易于接受的圖形和文字，實現(xiàn)不同知識點的有效銜接，促進學生對知識點的深入思考。在翻轉(zhuǎn)課堂匯報思維導圖成果及修改完善思維導圖環(huán)節(jié)，教師應多引導各種思維不斷碰撞和積極思考，達到對知識點的熟練掌握。

1.3 利用思維導圖，提升學生的綜合素質(zhì)

思維導圖作為一種將放射性思考具體化的方法，在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力、邏輯思考能力、團隊協(xié)作能力以及信息技術能力方面有顯著作用[4]。學生根據(jù)所學知識點的理解和掌握，對某一章節(jié)或知識點所涉及的知識進行高度的組織，在教師的引導下進行合理的加工形成“個性化”的思維導圖，可以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力和良好的邏輯思維習慣。在課堂教學中，利用思維導圖的多線程、放射性的思維方法，引導學生對相關知識點的聯(lián)系和區(qū)別、理論知識的工程應用勤聯(lián)想、多思考，使課堂教學變成培養(yǎng)學生發(fā)散思維能力的主陣地。鼓勵學生積極參與小組思維導圖的制作、課堂匯報與討論，體驗思維不斷碰撞、啟發(fā)的學習過程，鍛煉學生的團隊協(xié)作精神和口頭表達能力。

2 思維導圖在工程力學翻轉(zhuǎn)課堂中的應用

借鑒高校教師在基于思維導圖的翻轉(zhuǎn)課堂教學模式設計和應用研究成果[5-10]，筆者將思維導圖應用于部分工程力學翻轉(zhuǎn)課堂教學中，以期解決學生參與度不高、缺乏對知識點邏輯關系的思考、忽視所學理論知識聯(lián)系實際工程等問題。下面以平面任意力系的平衡條件和平衡方程一節(jié)為例，詳細說明“思維導圖+翻轉(zhuǎn)課堂”教學模式的實施方案。

2.1 課前預習環(huán)節(jié)

按照5人為一組進行分組，然后以小組為單位建立微信群，要求成員觀看微課或課件后討論并填充圖1所示的思維導圖。通過完成實際問題的受力分析，特別是趣味性的題目（圖1左下方，周培源大學生力學競賽試題）吸引學生對平面力系平衡問題的興趣，實現(xiàn)課程理論聯(lián)系實際的教學目標。通過對一矩式中各式所代表含義的填充，讓學生充分理解各等式的含義。三種平衡方程的適用條件是最容易出現(xiàn)錯誤的地方，在布置課前思維導圖時重點關注。此外，學生之間通過互相討論交流進行合作學習，一方面可以加深對知識點的理解，同時也可激發(fā)學生的團隊協(xié)作精神。為保證翻轉(zhuǎn)課堂的教學效果，教師或助教應隨時抽查并關注學生的預習情況，鼓勵優(yōu)秀學生根據(jù)自己的興趣，針對某些知識點繪制屬于自己的思維導圖，用自己易于理解的方式建立與各知識點的聯(lián)系。

圖1 平面任意力系平衡問題思維導圖

2.2 課堂教學環(huán)節(jié)

抽取3-5組學生進行思維導圖成果匯報，真實了解學生的認知進展情況，并及時給與指導。為避免流于形式，教師最好通過設問和提問方式提高學生的參與度。接著展示本節(jié)課程的總思維導圖供學生討論，如圖2所示。課堂講解以圖2所示的前兩個實例為背景創(chuàng)設情境，引導學生解決實際問題。教學中首先穿插“力學建?！眴栴}，引導學生如何正確地將實際問題抽象為力學模型及其受力分析，幫助學生構建和理解工程力學系統(tǒng)化理論及其本質(zhì)，提高其發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。然后重點講解平衡方程每個等式的實質(zhì)含義，引導學生理解為何要對二矩式和三矩式的矩心選取進行限制。最后采用三種平衡方程分別對問題進行求解，通過“一題多解”培養(yǎng)學生發(fā)散性思維，讓學生充分理解如何利用不同方法求解未知約束力。

2.3 課后反思環(huán)節(jié)

除了布置課后習題外，將圖2中應用3作為課后討論題，要求學生給出解題過程并討論繩索拉力最大時的夾角大小。鼓勵以小組為單位找出一個類似的應用實例，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力。引導學生在“預習版”思維導圖、課堂討論及自我體會的基礎上，總結(jié)本次課的重難點內(nèi)容，認真梳理各知識點的聯(lián)系，構建“學生版”思維導圖，完成知識點由“厚”到“薄”的轉(zhuǎn)化，提高學習效率和學習效果。

圖2 平面任意力系平衡問題思維導圖填充

3 結(jié)語

針對工程力學翻轉(zhuǎn)課堂中學生參與度不高、缺乏對知識點邏輯關系的思考、忽視所學理論聯(lián)系實際等問題，將思維導圖融入到該課程的教學活動中。基于思維導圖的工程力學翻轉(zhuǎn)課堂教學模式，有利于激發(fā)學生學習的主動性和積極性，便于學生掌握各知識點之間的邏輯關系，有助于培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)，提高學生的自主學習能力和學習效率。