張新燕　王文娥　王增輝

摘? ? 要：翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)中課堂的有效利用是提升教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵。在水力學(xué)課堂教學(xué)中實施以問題為導(dǎo)向的

PBL教學(xué)模式，采取以驅(qū)動問題為導(dǎo)線、通過引導(dǎo)性問題梳理鞏固理論知識、以解決工程案例強(qiáng)化理論應(yīng)用于實踐能力等形式，促進(jìn)教學(xué)內(nèi)容和理論知識的吸收內(nèi)化，實現(xiàn)“以學(xué)為中心”，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，是課堂教學(xué)的有效手段和方法。

關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂；PBL教學(xué)模式；水力學(xué)；課堂教學(xué)

中圖分類號：G642.0? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1002-4107（2023）09-0042-03

科技社會的發(fā)展，需要人們在遇到新的課題挑戰(zhàn)時具有較強(qiáng)解決問題的能力和高層次的創(chuàng)造能力。高校是培養(yǎng)各類創(chuàng)新型、應(yīng)用型、復(fù)合型優(yōu)秀人才的重要基地，推進(jìn)個性化培養(yǎng)，全面提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，采取適應(yīng)新形勢下的教學(xué)手段，實現(xiàn)“以教為中心”向“以學(xué)為中心”的教學(xué)方式變革，是高校深化教法改革與提升教學(xué)質(zhì)量的必由之路。

翻轉(zhuǎn)課堂是采用線上結(jié)合線下教學(xué)的一種混合教學(xué)模式，與傳統(tǒng)課堂教學(xué)方式不同，其轉(zhuǎn)換了教學(xué)過程中知識傳授和知識內(nèi)化兩個環(huán)節(jié)，將教學(xué)知識和相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)放在課前進(jìn)行，由學(xué)生（線上）通過教師提供的視頻錄像、電子書及相關(guān)材料自主學(xué)習(xí)掌握，而課上（線下）則通過對學(xué)習(xí)內(nèi)容解疑答惑、討論、實踐應(yīng)用等課堂互動，實現(xiàn)對知識的吸收內(nèi)化。該模式借助現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段，改造傳統(tǒng)教學(xué)中教師與學(xué)生的角色，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的個性化和學(xué)生的自主性，克服了傳統(tǒng)教學(xué)忽視學(xué)生個體差異與個性化發(fā)展需求的弊端，真正做到因材施教和學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，適應(yīng)當(dāng)代社會發(fā)展的教育理念，在高等教育教學(xué)改革實踐中發(fā)揮了重要作用[1-2]。

翻轉(zhuǎn)課堂的成功實施關(guān)鍵在于課堂教學(xué)。在這種教學(xué)模式下，課堂不再僅僅是傳授知識，而是通過解疑答惑、討論互動實現(xiàn)學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容的掌握、吸收，如何有效并最大化地利用課堂師生面對面的時間也成為翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的核心問題，沒有行之有效的教學(xué)方法，課堂教學(xué)活動必然會流于形式，達(dá)不到預(yù)期效果[3-4]。因此，探索有效的教學(xué)方法開展課堂教學(xué)，把課堂上的時間真正高效利用起來，是通過翻轉(zhuǎn)課堂提升教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵。為此，筆者結(jié)合西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院水利類專業(yè)學(xué)科特點，嘗試在“水力學(xué)”翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)中采用PBL教學(xué)法探索，經(jīng)過三年實施，效果良好，可為類似學(xué)科的教學(xué)研究提供參考。

一、“水力學(xué)”課程特點

“水力學(xué)”既是水利類學(xué)生必修的一門理論與實踐緊密結(jié)合的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是許多工程技術(shù)領(lǐng)域重要的技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)科。作為一門經(jīng)典力學(xué)學(xué)科，水力學(xué)研究的是液體平衡和機(jī)械運動規(guī)律及其實際應(yīng)用，課程教學(xué)內(nèi)容有基礎(chǔ)理論和工程實際應(yīng)用兩部分，其中基礎(chǔ)理論包括水靜力學(xué)理論和水動力學(xué)基礎(chǔ)，工程應(yīng)用分為有壓管道水力學(xué)問題和明渠水流問題。課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生掌握水流運動的基本概念、基本計算原理和水力學(xué)分析方法，并具有應(yīng)用所學(xué)水力學(xué)知識理解工程技術(shù)問題的能力和分析求解從工程實際中簡化出來的水力學(xué)問題的能力，為后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)、從事工程技術(shù)工作及科學(xué)研究打下基礎(chǔ)。可見，“水力學(xué)”課程具有內(nèi)容豐富、理論性強(qiáng)、與工程實際緊密結(jié)合的特點，導(dǎo)致在課程學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生經(jīng)常會出現(xiàn)基礎(chǔ)理論掌握不牢固，理論學(xué)習(xí)和實踐應(yīng)用相脫節(jié)，記住公式不會用，實踐應(yīng)用能力欠缺等問題，嚴(yán)重影響后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。因此，根據(jù)課程特點和教學(xué)目標(biāo)，我們在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上對工程應(yīng)用部分采用“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式，其課堂（線下）教學(xué)采用PBL教學(xué)方法。

二、PBL教學(xué)法

PBL教學(xué)方法的主旨是帶著問題進(jìn)行學(xué)習(xí)。該方法最早應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教育，由美國的神經(jīng)病學(xué)教授巴羅斯（Barrows）首創(chuàng)，其定義PBL既是一種課程，又是一種學(xué)習(xí)方式，由教師提出問題，圍繞問題，在教師的協(xié)助下，學(xué)習(xí)者通過自主學(xué)習(xí)、相互討論的形式，應(yīng)用所學(xué)相關(guān)理論知識，設(shè)計出解決方案，獨立自主解決問題，從中獲取知識并掌握。此方法強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主觀能動性，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和獨立解決問題的能力，并通過問題的解決來獲取知識，鞏固所學(xué)，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，符合建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論及其教學(xué)原則，對發(fā)展學(xué)生高級認(rèn)知思維能力和解決問題的能力具有積極作用[5-8]。

三、PBL教學(xué)法應(yīng)用探討

PBL教學(xué)模式在水力學(xué)課堂教學(xué)中分為四個步驟進(jìn)行。第一步，驅(qū)動問題設(shè)計。首先由教師圍繞課堂教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)設(shè)計驅(qū)動問題，該問題用于導(dǎo)出教學(xué)相關(guān)理論知識。第二步，分析解決問題。問題提出后，學(xué)生針對問題進(jìn)行分析、討論，在此過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生梳理解決該問題需要用到的基本理論、概念和相應(yīng)的水力計算公式，以鞏固基礎(chǔ)理論知識。第三步，工程實例應(yīng)用。提供一個工程案例，由學(xué)生結(jié)合前面所梳理的相關(guān)理論進(jìn)行解決，以培養(yǎng)學(xué)生理論應(yīng)用實踐能力。第四步，總結(jié)、評價。最后由教師對學(xué)生所做結(jié)果進(jìn)行匯總、評價，指出問題，糾正錯誤，梳理解決工程案例的思路和相關(guān)知識，進(jìn)一步促進(jìn)相關(guān)理論知識的掌握和吸收。

1.驅(qū)動問題設(shè)計 PBL教學(xué)法的核心在于問題的設(shè)計與提出，由教師圍繞課程內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)，設(shè)計驅(qū)動問題。設(shè)計的問題應(yīng)結(jié)合工程實際，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平和知識能力，有明確的目的和要求，需要解決的內(nèi)容應(yīng)覆蓋教學(xué)內(nèi)容和相關(guān)知識點。如在學(xué)習(xí)泄水建筑物水流銜接與消能時，設(shè)計問題如下：天然河流，水流流量沿河寬方向的分布均勻，流態(tài)平緩，但河道中修建了閘、壩等泄水建筑物后，水頭增加， 下泄水流流速高，且單寬流量大，形成高速集中下泄水流，沖向下游將引起河床嚴(yán)重沖刷，破壞性大。因此要如何解決修建閘壩后水流對下游河床的沖刷問題？

2.分析解決問題。問題提出后，教師不能放任不管，由學(xué)生自行討論解決，而應(yīng)針對驅(qū)動問題設(shè)計一些輔助的引導(dǎo)性問題對學(xué)生進(jìn)行必要的引導(dǎo)，提升課堂學(xué)習(xí)效果。這是因為授課學(xué)生的專業(yè)知識還沒有積累到足夠的數(shù)量，也沒有達(dá)到一定的水平和高度，且大多數(shù)多年來已經(jīng)習(xí)慣于依賴性學(xué)習(xí)、被動式吸收，讓其自主解決問題，這樣容易使學(xué)生不知所以，產(chǎn)生畏難情緒，因此在分析解決驅(qū)動問題時通過若干引導(dǎo)性問題循序漸進(jìn)地引出問題解決涉及到的相關(guān)理論、概念等，使學(xué)生將所學(xué)知識融會貫通，最終解決問題。如對于以上要解決泄水建筑物下游的水流沖刷問題時提示學(xué)生首先需要先了解在泄水建筑物下游將會發(fā)生何種水流現(xiàn)象，水流特征是什么。在此基礎(chǔ)上才能進(jìn)一步探討問題的解決方案。這些引導(dǎo)性問題的提出促使學(xué)生梳理回顧涉及到的相關(guān)概念和理論，即急流、緩流流態(tài)概念，水躍現(xiàn)象，水躍類型及其水流特征，水躍水力要素及其水力計算，以及利用能量方程和連續(xù)性方程進(jìn)行收縮水深計算等相關(guān)理論。這些引導(dǎo)性問題是基于驅(qū)動問題涉及到的水力學(xué)基本概念和基本原理提出的，將解決該問題需要用到的基本水力學(xué)知識通過引導(dǎo)提問的方式使學(xué)生逐步對所學(xué)知識進(jìn)行回顧、梳理、深入思考，鞏固掌握問題解決涉及到的相關(guān)理論知識。這一過程促使學(xué)生主動學(xué)習(xí)，積極思考，既加深了相關(guān)理論的理解和掌握，也提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)效果事半功倍。

3.工程實例應(yīng)用。在學(xué)生厘清了解決驅(qū)動問題的思路后，教師可在明確問題解決涉及到的相關(guān)理論的基礎(chǔ)上，提供一個工程案例，要求學(xué)生結(jié)合掌握的知識進(jìn)行解答，完成相關(guān)理論分析和水力計算。在上述水流沖刷問題的工程案例中涉及到兩個特征水深，即收縮水深、共軛水深的計算以及水躍形式的判斷等，會用到能量方程、連續(xù)性方程、水躍方程等理論，具有一定的計算任務(wù)和工作量。為了在有限的課堂時間內(nèi)完成，根據(jù)情況將學(xué)生分成若干個小組，每個小組由2～3人組成，自由組合，可推選其中一人為組長，負(fù)責(zé)對小組內(nèi)各成員進(jìn)行任務(wù)分派和工作協(xié)調(diào)，對成果資料進(jìn)行整理匯總，共同完成任務(wù)。

在此過程中，由于學(xué)生前期已對其類似問題相關(guān)的基本概念和原理進(jìn)行了梳理，對工程案例中涉及的理論知識有了深刻的理解和掌握，因此，針對給出的實例進(jìn)行分工協(xié)作，能夠比較順利地完成。這一過程不僅培養(yǎng)了學(xué)生理論應(yīng)用于實踐的能力，同時也鍛煉了學(xué)生的協(xié)作能力。

4.總結(jié)、評價，最后教師對學(xué)生上述工程實例的應(yīng)用完成情況進(jìn)行檢查，對各小組結(jié)果進(jìn)行總結(jié)、講評。首先，針對學(xué)生解答過程中出現(xiàn)的問題和錯誤進(jìn)行講解和糾正，給出正確答案，進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生厘清、理解概念和原理。其次，對本次課堂教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)，鞏固教學(xué)內(nèi)容的掌握。最后，根據(jù)各組做的情況做相應(yīng)的考核和記錄，作為課程學(xué)習(xí)的評判依據(jù)之一，以提升學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

在整個教學(xué)過程中，教師提出泄水建筑物下游水流沖刷問題通過課堂討論解決使泄水建筑物水流銜接與消能的教學(xué)內(nèi)容具體化、實踐化。由于全程都是以問題形式開展，在解決問題的過程中，使學(xué)生不得不主動思考，積極參與，整個過程均以學(xué)生為主導(dǎo)，基于理論，學(xué)習(xí)掌握了泄水建筑物下游的水流特征、水力分析方法和銜接與消能的水力計算技能，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮了學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，鞏固了基礎(chǔ)理論知識的吸收內(nèi)化，加強(qiáng)了實踐能力和綜合應(yīng)用能力。

四、PBL教學(xué)法在翻轉(zhuǎn)課堂中的應(yīng)用效果

在“水力學(xué)”翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)中采取PBL教學(xué)方法，利用驅(qū)動問題、引導(dǎo)性問題等，使學(xué)生梳理相關(guān)理論知識，明確解決問題涉及到的教學(xué)內(nèi)容和知識點，使學(xué)生在通過尋找實際工程問題的解決方案中進(jìn)一步鞏固加強(qiáng)基礎(chǔ)理論知識的掌握，培養(yǎng)其實踐應(yīng)用能力。整個教學(xué)過程以學(xué)生為主體，教師引導(dǎo)，對調(diào)動學(xué)生的主動性和積極性，實現(xiàn)“以學(xué)為中心”，進(jìn)行個性化培養(yǎng)等效果顯著。

1.促進(jìn)教學(xué)內(nèi)容和理論知識的吸收內(nèi)化。PBL教學(xué)模式基于問題，通過課堂師生間討論互動尋求問題的解決，針對提出問題，在分析問題、解決問題的過程中，梳理教學(xué)內(nèi)容和理論知識，吸收內(nèi)化、鞏固加強(qiáng)對所學(xué)知識的理解和掌握。同時，在問題討論過程中，通過交流能較容易地獲得來自其他同學(xué)和教師的信息，不僅可以及時解決學(xué)習(xí)中的問題，也會通過討論開闊思路，不斷地發(fā)現(xiàn)新問題，對教學(xué)內(nèi)容產(chǎn)生新的理解和認(rèn)識，提高學(xué)習(xí)的針對性和實用性。

2.實現(xiàn)“以學(xué)為中心”，進(jìn)行個性化培養(yǎng)?！胺D(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式和PBL教學(xué)法均強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體地位，實行“以學(xué)為中心”的教學(xué)理念。在課堂教學(xué)中基于學(xué)生在課下對教學(xué)內(nèi)容和知識的掌握，圍繞提出的問題，通過師生間、學(xué)生間的討論互動分析問題、探究問題、解決問題，對涉及到的相關(guān)教學(xué)知識進(jìn)行梳理、厘清，從而得到進(jìn)一步鞏固和掌握。課堂上以教師為引導(dǎo)，以學(xué)生為主體，學(xué)生由被動學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃犹接?，尊重學(xué)生的個體差異，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主性，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和獲取知識信息的能力，有效地開發(fā)了學(xué)生的潛力和創(chuàng)造力，以適應(yīng)當(dāng)今社會對高層次創(chuàng)新型人才的需要。

3.培養(yǎng)實踐應(yīng)用能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。水力學(xué)基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)是前提，應(yīng)用理論于解決實際工程問題是目的，傳統(tǒng)的教學(xué)方式一味的知識灌輸導(dǎo)致學(xué)生經(jīng)常不知其所以然，理論和工程應(yīng)用相脫節(jié)，缺乏實踐應(yīng)用能力。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式結(jié)合PBL教學(xué)方法的應(yīng)用，為學(xué)而教，以學(xué)生為主體，結(jié)合實際水流現(xiàn)象和工程問題，通過教師基于問題的引導(dǎo)，對所學(xué)理論進(jìn)行梳理、鞏固，融會貫通，以應(yīng)用于工程實踐中去解決工程實際問題。這不僅促進(jìn)了學(xué)生對理論知識的深入理解和有效應(yīng)用，而且培養(yǎng)了學(xué)生理論應(yīng)用于實踐的能力和綜合運用知識的能力，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。

五、結(jié)語

為完成特定的教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容，采取適宜的教學(xué)方式一直是教育者思考的問題，如何利用有限的時間將教學(xué)效果最大化是教師的教學(xué)目標(biāo)。將PBL教學(xué)方法應(yīng)用于翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)中去，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體地位，實現(xiàn)“以學(xué)為中心”，課堂教學(xué)效果顯著。教師也由傳統(tǒng)教學(xué)的主導(dǎo)地位轉(zhuǎn)變?yōu)橹R的引導(dǎo)者和啟發(fā)者，故而對教師也提出更高的要求，既要求其具備全面豐富、扎實的科學(xué)知識，又要求其具備靈活運用知識的能力、組織管理能力以及應(yīng)對突發(fā)事件的反應(yīng)能力和處理能力，并且該模式大大增加了教師的工作量，要求教師具備較高的素質(zhì)以及敬業(yè)奉獻(xiàn)精神。

1.需要教師具有豐富的專業(yè)知識儲備和課堂教學(xué)

經(jīng)驗。教學(xué)過程中，首先提出的問題要和教學(xué)內(nèi)容緊密相關(guān)，且能夠啟發(fā)學(xué)生通過尋找問題答案從中發(fā)現(xiàn)所包含的理論知識和規(guī)律。進(jìn)而在成果匯總時，教師要引導(dǎo)學(xué)生通過自己找尋到的答案中去學(xué)習(xí)掌握教學(xué)內(nèi)容。這都要求教師不僅要具有豐富的專業(yè)理論知識，對課程內(nèi)容熟練掌握，并要具備提出解決問題的能力、靈活運用知識的能力和較強(qiáng)的因勢利導(dǎo)能力，能夠從學(xué)生的解答中引導(dǎo)其進(jìn)入理論知識的學(xué)習(xí)鞏固。

2.把握好教學(xué)時間分配。在實際教學(xué)中，課時是有限的，需要教師具備良好的組織管理能力和應(yīng)對能力，掌控好教學(xué)時間的分配。課前需根據(jù)教學(xué)內(nèi)容安排學(xué)生自學(xué)內(nèi)容，課堂上PBL教學(xué)分為提出問題、分析問題、分組討論解決問題，最后匯總結(jié)果，由教師引導(dǎo)完成教學(xué)活動幾個過程，需要合理分配每個過程的時間長度，控制課堂節(jié)奏，根據(jù)實際情況隨時調(diào)整時間安排，如分析問題階段，有可能學(xué)生發(fā)言較多而超時，這時就要隨機(jī)調(diào)整后續(xù)安排，掌控好時間，以使按計劃完成教學(xué)任務(wù)。

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