基于“以學生為中心”教學理念的水力學“翻轉課堂”課程改革

吳玉帥 甘永德 顧聲龍

摘? 要：新時代背景下，傳統教學模式在一定程度上不再適應當今社會的發展，無法滿足培養學生綜合素質的要求。本文針對目前水力學課程存在的教學現狀及問題提出了基于多元化理論的水力學“翻轉課堂”課程改革思路，主要有：課前自學、課堂展示（翻轉課堂）、課后鞏固、項目挑戰、教學評價改革五個方面。充分結合基于“互聯網+”的線上教學平臺、SPOC課程等，讓水力學課堂豐富有趣，提高了學生的溝通交流能力、團隊協作能力、自學能力、創新能力和理論聯系實際的能力，旨在現為祖國培養全面發展的青年人才的目的。

關鍵詞：課程改革；翻轉課堂；項目挑戰；教學評價

中圖分類號：G420? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1673-7164（2023）05-0128-04

水力學是以水為主要對象研究液體運動規律以及應用這些規律解決實際工程問題的科學［1］，也是水利類專業學生進行后續相關專業課程學習的先修課程［2］。課程具有工科課程的常見痛點問題：公式多、方程推導多、學習起來感到無聊等。按照傳統的教學模式進行教學往往容易令學生產生厭學情緒，難以達到令人滿意的教學效果，對學生的未來發展產生不利影響。

當前，傳統水利教學已難以滿足新時代經濟社會發展所需的專業化、精細化、科學化管理需求，智慧水利作為一種以感知、互聯和智能等為基本特點的新興水利體系應運而生［3］。智慧水利屬于多學科交叉領域，融合了水利工程、計算機科學、環境科學、通信技術等多個學科，是水利信息化發展的新階段［4］。在智慧水利的時代背景下，行業發展對教學和學生提出了新的要求，“全靠老師講”的傳統水力學教學模式顯然已經不適應當前對水利人才培養的要求，水力學教學改革勢在必行。

為緊扣教育高質量發展和新時代本科教育改革發展的政策要求，加強教學建設，深化教學改革刻不容緩。多元化的教學理論正是教學改革的有力指導思想，它包括教學內容多元化、教學模式多元化、實踐環節多元化、考核體系多元化［5］。本文基于目前水力學課程所存在的教學問題，提出了基于多元化理論的水力學“翻轉課堂”課程改革思路，力求提高水力學課程的教學質量，為我國的水利事業培養基本功扎實、綜合能力強的青年人才。

一、水力學課程教學現狀及問題

（一）課程內容復雜

水力學的內容不僅有基礎的理論部分，還包含工程應用的知識靈活運用的部分，具有基礎性、理論性強的課程特點。作為力學類的學科之一，“水力學”對學生的大學物理、高數、理論力學等學科基礎要求較高，學生需要具備一定的公式推導、理論理解的能力才能較好地掌握“水力學”課程內容。對大部分成績處在中下游、前期基礎沒打好的學生來說，課上聽不懂，課下作業不會寫的情況非常普遍，久而久之，難免慢慢產生了厭學心理，開始在課上玩手機，甚至出現缺課、逃課的現象。因此，復雜的課程內容對成績在中下游的學生來說是一個巨大的困難。

（二）教學模式單一

水力學的概念多、理論性強，且數學推導和計算煩瑣，比較枯燥，傳統的“水力學”教學模式都是以老師的講為主，學生的聽為輔。課堂上老師滔滔不絕地推導公式，學生卻在下面昏昏欲睡。目前大多數水力學教學方法單一，課堂教學“滿堂灌”，課堂趣味性不高，不容易調動學生的學習主動性。由于水力學教學時間緊、任務重，大多數教師，特別是年輕教師選擇使用多媒體的現代教學手段，可以增加課堂信息量。但是，有些教師備課不充分，存在照本宣科的現象，不利于培養學生的學習興趣。

（三）知識運用不夠

作為專業基礎課的“水力學”是學生將來走向工作崗位的知識基礎，所以學生僅做到“公式會背，習題會做”遠遠不夠。因為將來在工程實踐過程中遇到的問題一定是具有多變性、復雜性的，不僅需要學生具備一定的工程思維、創新思維，還需要學生學會知識的綜合運用，結合計算機編程、軟件解決問題。目前的教學模式，忽視了對學生這種能力的培養，囿于書本知識，無法應用于實際，學生也就無法體驗“實踐出真知”的樂趣，因此對課程的學習無法產生足夠的興趣。

（四）教學考核設計單一

目前，傳統的水力學課程教學考核設計有些單一，過程性考核少。平時成績的考核也還是“作業+點名”的老一套。學生容易“鉆空子、打馬虎”，“上課時水一水，考試前拜一拜”成為學生學習“水力學”的套路。

以期末考試為主的考核方法導致學生不重視平時的學習過程，只依賴課堂教學，課下投入時間不夠，考前突擊復習，對課程內容沒有深刻的理解及靈活的運用［6］，也磨滅了學生自主學習、深入思考的積極性。因此在課程考核中加大過程性考核的權重，讓學生更加重視學習知識、鉆研難題的過程，從而提高教學效果是非常必要的。

（五）學生基礎不同

大學生雖然都是通過全國高考錄取進來的，但是由于地域之間教育的水平參差不齊，學生的學習能力、知識的功底高低錯落。目前“一視同仁”的水力學教學模式消磨了學生的學習興趣，學生學習的主動性也就隨之降低，課前不預習、課后不復習，“一節課沒聽懂就節節課都聽不懂”的現象十分嚴重。本著要讓所有學生都有所提高的教育初心，延續之前“一刀切”的教學模式是根本行不通的，“水力學”教學改革勢在必行。

二、水力學課程改革思路及內容

基于多元化理論的水力學“翻轉課堂”課程，改革思路如圖1所示。

（一）課前自學

考慮到學生基礎的不同，首先對班內學生進行分組，每四人一組。小組人數控制在四人，有效防止了部分學生在大組中渾水摸魚的現象。小組內各有各的分工，有問題一起解決，保證了絕大多數學生的課程參與度。課前自學以小組為單位。每名學生都必須完成教師在線上教學平臺（如雨課堂）發布的SPOC課程和課前自學作業。課前自學作業考查的主要是SPOC課程上已經講清楚的基礎理論、概念。平臺會記錄學生的任務完成情況，并反饋給教師作為平時成績的依據之一。這一步就確保了學生在課前可以將簡單的基礎知識掌握。

課前自學的過程中產生的疑問先由小組討論解決，仍然存疑的就在課前及時通過“水力學研討圈”反饋給教師，教師與學生共同討論問題，提高對知識的掌握程度。

（二）課堂展示

課堂上，教師首先利用工程案例將每節課的重點知識引出，這樣一來，既讓學生真切地感受到學習水力學的必要性，又加入了思政教育的元素。為了讓學生抓住學習的重點，教師會在課堂上對當堂學習的章節進行知識點的列舉和重要度劃分。在將學生的課前自學作業的情況總結、答疑后，開始以小組為單位的重要知識點“翻轉”。有了課前的準備，再加上小組內成員利益共同體互幫互助，以往公式推導的枯燥環節，變得具有挑戰性和趣味性。教師作為課堂的引導者，認真地聽學生講解，然后根據他們講解中存在的知識誤區、混淆點、易錯點進行系統的總結和梳理?！胺D”結束后，教師再對課堂內容進行系統的總結梳理，幫助學生養成歸納總結知識體系的好習慣。既豐富了課堂內容，還保證了課堂教學高效率。

（三）課后鞏固

為鞏固學生的學習效果，課后及時的習題作業是不可避免的。根據學生的能力不同，以滿足教學大綱為最低要求，布置的習題要具有多元化，例如，設置必做題，針對能力強的學生，也有選做題，使學生都能吃飽。以往的作業形式避免不了大批學生照抄答案或互相抄襲的惡劣現象，因此采取新式“視頻作業”的方法，讓學生不僅是寫出來，而且要講出來。學生寫完作業后，利用手機等智能設備將講解過程錄制下來，上傳到線上學習平臺（如UMU）供教師批閱。這樣一來，學生從原來的互相“抄作業”，變成現在的互相“問作業”。從“沒頭緒”到“講出來”，極大地促進了學生學習的積極性，也很大程度上保證了作業的質量，真正做到讓學生“做一道，會一道”。

為了解答學生在“講作業”過程中遇到的問題，教師還建立了專門的“水力學”微信公眾號，每結束一次作業，就會在上面發布正確規范的解題思路。學生有問題還可以發布在線上研討圈里，教師和學生一起討論，在討論的過程中答疑。

為了讓學生的知識體系更加系統和完整，在每學完一章后，學生都要完成思維導圖整理的任務，教師鼓勵學生用專業的思維導圖軟件來制作，更有利于學生對知識的復習與應用。

（四）項目挑戰

工程教育領域高階階段認知發展的重要特征是工程思維，包括分析性思維、系統性思維、工程設計思維，以及理論聯系實際、目標導向等［7］。為加強學生理論聯系實際的能力，教師還在課程改革中加入了“項目挑戰”模塊?！绊椖刻魬稹本褪亲寣W生利用在水力學課堂上學習到的知識，利用Matlab、Python等軟件解決比如“環狀管網布置的自動計算”“明渠恒定均勻流水力計算”等簡單的工程計算問題?？紤]到學生的學習能力有區別，教師在難度系數設置上也做了劃分。學生在做項目挑戰的過程中，不僅要靈活運用所學知識，還要利用編程語言將圖像、結果等展示出來，極大地鍛煉了學生的綜合能力和工程思維。

（五）教學評價改革

為了改變以往教學考核單一的問題，提高學生學習水力學的積極性，增強過程性的考核十分重要。將過程性考核占比設為60%，結果性考核（期末考試）占比設為40%。而平時成績也不只包括作業和出勤率這兩項，還加入了課前自學任務考核、課堂展示考核（小組為單位）、階段測試、課后作業考核和項目挑戰考核。

教師在新的教學評價標準中還加入了“額外加分項”內容：制作知識點PPT、在微信公眾號上提供例題解答過程、制作“水力學”趣味小視頻等。讓能力強、學有余力的學生充分發揮自身的實力，全方面發展的同時，還能間接地幫助學習暫時落后的學生。此舉有利于激發學生思維，培養主動學習的氛圍。

（六）思政教育改革

目前，高校課程思政建設伋處于初步探索階段，在師資、教學體系及教學方法方面存在一些問題［8］。課程思政的核心，就是要讓在校學生不僅學習文化專業知識，還接受思想政治的再教育，在學生內心自然而然地建立起兩者互融共生的關系［9］。正是本著這樣的決心，在基于多元化理論的水力學“翻轉課堂”課程改革中，強調用工程案例引出課程重點，在增強課堂趣味性、啟發性、實踐性的同時，也讓學生從內心深處感受到作為未來國家水利事業的接班人，應該秉承著忠誠、干凈、擔當，科學、求實、創新的精神，以此進一步實現思想政治教育目標，將立德樹人落到實處，從本質上提高育人水平。此外，項目挑戰一項，更是讓學生在簡單的工程計算中激發和培養了學習興趣、專業自豪感。借助水力學在工程中的應用計算實例，將水力學中晦澀難懂的概念和理論由表及里、由大化小地展現給學生。從而提升學生學習的積極性、專業認同感和榮譽感，為其今后從事相關專業工作打下重要的思想基礎，堅定專業信念［10］。

三、水力學課程改革效果

學生由課堂的“旁觀者”變為“當局者”，教師“一言堂”的局面一去不返。學生不僅體驗到探索知識的樂趣，更重要的是增強了自學能力。將來區分學生之間水平高低的標準絕對不是某階段知識掌握的多少，而是學習能力和應變能力的強弱。無論是在課前自學中，還是在課堂展示里，學生都鍛煉了自己的語言表達和溝通能力以及團隊協作能力；在應對“項目挑戰”的過程中，學生提高了知識運用的能力、操作軟件的能力和理論聯系實際的能力。

經過兩學期的教學改革試點，學生及格率大大提高。此外，在參與此次“水力學”課程改革后，學生在各方面都有突出表現，比如參加學科競賽、創新競賽的人數明顯增多，并有多名學生在數學建模比賽、“水工創新杯”等競賽中表現優秀。

四、結語

基于多元化理論的水力學“翻轉課堂”課程改革，充分利用“互聯網+”的線上教學平臺、SPOC課程等，在新教學模式的運用過程中展現出了非常好的教學效果，學生能夠在教師的規劃指導下進行自學，培養了學習能力。水力學課程從“以本為本”出發，從本科特色出發，以人才培養為本，以學生需求為核心，調整教學模式，深化教學改革，提高教學質量和學生綜合應用能力［11］。在21世紀的今天，學生可以從多種渠道獲取知識，但是如何高效地吸取、應用知識，需要老師的指導。教學改革的目的，是讓學生獲得學習、創新、實踐、多思的能力。讓高校成為學生能力培養的場所，而不是知識的灌輸場所［12］。改革要時刻把握學科前沿科研動態，保證教學與時俱進，總結出科學高效的水力學教學方案。

參考文獻：

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［11］ 朱佳斌，劉群群，劉少雪，等. 工程教育改革背景下工科學生認知發展現狀與影響因素研究［J］. 高等工程教育研究，2019（06）：58-64.

［12］ 張艷，白相東，宋洋，等. 水力學教學模式改革的探索［J］. 科技創新導報，2018，15（26）：239-241.

（薦稿人：馬天，河北師范大學副教授）

（責任編輯：鄒宇銘）