一、理论力学课程教学面临的挑战

理论力学是土木工程专业的主干课程，其特点是理论性强、解题思路灵活，其教学效果会影响后续力学课程和相关专业课。新时期卓越工程师培养和强调拓宽知识面、增加交叉学科的教学改革，均要求理论力学课程改变传统教学模式，解决课时大幅缩减下如何保证教学质量这个难题。翻转课堂教学模式，为理论力学课程教学提供了新思路^[1]。

二、翻转课堂教学模式简介

“翻转课堂模式”是全球教育界关注与探究的热点之一，是指将传统教学模式中教师在课堂中传授知识，由学生课后通过练习、作业或实践完成知识内化的过程进行颠倒，变为由学生在课前完成知识的学习，课堂上在教师的协助下实现知识的内化^[2]。这种教学流程的逆序，其本质是帮助学生实现深度学习，培养高阶思维能力^[3]。

翻转课堂教学模式的理论依据是布鲁姆掌握学习理论。布鲁姆认为，只要提供最佳的教学条件、足够的学习时间，学生的成绩将不再是正态分布，绝大多数学生会掌握学习任务，获得好成绩。应用掌握学习理论，90%以上的学生能学会课程内容。

三、翻转课堂教学设计的指导思想及依据

翻转课堂教学设计，应遵循系统化的设计思想。教师在备课时不仅要考虑知识怎么传递最有效，还要了解学生，并考虑学生怎么学最有效。此外，还要为实际教学中可能发生的状况准备应对策略。

翻转课堂教学设计，必须考虑布鲁姆掌握学习理论的要素，建立有效的“反馈—矫正系统”，并提供足够的学习时间，创建良好教学条件让学生更有效地学习。翻转教学设计时还可考虑一些有利教学的理论或模型：(1)布鲁姆教学目标分类法。让学生课前自学(教师提供指导)需要记忆、理解的教学内容，而在课堂上学习属于应用与分析等高层次的内容，使学习更加深入^[4]；(2) ARCS动机激励模型。关注的是如何通过教学设计来调动学生的学习积极性，教师在教学设计、教学实践中灵活应用该模型，取得了较好的教学效果。

四、翻转课堂教学模式的设计及实施

基于翻转课堂的理念，笔者进行了翻转课堂教学设计，并制定了实施方案(图 1)。现以翻转理论力学课程为例来介绍该实施方案。

(一) 教学开始前的准备工作 1. 了解学情

教师有必要了解学生特点以及学生的学习感受。为此，笔者对已结课的2014级学生作问卷调查，并将其结果作为翻转教学设计的依据之一。

2. 选择翻转内容并作教学规划

理论力学教学内容有14章^[5]，基于课程基本要求和学生接受能力等方面的考虑，只选取汇交力系、力偶理论、一般力系的简化及平衡、刚体的平面运动、动能定理和动静法6章作翻转教学内容。刚体的平面运动、动能定理这两章，难度主要在于运动学知识和动力学三大定理的综合应用。实施传统教学的其余各章，也可酌情采取翻转教学法, 适当增加课堂讨论环节，鼓励学生在课外采取小组合作的学习模式。

3. 准备翻转教学资源

教师要制定各章翻转教学目标，并准备相应的学习资料，如课前学习任务单、课前自学测试题、微课视频、课堂练习题等。只对学生不易理解的某些知识点制作微课。结合生活或工程实际的短小微课较受欢迎。

4. 创建学习环境与氛围、制定学习评价规则、设计激励措施

(1) 创建有利学生学习的学习环境与氛围，为合作学习而分组、建立QQ学习群。学情调查表明，遇到学习困难时，高达50%的学生选择向同学求助。又考虑到合作学习本身有助于增加学生的学习参与度，提高学习能力和人际交往能力^[6]，因而，决定采取学生独立学习与小组合作学习相结合的策略开展翻转教学。在开课前做了以下工作：将2015级土木卓越班(以下简称实验班)28人均分为7组，每组兼顾成绩好、中、差的学生；组员角色分工，每组设汇报员、协调员、联络员、记录员各1名，各有其职责(如联络员负责安排小组学习时间、地点等)，以保证小组活动顺利开展；建立QQ学习群，方便联系和学习讨论。

(2) 制定学习评价规则。评价包括形成性评价与总结性评价，翻转教学比传统教学更注重形成性评价。例如，实验班理论力学课程总成绩(百分制)由平时成绩(满分50)和期末考试成绩(占50%)构成，其中平时成绩由作业与考勤(10分)、个人表现(15分)与合作学习成绩(25分)构成。合作学习成绩根据小组课前自学测试和小组学习展示活动计算。若小组总体表现较好，其组员会获得较好的合作学习成绩。个人表现依据静力学、运动学阶段测试成绩和学习态度等进行评价。

(3) 选择激励措施。为让学生更好投入学习，教师要关注学生，并采取适当的激励措施。

(二) 翻转课堂的课前教学活动

课程以章为翻转单元。每章的翻转教学活动，主要分为课前教学活动与课堂教学活动。

课前教学活动设计为4个环节：(1)布置课前学习任务。教师至少提前3天通过QQ学习群给学生发放该章课前学习任务单(其内容包括课前自学内容、学习目标、学习资料，以及提交自学反馈的时间等)，对于较难的章节，还可发放自学引导单；(2)学生课前自学。以独立学习与合作学习相结合的方式自学；(3)自学反馈。学生在截止时间前提交自学反馈信息，以便教师了解学生自学情况；(4)具体的课堂活动设计。教师依据学生的自学情况，设计第二天的翻转课堂活动，并准备相应的教学资料。

(三) 翻转课堂的课堂教学活动

课堂教学活动也设计为4个环节，依次为(以总共90分钟的翻转教学为例)：(1)自学成果展示或自学测试(10分钟)。教师可随机抽查学生，让其展示自学成果，也可对学生作自学测试。该测试难度不大，目的是激励学生自学兴趣，同时又给以适当的自学压力；(2)课堂授课(15~30分钟)。精讲本章重难点，评讲学生反馈的问题；(3)知识的巩固与提升(35~55分钟)。发放有难度梯级的练习题试卷，要求学生先独立思考，遇到问题时小组讨论，教师在学生学习、讨论的过程中随时指导，该环节最后10分钟用于点评练习题以及评价学生表现；(4)学后反思或测试(10~15分钟)。小测试的目的是检查学生的掌握情况，对不合格者要给以适当的学习辅导，或要求学生写学后反思，并在组员间相互传看，以便相互学习。课堂氛围友好、积极向上。

(四) 教学后的总结工作

每章翻转教学结束后要做两项工作：(1)综合评价和反馈。教师要对学生和小组在翻转学习中的表现及成果进行评价。学生向教师反馈学习感受，教师也向学生反馈教学感受并提期望；(2)教学总结与反思。依据学生反馈的学习感受和自己的教学感受，教师作教学总结和反思，对翻转课堂实施方案中的不完善之处，酌情做出修改。

五、实施翻转课堂教学后的成效 (一) 实施翻转教学后学生的学习成绩

翻转教学对照班采取传统教学。实验班与对照班均实行小班教学，且两班学生人数与性别构成相差不大，学习理论力学的基础相近(两班高等数学和大学物理平均分都在76分左右)。虽然两班任课教师不同，但他们教学经验丰富，且教学水平差距不大。这两个班的差别主要在于教学模式不同。

实验班与对照班的阶段测试和期末考试均为闭卷，其卷面成绩情况如表 1所示。

结果显示，翻转教学实验班的学习成绩明显优于实施传统教学的对照班。

(二) 实施翻转教学后学生的学习感受与收获

教学结束后，对实验班发放不记名问卷28份，回收27份有效问卷。有关翻转教学的调查结果如下所示。

(1) 18.5%的学生认为翻转课堂的收获比传统教学显著增多，63.0%的学生认为其收获比传统教学增多，11.1%的学生认为其收获和传统教学差不多，只有7.4%的学生认为其收获比传统教学少，即高达81.5%的学生认为实施翻转后的收获比传统教学多。

(2) 实验班学生自学能力、同他人交流能力、团队协作能力大幅度提高。

(3) 33.3%的学生认为参与学习的机会显著增多，学习积极性、主动性明显提升，55.6%的学生认为参与学习的机会多了一些，学习积极性、主动性得到一定提升。只有3.7%的学生认为参与学习的机会与学习积极性、主动性都没明显改变，7.4%的学生感觉翻转方式下的学习效果不如传统教学。也就是说，高达88.9%的学生认为实施翻转教学模式会使参与学习的机会增多，学习积极性和主动性得到提升。

六、结语

教学实践结果表明，理论力学翻转课堂教学模式既有助于提高学生学习成绩，也有助于提高学生学习积极性，培养其自学能力、交流能力以及团队协作能力等。实施翻转课堂教学模式，有利于提高教学质量。

虽然依据所设计的翻转课堂实施方案，理论力学课程较成功地实施了翻转教学，但在实践中也暴露出一些问题。这说明该方案的某些细节还需完善，今后将进一步对此进行探讨。

翻转课堂更多的是一种思维方式，即将课堂注意力从教师转移到学生及其学习上^[7]，因此，教师最关注的应该是如何使教学效果最大化，而不能陷于教条主义。另外，教师要注意角色转变，从传统课堂管理者、知识传播者转变为学生学习的指导者、促进者以及课堂活动的组织者。翻转教学对教师的教学水平、课堂掌控能力等提出了更高的要求，教师需要投入更多时间和精力。