《工程力學》實施對分課堂教學模式的探索與實踐

李穎 姚宏

摘? 要：本文對在《工程力學》課堂教學中采用一種能夠提高學員主動學習能力的創(chuàng)新教學模式——“對分課堂”進行了初步探索和實踐。本文中闡述了對分課堂教學模式的起源、主題思想，結合《工程力學》課堂教學實踐，從課堂討論、課堂講授、對分作業(yè)的布置3個方面闡述了一些在教學中摸索出的具體經(jīng)驗方法，采用這種教學模式在授課過程中取得了一定效果。

關鍵詞：工程力學? 創(chuàng)新? 對分課堂? 教學模式

中圖分類號：G642;TB12-4? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）05（c）-0213-04

Exploration and Practice on the PAD Teaching Model in Engineering Mechanics Teaching

LI Ying? YAO Hong

（Department of Basic Sciences，Air Force Engineering University，Xi'an，Shaanxi Province， 710051? China）

Abstract： This paper makes a preliminary exploration and Practice on adopting an innovative teaching mode "PAD"， which can improve students' active learning ability in the classroom teaching of engineering mechanics. This paper expounds the origin and theme of PAD m teaching mode. Combined with the classroom teaching practice of Engineering Mechanics， this paper expounds some specific experience and methods explored in teaching from three aspects： classroom discussion， classroom teaching and the arrangement of split homework. This teaching mode has achieved certain results in the teaching process.

Key Words：? Engineering Mechanics; Innovate; PAD; Teaching mode

“教為主導，學為主體”的教學理念已經(jīng)提了很多年，但要想真正在教學中有效實施卻并不易。教學本身就是一個復雜多變的系統(tǒng)工程，教學活動的復雜性決定了教學方法的多樣性。

美國學者埃德加·戴爾在1946年提出了學習金字塔理論（見圖1），指出主動學習的幾種方式。如果每個人仔細思考一下自己的學習、生活經(jīng)歷，應該都會有這樣的體會。所以，讓學員有機會參與課堂討論或是讓學員有機會當同學的小老師，當條件允許，設計好實踐環(huán)節(jié)讓學員參與，應該會在很大程度上提升學員主動學習的能力。因此，作為一名教師，要通過不斷地學習，去調(diào)整改變自己的教學方法，同時學員也要通過不懈地努力，轉(zhuǎn)變自己的學習方法，“教為主導，學為主體”的理念才能夠真正實現(xiàn)。根據(jù)學習金字塔理論，我們在《工程力學》教學中采用了一種全新的教學模式——對分課堂，簡稱PAD課堂，即講授（Presentation）、內(nèi)化和吸收（Assimilation）、討論（Discussion）。

1? 采用對分課堂教學模式的起源

在2013年9月《工程力學》課程教學中，選取了一個25人的新訓班長班，根據(jù)課程內(nèi)容的特點以及自己的教學積淀，按照合作教學法的實施模式和具體方法[1]在課堂上試行實施，取得了較好的課堂教學效果。但由于學校后期安排的班級都是80人左右的大班，人數(shù)太多，另外討論的內(nèi)容一般也僅限于一到兩個問題，所以只實施了3年。在2019年筆者無意中接觸到了復旦大學心理系張學新教授提出的對分課堂，與之前所實踐的合作教學相比，感覺有相似之處，又有更多的亮點，也更能體現(xiàn)學習金字塔理論，所以在《工程力學》課堂教學中選取了6次課程對“對分課堂”教學模式進行了試點授課。

2? “對分課堂”教學模式主題思想

對分課堂教學模式是把課堂時間分為兩半，前一半時間用于課堂討論，后一半時間由教員精講新課。討論主要是隔堂討論，即一堂課的前一半時間討論的是上次課留給學員討論的內(nèi)容。討論分4個環(huán)節(jié)：小組討論、教員抽查、自由提問、教員總結。后3個環(huán)節(jié)總和稱為全班交流。小組討論通常4人一組，分組原則為“組內(nèi)異質(zhì)，組間同質(zhì)”（即每個小組成員都按“好、中、中、差”來分組）;對分的講授原則主要是精講和留白，教員只有原來一半的時間進行講授，不可能細致覆蓋，也沒有時間講得非常生動、有趣，應該做引導性的、框架式的講授，對分的精講就是要在相對宏觀的層面上，學的是框架、重點、難點，可以比喻為骨架、脈絡與關節(jié)[2]。

課后作業(yè)是連接講授與討論的核心環(huán)節(jié)，是對分成功的關鍵，也是初期實施對分最重要的抓手，作業(yè)的布置十分關鍵。除了傳統(tǒng)形式的作業(yè)外，對分作業(yè)還包括一個新的部分，稱為“亮考幫”。學員在聽課、讀書、完成常規(guī)作業(yè)后，要總結出學習過程中自己感受最深、受益最大、最欣賞的內(nèi)容等，稱為“亮閃閃”。要把自己弄懂了，但是覺得別人可能存在困惑的地方，用問題的形式表述出來，用來挑戰(zhàn)別人，稱為“考考你”。要把自己不懂、不會的地方或想要了解的內(nèi)容，用問題的形式表述出來，在討論時求助同學，稱為“幫幫我”[2]。

3? “對分課堂”教學模式的實踐

3.1 課堂討論

課堂討論的環(huán)節(jié)，上課一開始就是小組內(nèi)成員自己相互交流討論，提出各自的“亮考幫”，然后形成小組“亮考幫”。但經(jīng)過教學實踐發(fā)現(xiàn)，由于每次事先提出的討論內(nèi)容難易程度不同，所占用的時間也不同，若這個環(huán)節(jié)占20min，后面的環(huán)節(jié)完成會比較倉促;如果給的時間較短，小組內(nèi)的有效交流就打了折扣。而學員還要學習其他諸多課程、完成各項作業(yè)和任務，他們的時間也是有限的，不可能花大量的精力在力學一門課上，所以討論還是盡可能利用課上的時間進行。因此在這個環(huán)節(jié)做了一些變動，根據(jù)討論內(nèi)容的多少，難易程度來決定課上討論還是課下討論。內(nèi)容少些的就采用小組課上討論，如果內(nèi)容多一些的，由各小組組長負責召集小組成員課外線下討論，也可以利用對分易線上教學平臺，由學員建立對分易線上小組群或微信小組群，實施線上討論，打破時空限制。經(jīng)過小組討論后，可以先在小組內(nèi)部解決一些低層次的“考考你”“幫幫我”的問題，然后通過討論形成小組的“亮考幫”。“亮考幫”是對分課堂教學模式的一個亮點。通過做“亮考幫”作業(yè)，能夠鍛煉學員的歸納總結能力，培養(yǎng)學員發(fā)現(xiàn)問題、提出問題以及解決問題的能力，在小組內(nèi)部解決每個成員的“考考你”和“幫幫我”問題時，也是學員當小老師講授給他人的一個過程，并且也培養(yǎng)了學員的團隊合作精神。同時，“亮考幫”也是對分課堂教學實施的難點之一，如何提出高質(zhì)量的“亮考幫”，這對學員也有著較高的要求。當然，這也是我們的終極目標。在目前的教學實踐中，“考考你”和“幫幫我”，學員完成的還不錯，在“亮閃閃”中，有少部分學員會提出一些有深度、有新意的問題，大部分學員主要是對所學的一些知識點進行歸納總結，從總結中也可以看出學員的不同，有的學員總結直擊要點，能總結出知識點背后的思想方法，有的就是泛泛地把知識點搬遷到紙面上。不過，無論“亮閃閃”的質(zhì)量好壞，至少讓學員向前邁進了一步—— 學會通過自己的思考去歸納總結、發(fā)現(xiàn)問題、提出問題。

當然，如果學員有充足的課下討論時間，建議還是將小組討論由課上放在課下，這樣討論就能更充分、更從容，也為課堂全班交流的討論保障了質(zhì)量。

在全班交流環(huán)節(jié)，每個小組提出的“考考你”和“幫幫我”的問題，可先由小組間相互解決，教員予以引導和提煉總結，或者共性問題由教員來解決。提煉總結可放在最后，也可放在中間過程中。由于課堂時間有限，對于學員提出的很多問題，不可能課上一一解答，可以放在課外線下輔導答疑時間解決，或者利用線上教學平臺答疑解決。

3.2 課堂講授

對分課堂的講授原則主要是精講和留白，課前需要思考準備如何設計教學內(nèi)容精講留白，也就是要解決講什么的問題。畢竟是大學課程，并不能因為教學模式的改變而講淺講少，降低內(nèi)容的難度和深度。除了去掉一些可講可不講的內(nèi)容外，精講本節(jié)課內(nèi)容的框架、重點、難點、重要例題，例題不在于多而在于精，例題的編寫要具有目的性、啟發(fā)性和綜合性，以加深學員對基本概念、基本理論、基本方法的正確理解，提高課堂效率。筆者對課件也進行了改動，PPT里的內(nèi)容原來是逐一出現(xiàn)的，需要引發(fā)學員思考討論的內(nèi)容還是按照需要逐條出現(xiàn)，而不需要討論的陳述性內(nèi)容就一版整體展現(xiàn)，這樣也能省出一些時間;同時，對于板書也做了改革，把板書設計提前展現(xiàn)出來，如果是智慧教室，可用投影儀直接放映到屏幕上，學員隨時可以觀看，另一塊屏幕展現(xiàn)的是PPT的播放，互不影響。即使板書是提前寫好的，講課時也依然要注意講解和板書的適時配合。如果沒有智慧教室，課前需將板書設計提前手寫好展現(xiàn)在黑板上。這樣做的好處是可以節(jié)省出一部分時間，也可以拍照發(fā)給學員，學員上課可以不用手記筆記，專心聽講，并且隨時可看，課后也便于整理記筆記。即使不是對分課堂，這樣做也可以把省出的時間用于和學員做當堂的互動討論交流。把課堂授課內(nèi)容制作成思維導圖發(fā)布給學員，學完一章后還可接著做章節(jié)思維導圖，以及時做階段性整理歸納，這樣也有利于學員全方位、系統(tǒng)地掌握所學內(nèi)容的框架與脈絡。根據(jù)學員的學情，也可要求由他們來制作思維導圖，由于思維導圖制作的靈活性，這樣也可以發(fā)展學員的思考能力和提高思考水平。

3.3 作業(yè)的布置

除了日常的基本作業(yè)（我們使用的是本校自編的練習冊），用對分課堂教學模式授課的內(nèi)容，還需額外布置補充的對分討論作業(yè)。補充討論作業(yè)同樣也不能過多，需根據(jù)學情酌情而定，以免加重學員負擔而流于應付。對分作業(yè)的水平，也是對分課堂教學模式實施的關鍵。理想的對分作業(yè)，要滿足幾個特點：相關性、基本性、挑戰(zhàn)性、開放性、選擇性、個性化、梯度性。這就需要教員在課前提前思考，準備布置什么樣具體的作業(yè)，選擇什么樣的作業(yè)題，使得討論能開展起來。從形式上并沒有一個固定的模式，教員可以充分發(fā)揮自己的創(chuàng)造性。題目形式可以是判斷、選擇辨析、簡單的綜合計算、工程應用分析等。可以展現(xiàn)一題多解、逆向思維、解決實際問題等等，但這些問題都應該是圍繞所學的相關內(nèi)容而提出的[3-11]。

例如，在講授完拉壓桿的強度條件應用和拉壓桿的變形后，除了練習冊上的基本作業(yè)外，我們布置了三道能引發(fā)起學員討論的對分作業(yè)。

（1）圖2示結構中，AB、AC兩桿的長度均為l，抗拉（壓）剛度均為EA，AC桿位于水平位置。若在力P作用下，節(jié)點A不產(chǎn)生水平位移，則α= （? ? ? ? ）。在此情況下，設β=60°，則節(jié)點A的鉛垂位移δA= （? ? ? ? ? ）。

（2）已知圖3所示AC、CB兩段桿的長度分別為l1和l2，縱向線應變分別為ε1和ε2。則以下正確的是（? ? ? ? ）。

A. AB桿的總縱向線應變ε=ε1+ε2

B. AB桿的總伸長量Δl=ε1l1+ε2l2

C. AB桿的總伸長量Δl=（ε1+ε2）（l1+ l2）

D. AB桿的總縱向線應變ε=（ε1+ε2）/2

（3）多年在外求學的你，某年回到自己的家鄉(xiāng)，發(fā)現(xiàn)家鄉(xiāng)正在修建一座石拱橋。在一石橋橋墩的頂面上，有一個軸向荷載P=3000kN作用，已知橋墩的設計高度為l=30m，材料的許用壓應力[σ]=1MPa，容重γ=25kN/m3。對于此橋墩村民提出了三套設計方案，分別為等直桿、階梯形（三段的高度相等）和等強度桿（見圖4），如圖所示。村長一時難以決斷，于是求助于你。村長說：“你現(xiàn)在在大學已學了不少知識吧，看看咋辦？”

①對此橋墩，試根據(jù)這3種情況分別計算所需的截面積、體積和石料的重量。

②決定哪種方案最為合適[12]。

第一題體現(xiàn)的是求結構節(jié)點位移（以切代弧）的知識點，有一定的靈活性，目的是訓練學員的逆向思維能力;第二題體現(xiàn)的是用分段求和的方法求拉壓桿的變形量以及應變和變形量的關系的知識點，有一定的迷惑性，目的是澄清易混淆的錯誤概念;第三題通過等直桿、變截面桿、等強度桿的設計截面尺寸以及方案優(yōu)化問題，體現(xiàn)的是拉壓桿的內(nèi)力、應力、強度計算等知識點，并初步建立等強度的概念，有一定的綜合性，目的是培養(yǎng)學員綜合解決問題的能力。學員在課下根據(jù)自己的內(nèi)化吸收獨立完成作業(yè)和補充的對分作業(yè)，形成自己的“亮考幫”，然后上課進行小組討論以及全班交流討論。課堂上學員討論比較熱烈，效果較好。而對拉壓桿變形問題的討論，同時也為第二節(jié)課簡單拉壓超靜定問題的精講做好了鋪墊。

在小組討論前要求學員將各自的對分補充作業(yè)和“亮考幫”作業(yè)在限定時間內(nèi)通過對分易線上教學平臺上傳提交，一方面教員可在線上提前大致瀏覽學員的“亮考幫”作業(yè)及對分討論作業(yè)，做到心里有數(shù)，針對課堂討論及時做好預案，從而保障課堂討論的高效性。另一方面，也有利于對每個學員平時成績評定的公平性。

4? 結語

實踐表明，對分課堂這種全新的教學模式，能夠培養(yǎng)學員主動學習和思考的能力、歸納總結能力、口頭表達能力及團隊協(xié)作能力，但目前還處于探索實踐階段中，雖然取得了一些成功經(jīng)驗，但也有一些需要改進提升的地方，比如如何讓對分作業(yè)少而精，使一道討論題目涵蓋的知識點更多，更具有綜合性、開放性及實踐性等，使得討論更加高效。這還需要我們后續(xù)不斷地去探索和研究。

參考文獻

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