PBL 教學模式在“水力學”翻轉課堂中的應用探討

張新燕，王文娥，王增輝

（西北農林科技大學，陜西楊凌 712100）

科技社會的發展，需要人們在遇到新的課題挑戰時具有較強解決問題的能力和高層次的創造能力。高校是培養各類創新型、應用型、復合型優秀人才的重要基地，推進個性化培養，全面提升學生的綜合素質，采取適應新形勢下的教學手段，實現“以教為中心”向“以學為中心”的教學方式變革，是高校深化教法改革與提升教學質量的必由之路。

翻轉課堂是采用線上結合線下教學的一種混合教學模式，與傳統課堂教學方式不同，其轉換了教學過程中知識傳授和知識內化兩個環節，將教學知識和相關內容的學習放在課前進行，由學生（線上）通過教師提供的視頻錄像、電子書及相關材料自主學習掌握，而課上（線下）則通過對學習內容解疑答惑、討論、實踐應用等課堂互動，實現對知識的吸收內化。該模式借助現代科學技術手段，改造傳統教學中教師與學生的角色，強調學習的個性化和學生的自主性，克服了傳統教學忽視學生個體差異與個性化發展需求的弊端，真正做到因材施教和學生綜合素質的培養，適應當代社會發展的教育理念，在高等教育教學改革實踐中發揮了重要作用[1-2]。

翻轉課堂的成功實施關鍵在于課堂教學。在這種教學模式下，課堂不再僅僅是傳授知識，而是通過解疑答惑、討論互動實現學生對學習內容的掌握、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課堂教學的核心問題，沒有行之有效的教學方法，課堂教學活動必然會流于形式，達不到預期效果[3-4]。因此，探索有效的教學方法開展課堂教學，把課堂上的時間真正高效利用起來，是通過翻轉課堂提升教學質量的關鍵。為此，筆者結合西北農林科技大學水利與建筑工程學院水利類專業學科特點，嘗試在“水力學”翻轉課堂教學中采用PBL 教學法探索，經過三年實施，效果良好，可為類似學科的教學研究提供參考。

一、“水力學”課程特點

“水力學”既是水利類學生必修的一門理論與實踐緊密結合的專業基礎課，也是許多工程技術領域重要的技術基礎學科。作為一門經典力學學科，水力學研究的是液體平衡和機械運動規律及其實際應用，課程教學內容有基礎理論和工程實際應用兩部分，其中基礎理論包括水靜力學理論和水動力學基礎，工程應用分為有壓管道水力學問題和明渠水流問題。課程的教學目標是使學生掌握水流運動的基本概念、基本計算原理和水力學分析方法，并具有應用所學水力學知識理解工程技術問題的能力和分析求解從工程實際中簡化出來的水力學問題的能力，為后續專業課程學習、從事工程技術工作及科學研究打下基礎?？梢?，“水力學”課程具有內容豐富、理論性強、與工程實際緊密結合的特點，導致在課程學習過程中，學生經常會出現基礎理論掌握不牢固，理論學習和實踐應用相脫節，記住公式不會用，實踐應用能力欠缺等問題，嚴重影響后續課程的學習。因此，根據課程特點和教學目標，我們在理論學習的基礎上對工程應用部分采用“翻轉課堂”教學模式，其課堂（線下）教學采用PBL 教學方法。

二、PBL 教學法

PBL 教學方法的主旨是帶著問題進行學習。該方法最早應用于醫學教育，由美國的神經病學教授巴羅斯（Barrows）首創，其定義PBL 既是一種課程，又是一種學習方式，由教師提出問題，圍繞問題，在教師的協助下，學習者通過自主學習、相互討論的形式，應用所學相關理論知識，設計出解決方案，獨立自主解決問題，從中獲取知識并掌握。此方法強調學生的主觀能動性，充分調動學生的學習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，有利于激發學生的學習興趣和積極性，符合建構主義學習理論及其教學原則，對發展學生高級認知思維能力和解決問題的能力具有積極作用[5-8]。

三、PBL 教學法應用探討

PBL 教學模式在水力學課堂教學中分為四個步驟進行。第一步，驅動問題設計。首先由教師圍繞課堂教學內容和教學目標設計驅動問題，該問題用于導出教學相關理論知識。第二步，分析解決問題。問題提出后，學生針對問題進行分析、討論，在此過程中，教師引導學生梳理解決該問題需要用到的基本理論、概念和相應的水力計算公式，以鞏固基礎理論知識。第三步，工程實例應用。提供一個工程案例，由學生結合前面所梳理的相關理論進行解決，以培養學生理論應用實踐能力。第四步，總結、評價。最后由教師對學生所做結果進行匯總、評價，指出問題，糾正錯誤，梳理解決工程案例的思路和相關知識，進一步促進相關理論知識的掌握和吸收。

1.驅動問題設計PBL 教學法的核心在于問題的設計與提出，由教師圍繞課程內容和教學目標，設計驅動問題。設計的問題應結合工程實際，根據學生的認知水平和知識能力，有明確的目的和要求，需要解決的內容應覆蓋教學內容和相關知識點。如在學習泄水建筑物水流銜接與消能時，設計問題如下：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，由學生自行討論解決，而應針對驅動問題設計一些輔助的引導性問題對學生進行必要的引導，提升課堂學習效果。這是因為授課學生的專業知識還沒有積累到足夠的數量，也沒有達到一定的水平和高度，且大多數多年來已經習慣于依賴性學習、被動式吸收，讓其自主解決問題，這樣容易使學生不知所以，產生畏難情緒，因此在分析解決驅動問題時通過若干引導性問題循序漸進地引出問題解決涉及到的相關理論、概念等，使學生將所學知識融會貫通，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生首先需要先了解在泄水建筑物下游將會發生何種水流現象，水流特征是什么。在此基礎上才能進一步探討問題的解決方案。這些引導性問題的提出促使學生梳理回顧涉及到的相關概念和理論，即急流、緩流流態概念，水躍現象，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性方程進行收縮水深計算等相關理論。這些引導性問題是基于驅動問題涉及到的水力學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知識通過引導提問的方式使學生逐步對所學知識進行回顧、梳理、深入思考，鞏固掌握問題解決涉及到的相關理論知識。這一過程促使學生主動學習，積極思考，既加深了相關理論的理解和掌握，也提升了學生的學習興趣，學習效果事半功倍。

3.工程實例應用。在學生厘清了解決驅動問題的思路后，教師可在明確問題解決涉及到的相關理論的基礎上，提供一個工程案例，要求學生結合掌握的知識進行解答，完成相關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、連續性方程、水躍方程等理論，具有一定的計算任務和工作量。為了在有限的課堂時間內完成，根據情況將學生分成若干個小組，每個小組由2～3 人組成，自由組合，可推選其中一人為組長，負責對小組內各成員進行任務分派和工作協調，對成果資料進行整理匯總，共同完成任務。

在此過程中，由于學生前期已對其類似問題相關的基本概念和原理進行了梳理，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，針對給出的實例進行分工協作，能夠比較順利地完成。這一過程不僅培養了學生理論應用于實踐的能力，同時也鍛煉了學生的協作能力。

4.總結、評價，最后教師對學生上述工程實例的應用完成情況進行檢查，對各小組結果進行總結、講評。首先，針對學生解答過程中出現的問題和錯誤進行講解和糾正，給出正確答案，進一步促進學生厘清、理解概念和原理。其次，對本次課堂教學內容進行系統總結，鞏固教學內容的掌握。最后，根據各組做的情況做相應的考核和記錄，作為課程學習的評判依據之一，以提升學生學習的積極性。

在整個教學過程中，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內容具體化、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，使學生不得不主動思考，積極參與，整個過程均以學生為主導，基于理論，學習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，激發了學生的學習興趣，發揮了學生學習的主觀能動性，鞏固了基礎理論知識的吸收內化，加強了實踐能力和綜合應用能力。

四、PBL 教學法在翻轉課堂中的應用效果

在“水力學”翻轉課堂教學中采取PBL 教學方法，利用驅動問題、引導性問題等，使學生梳理相關理論知識，明確解決問題涉及到的教學內容和知識點，使學生在通過尋找實際工程問題的解決方案中進一步鞏固加強基礎理論知識的掌握，培養其實踐應用能力。整個教學過程以學生為主體，教師引導，對調動學生的主動性和積極性，實現“以學為中心”，進行個性化培養等效果顯著。

1.促進教學內容和理論知識的吸收內化。PBL 教學模式基于問題，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，梳理教學內容和理論知識，吸收內化、鞏固加強對所學知識的理解和掌握。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和教師的信息，不僅可以及時解決學習中的問題，也會通過討論開闊思路，不斷地發現新問題，對教學內容產生新的理解和認識，提高學習的針對性和實用性。

2.實現“以學為中心”，進行個性化培養?！胺D課堂”教學模式和PBL 教學法均強調學生的主體地位，實行“以學為中心”的教學理念。在課堂教學中基于學生在課下對教學內容和知識的掌握，圍繞提出的問題，通過師生間、學生間的討論互動分析問題、探究問題、解決問題，對涉及到的相關教學知識進行梳理、厘清，從而得到進一步鞏固和掌握。課堂上以教師為引導，以學生為主體，學生由被動學習變為主動探討，尊重學生的個體差異，強調學生的自主性，培養學生獨立思考和獲取知識信息的能力，有效地開發了學生的潛力和創造力，以適應當今社會對高層次創新型人才的需要。

3.培養實踐應用能力，提高學生的綜合素質。水力學基礎理論的學習是前提，應用理論于解決實際工程問題是目的，傳統的教學方式一味的知識灌輸導致學生經常不知其所以然，理論和工程應用相脫節，缺乏實踐應用能力。翻轉課堂教學模式結合PBL 教學方法的應用，為學而教，以學生為主體，結合實際水流現象和工程問題，通過教師基于問題的引導，對所學理論進行梳理、鞏固，融會貫通，以應用于工程實踐中去解決工程實際問題。這不僅促進了學生對理論知識的深入理解和有效應用，而且培養了學生理論應用于實踐的能力和綜合運用知識的能力，提高了學生的綜合素質。

五、結語

為完成特定的教學目標和內容，采取適宜的教學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效果最大化是教師的教學目標。將PBL 教學方法應用于翻轉課堂教學中去，強調學生的主體地位，實現“以學為中心”，課堂教學效果顯著。教師也由傳統教學的主導地位轉變為知識的引導者和啟發者，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對突發事件的反應能力和處理能力，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以及敬業奉獻精神。

1.需要教師具有豐富的專業知識儲備和課堂教學經驗。教學過程中，首先提出的問題要和教學內容緊密相關，且能夠啟發學生通過尋找問題答案從中發現所包含的理論知識和規律。進而在成果匯總時，教師要引導學生通過自己找尋到的答案中去學習掌握教學內容。這都要求教師不僅要具有豐富的專業理論知識，對課程內容熟練掌握，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的因勢利導能力，能夠從學生的解答中引導其進入理論知識的學習鞏固。

2.把握好教學時間分配。在實際教學中，課時是有限的，需要教師具備良好的組織管理能力和應對能力，掌控好教學時間的分配。課前需根據教學內容安排學生自學內容，課堂上PBL 教學分為提出問題、分析問題、分組討論解決問題，最后匯總結果，由教師引導完成教學活動幾個過程，需要合理分配每個過程的時間長度，控制課堂節奏，根據實際情況隨時調整時間安排，如分析問題階段，有可能學生發言較多而超時，這時就要隨機調整后續安排，掌控好時間，以使按計劃完成教學任務。