基于“以学生为中心”教学理念的水力学“翻转课堂”课程改革

吴玉帅 甘永德 顾声龙

摘  要：新时代背景下，传统教学模式在一定程度上不再适应当今社会的发展，无法满足培养学生综合素质的要求。本文针对目前水力学课程存在的教学现状及问题提出了基于多元化理论的水力学“翻转课堂”课程改革思路，主要有：课前自学、课堂展示（翻转课堂）、课后巩固、项目挑战、教学评价改革五个方面。充分结合基于“互联网+”的线上教学平台、SPOC课程等，让水力学课堂丰富有趣，提高了学生的沟通交流能力、团队协作能力、自学能力、创新能力和理论联系实际的能力，旨在现为祖国培养全面发展的青年人才的目的。

关键词：课程改革；翻转课堂；项目挑战；教学评价

中图分类号：G420    文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2023）05-0128-04

水力学是以水为主要对象研究液体运动规律以及应用这些规律解决实际工程问题的科学［1］，也是水利类专业学生进行后续相关专业课程学习的先修课程［2］。课程具有工科课程的常见痛点问题：公式多、方程推导多、学习起来感到无聊等。按照传统的教学模式进行教学往往容易令学生产生厌学情绪，难以达到令人满意的教学效果，对学生的未来发展产生不利影响。

当前，传统水利教学已难以满足新时代经济社会发展所需的专业化、精细化、科学化管理需求，智慧水利作为一种以感知、互联和智能等为基本特点的新兴水利体系应运而生［3］。智慧水利属于多学科交叉领域，融合了水利工程、计算机科学、环境科学、通信技术等多个学科，是水利信息化发展的新阶段［4］。在智慧水利的时代背景下，行业发展对教学和学生提出了新的要求，“全靠老师讲”的传统水力学教学模式显然已经不适应当前对水利人才培养的要求，水力学教学改革势在必行。

为紧扣教育高质量发展和新时代本科教育改革发展的政策要求，加强教学建设，深化教学改革刻不容缓。多元化的教学理论正是教学改革的有力指导思想，它包括教学内容多元化、教学模式多元化、实践环节多元化、考核体系多元化［5］。本文基于目前水力学课程所存在的教学问题，提出了基于多元化理论的水力学“翻转课堂”课程改革思路，力求提高水力学课程的教学质量，为我国的水利事业培养基本功扎实、综合能力强的青年人才。

一、水力学课程教学现状及问题

（一）课程内容复杂

水力学的内容不仅有基础的理论部分，还包含工程应用的知识灵活运用的部分，具有基础性、理论性强的课程特点。作为力学类的学科之一，“水力学”对学生的大学物理、高数、理论力学等学科基础要求较高，学生需要具备一定的公式推导、理论理解的能力才能较好地掌握“水力学”课程内容。对大部分成绩处在中下游、前期基础没打好的学生来说，课上听不懂，课下作业不会写的情况非常普遍，久而久之，难免慢慢产生了厌学心理，开始在课上玩手机，甚至出现缺课、逃课的现象。因此，复杂的课程内容对成绩在中下游的学生来说是一个巨大的困难。

（二）教学模式单一

水力学的概念多、理论性强，且数学推导和计算烦琐，比较枯燥，传统的“水力学”教学模式都是以老师的讲为主，学生的听为辅。课堂上老师滔滔不绝地推导公式，学生却在下面昏昏欲睡。目前大多数水力学教学方法单一，课堂教学“满堂灌”，课堂趣味性不高，不容易调动学生的学习主动性。由于水力学教学时间紧、任务重，大多数教师，特别是年轻教师选择使用多媒体的现代教学手段，可以增加课堂信息量。但是，有些教师备课不充分，存在照本宣科的现象，不利于培养学生的学习兴趣。

（三）知识运用不够

作为专业基础课的“水力学”是学生将来走向工作岗位的知识基础，所以学生仅做到“公式会背，习题会做”远远不够。因为将来在工程实践过程中遇到的问题一定是具有多变性、复杂性的，不仅需要学生具备一定的工程思维、创新思维，还需要学生学会知识的综合运用，结合计算机编程、软件解决问题。目前的教学模式，忽视了对学生这种能力的培养，囿于书本知识，无法应用于实际，学生也就无法体验“实践出真知”的乐趣，因此对课程的学习无法产生足够的兴趣。

（四）教学考核设计单一

目前，传统的水力学课程教学考核设计有些单一，过程性考核少。平时成绩的考核也还是“作业+点名”的老一套。学生容易“钻空子、打马虎”，“上课时水一水，考试前拜一拜”成为学生学习“水力学”的套路。

以期末考试为主的考核方法导致学生不重视平时的学习过程，只依赖课堂教学，课下投入时间不够，考前突击复习，对课程内容没有深刻的理解及灵活的运用［6］，也磨灭了学生自主学习、深入思考的积极性。因此在课程考核中加大过程性考核的权重，让学生更加重视学习知識、钻研难题的过程，从而提高教学效果是非常必要的。

（五）学生基础不同

大学生虽然都是通过全国高考录取进来的，但是由于地域之间教育的水平参差不齐，学生的学习能力、知识的功底高低错落。目前“一视同仁”的水力学教学模式消磨了学生的学习兴趣，学生学习的主动性也就随之降低，课前不预习、课后不复习，“一节课没听懂就节节课都听不懂”的现象十分严重。本着要让所有学生都有所提高的教育初心，延续之前“一刀切”的教学模式是根本行不通的，“水力学”教学改革势在必行。

二、水力学课程改革思路及内容

基于多元化理论的水力学“翻转课堂”课程，改革思路如图1所示。

（一）课前自学

考虑到学生基础的不同，首先对班内学生进行分组，每四人一组。小组人数控制在四人，有效防止了部分学生在大组中浑水摸鱼的现象。小组内各有各的分工，有问题一起解决，保证了绝大多数学生的课程参与度。课前自学以小组为单位。每名学生都必须完成教师在线上教学平台（如雨课堂）发布的SPOC课程和课前自学作业。课前自学作业考查的主要是SPOC课程上已经讲清楚的基础理论、概念。平台会记录学生的任务完成情况，并反馈给教师作为平时成绩的依据之一。这一步就确保了学生在课前可以将简单的基础知识掌握。

课前自学的过程中产生的疑问先由小组讨论解决，仍然存疑的就在课前及时通过“水力学研讨圈”反馈给教师，教师与学生共同讨论问题，提高对知识的掌握程度。

（二）课堂展示

课堂上，教师首先利用工程案例将每节课的重点知识引出，这样一来，既让学生真切地感受到学习水力学的必要性，又加入了思政教育的元素。为了让学生抓住学习的重点，教师会在课堂上对当堂学习的章节进行知识点的列举和重要度划分。在将学生的课前自学作业的情况总结、答疑后，开始以小组为单位的重要知识点“翻转”。有了课前的准备，再加上小组内成员利益共同体互帮互助，以往公式推导的枯燥环节，变得具有挑战性和趣味性。教师作为课堂的引导者，认真地听学生讲解，然后根据他们讲解中存在的知识误区、混淆点、易错点进行系统的总结和梳理。“翻转”结束后，教师再对课堂内容进行系统的总结梳理，帮助学生养成归纳总结知识体系的好习惯。既丰富了课堂内容，还保证了课堂教学高效率。

（三）课后巩固

为巩固学生的学习效果，课后及时的习题作业是不可避免的。根据学生的能力不同，以满足教学大纲为最低要求，布置的习题要具有多元化，例如，设置必做题，针对能力强的学生，也有选做题，使学生都能吃饱。以往的作业形式避免不了大批学生照抄答案或互相抄袭的恶劣现象，因此采取新式“视频作业”的方法，让学生不仅是写出来，而且要讲出来。学生写完作业后，利用手机等智能设备将讲解过程录制下来，上传到线上学习平台（如UMU）供教师批阅。这样一来，学生从原来的互相“抄作业”，变成现在的互相“问作业”。从“没头绪”到“讲出来”，极大地促进了学生学习的积极性，也很大程度上保证了作业的质量，真正做到让学生“做一道，会一道”。

为了解答学生在“讲作业”过程中遇到的问题，教师还建立了专门的“水力学”微信公众号，每结束一次作业，就会在上面发布正确规范的解题思路。学生有问题还可以发布在线上研讨圈里，教师和学生一起讨论，在讨论的过程中答疑。

为了让学生的知识体系更加系统和完整，在每学完一章后，学生都要完成思维导图整理的任务，教师鼓励学生用专业的思维导图软件来制作，更有利于学生对知识的复习与应用。

（四）项目挑战

工程教育领域高阶阶段认知发展的重要特征是工程思维，包括分析性思维、系统性思维、工程设计思维，以及理论联系实际、目标导向等［7］。为加强学生理论联系实际的能力，教师还在课程改革中加入了“项目挑战”模块。“项目挑战”就是让学生利用在水力学课堂上学习到的知识，利用Matlab、Python等软件解决比如“环状管网布置的自动计算”“明渠恒定均匀流水力计算”等简单的工程计算问题。考虑到学生的学习能力有区别，教师在难度系数设置上也做了划分。学生在做项目挑战的过程中，不仅要灵活运用所学知识，还要利用编程语言将图像、结果等展示出来，极大地锻炼了学生的综合能力和工程思维。

（五）教学评价改革

为了改变以往教学考核单一的问题，提高学生学习水力学的积极性，增强过程性的考核十分重要。将过程性考核占比设为60%，结果性考核（期末考试）占比设为40%。而平时成绩也不只包括作业和出勤率这两项，还加入了课前自学任务考核、课堂展示考核（小组为单位）、阶段测试、课后作业考核和项目挑战考核。

教师在新的教学评价标准中还加入了“额外加分项”内容：制作知识点PPT、在微信公众号上提供例题解答过程、制作“水力学”趣味小视频等。让能力强、学有余力的学生充分发挥自身的实力，全方面发展的同时，还能间接地帮助学习暂时落后的学生。此举有利于激发学生思维，培养主动学习的氛围。

（六）思政教育改革

目前，高校课程思政建设伋处于初步探索阶段，在师资、教学体系及教学方法方面存在一些问题［8］。课程思政的核心，就是要让在校学生不仅学习文化专业知识，还接受思想政治的再教育，在学生内心自然而然地建立起两者互融共生的关系［9］。正是本着这样的决心，在基于多元化理论的水力学“翻转课堂”课程改革中，强调用工程案例引出课程重点，在增强课堂趣味性、启发性、实践性的同时，也让学生从内心深处感受到作为未来国家水利事业的接班人，应该秉承着忠诚、干净、担当，科学、求实、创新的精神，以此进一步实现思想政治教育目标，将立德树人落到实处，从本质上提高育人水平。此外，项目挑战一项，更是让学生在简单的工程计算中激发和培养了学习兴趣、专业自豪感。借助水力学在工程中的应用计算实例，将水力学中晦涩难懂的概念和理论由表及里、由大化小地展现给学生。从而提升学生学习的积极性、专业认同感和荣誉感，为其今后从事相关专业工作打下重要的思想基础，坚定专业信念［10］。

三、水力学课程改革效果

学生由课堂的“旁观者”变为“当局者”，教师“一言堂”的局面一去不返。学生不仅体验到探索知识的乐趣，更重要的是增强了自学能力。将来区分学生之间水平高低的标准绝对不是某阶段知识掌握的多少，而是学习能力和应变能力的强弱。无论是在课前自学中，还是在课堂展示里，学生都锻炼了自己的语言表达和沟通能力以及团队协作能力；在应对“项目挑战”的过程中，学生提高了知识运用的能力、操作软件的能力和理论联系实际的能力。

经过两学期的教学改革试点，学生及格率大大提高。此外，在参与此次“水力学”课程改革后，学生在各方面都有突出表现，比如参加学科竞赛、创新竞赛的人数明显增多，并有多名学生在数学建模比赛、“水工创新杯”等竞赛中表现优秀。

四、结语

基于多元化理论的水力学“翻转课堂”课程改革，充分利用“互联网+”的线上教学平台、SPOC课程等，在新教学模式的运用过程中展现出了非常好的教学效果，学生能够在教师的规划指导下进行自学，培养了学习能力。水力学课程从“以本为本”出发，从本科特色出发，以人才培养为本，以学生需求为核心，调整教学模式，深化教学改革，提高教学质量和学生综合应用能力［11］。在21世纪的今天，学生可以从多种渠道获取知识，但是如何高效地吸取、应用知识，需要老师的指导。教学改革的目的，是让学生获得学习、创新、实践、多思的能力。让高校成为学生能力培养的场所，而不是知识的灌输场所［12］。改革要时刻把握学科前沿科研动态，保证教学与时俱进，总结出科学高效的水力学教学方案。

参考文献：

［1］ 张志昌，李国栋，李治勤. 水力学（上册）［M］. 北京：中国水利水电出版社，2011.

［2］ 四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室. 水力学（上册）第五版［M］. 北京：高等教育出版社，2016.

［3］ 蔣云钟，冶运涛，赵红莉，等. 智慧水利解析［J］. 水利学报，2021，52（11）：1355-1368.

［4］ 连彬，魏忠诚，赵继军. 智慧水利关键技术与应用研究综述［J］. 水利信息化，2021（05）：6-18+31.

［5］ 韩伟，贺露露，刘俊萍，等. 水力学课程多元化教学改革探索［J］. 教育教学论坛，2020（35）：170-171.

［6］ 贾敏，陈小榆，张涛，等. 石油类专业工程流体力学课程教学改革探讨［J］. 教育现代化，2019，6（26）：64-65.

［7］ 金建华，周青云，韩娜娜，等. 思政教育融入“水力学”课程教学的实践与探索［J］. 天津农学院学报，2021，28（03）：93-96.

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［9］ 梁四海，蒋小伟，高冰，等. OBE理念下“水力学”立体化教学改革探索［J］. 中国地质教育，2021，30（04）：75-80.

［10］ 王华生，詹鸿峰，潘禹，等. 基于自主学习能力培养的水力学教学改革［J］. 教育现代化，2020，7（32）：63-65.

［11］ 朱佳斌，刘群群，刘少雪，等. 工程教育改革背景下工科学生认知发展现状与影响因素研究［J］. 高等工程教育研究，2019（06）：58-64.

［12］ 张艳，白相东，宋洋，等. 水力学教学模式改革的探索［J］. 科技创新导报，2018，15（26）：239-241.

（荐稿人：马天，河北师范大学副教授）

（责任编辑：邹宇铭）