PBL 教學(xué)模式在“水力學(xué)”翻轉(zhuǎn)課堂中的應(yīng)用探討

科技社會(huì)的發(fā)展，需要人們?cè)谟龅叫碌恼n題挑戰(zhàn)時(shí)具有較強(qiáng)解決問(wèn)題的能力和高層次的創(chuàng)造能力。高校是培養(yǎng)各類(lèi)創(chuàng)新型、應(yīng)用型、復(fù)合型優(yōu)秀人才的重要基地，推進(jìn)個(gè)性化培養(yǎng)，全面提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，采取適應(yīng)新形勢(shì)下的教學(xué)手段，實(shí)現(xiàn)“以教為中心”向“以學(xué)為中心”的教學(xué)方式變革，是高校深化教法改革與提升教學(xué)質(zhì)量的必由之路。翻轉(zhuǎn)課堂是采用線上結(jié)合線下教學(xué)的一種混合教學(xué)模式，與傳統(tǒng)課堂教學(xué)方式不同，其轉(zhuǎn)換了教學(xué)過(guò)程中知識(shí)傳授和知識(shí)內(nèi)化兩個(gè)環(huán)節(jié)，將教學(xué)知識(shí)和相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)放在課前進(jìn)行，由學(xué)生（線上）通過(guò)教師提供的視頻錄像、電子書(shū)及相關(guān)材料自主學(xué)習(xí)掌握，而課上（線下）則通過(guò)對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容解疑答惑、討論、實(shí)踐應(yīng)用等課堂互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的吸收內(nèi)化。該模式借助現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段，改造傳統(tǒng)教學(xué)中教師與學(xué)生的角色，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的個(gè)性化和學(xué)生的自主性，克服了傳統(tǒng)教學(xué)忽視學(xué)生個(gè)體差異與個(gè)性化發(fā)展需求的弊端，真正做到因材施教和學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，適應(yīng)當(dāng)代社會(huì)發(fā)展的教育理念，在高等教育教學(xué)改革實(shí)踐中發(fā)揮了重要作用[1-2]。翻轉(zhuǎn)課堂的成功實(shí)施關(guān)鍵在于課堂教學(xué)。在這種教學(xué)模式下，課堂不再僅僅是傳授知識(shí)，而是通過(guò)解疑答惑、討論互動(dòng)實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的掌握、吸收，如何有效并最大化地利用課堂師生面對(duì)面的時(shí)間也成為翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的核心問(wèn)題，沒(méi)有行之有效的教學(xué)方法，課堂教學(xué)活動(dòng)必然會(huì)流于形式，達(dá)不到預(yù)期效果[3-4]。因此，探索有效的教學(xué)方法開(kāi)展課堂教學(xué)，把課堂上的時(shí)間真正高效利用起來(lái)，是通過(guò)翻轉(zhuǎn)課堂提升教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵。為此，筆者結(jié)合西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院水利類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)科特點(diǎn)，嘗試在“水力學(xué)”翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)中采用PBL教學(xué)法探索，經(jīng)過(guò)三年實(shí)施，效果良好，可為類(lèi)似學(xué)科的教學(xué)研究提供參考。一、“水力學(xué)”課程特點(diǎn)“水力學(xué)”既是水利類(lèi)學(xué)生必修的一門(mén)理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，也是許多工程技術(shù)領(lǐng)域重要的技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)科。作為一門(mén)經(jīng)典力學(xué)學(xué)科，水力學(xué)研究的是液體平衡和機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其實(shí)際應(yīng)用，課程教學(xué)內(nèi)容有基礎(chǔ)理論和工程實(shí)際應(yīng)用兩部分，其中基礎(chǔ)理論包括水靜力學(xué)理論和水動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)，工程應(yīng)用分為有壓管道水力學(xué)問(wèn)題和明渠水流問(wèn)題。課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生掌握水流運(yùn)動(dòng)的基本概念、基本計(jì)算原理和水力學(xué)分析方法，并具有應(yīng)用所學(xué)水力學(xué)知識(shí)理解工程技術(shù)問(wèn)題的能力和分析求解從工程實(shí)際中簡(jiǎn)化出來(lái)的水力學(xué)問(wèn)題的能力，為后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程學(xué)習(xí)、從事工程技術(shù)工作及科學(xué)研究打下基礎(chǔ)。可見(jiàn)，“水力學(xué)”課程具有內(nèi)容豐富、理論性強(qiáng)、與工程實(shí)際緊密結(jié)合的特點(diǎn)，導(dǎo)致在課程學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)基礎(chǔ)理論掌握不牢固，理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐應(yīng)用相脫節(jié)，記住公式不會(huì)用，實(shí)踐應(yīng)用能力欠缺等問(wèn)題，嚴(yán)重影響后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。因此，根據(jù)課程特點(diǎn)和教學(xué)目標(biāo)，我們?cè)诶碚搶W(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上對(duì)工程應(yīng)用部分采用“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式，其課堂（線下）教學(xué)采用PBL教學(xué)方法。二、PBL教學(xué)法PBL教學(xué)方法的主旨是帶著問(wèn)題進(jìn)行學(xué)習(xí)。該方法最早應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教育，由美國(guó)的神經(jīng)病學(xué)教授巴羅斯（Barrows）首創(chuàng)，其定義PBL既是一種課程，又是一種學(xué)習(xí)方式，由教師提出問(wèn)題，圍繞問(wèn)題，在教師的協(xié)助下，學(xué)習(xí)者通過(guò)自主學(xué)習(xí)、相互討論的形式，應(yīng)用所學(xué)相關(guān)理論知識(shí)，設(shè)計(jì)出解決方案，獨(dú)立自主解決問(wèn)題，從中獲取知識(shí)并掌握。此方法強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和獨(dú)立解決問(wèn)題的能力，并通過(guò)問(wèn)題的解決來(lái)獲取知識(shí)，鞏固所學(xué)，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，符合建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論及其教學(xué)原則，對(duì)發(fā)展學(xué)生高級(jí)認(rèn)知思維能力和解決問(wèn)題的能力具有積極作用[5-8]。三、PBL教學(xué)法應(yīng)用探討PBL教學(xué)模式在水力學(xué)課堂教學(xué)中分為四個(gè)步驟進(jìn)行。第一步，驅(qū)動(dòng)問(wèn)題設(shè)計(jì)。首先由教師圍繞課堂教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，該問(wèn)題用于導(dǎo)出教學(xué)相關(guān)理論知識(shí)。第二步，分析解決問(wèn)題。問(wèn)題提出后，學(xué)生針對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析、討論，在此過(guò)程中，教師引導(dǎo)學(xué)生梳理解決該問(wèn)題需要用到的基本理論、概念和相應(yīng)的水力計(jì)算公式，以鞏固基礎(chǔ)理論知識(shí)。第三步，工程實(shí)例應(yīng)用。提供一個(gè)工程案例，由學(xué)生結(jié)合前面所梳理的相關(guān)理論進(jìn)行解決，以培養(yǎng)學(xué)生理論應(yīng)用實(shí)踐能力。第四步，總結(jié)、評(píng)價(jià)。最后由教師對(duì)學(xué)生所做結(jié)果進(jìn)行匯總、評(píng)價(jià)，指出問(wèn)題，糾正錯(cuò)誤，梳理解決工程案例的思路和相關(guān)知識(shí)，進(jìn)一步促進(jìn)相關(guān)理論知識(shí)的掌握和吸收。1.驅(qū)動(dòng)問(wèn)題設(shè)計(jì)PBL教學(xué)法的核心在于問(wèn)題的設(shè)計(jì)與提出，由教師圍繞課程內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)，設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)問(wèn)題。設(shè)計(jì)的問(wèn)題應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平和知識(shí)能力，有明確的目的和要求，需要解決的內(nèi)容應(yīng)覆蓋教學(xué)內(nèi)容和相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。如在學(xué)習(xí)泄水建筑物水流銜接與消能時(shí)，設(shè)計(jì)問(wèn)題如下：天然河流，水流流量沿河寬方向的分布均勻，流態(tài)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(yán)重沖刷，破壞性大。因此要如何解決修建閘壩后水流對(duì)下游河床的沖刷問(wèn)題？2.分析解決問(wèn)題。問(wèn)題提出后，教師不能放任不管，由學(xué)生自行討論解決，而應(yīng)針對(duì)驅(qū)動(dòng)問(wèn)題設(shè)計(jì)一些輔助的引導(dǎo)性問(wèn)題對(duì)學(xué)生進(jìn)行必要的引導(dǎo)，提升課堂學(xué)習(xí)效果。這是因?yàn)槭谡n學(xué)生的專(zhuān)業(yè)知識(shí)還沒(méi)有積累到足夠的數(shù)量，也沒(méi)有達(dá)到一定的水平和高度，且大多數(shù)多年來(lái)已經(jīng)習(xí)慣于依賴性學(xué)習(xí)、被動(dòng)式吸收，讓其自主解決問(wèn)題，這樣容易使學(xué)生不知所以，產(chǎn)生畏難情緒，因此在分析解決驅(qū)動(dòng)問(wèn)題時(shí)通過(guò)若干引導(dǎo)性問(wèn)題循序漸進(jìn)地引出問(wèn)題解決涉及到的相關(guān)理論、概念等，使學(xué)生將所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通，最終解決問(wèn)題。如對(duì)于以上要解決泄水建筑物下游的水流沖刷問(wèn)題時(shí)提示學(xué)生首先需要先了解在泄水建筑物下游將會(huì)發(fā)生何種水流現(xiàn)象，水流特征是什么。在此基礎(chǔ)上才能進(jìn)一步探討問(wèn)題的解決方案。這些引導(dǎo)性問(wèn)題的提出促使學(xué)生梳理回顧涉及到的相關(guān)概念和理論，即急流、緩流流態(tài)概念，水躍現(xiàn)象，水躍類(lèi)型及其水流特征，水躍水力要素及其水力計(jì)算，以及利用能量方程和連續(xù)性方程進(jìn)行收縮水深計(jì)算等相關(guān)理論。這些引導(dǎo)性問(wèn)題是基于驅(qū)動(dòng)問(wèn)題涉及到的水力學(xué)基本概念和基本原理提出的，將解決該問(wèn)題需要用到的基本水力學(xué)知識(shí)通過(guò)引導(dǎo)提問(wèn)的方式使學(xué)生逐步對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行回顧、梳理、深入思考，鞏固掌握問(wèn)題解決涉及到的相關(guān)理論知識(shí)。這一過(guò)程促使學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，積極思考，既加深了相關(guān)理論的理解和掌握，也提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)效果事半功倍。3.工程實(shí)例應(yīng)用。在學(xué)生厘清了解決驅(qū)動(dòng)問(wèn)題的思路后，教師可在明確問(wèn)題解決涉及到的相關(guān)理論的基礎(chǔ)上，提供一個(gè)工程案例，要求學(xué)生結(jié)合掌握的知識(shí)進(jìn)行解答，完成相關(guān)理論分析和水力計(jì)算。在上述水流沖刷問(wèn)題的工程案例中涉及到兩個(gè)特征水深，即收縮水深、共軛水深的計(jì)算以及水躍形式的判斷等，會(huì)用到能量方程、連續(xù)性方程、水躍方程等理論，具有一定的計(jì)算任務(wù)和工作量。為了在有限的課堂時(shí)間內(nèi)完成，根據(jù)情況將學(xué)生分成若干個(gè)小組，每個(gè)小組由2～3人組成，自由組合，可推選其中一人為組長(zhǎng)，負(fù)責(zé)對(duì)小組內(nèi)各成員進(jìn)行任務(wù)分派和工作協(xié)調(diào)，對(duì)成果資料進(jìn)行整理匯總，共同完成任務(wù)。在此過(guò)程中，由于學(xué)生前期已對(duì)其類(lèi)似問(wèn)題相關(guān)的基本概念和原理進(jìn)行了梳理，對(duì)工程案例中涉及的理論知識(shí)有了深刻的理解和掌握，因此，針對(duì)給出的實(shí)例進(jìn)行分工協(xié)作，能夠比較順利地完成。這一過(guò)程不僅培養(yǎng)了學(xué)生理論應(yīng)用于實(shí)踐的能力，同時(shí)也鍛煉了學(xué)生的協(xié)作能力。4.總結(jié)、評(píng)價(jià)，最后教師對(duì)學(xué)生上述工程實(shí)例的應(yīng)用完成情況進(jìn)行檢查，對(duì)各小組結(jié)果進(jìn)行總結(jié)、講評(píng)。首先，針對(duì)學(xué)生解答過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題和錯(cuò)誤進(jìn)行講解和糾正，給出正確答案，進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生厘清、理解概念和原理。其次，對(duì)本次課堂教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)，鞏固教學(xué)內(nèi)容的掌握。最后，根據(jù)各組做的情況做相應(yīng)的考核和記錄，作為課程學(xué)習(xí)的評(píng)判依據(jù)之一，以提升學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，教師提出泄水建筑物下游水流沖刷問(wèn)題通過(guò)課堂討論解決使泄水建筑物水流銜接與消能的教學(xué)內(nèi)容具體化、實(shí)踐化。由于全程都是以問(wèn)題形式開(kāi)展，在解決問(wèn)題的過(guò)程中，使學(xué)生不得不主動(dòng)思考，積極參與，整個(gè)過(guò)程均以學(xué)生為主導(dǎo)，基于理論，學(xué)習(xí)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(jì)算技能，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮了學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，鞏固了基礎(chǔ)理論知識(shí)的吸收內(nèi)化，加強(qiáng)了實(shí)踐能力和綜合應(yīng)用能力。四、PBL教學(xué)法在翻轉(zhuǎn)課堂中的應(yīng)用效果在“水力學(xué)”翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)中采取PBL教學(xué)方法，利用驅(qū)動(dòng)問(wèn)題、引導(dǎo)性問(wèn)題等，使學(xué)生梳理相關(guān)理論知識(shí)，明確解決問(wèn)題涉及到的教學(xué)內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)，使學(xué)生在通過(guò)尋找實(shí)際工程問(wèn)題的解決方案中進(jìn)一步鞏固加強(qiáng)基礎(chǔ)理論知識(shí)的掌握，培養(yǎng)其實(shí)踐應(yīng)用能力。整個(gè)教學(xué)過(guò)程以學(xué)生為主體，教師引導(dǎo)，對(duì)調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性和積極性，實(shí)現(xiàn)“以學(xué)為中心”，進(jìn)行個(gè)性化培養(yǎng)等效果顯著。1.促進(jìn)教學(xué)內(nèi)容和理論知識(shí)的吸收內(nèi)化。PBL教學(xué)模式基于問(wèn)題，通過(guò)課堂師生間討論互動(dòng)尋求問(wèn)題的解決，針對(duì)提出問(wèn)題，在分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的過(guò)程中，梳理教學(xué)內(nèi)容和理論知識(shí)，吸收內(nèi)化、鞏固加強(qiáng)對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和掌握。同時(shí)，在問(wèn)題討論過(guò)程中，通過(guò)交流能較容易地獲得來(lái)自其他同學(xué)和教師的信息，不僅可以及時(shí)解決學(xué)習(xí)中的問(wèn)題，也會(huì)通過(guò)討論開(kāi)闊思路，不斷地發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題，對(duì)教學(xué)內(nèi)容產(chǎn)生新的理解和認(rèn)識(shí)，提高學(xué)習(xí)的針對(duì)性和實(shí)用性。2.實(shí)現(xiàn)“以學(xué)為中心”，進(jìn)行個(gè)性化培養(yǎng)?！胺D(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式和PBL教學(xué)法均強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體地位，實(shí)行“以學(xué)為中心”的教學(xué)理念。在課堂教學(xué)中基于學(xué)生在課下對(duì)教學(xué)內(nèi)容和知識(shí)的掌握，圍繞提出的問(wèn)題，通過(guò)師生間、學(xué)生間的討論互動(dòng)分析問(wèn)題、探究問(wèn)題、解決問(wèn)題，對(duì)涉及到的相關(guān)教學(xué)知識(shí)進(jìn)行梳理、厘清，從而得到進(jìn)一步鞏固和掌握。課堂上以教師為引導(dǎo)，以學(xué)生為主體，學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)探討，尊重學(xué)生的個(gè)體差異，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主性，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和獲取知識(shí)信息的能力，有效地開(kāi)發(fā)了學(xué)生的潛力和創(chuàng)造力，以適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)對(duì)高層次創(chuàng)新型人才的需要。3.培養(yǎng)實(shí)踐應(yīng)用能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。水力學(xué)基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)是前提，應(yīng)用理論于解決實(shí)際工程問(wèn)題是目的，傳統(tǒng)的教學(xué)方式一味的知識(shí)灌輸導(dǎo)致學(xué)生經(jīng)常不知其所以然，理論和工程應(yīng)用相脫節(jié)，缺乏實(shí)踐應(yīng)用能力。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式結(jié)合PBL教學(xué)方法的應(yīng)用，為學(xué)而教，以學(xué)生為主體，結(jié)合實(shí)際水流現(xiàn)象和工程問(wèn)題，通過(guò)教師基于問(wèn)題的引導(dǎo)，對(duì)所學(xué)理論進(jìn)行梳理、鞏固，融會(huì)貫通，以應(yīng)用于工程實(shí)踐中去解決工程實(shí)際問(wèn)題。這不僅促進(jìn)了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的深入理解和有效應(yīng)用，而且培養(yǎng)了學(xué)生理論應(yīng)用于實(shí)踐的能力和綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。五、結(jié)語(yǔ)為完成特定的教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容，采取適宜的教學(xué)方式一直是教育者思考的問(wèn)題，如何利用有限的時(shí)間將教學(xué)效果最大化是教師的教學(xué)目標(biāo)。將PBL教學(xué)方法應(yīng)用于翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)中去，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體地位，實(shí)現(xiàn)“以學(xué)為中心”，課堂教學(xué)效果顯著。教師也由傳統(tǒng)教學(xué)的主導(dǎo)地位轉(zhuǎn)變?yōu)橹R(shí)的引導(dǎo)者和啟發(fā)者，故而對(duì)教師也提出更高的要求，既要求其具備全面豐富、扎實(shí)的科學(xué)知識(shí)，又要求其具備靈活運(yùn)用知識(shí)的能力、組織管理能力以及應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的反應(yīng)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(zhì)以及敬業(yè)奉獻(xiàn)精神。1.需要教師具有豐富的專(zhuān)業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備和課堂教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。教學(xué)過(guò)程中，首先提出的問(wèn)題要和教學(xué)內(nèi)容緊密相關(guān)，且能夠啟發(fā)學(xué)生通過(guò)尋找問(wèn)題答案從中發(fā)現(xiàn)所包含的理論知識(shí)和規(guī)律。進(jìn)而在成果匯總時(shí)，教師要引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)自己找尋到的答案中去學(xué)習(xí)掌握教學(xué)內(nèi)容。這都要求教師不僅要具有豐富的專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)，對(duì)課程內(nèi)容熟練掌握，并要具備提出解決問(wèn)題的能力、靈活運(yùn)用知識(shí)的能力和較強(qiáng)的因勢(shì)