翻转课堂教学法在“船体强度与结构设计”课程中的应用
宋 博
（广州航海学院船舶与海洋工程学院，广东广州 510725）
摘要： 针对船舶类课程力学基础要求高，理论性强、公式多的特点，文章研究的翻转课堂教学法由实例和问题导入，借助船厂和设计院中的典型实际问题，以及有趣的力学问题激发学生的兴趣，并通过问题的解决来理解课程中理论。实施过程中发现，基本达到培养方案和课程大纲要求的教学目的。
关键词： 船体强度；结构力学；教学改革
0 引言
作为船舶与海洋工程专业的专业核心课程，“船体强度与结构设计”内容复杂，理论深，难度大，计算量大，课程实例少，基于这样的特点，导致在课程教学过程中，学生接受效果差，对课程学习提不起兴趣，如何通过创新的教学方法和手段去解决这些问题一直也是船舶类教学的一线教师面临的困难。
“船体强度与结构设计”课程任务就是让学生学会在满足船舶强度及运营需求等性能要求的前提下，最为经济合理地为船体构件选择合适材质、型材、结构型式，并以规范和直接计算的理论分析，借助有限元软件，精细计算确定其合理的三维形状及尺寸。
1.1 一般资料 收集本院2015年6月至2017年3月手术切除的结肠癌组织标本及癌旁正常组织(距离癌组织大于5 cm)，手术切除的新鲜标本置于-80 ℃冰箱保存。标本共计30例，其中男16例，女14例；年龄42～80岁，平均(66.87±8.13)岁。参考全国结直肠癌协作组结直肠癌诊治规范及AJCC/UICC的TNM分期标准对结肠癌组织进行诊断和分期(Ⅰ～Ⅱ期18例，Ⅱ～Ⅳ期12例)[17]。所有受试者均已签署知情同意书，本研究通过本院伦理委员会审批通过。
1 翻转课堂教学法课程中的构建
翻转课堂源于美国，其基本宗旨:借助网络和三维软件，将课堂翻转过来。（1）课前，教师提出工程实际问题，将制作好的实例视频提前发给学生，学生根据问题，上网查阅资料、与同组同学线上或线下沟通，进行知识预热。（2）课堂中，学生通过交流讨论、问题调研解决汇报、老师指导和理论讲授。（3）课后完成教学资料和例题整理。这是一种全新的教学形式，是影响课堂教育的重大技术改革［1］。
翻转课堂形式不但主体角色由教师转为学生，而且教学过程由理论讲述-计算实例改为工程实例-理论解决。教师在这个过程中是引导者和监督者。翻转式课堂要求“课前调研”“课中理论学习”和“课后应用实践”3个环节构成，缺一不可，层层渗透，相辅相成［2］。
从工作效率来看，早晨工作与半夜工作也是天差地别。只要从早晨开始工作，所有工作都能“提前”进行。提前完成工作和拖延工作，结果会完全不同。拖延工作，工作就会越积越多，有百害而无一利。万一有紧急工作找上门，也来不及应付，最终只能眼睁睁地看着机会从眼前溜走。如果能提前完成工作，就能快刀斩乱麻。“那也能做”“这也能做”“那也行”“这也行”有多少工作都能完成，就像工厂只有运转起来了，才能接新订单一样。你从早上开始工作，到中午就能把这一天的工作做完。下午就能用来完成新工作。如果你一直保持“夜猫子”的作息习惯，情况会是两样吧。因为夜猫子的工作时间和普通公司的工作时间完全错开了。
1.1 课前调研学习模块设计
同时，课后任课教师可以借助工程实例的方式启发学生，具体手段就是借助有限元软件，将通过后处理的结构变形和等效应力变云图展示给学生，让学生进行思考并发现其中的问题，激发学生的学习兴趣。在教学过程中，对于一些经典的分析设计方法如力法、位移法、矩阵分析法等是船舶强度与结构设计课程的关键，方法掌握的扎不扎实影响到后期结构设计的结果。考虑到这些，可以在课下通过有限元软件的模拟和操作，为学生增加些生动、直观的力学感受。学生通过对结构的分析到几何建模，增强了对应力集中、离散化等知识的理解。通过：建立几何模型→网格划分→定义单元类型→定义边界条件→定义接触→施加速度→定义材料模型→求解设置，完成有限元的分析过程。可以先从简单的结构分析入手，先从一维梁结构，再到二维平面应力问题，再到三维实体问题，让学生慢慢熟悉有限元软件，消除陌生感。并要求学生将有限元后处理得出的结果与直接法计算求解得到的数值进行比对，通过精确性的验证，找出建模和分析计算方法的不足。将有限元软件应用于船舶强度与结构设计的课堂教学的课前导入、模拟实验以及课后思考等教学环节，将复杂的应力、应变问题直观化，把结构的变形及应力分布情况生动地表现和量化，能够调动学生的兴趣，同时培养学生动手操作能力，能使学生熟悉有限元分析的主要程序，亦为学生利用有限元软件做科学研究奠定基础。
笔者在教学改革过程中把“船体强度与结构设计”的主要理论章节进行划分，通过“在线开放课程项目”将每一个章节，针对特定理论制作网络课程。讲解重要理论知识点，每个视频兼具相关的思考题、练习题和数据资源。将做好的网络视频和共享资源上传到学校教务处网络课程网站。学生自由安排时间进行学习和调研。所以，每条视频制作在30分钟以内，为翻转式课堂做好准备（见表1）。
在教学方法改革实施过程中，结合工程实践和案例，笔者编写了5个设计计算书。这些设计均具有特点：（1）设计计算是强度设计的典型代表。（2）案例设计均有一定难度，学生需要调研查阅相关资料，才能够完成。比如，静水剪力和弯矩计算章节结束后，学生需要完成某杂货船的静水剪力和弯矩设计计算书。在进行设计时，学生要根据给出的船模基础资料、装载状态以及计算状态，借助邦容曲线和静水力曲线，确定船舶在静水中的平衡位置，列表根据梯形法计算船舶在静水中的内力分布。在完成设计计算书时，学生遇到困难可以通过QQ、微信等社交软件在线向他人寻求帮助。
1.2 课中理论学习模块设计
（1）整理知识瓶颈。课前通过学生答疑分析，发现“瓶颈”所在，并对其整理，个别问题私下解答，共性问题认真对待。加以梳理，以生为本，提交课堂讨论、重点解释。
分析以往的教学模式，所谓知识的传输是在课中通过师生互动实现的，但通常传输的过程师生角色是不对等的，师高于生这就难免造就学生在课中的被动局面。翻转课堂就是要从以往消极的教学过程中总结经验，对知识的传输方式重新构建。传输过程主要是由学生的课前学习主动完成的，在课中需要师生配合共同完成。在这个过程中，需要教师提前分析知识要点和难点，通过对线上辅导解疑整理，才能在课堂上有的放矢的引导和讲授。并且合理把握时间的分配，既能做到学生的阐述问题、自助解决问题，同时也不能影响重点理论知识的推导和讲解，教师要努力鼓励、组织讨论，又不能弱化理论知识的传输，做好监督者、引导者的工作。在课中是知识内化和升华提炼的保证，具体实施如下:
（4）知识巩固。结合难点和重点，布置随堂练习题。让学生很好地将课堂上讲授的重点原理公式加以理解和应用。
（3）教师讲授。将之前微视频和小组讨论遗留的问题，更系统、更全面地为学生逐一讲授知识点，老师将知识彼此串联形成体系，完成培养方案和课程大纲要求的内容。
（2）小组交流。讨论小组内部学生作为知识讨论的主体，生生之间、师生之间，阐述不同论点和想法，通过教师的指导达到加深理解、巩固知识的目的。然后进行汇报，各小组派代表进行问题阐述，这一环节有助于将知识点的理解引向深入、知识升华。
1.3 课后应用实践模块设计
课前调研学习是主要建设对象，发挥学校网络课程的优势，通过手机、平板、电脑等登录网络课程网址，观看视频，并且可以回看，结合共享课程教学资源，展开联想，及时记录疑问和解决方法。
在课堂中，考虑到专业核心课程容易让人感到乏味，特别需要注意将工程实际与课本知识相结合，以期达到促进学生对课本知识理解的目的。比如在介绍船舶结构形式选择的时候，多引用船厂实际生产设计的实例：考虑到运营要求和经济性能，应该设计横骨架、纵骨架，或是混合架式，鼓励学生提出比较方案，根据强度、经济指标进行判断。这样，课堂的气氛被活跃起来，学生们自主地投入到讨论中，加深了学生对知识点的理解和应用。同时，鼓励学生参加与专业相关的技能大赛、设计竞赛，船模制作大赛，过程中更能培养学生发现问题和解决问题的能力，并鼓励学生以团队的形式参与各类比赛，通过参加比赛，开阔视野，增长见识，发挥创造力，锻炼团体协作和沟通能力。
表1 “船体强度与结构设计”视频课程制作表
课前模块，教学微视频和微课是主要的手段，微课和视频的质量决定了学生课前问题的导入和理解质量。质优的案例视频，要教师提前做好功课，将工程案例、有趣的力学理论、力学强度的基础理论全部倾入微课和微视频的制作，要能争取引导学生深度思考，让学生做到“有备而来”。微课中制作一些与课程有关的力学趣闻，比如“玛丽号沉船事件”等内容，使学生产生深度思考，引出船体梁失稳和总纵弯曲应力第二次近似计算。
在西方文化中，“红色”代表血腥，可能跟战争等不好的事相关，而“白色”蕴含着“纯洁”、“美好”之意。但在汉文化中，“红色”代表“喜庆”，人们在结婚时通常穿红色礼服，而“白色”代表不好的事，人们在丧事时的“披麻戴孝”就是指长辈离世后辈披着麻布服，头上戴白，以示悼念。所以，这句话中的“红喜事”指婚事、生子等，“白喜事”指丧事。而在英文中，译入语读者文化背景中没有一类颜色词有这种隐含意义。考虑到要使目的语读者正确理解“红白喜事”，所以选择把隐含意义译出，故而将其意译为“funeralsand weddings”。
他站在他太太背后看牌。房间那头整个一面墙上都挂着土黄厚呢窗帘，上面印有特大的砖红凤尾草图案，一根根横斜着也有一人高。周佛海家里有，所以他们也有。西方最近兴出来的假落地大窗的窗帘，在战时上海因为舶来品窗帘料子缺货，这样整大匹用上去，又还要对花，确是豪举。人像映在那大人国的凤尾草上，更显得他矮小。穿着灰色西装，生得苍白清秀，前面头发微秃，褪出一只奇长的花尖；鼻子长长的，有点“鼠相”，据说也是主贵的。
2 翻转课堂实践效果
在2015级船舶与海洋工程专业“船体强度与结构设计”课程中，实施了翻转课堂教学改革。充分利用校园网络课程和现代化网络信息技术，因人施教、因材施教取得了较好的学习效果。翻转课堂是以学生为主，完全符合培养应用型人才的培养目标，知识的输入是在课前阶段，学生可以自主安排学习时间。在课中阶段，学生通过小组内交流讨论、老师的授业指导、课堂习题训练，从而完成对理论、方法和公式的理解和应用。课后应用实践阶段，学生所学到的理论知识很好的应用到实际工程问题。翻转课堂有利于培养学生的自主学习和创新能力。要解决老师提出的实际问题，学生必定要抽出课前时间观看微课视频，并进入对问题的思考和解决中，这些充分发挥了学生的主观能动性；课中的讨论问题的学习氛围；课后的工程设计和计算书，这些都在潜移默化的培养学生的应用和创新能力［3］。
3 结语
网络课程和微课程的技术的发展，翻转课堂反转了传统的教学模式，反转了师生角色，以学生为本，充分发挥学生主观能动性，激发了学生对理论性较强的工科专业课程的学习兴趣，效果良好。
拆卸后是否重新使用塑性区螺栓，可按维修理手册中的指示来定。如果GM车规定是更换，而TOYOTA车是测量螺栓直径的收缩值来决定。例如,图7(a)是TOYOTA车2ZR-FE发动机连杆螺栓，标准直径为7.2～7.3mm，极限最小直径为7.0mm。在测量区域中使用游标卡尺测量，如果测量结果小于7.0mm，则须更换螺栓。
参考文献
［1］李艳坤.基于翻转课堂的《现代教育技术》公共课实践教学实证研究［J］.唐山师范学院学报，2014（5）：99-102．
［2］王春.基于“翻转课堂”教学模式下的同课异构——以“化学平衡常数的应用”为例［J］.化学教育，2014（9）：47-50．
［3］温中华，唐克东．《结构力学》教学改革的思路［J］.华北水利水电学院学报（社会科学版），2011（12）：168-169.
Research on application of flipped classroom teaching method in ship strength and structural design
Song Bo
（Guangzhou Maritime University Naval Architecture and Ocean Engineering,Guangzhou 510725,China）
Abstract: Considering the high requirements of the mechanics of the ship course,the flipped classroom teaching method of this paper is introduced by the examples and problems,and the interest of the students is excited by the typical practical problems in the shipyard and the design institute,as well as the interesting mechanical problems understand the theory in the course through the solution of the problem.During the implementation process,it is found that the method can basicallyachievetheteachingobjectivesrequiredbythetrainingprogram.
Key words: ship strength;structural mechanics;teaching reform
中图分类号： G642.0
文献标志码： A
基金项目： 广州航海学院创新强校教研项目；项目编号：F321105。
作者简介： 宋博（1981—），女，辽宁大连人，讲师，硕士；研究方向：船舶与海洋工程结构的力学性能和强度。
（责任编辑 姚鑫）
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