费曼技巧在材料力学课程教学中的应用

2021-01-10张克明郑佩焦古月张振亚

科教导刊 2021年17期

张克明郑佩焦古月张振亚

摘要材料力学作为一门学科基础课程，专业跨度大，知识点多，难点多，这给力学教师教学和学生学习增加了难度。费曼学习法是以学习者的输出为导向的一种高效的学习方法。把费曼学习法应用到材料力学的教学过程当中，可以有效地提高课堂的教学效果，发挥学生主观能动性，大大提高学生对新知识的学习效率，促进他们进行类比和反思，以及灵活应用所学知识的能力。本文以本科生材料力学教学现状为例，分析材料力学教学中存在的问题，并基于费曼技巧提出改进思路。通过自主设立课堂小目标、创建超星-学习通APP科目讨论群、布置“互联网+”互评作业、安排学生主讲习题课等学习方式，学生在教授他人、互评的过程中深思内化了知识，提高了学习的积极性。材料力学的教学实践表明，费曼学习技巧显著提高了学生的学习积极性和学习效率。通过这样的教学尝试，可以有效地提高教学效率，为材料力学的教学提供了新思路、新方法。

关键词费曼技巧材料力学力学教学基础课程

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.17.034

The Application of Feynman Technique in the Teaching of Material Mechanics

ZHANG Keming[1]， ZHENG Pei[1]， JIAO Guyue[1]， ZHANG Zhenya[2]

（[1]SchoolofMechanicalEngineering，UniversityofShanghaiforScienceandTechnology，Shanghai200093；[2]SchoolofCivilandTransportationEngineering，NingboUniversityofTechnology，Ningbo，Zhejiang315211）

AbstractAs a basic subject， Material Mechanics has a large professional span， many knowledge points， and many difficulties. This makes the teaching of mechanics and students more difficult. Feynman learning method is an efficient learning method oriented by the learner’s output. Applying Feynman’s learning method to the teaching process of material mechanics can effectively improve the teaching effect of the classroom， give full play to students’ subjective initiative， greatly improve students’ learning efficiency of new knowledge， promote their analogy and reflection， and flexibly apply what they have learned. This paper takes the current situation of undergraduate material mechanics teaching as an example， analyzes the existing problems in material mechanics teaching， and proposes improvement ideas based on Feynman’s skills. Through independent setting of small classroom goals， creation of subject discussion groups on the Superstar-Learning Tong APP， arrangement of ’Internet+’ mutual evaluation homework， andarrangement of students to give lectures and other learning methods， students think deeply and internalize their knowledge in the process ofteaching others and mutual evaluation， improve theenthusiasm oflearning. Theteaching practice ofmaterial mechanics shows that Feynman’slearningskills have significantly improvedstudents’ learningenthusiasmandlearning efficiency. Through such teaching attempts， teaching efficiency can be effectively improved， and new ideas and methods can be provided for the teaching of material mechanics.

KeywordsFeynman technique； material mechanics； mechanics teaching； basic courses

0引言

習近平总书记在党的十九大报告中指出，“建设教育强国是中华民族伟大复兴的基础工程”[1]，这对承担基础课程教学任务的教师提出了更高的要求。材料力学[2-4]作为一门学科基础课程，具有知识枝节繁杂如发丝、知识结构庞大有内涵等特点，现今流行的MOOC以及翻转课堂的学习总是力不从心，效率低下，究其原因在于没有找到合适的方法。

本文阐述了运用费曼技巧开展材料力学教学，总揽学习内容的前提下将知识结构体系去繁化简，分出不同的结构或模块，切成小知识块，分而化之目的在于构件对知识结构的系统化认知，便于记忆和复习进而极大地调动了大学生的学习积极性，为推动新时代力学相关基础课程教学改革做了有意义的尝试。

1费曼学习技巧实施步骤

知是行之始，行是知之成。

古时，孔子曰：学而时习之。现今，费曼认为：“如果我不能把一个物理概念讲得令一名大学新生也能听懂，就说明我自己也是一知半解的。”

这个“习”字，不仅仅是要复习，更重要的是要去实习，去见习，就是要我们去实践，去行动。费曼技巧的核心：用输出倒逼输入，其实也是在使用自己学到的知识，就是在学以致用。光知道知识是没有用的，关键是自己能用到。

实施费曼技巧，主要包括以下四个方面：

第一步，确定学习目标。明确想要学习的物理概念、知识内容、学习主题是什么。务必要问这样一个问题：为什么要學习这个？我是主动学习这个还是被动学习这个？在学习时必须主动，必须有明确的学习目标。

第二步，以模拟教学促学。针对既定目标，准备好和筛选相关资料，选择可靠和多个角度的信息来源，用系统化的思维把知识内容系统化归纳整理好，构建一个属于自己的知识框架，形成自己的知识体系。学习不能背原话，要活学活用，触类旁通，联系生活具体情境，给出自己对内容的理解。模拟一个传授的场景，用自己的语言把这些知识讲给别人听，用以检查自己是否已经掌握了这些知识。一次成功的输出也会同时增强输入的能力，从而使得下一次输出的成功可能性更大，下一次取得的成果又会促进下一次的学习和思考，壮大自己的知识体系和应用能力，加快思考的成熟。

第三步，回顾并化整为零。反思上一步遇到的困难，哪些地方卡壳，哪些地方没有真正明白，找出问题的要害，把握关键环节。一篇文章读下来，可能有十个知识点，其中五个你真懂，还有三个半懂不懂，最后两个完全不懂。此时就需要化整为零，将这些基础知识一个一个逐个击破，通过针对性的知识体系的简化和零散知识点的整合，实现这些知识的内化和有效的应用。有必要时，可进行二次输出。

第四步，总结并简化提炼。当关键点逐个击破后，再整合并重新梳理，总结提炼，再用尽可能简化的方式重新表达。设法看穿本质，把多变少，实现用自己的话，用最简单的话说出来，不带行话术语，给80岁老太太讲，给八岁小孩讲。当这两类人能听懂的时候，就说明自己真正掌握了费曼技巧。当然，也可以采取书面的方式，用一条朋友圈，一次用200个字以内，说清楚一个概念，一个知识点，一个想法，一节课的精华内容，通过与朋友的互动检验自己是不是真知道，同时也增进了朋友间的了解、互动。另外，也可以采取语音或者视频的方式，清晰明了、生动、有趣地讲解出来，然后发给自己或同学。

熟练掌握费曼技巧之后，只需要花上20分钟就能深入理解知识点，而且记忆牢固，难以遗忘。见图2，费曼技巧就是最下层的教授给他人，这样学习内容的平均留存率达到90%。

2费曼技巧在材料力学教学中的应用

费曼学习技巧的核心在于模拟教学，[9]针对具体操作而言，在材料力学教学课堂上可做如下应用。

2.1确定一个课堂学习小目标

在课堂讲解到一半时，提醒或帮助学生确立一个学习目标并做好记录，可以是一个知识点，可以是一个概念，然后以文字的形式记录在一张纸上上交给老师。接下来，尽管还是教师主导剩下一半时间的课堂学习，但学生会有意识地对目标相关知识内容进行强化吸收，对学生来说相当于“备课”。经过学习和备课准备，教师通过抽点方式或语音作业的方式在下次课上安排学生把自己定的小目标讲给全班同学。

案例1：理解超静定概念。

案例2：理解惯性矩概念（见图3）。

2.2复述知识点完成小目标

以作者所讲授的材料力学课堂为例，课程安排为一周两次，相隔2天。利用2天的时间差，学生可对课堂学习小目标查找资料进行充分的备课，巩固。建立评判标准，即学生是否可以用自己的语言简短简练地把学习小目标涉及的知识内容提炼并讲解清楚。在第二次课堂上或通过超星口语作业的方式，学生复述并讲解前一堂课的学习小目标，以教促学。教师根据评判标准进行打分。在学生讲课的过程中，允许其他同学提出问题，通过质疑与改进，形成全班互动进而促进知识内容的全面深入理解。

案例1：通俗讲述超静定概念，可类比、举例。

案例2：通俗讲述惯性矩概念，可类比惯性、极惯性，量纲分析强化理解（见图4）。

让学生享受一次站在讲台授课的过程，要求把前一堂课定下的目标用浅显易懂的语言表达出来（或者以语音作业的方式完成，见图4），同时全班参与提问讨论（或互评方式），强化全班同学对知识点的理解与记忆。

2.3言简意赅，简化类比

正确完整复述既定目标只是费曼学习的一个环节，但不是核心内容。学生能否用自己的语言复述知识点，是评判其是否把知识融会贯通的标准。最重要的是，学生要言简意赅，用最通俗的语言解释。这样做可以检验学生知识的掌握情况，也极大促进了同学之间的感情交流，使材料力学课堂更丰富有趣。材料力学“我的费曼”作业完成效果展示如图5所示。

2.4学生主讲习题课

当学生具备以上知识点和概念的费曼学习技巧后，进一步就可以适当安排习题课或作业课。这一层次的费曼学习也都要求“想象自己是老师，要把习题或作业中的概念教授给一名新生”，可分两种方式进行，第一种是学生制作自己所学内容的PPT，通过PPT给其他同学讲述自己的学习内容，而其他同学可对其提问、质疑。通过习题课的讲述、提问、质疑的方式使学生相互交流学习成果。另一种是将班内同学分组，然后小组成员进行讨论，相互交流，相互印证，达到互帮互助，加深印象的效果。

另外，教师重点鼓励有知识掌握薄弱的学生上台“费曼”，帮助其找到问题的要害和關键，直至学生可以将内容解释清楚为止。学生主讲习题课会占用更多的课上时间，教师要合理把控时间，以“简单+准确”为核心，不安排过多的扩展内容，把重心放在课程本身的基础内容上。

3结束语

针对新时代下本科生材料力学专业基础课程，作者在课堂教学过程中引入了费曼学习法，结合多年的教学实践，对整个课堂费曼式教学过程进行了总结和思考。费曼方法是一种快速学习新知识的方法，在材料力学的教学中取得了一定的教学成效。此教学法不仅培养了学生对本门课程自主总结、归纳、深度思考的习惯、科学的思维方式和语言表达能力，还促进了很多学生有意识地将该法应用到别的学科。在教学过程中运用费曼学习技巧，提升了学生在课堂的主体地位，提高了学生的学习主动性和学习兴趣，最终令学生运用知识的能力得到增强，学习效率得到显著提升。