基于移動互聯網技術的彈性力學教學新模式研究

【摘要】基于移動互聯網技術，對傳統的彈性力學與有限元教學模式進行改進，建立基于移動互聯網技術+課堂教學的模式，選取本科5個班級，分成兩組，分別開展新教學模式和傳統教學模式下的教學工作，并對兩者的教學過程和教學效果進行對比分析，結果表明新教學模式相比于單一課堂模式具有明顯的優勢。研究成果可以為大學本科力學課程的教學提供參考。

【關鍵詞】移動互聯網 教學模式 彈性力學 工學 課程

【基金項目】2015年武漢工程大學校級教研項目：“互聯網+”時代《彈性力學與有限單元法》 的教學手段改革研究與實踐（項目編號：x2015025）。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）04-0149-02

一、引言

《彈性力學與有限元》是工科類專業的本科教學的專業基礎課，該課是以理論分析為基礎，著重培養學生利用連續介質力學的思維，建立基本的力學方程、幾何方程和物理方程，解決實際工程問題的能力，代表著本科力學教育的最高層次，是彈塑性力學，巖石力學等其他連續介質力學學科學習的基礎，也是培養學生利用彈性力學的基本理論和有限元近似解法去處理復雜邊界條件下的力學問題的創新能力。工科專業的學生通過學習彈性力學與有限元的最基本理論、基本假設。掌握求解一般力學問題的解析解和復雜問題的數值解的方法，為任意形狀的變形體彈性力學問題的解決打下堅實的基礎。目前對《彈性力學與有限元》的教學沿襲傳統的教學方式，以課堂講授為主的方式向學生傳授理論知識，考試依然采用閉卷考試的形式，由于彈性力學本身的特點，在有限的時間很難通過1-2道計算題對學生的學習效果進行全面的考核，因此考試成績很難體現學生對課程知識的掌握。目前，隨著移動互聯網技術的發展，下載app模式已經進入我們生活的方方面面，各種不同學習app軟件也紛紛出現，比如駕校考試app學習、新東方托福、雅思、pets5英語學習app，廣場舞app，平安好醫生app等等，總之基于移動互聯網技術的各類學習、生活app越來越豐富，也給我們學習方式和學習時間的安排帶來了革命性的變化。基于這樣的技術背景，筆者在學院和學校的支持下，開展了基于移動互聯網技術的《彈性力學與有限元》教學模式改革的研究，申請獲得了教研項目的支持。筆者通過建立教學QQ群，微信群，通過定期群討論，學習資料，學習方法，計算案例及時共享等方面進行了大膽的探索，并結合傳統的課堂理論教學和上機實踐，對學生們的學習狀況進行來全面的評估，通過“有無對比”原則，分析改革前后學生們的學習成績，分析論證了基于移動互聯網技術的《彈性力學與有限元》教學模式的合理性。研究結果表明，在新的教學模式下，學生們的學習熱情和興趣獲得了很大的提高，期末考試成績整體水平也獲得了提升，關鍵是提升了學生們利用既有理論解決實際工程問題，特別是復雜工程問題的能力，提高學生的科研興趣。

二、當前本科生彈性力學教學遇見的問題

（一）教材問題

彈性力學作為工科專業的一門重要理論基礎課程，是一門不斷發展的課程，目前本科教學所選取的教材本身也有很多需要補充的內容，比如國內高校所采用的彈性力學教材就還需要補充。 以徐芝綸編著的《彈性力學》為代表的彈性力學教材，一般都不采用張量表述。當前工程問題的專業問題多以以張量符號進行理論描述，所以應增加張量基本理論的教學內容。目前的彈性力學教材花了比較大的篇幅推導開爾文解、平面問題的各解析解，但是實際問題當中邊界問題非常復雜，根本不可能得到解析解，對學生有限單元法掌握的考核比較困難，經典解析解的推導過程并不是本科教學的重點，而是要重點培養學生利用彈性力學與有限元的基本理論去解決具體實際問題的能力，總之，目前《彈性力學與有限單元法》的教材與復雜的工程實際問題聯系并不緊密，使學生們在學習這門課程的時候，很難提起興趣，對于重視實際應用的本科生而言更是如此，因此在教學的時候應該增加復雜工程問題的應用教學，而這樣的教學內容收到教學課時和教學條件的限制很難在課堂開展，因此需要增加學生們的課余時間，這就牽涉到學生的學習興趣問題。

（二）教學課時相對較少

目前功課本科專業基礎課教學課時普遍較少是目前高校教育的客觀事實，一方面為學生們提供了大量的課余時間去培養自己的興趣，增大了學生們的自主性，另一方面也為教學提出了新的要求，課堂的ppt講授可以為學生們灌輸大量的知識信息，但是學生們需要花費比較大多的課外時間去消化，積累和鞏固。學生在自己的課外時間有自己的選擇權，他們愿意花費多少課外時間在一門專業基礎課的學習上，取決他們興趣愛好，但是如果停留在表面，《彈性力學與有限元》是一門艱澀、難懂的力學學科，要培養學生的課外學習興趣僅靠課堂教學是遠遠不夠的，因此，提高學生們的學習興趣是《彈性力學與有限元》這門課教學的內在要求，也是提升教學質量的內在要求。

（三）基于移動互聯網技術的教學應用很少

現代智能手機是高校本科生的必備之物，與移動互聯網有關的活動成了高校學生生活重要組成部分，但是高校學生往往利用移動互聯網瀏覽網頁、打手游、看電視、購物消費等于專業學習無關的活動，傳統的教學手段沒有利用這一工具增加學生課外專業學習的時間。這是值得商榷的問題。可以說移動互聯網技術架起了一座學生與老師溝通橋梁，通過從實踐應用討論，到具體工程算例資料共享以及各類專業類全國作品設計大賽的參與，全方位的激發學生的課外補充學習的樂趣，提高學生們的學習效率，充分利用移動互聯技術提供的平臺，提高學生利用互聯網技術進行《彈性力學與有限單元法》的課外學習時間，這是該教學模式研究的重要方面。

三、基于移動互聯網教學模式的教學評估指標的建立

基于移動網教學模式的教學評估指標與傳統的單純靠期末考試成績的單指標評估不同，新教學模式的教學評估指標以期末考試成績和其他指標相結合的綜合評估指標，其他指標包括學生平均單日《彈性力學》課外學習時間、具有利用有限元分析軟件對復雜邊界條件的彈性力學問題能力的人數占總人數的百分比、平時成績。四者的權重分別是考試成績占0.5，滿分100分，課外學習時間權重0.2，滿分20分，商用軟件熟練人數的百分比，權重0.1，滿分20分，平時成績權重0.2，滿分30分。設綜合評價指標為E，則評估指標計算如式（1）所示：endprint

E=Q1P1+Q2P2+Q3P3+Q4P4 （1）

E-教學評估綜合評分；Q1、Q2、Q3、Q4分別期末班級平均考試成績、學生單日平均課外學習時間評分、商用有限元軟件熟練人數占班級總人數的百分比所對應的分數、班級學生的平均平時成績。P1、P2、P3、P4分別為4個單項評估指標的權重值。4個單項指標的評分標準，期末考試班級卷面成績平均值，滿分100分，不分檔，平時成績以到課率等為評判指標，分數以實際分數為準，總分30分，不分檔。課外學習時間評分標準：1小時以下，8分，1-2小時，12分，2-2.5小時，16分，2.5-3小時，18分，3小時以上120分。商用有限元軟件熟練程度評分標準：熟練人數占班級總人口的百分比10%，8分，10%—30%，12分，30%—50%，16分，50%-70%，18分，70%以上，20分。

四、基于移動互聯網教學模式的設計與實施

（一）基于移動互聯網教學模式的設計

基于移動互聯網技術的教學模式為教師和學生之間架起了一做溝通的橋梁，老師可以通過QQ群，微信群等移動信息接受終端將學習資料、研究新動態、教案通過共享文件的形式實時有效的發到每一個同學的手機上，學生們可以及時下載學習。學生們也可以同過QQ群，微信群、電子郵件等方式將自己在學習中遇到的問題、想法第一時間的上傳到網上，老師和其他學生也可以第一時間接受到這些信息，老師和學生們一起討論，共同學習，共同進步。

（二）模式實施

筆者多年從事采礦工程和土木工程專業本科生的《彈性力學與有限元法》教學工作，分別選取采礦兩個班，土木兩個班進行新型模式和傳統模式教育工作。兩個班分開授課，教學大綱和授課內容基本一致，考試試題相同，都是采用閉卷的形式考試，兩個專業的課堂授課課時和上機實驗課時一致，前者通過新模式教學，提高了學生的學習興趣，增加了課外時間，老師通過在QQ群交流平臺上搜集同學們提出的問題集中回答，引導學生利用課外時間進行工程問題的數值建模計算，幾個有興趣的學生進行相應級別的數值建模大賽。另外一個專業的學生采用傳統的教學模式開展課堂教學工作，通過布置課外作業，課堂集中答疑的方式進行，在上機課時進行有限元數值模擬軟件的建模學習，通過布置課外作業，讓學生們開展數值建模的練習工作。經過一個學期的，對兩個專業的學生的的成績進行對比，對比指標見第3節。通過對比分析兩種模式下的彈性力學與有限元的教學效果，進一步分析基于移動互聯網教學模式在彈性力學與有限單元法課程教學的可行性和實用性。

五、教學效果對比

期末考試兩個專業教學成果的評估指標對比值如表1所示。通過對比，可以看出：新教學模式下，學生的期末考試卷面成績明顯高于傳統的課堂教學模式下的卷面成績。兩種教學模式下的平時成績也有比較明顯的差距，平時成績的評分標準主要是根據學生們的到課率和平時作業成績，由此可以表明在新的教學模式下，學生們對《彈性力學與有限單元法》的學習興趣得到了比較大的提升。這還可以從學生們課外學習時間和商用有限元軟件的熟練程度的評分中得到體現。新教學模式下的學生在學習日的平均課外時間達到2個小時以上，這很大程度上提高了學生的學習成績，通過調研，他們主要把時間花費在商用有限元軟件數值建模的學習上，部分學生由于參加數值建模大賽，花費了更多的時間在彈性力學與有限元的學習中。通過對兩個專業學生學生數值建模的作業模型的評分對比，以及相關建模大賽的成績對比，得到了兩種教學模式下的有限元商用軟件的熟練程度的評分對比，根據式1計算得到兩種教學模式下的教學評估綜合評分分別為53.72分和46.2分，前者明顯大于后者。綜合評分對比也可以看出，新教學模式下的教學效果明顯優于傳統教學模式下的教學效果。

六、結論

1.隨著移動互聯網技術的發展和普及為艱澀枯燥的彈性力學與有限元的教學打開了新的思路，相比于傳統的單純課堂教學，基于移動互聯網技術的新的教學模式，為老師和學生之間架起了一座課外學習的橋梁，通過QQ群，微信群建立起來的學生與老師的課外交流平臺，并基于這樣的交流平臺建立的模式是對傳統教學模式改進，大大提高了教師與學生的交流時間，溫暖了師生關系。

2.通過兩種教學模式的對比，新教學模式下，學生學習彈性力學與有限單元法的興趣得到了很大的提高，主要表現在課堂到課率、課外學習時間以及商用有限元軟件熟練程度三個方面，從期末考試成績以及相關學生參加數值建模大賽的情況可以看出，新的教學模式相比傳統的課堂教學模式具有明顯的優勢。該教學模式可以為其他力學課程的教學提供有益的參考。

參考文獻：

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[2]任中俊.工科專業彈性力學課程教學探討[J].當代教育理論與實踐， 2014（5）：130-131.

[3]蘇志武.深化課堂教學改革提高人才培養質量[J].中國高等教育， 2012（17）：10-14.

作者簡介：

肖尊群（1982-），男，漢族，湖南省懷化市人，博士，武漢工程大學資源與土木工程學院講師，研究方向：重載鐵路路基加固與評估技術。endprint