結構力學課程混合式教學探索與實踐

陳廷國，曲激婷，陳 璨

(大連理工大學 建設工程學部，遼寧 大連 116024)

2018年6月，以新時代全國高等學校本科教育工作會議為標志，中國本科教育進入了新時代。會議期間150所高校聯合發出《一流本科教育宣言(成都宣言)》，中國開啟了“建設一流本科、做強一流專業、培養一流人才”的新征程[1]。一流本科教育和一流專業離不開一流課程建設，高質量的課程是本科教育質量的生命線。教育部高等教育司吳巖司長在2018年11月24日舉行的第十一屆“中國大學教學論壇”上強調，課程是人才培養的核心要素，明確指出了要合理運用現代信息技術手段，積極推進慕課建設與應用，開展基于慕課的線上線下混合式教學，開辟“智能+教育”新途徑。2019年4月，中國慕課大會在北京召開，吳巖司長在《中國慕課行動宣言》中指出，要堅持以學生為中心的教育理念，致力于如何讓學生“學得更好”，促進個性化學習。在這重要的戰略轉型期，抓住機遇，應對挑戰，積極探索并開展在線開放課程建設和混合式教學應用實踐，是建設一流本科、提高人才培養質量的重要舉措。結構力學是土木工程、水利工程等專業的一門主要的專業大類課程，課程受眾面廣、內容經典，傳統的課堂教學由于學生水平不一，教學進度難以滿足所有學生的需求，許多學生“談結構力學色變”，教學效果不盡人意。近年來，隨著教育信息化的興起與不斷深化，借助互聯網的線上學習，將學習自主權交給學生，便于學生個性化的制定學習時間和學習進度，彰顯了學生的主體地位，但是單純的線上學習存在著學生無法掌控重點和關鍵知識點的弊端，混合式教學由此應運而生。混合式教學將在線自主學習與傳統課堂教學融為一體，可將兩種教學形式取長補短，有的放矢地進行結合。基于以上考慮，大連理工大學結構力學教學團隊積極探索線上線下混合式課程建設，取得了一些建設成果和實踐體會。

一、結構力學在線課程建設

結構力學在線開放課程建設是中國高等教育學會“十三五”高等教育科學研究重大攻關課題“‘互聯網+’課程——在線開放課程群建設的創新與實踐”之子課題“土木工程在線開放核心課程群的創新與建設”中重點建設課程之一。課程內容包括教育部高等學校基礎課程教學指導委員會結構力學指導小組組織有關專家修訂的“結構力學課程教學基本要求(A類)”中的大部分內容，考慮到社會學習者的需要，分為靜定結構力學和超靜定結構力學兩部分，該課程由教學視頻、課件、課后作業、單元測驗、期末考試等組成。教學視頻除了針對具體知識點的課堂講解外，還包括針對重要概念的實驗表達與針對易混易錯概念的習題討論課。

課堂講解高度還原課堂授課氛圍，圖文并茂，案例豐富，采用啟發式教學方法，重視提高學生的定性分析能力。

實驗表達將傳統結構力學教學方法與重要的工程研究方法緊密結合。學生在學習結構力學的過程中往往重理論輕實踐，而目前國內針對結構力學學科很少有高校開設實驗課程。該課程將實驗結構力學融入教學活動中，很好地彌補了這一缺失。實驗表達采用講解實驗原理、拍攝具體實驗操作過程與數據處理相結合的方式，學生可以直觀地觀察實驗現象，加深對與之相對應的結構概念的理解，解決了實驗場地和實驗裝置等資源有限的問題。

結構力學在線課程習題討論課主要針對學生平時反饋較多的易混易錯知識點專門進入實際課堂實景拍攝，以學生的實際學習狀況為基礎，實現了師生之間的互動。針對典型習題，采用提問討論的形式將易錯點講通講透，而學生給出的錯誤答案均為實際教學中容易出現的典型錯誤。上課過程中，學生可實時將自己的分析結果投入主屏幕，方便對比分析，充分利用信息技術資源支持教學。

結構力學在線課程面向社會學習者，在中國大學MOOC平臺開設了四期課程，截至2019年春季學期，選課人數達31 000余人。在大連理工大學建設工程學部，利用超星平臺和中國大學MOOC的SPOC平臺開展了三期混合式教學試點，參加學生210余人。課程于2018年獲評國家精品在線開放課程，與之配套的《結構力學數字課程》教材于2018年由高等教育出版社出版[2]。

二、基于SPOC的混合式教學實踐

2017年秋季，面向大連理工大學土木、水利類專業學生開設了三屆結構力學混合式教學試點班，課程總學時為64學時，其中兩屆試點班建議在線學習時間為145小時，面授21學時，共11次；一屆試點班建議在線學習73小時，面授44學時，共22次。參加試點班的學生按自愿選擇(針對應屆學生)和建議參加(針對重修學生)的原則進行分班。

課程教學采用自主線上學習與面授相結合。線上學習部分包括教學視頻、作業、答疑、拓展知識與討論，面授部分包括上一階段學習內容小結、下一階段學習要點、答疑、討論及隨堂測驗。上一階段學習內容小結部分將上次課所安排教學內容的重難點進行總結，將學生在線學習中可能遇到的問題統一講解；下一階段學習要點部分將本次課到下次課之間學生需要在線學習的內容進行概括式講解，讓學生帶著問題進行學習，給學生指引方向；答疑與討論部分重點針對學生在線上提出的問題進行講解，針對學生課堂上提出的疑問進行討論；隨堂測驗主要針對上一階段的學習內容的重難點進行課堂考試，隨時了解學生對重難點的掌握情況。本課程應用了多種在線學習平臺及手機APP。在線學習平臺為中國大學MOOC、大工MOOC，手機應用包括中國大學MOOC及超星學習通。此外，面授中還應用“以為學習”和“雨課堂”等學習平臺APP進行隨堂測驗及實時互動。隨堂測驗針對上一階段的難點及典型問題進行測驗；實時互動針對課上所講知識點出典型考題，學生手機作答后即可隨時獲得答題數據，答案可及時反饋于教師，以便教師實時了解學生對知識點的掌握情況，然后針對薄弱環節有的放矢地進行講解。

三、實施效果分析

三年來參加混合式教學及傳統授課方式的學生人數如表1所示。限于篇幅，以2017—2018學年的學生學習情況為例進行說明，為便于分析比較，將傳統授課班的學生稱之為“一班”，將參加混合式教學試點的應屆學生和重修學生分別稱為“二班”和“三班”。

表1 歷年授課學生情況

(一)期末考試成績分析

1.期末考試總體情況分析

期末考試各項指標如表2。由表2可知，二班的及格率及平均分均低于總體成績，但優良率及區分度較高，說明二班兩極分化嚴重，自主性好的學生可取得較好成績，自主性不好的學生分數較低。

表2 期末考試總體情況分析

2.結構力學與材料力學成績對比分析

材料力學成績直觀反映了學生對結構力學先修課程知識的掌握程度，間接反映了學生的力學基礎水平。通過對比結構力學與材料力學成績，分析學生成績進步或倒退情況。

結構力學與材料力學成績對比如表3所示，二班結構力學與材料力學平均成績比值較一班低，說明從總體看，結構力學課程的混合教學學習效果不如傳統教學。為了方便將混合教學試點班與傳統教學的同程度學生進行對比，對材料力學成績為75分及以上(二班(1))和75分以下(二班(2))的學生分別進行結構力學與材力力學成績統計分析，并與同程度的一班學生進行比較，由分析結果可知，對于初次參與學習的學生，混合式教學較傳統課堂教學存在劣勢，尤其是對于基礎相對較差的學生，劣勢更為明顯。

表3 結構力學與材料力學成績對比

3.重修班成績分析

將2017—2018學年參加混合教學的重修學生與2016—2017學年和2015—2016學年參加傳統授課的重修學生的考試通過率進行對比，由表4可知，重修班考試通過率較前兩年大大提升，說明混合式教學更適合重修學生。

表4 參加混合教學與傳統教學的重修生情況對比

(二)學生成績影響因素分析

1.面授課出勤率

由于線上學習缺乏教師引導，學生學習比較盲目，因此，面授在混合式教學中起著指引與約束作用。參與混合教學試點班的學生面授課出勤情況、平均分和及格率如表5所示。由表中數據可以看出，不出勤學生的平均分和及格率均低于出勤學生，說明混合式教學中面授對于學生的學習有著不可替代的作用。這種現象在二班更為明顯，說明對于初次學習的學生，面授的指引作用更為重要；而對于重修學生，面授的作用較初次學習的學生而言不明顯。

表5 面授出勤情況

2.線上學習時間

混合式教學中，學生需要大量的時間在線上完成學習任務，通過MOOC平臺可以對學生的學習時間進行監控和統計，表6和圖1為期末成績與線上學習時間的關系，其中線上學習時間為學生觀看視頻的時間(包括重復觀看時間)。可以看出，期末成績與線上學習時間大體呈正相關。

表6 期末成績與線上學習時間關系

表7 在線學習完成度情況

3.在線學習完成度

MOOC平臺為學習者提供了108個知識點的視頻，在線學習完成度是指學生完成視頻任務點數除以總任務點數，具體情況如表7所示，其中在線學習人數為在線學習完成度大于等于50%的人數，反之為非在線學習人數。由表中數據可見，非在線學習的學生平均分和及格率均低于在線學習的學生。表8和圖2為期末成績與在線學習完成度的關系，可以看出，期末成績與在線學習完成度大體呈正相關。

表8 期末成績與在線學習完成度關系

4.隨堂測驗成績

隨堂測驗成績代表了學生在完成上一階段學習內容后對于相應知識點的掌握情況，期末成績與隨堂測驗成績的關系如表9和圖3。由統計結果可知，隨堂測驗成績與期末成績大體呈正相關，說明期末成績高的學生平時學習進度較快，期末突擊影響因素較小。

表9 期末成績與隨堂測驗成績的關系

圖3期末成績與隨堂測驗成績關系

四、結語

依據教育部“新時代高教40條”文件精神，介紹了大連理工大學結構力學在線課程建設情況，近三年團隊積極開展課程線上線下混合教學實踐，以期末考試成績為依據，對混合教學效果及影響因素進行了探討，得到以下結論。

(1)與傳統教學模式相比，初學結構力學的學生參加混合式教學，其平均分較低，但區分度較高，說明兩極分化較嚴重，混合式教學模式更適合自主學習能力較強的學生，便于學生更合理地安排學習時間，而自主學習能力較差的學生應慎重選擇混合式教學模式。

(2)混合式教學模式更適合學過一遍課程、無法保證正常學習時間，但能堅持參與學習的重修學生。

(3)影響學生成績的因素主要有面授情況、在線學習情況及隨堂測驗情況等，其中面授在混合式教學中起著關鍵作用，尤其對于初學者，面授的指引作用不可替代。

(4)此次僅依據期末考試成績探討了混合式教學模式的效果，對于學生綜合能力的評價，還有待研究更適合的考核及評價機制。