研究生高等土力學數字教材建設的初探與實踐

何斌　馬富麗　韓鵬舉　白曉紅

摘? 要：在對“高等土力學”教材改革的實踐過程中發現，紙質教材與新媒體的有效融合，將大大提升教學效果。數字教材將為信息化教學提供各類適切的素材，實現了線上線下融合式教學模式，減輕教師備課負擔，提升線下課堂教學效益，為線上慕課資源的有效利用、混合教學應用實踐提供實施條件和有利保障，也為新媒體背景下數字教材的建設與應用探究出一條可持續的數字教材建設之路。

關鍵詞：研究生教學;高等土力學;數字資源;數字教材;教材改革

中圖分類號：G643? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2020）23-0081-03

Abstract： Based on the undergraduate soil mechanics textbook， the advanced soil mechanics textbook systematically introduces the further knowledge and new development of soil mechanics to make the graduate students of geotechnical engineering have a deeper and systematic understanding of soil mechanics. In the practice of "advanced soil mechanics" teaching material reform， it is found that the effective integration of paper teaching material and new media will greatly improve the teaching effect. Digital textbooks provide all kinds of appropriate materials for information-based teaching， realize the online and offline integrated teaching mode， reduce the burden of teachers' lesson preparation， improve the offline classroom teaching efficiency， provide implementation conditions and beneficial guarantee for the effective use of online MOOC resources and hybrid teaching application practice， and explore a sustainable way for the construction and application of digital teaching materials in the context of new media a way of digital teaching material construction.

Keywords： graduate instruction; advanced soil mechanics; digital resources; digital textbook; textbook reform

一、高等土力學教材及數字教材相關概念和特征闡述

高等土力學教材是在本科土力學的延伸，以使巖土工程專業的研究生對于土力學有更全面系統了解。全書共分為七章，其中內容包括：緒論，土的形成與物質組成，土的滲透性與滲流，土的固結與流變，土的壓縮性與沉降分析，土的抗剪強度，地基承載力。各章又都附有相應知識點對應的數字資源。數字教材是隨著數字出版的興起而發展的[1]。數字教材，顧名思義就是伴隨數字技術出現的教材，毋庸置疑，其發展形態和特征會隨著技術環境的發展而變化[2]。紙質教材數字化具有模式簡單、成本低廉的特點，且可檢索，易于傳播，更新及時，比較適合科研文獻的數字化存儲、檢索與閱讀，在數字教材領域中取得了較好的發展。數字資源是數字化的教學資源，它由電子資源、工具資源和實施資源三部分構成。其內容資源包括微視頻、圖片、PPT、模擬動畫等，工具資源是支持創建、發布、使用內容的軟件。

高等土力學具有綜合性、經驗性和實踐性強的特點，傳統的面對面教學方式很難激發學生的積極性，教學效果并不理想，教學方式亟待改進。

二、數字教材建設的指導思想

高等土力學課程的授課對象為即將起步的研究人員，是高等學校土木工程領域碩士和博士研究生的重要專業基礎課，因此課程除了應能向他們介紹本領域國內外的最新研究成果之外，還特別注重對他們研究能力的培養，包括獨立思考能力、實際操作能力和計算能力等。因此本課程既注重內容的知識性、前沿性與先進性，也強調對學生研究能力和研究素質的培養。使課程成為研究生從課程學習轉到科研選題階段過渡的橋梁[3]。為充分發揮科學技術優勢，融合了文字、音頻、視頻及動畫展示等元素，具有表達更加生動、有利于交流互動、有利于分層施教等優點，開展高等土力學課程的數字教材建設具有重要指導意義。

三、數字教材教學體系改革

高等土力學更加注重全面和深化對土的物理、化學、力學性質的理論和應用研究，更加注重應用多學科交叉的理論和方法，開展土的性質的研究和解決復雜工程問題。為在授課中實現有序的、多層次、多維度、高質量的高效互動效果，理論與實踐并行，通過前期試驗及資料收集，特在紙質教材教學內容中增加數字資源部分并對課程教學內容進行了系統改革。

在課程教學內容數字資源建設過程中增加了數字資源目錄，數字資源的構建主要是以PPT動態演示、試驗圖片、工程實例圖片、室內試驗微視頻以及軟件模擬動畫等表達形式。

線上線下混合式學習方法是近年來國內外專家深入研究的一種學習模式，該方法將傳統學習方法和數字化或網絡化的教學模式結合起來，既發揮了教師的引導、啟發、監控教學過程的主導作用，又充分體現學生學習過程中的主動性、積極性與創造性。教學改革實踐表明，混合式學習方法能夠有效地激發學生的學習興趣，明確學生的學習目的，在教師和學生之間圍繞學習任務形成良好的教學互動。

四、深化數字教材教學內容改革

線上線下融合式教學方式在高等土力學教學過程中能夠提供新的思路和方法。數字教材還能支持讀者與數字教材的互動、師生互動、學生之間互動，以及教師、學生與數字教材的作者之間的互動。在數字資源安排上主要也是圍繞課程主線進行，使理論課和互動課融為有機的整體，數字資源建設過程中利用拍攝室內試驗過程、專業繪圖軟件和專業軟件模擬等手段，數字資源在紙質教材中以二維碼的形式鏈接在相應教學內容頁，成功添加24個數字資源鏈接，為多媒體時代數字教材的建設起到指導作用。其主要內容、形式及目的要求如表1所示。

從確定數字教材建設內容、數字資源形式和線上線下融合式教學方式等三方面總結了運用數字教材在教學過程中的構成要素，與傳統的單純紙質線下教學實施要點和實際教學效果對比可以發現，應用數字教材以及混合式教學方式能把提高研究生獨立科研能力的培養目標落實到課程教學中，并能在加強研究生自學能力的同時，有效激發學生的創造力和想象力。

五、數字化教材改革的實踐效果

數字教材具有傳統教材不具備的諸多優勢，具有如可訪問性、可移植性、準確性、交互性等特征。

（一）調動學生學習合作、互動的積極性

在增加數字資源的課程內容教學過程中學生可以利用手機掃描功能在課堂中進行在線學習，數字教材中的內容生動活潑，相關試驗過程動畫展示操作準確，工程設計圖紙清晰詳細，學生可以通過觀察現象獲得知識、調動互動的積極性，并能夠交流和分享彼此的想法。

（二）激發學生學習主動性

學生對現代化數字資源（新媒體和多媒體）學習資料的鐘情，他們在課堂上使用包括微視頻在內的多媒體資源時，使得學習動機和欲望都相比單純紙質教材有所增加[4]，為學生提升自學探究能力提供有力保障。

（三）培養、提升學生自主學習能力

數字教材能夠使學生能夠進行自主學習并創造屬于自己的學習資料。數字教材的目的是為學生提供各種資源，學生可以通過掃描紙質教材上的數字資源鏈接自主學習。而目前，正在大力倡導課堂教學方式改革，翻轉課堂是其中一種重要的形式[5]。數字教材教學改革不僅可以培養學生主動學習能力，而且有助于提升學生自主學習能力。

總之，現有的《高等土力學》教材雖然概念清晰，內容豐富，理論性強，但是都不含有多媒體數字資源。然而，數字教材將給廣大老師帶來教學的改革，教師的教學方式將會以學習終端為載體、以學習云平臺為支撐，實現有序的、多層次、多維度、高質量的高效互動。此外，數字教材將為信息化教學提供各類適切的素材，減輕教師備課負擔，提升課堂教學效益，也為新媒體背景下數字教材的建設與應用探究出一條可持續的數字教材建設之路。數字教材的建設為慕課及SPOC平臺應用于實際教學，提供了新的思路和方法，在教學設計和實踐上均具有創新性，有較大的借鑒和推廣價值。

參考文獻：

[1]張培華.紙質教材的數字化未來探析[J].出版廣角，2017，6（294）：28-31.

[2]崔磊.數字教材的創新路徑分析[J].出版廣角，2017，10（302）：83-85.

[3]張丙印，李廣信，于玉貞，等.高等土力學精品課建設的經驗及成效[A].2011第三屆全國土力學教學研討會[C].2011.

[4]周業虹.依托數字教材進行教學設計的實踐研究[J].技術前沿與裝備應用，2019，2（308）：20-22.

[5]陳山漫，李強.高校數字教材建設難題破解與立體化開發[J].數字出版，2019（5）：31-35.