現代信息技術支撐下的高校課堂教學改革嘗試

景凱宇 成芳 徐超

摘 要：以《材料力學》課程為例，針對目前學生在學習中表現出的學習效果差，學習知識不能轉化為工作能力的問題，借助現代信息化技術的支撐，從教學內容安排和評價機制兩方面進行教學改革，從而提升學生的學習興趣、自學能力和分析問題、解決問題能力，最終提升學生在本課程中的學習效果，形成能力。

關鍵詞：力學課程;“線上+線下”混合式教學;教學內容安排;評價機制

中圖分類號：G642.0 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1673-260X（2021）05-0104-04

引言

在現代信息技術發展的影響下，人們的日常生活發生了翻天覆地的變化。然而相對于日新月異的社會環境，高等教育模式做出的反應相對緩慢，土木工程專業基礎課在教學中的改革相對就更少，與此同時，力學教育目前面臨著諸多的困難，如學時壓縮而導致知識體系無法完整呈現;教學內容相對較多且難度較大，對于應用型本科院校學生學習有一定困難;學生認為教學內容枯燥無味，與實際工作聯系不緊密對課程不感興趣、不重視等。又如，一方面由于學生成長在信息時代，學生的特點發生了一定的變化，“碎片化學習”為特征的‘移動學習已逐漸成為當代大學生自主學習的趨勢”[1]。另一方面互聯網發展、智能手機普及，但力學基礎課的教育模式仍然停留在上世紀的模式，未發生顯著變化。

2015年3月5日李克強總理，提出了“互聯網+”行動計劃，以慕課MOOCs為代表的線上教學模式如雨后春筍般發展起來，這些課程以互聯網信息技術為基礎，實現了以學習者為中心的教學模式，開創了“互聯網+教育”的新教學新模式。借助線上教學的各種優點，同時結合2020年受疫情影響教育部提出的“停課不停學”的要求，本文以此為契機，針對目前力學課程教學面臨的問題，嘗試通過“線上+線下”混合式教學改革，彌補以上不足。

要做好教學改革，就應該深刻理解教學的含義，教學=教授（教師）+學習（學生）。二者的關系是并重的，單獨一方面改變，很難達到理想的教學改革效果。因此，教師應首先分析學生在學習過程中遇到的困難，并以此為切入點探索合理的教授模式加以應對，最終實現學習效果的提升。本文以下將從三個方面展開：

1 力學學習現狀分析

目前土木工程專業學生在學習過程中遇到的困難主要來自以下幾方面：一是由于高中數學、物理基礎知識掌握不扎實，導致大學的力學課程學習吃力;二是由于課上時間主要用于講解理論知識，練習偏少，對于知識掌握的深度不夠，同時，“由于定理、概念、畫圖、公式較多，雖然采用了多媒體手段，但學生仍然普遍反映課上難理解，課下難應用于實際”[2]。學生在上學期間未能將知識轉化為能力，后續步入工作崗位，適應工作崗位能力差，后期職業發展潛力不足;三是學生對于力學學習興趣不足，課下未能及時復習鞏固，導致前后兩節課間隔期間遺忘現象較為嚴重，又因為力學的前后知識關聯性比較緊密的特點，影響了下次課上對于后面講授內容的理解，進一步喪失了學習的動力;四是部分學生在高中階段未養成良好的學習習慣，自控力較差，不能做到課前預習、課后復習，對于作業不能認真對待，抄襲現象頻繁。

2 采取的應對策略

想要從整體上解決以上問題，核心是提升學生對于力學的興趣和掌握力學的學習方法。提升學習興趣能夠增強學生的主觀意愿，對于提高學生學習的主動性、增加課下學習時間和克服學習中的畏難情緒都有一定的幫助。掌握了學習方法，學起來就能達到事半功倍的效果，任何學科都有自身的特點，力學的特點是其邏輯的緊密性，如能按照分析步驟一步一步操作就能有據可依，避免無從下筆的情形發生。同時在按照步驟操作的過程中也能得到一些中間數據，逐漸理清思路，最終獲得正確解題。力學的一般解題思路如圖1。

即使學生了解了上述思維過程，也未必能在遇到具體問題時順利得到答案。部分同學會在步驟2、3上遇到問題，究其原因還在于力學知識掌握不扎實，需要應用時不能順利檢索和提取;數學基礎差，無法完成相關的數學表達式和求解。想要突破步驟2、3的瓶頸，沒有捷徑，只有勤于思考和增加練習量，通過練習和思考加深對于抽象概念的理解和掌握。想要引導學生主動思考和增加練習又離不開興趣，有了興趣和好奇心才能意志堅定，一路披荊斬棘，而不是半路放棄。

本次改革重點是收集一批相關的工程實例或者生活現象，通過微視頻的形式引導學生思考，從而鞏固所學的力學知識，并提高應用能力。例如：很多同學兒時都玩過的“打水漂兒”游戲——找一塊扁平的石頭，用很大的力氣扔到水面上，只要找好角度，石頭就能在水面上跳很多次，但這里蘊含的科學道理卻很少有人了解。2018年自英國的某男子以121米遠的水漂，水上跳躍88次，創下了打水漂最遠的吉尼斯世界紀錄。如何能打出一個完美的“水漂兒”呢？2005年，幾位法國學者在英國雜志《流體力學》上發表了一篇文章，標題就叫《打水漂》。通過研究分析，科學家們得出完美的“水漂兒”與石子形狀、石子自轉速度和石子入水角度等因素都有關系。這里蘊含的力學原理是：石子形狀將影響入水部分的面積和旋轉時的穩定性;一定的自轉速度，通過“陀螺效應”控制石子在水面支持力的擾動下不發生上下翻滾和方向偏轉;入水角決定水平分速度的大小和石子與水面的夾角。

通過對搜集的日常生活中的有趣現象引出力學思考，使學生熟悉力學思維，在此過程中提升分析問題和解決問題的能力。通過引導和啟發，培養學生按照上述步驟思考問題，逐漸掌握力學思維模式，同時鞏固問題所涉及到的力學知識點。通過具體實例，一方面提高學生對于力學的興趣，讓學生體會到力學的理論不是空洞無用的，拉近力學知識與日常生活和工程之間的距離。愛因斯坦曾說過“興趣是最好的老師”，有了學習興趣，就會主動思考，就能更好地解決實際問題，最終提升學生素質和能力。另一方面，在情景分析的過程中，以力學思維為抓手，鍛煉學生分析問題和解決問題的能力，發現水面對于石子的支持力的表達式中的字母與“打水漂兒”的技巧有何聯系。在信息高速發展的今天，知識的更新速度瞬息萬變，但萬變不離其宗。與其讓學生學習知識本身，不如學會如何學習、如何用力學思維模式思考問題。

另一方面，課程通過搜集一些典型工程案例，如：造成重大財產和人員傷亡的高層住宅倒塌事件、百貨大樓改造過程中倒塌事件和著名的沉船事件等案例，這些事件都和安全意識淡薄和結構設計失誤有直接的關系。通過觸目驚心的事實，提醒學生安全問題的重要程度，同時訓練學生將所學理論與實際工程相結合的能力。課程首先通過線上的視頻和文字等多媒體形式，以講故事的形式敘述事件經過，然后在線下課程中引導學生展開課上討論，應用已學知識分析事件的內在原因，使學生深切體會到理論與實際的緊密聯系。

3 構建“線上+線下”混合式教學模式

3.1 “線上+線下”混合式課程的教學安排改革

“線上+線下”混合式教學不是將線上授課部分簡單搬到網上，而是從課程的整體設計上針對線上和線下兩種模式的優缺點取長補短，對教學內容進行全新的教學安排。

線上課的優點是可以重復觀看、隨時隨地可以觀看，方便學生使用碎片時間，這符合目前學生的學習和生活習慣;缺點是由于時空上的隔絕導致的疏離感，觀看過程中容易分神、互動效果差。“在線課程學習的伙伴意識比較淡漠，同學間感情交流比較弱。因此，在線課程學習需要增強師生交流、生生互動的頻率，形成學習共同體意識，以期優化學習效果”[3]。

線下課程的優點是講授者對于教學氛圍的把控更容易，可以與學生進行情感交流、及時反饋;缺點是受時空限制只能在固定時間、固定地點展開，講授過程無法重復觀看，教學內容無法進行個性化的安排，只能照顧大多數同學的學習情況。

“傳統課堂以課堂教學任務為主，忽略了學生學習的自主性和創造性”[4]。因此本次改革在教學組織方面采用如下教學安排：將基本概念的講解和較難理解的概念安排在線上學習，學生可以針對較難部分多次學習，同時節約的線下教學時間，以更有針對性的答疑互動為主。對于一部分難度不大，與實際聯系較為緊密的知識內容宜更多地采用“翻轉課堂”教學。不同于傳統意義上的翻轉課堂，線上課程的翻轉課堂不是教師與學生的角色互換，而是指學生學習方式的翻轉，學生事先學習網上教室搜集的視頻或教師本人錄制的視頻，回到課堂上師生面對面完成討論和作業答疑等任務。使學生從傳統的“接受性學習”，轉變為學生主動合作的“探究式學習”，提升學習的參與度，進而提升學習體驗，加深學生對于概念的記憶和理解。

本課程具體的課程內容安排如下：在平面彎曲的內力和壓桿穩定兩章的末尾，在線下教學中引導學生對“工程中如何提高梁的強度”和“工程中如何提高壓桿的穩定性”兩個問題展開探討。將難度較大的平面彎曲內力部分和壓桿穩定兩個章的基本理論部分放在線上學習，將更多的線下學習時間安排為知識點討論、答疑和作業答疑。線下安排的力學習題講解，通過線下教師詳細的推導過程，將解題思路完整展現給學生，引導學生主動思考，提高學生的應用能力。除此以外，針對部分有考研需求的同學，將應力狀態分析和強度理論等難度較大的內容轉移到線上教學作為選學內容，課程整體定位更集中精力學好基礎知識和鍛煉應用能力，通過線上課程內容更好的滿足更多同學的個性化需求。

成功的“線上+線下”混合式課程，離不開優質的線上教學視頻。關于線上教學，由于其是一個新的領域，目前可供借鑒和參考的經驗不多。由于線上資源的選擇性很大，不僅僅局限于一個人或者一所學校內的資源，借助線上教育平臺可以直接借力本專業國內頂尖的院校，使學生接受到更好的教育資源。本課程采用了線上慕課資源和部分自制視頻相結合的方式。經過仔細篩選，本課程的線上教學資源選擇了大學MOOC平臺，由大連理工大學工程力學系教授——王博，負責建設的國家級線上精品課程《材料力學》慕課。使用精品課程即保證了教學視頻內容的質量，又保證了教學資源平臺使用過程中的穩定性。使用穩定的教學資源平臺，確保學生隨時隨地能查看相關視頻，并在課程修完之后的時間里確保視頻仍然可用，方便學生查看復習;也確保了老師在今后的使用中可以逐漸積累經驗，進一步提升教學效果。經過一學期的試用，此線上資源的優點是，優質的師資確保了各個專題的講解清晰明了，講授角度高瞻遠矚，但缺點是由于課程追求高超的水平和普遍的適用范圍。慕課追求的高水平，導致課程的理論程度偏高，對于應用型本科院校學生接受有一定難度;普適性，導致內容泛泛，學生抓不到重點，大量的新知識導致部分同學應接不暇，學習更加吃力。因此下一步，應加強對于線上資源的篩選使用上和錄制相關視頻對現有線上教學視頻予以補償，提高對本校學生的針對性。

3.2 “線上+線下”混合式課程的評價機制改革

課程的評價機制的作用是通過各種方式，從多個角度檢驗學生最終的學習效果，進而也是對教師教學方式的一種側面反映。另外，通過評價機制的改革，如成績組成比例等，可以提高學生對于某項能力訓練的重視程度，起到導向性作用。此次改革的目標是突出線上學習在學習過程中的重要性和激勵學生合理使用線上資源。并通過線上視頻學習，提升學生的自學能力、分析問題解決問題能力。

在線上課程的應用過程中，如何檢驗學生的學習態度和學習效果，避免“刷視頻”等出工不出力的現象發生和提高學生使用線上資源的積極性是難點。

本次改革嘗試通過“學習通”平臺的后臺統計數據和針對線上學習內容的作業、提問等形式督促學生的線上學習，杜絕“刷視頻”現象。同時結合“學習通”平臺的彈窗功能，在視頻中間設置彈出針對性的問題，正確回答問題后才能繼續播放后續內容等手段，督促學生在日常學習過程中認真學習線上資源。同時，通過增加線上學習的時長和次數作為平時成績的依據，在考試中增大與線上自學內容相關的題目所占的比例，以激勵學生積極應用線上資源和努力提升自學能力。

另外，經過7年的力學教學經歷，本人認為力學學習的核心不僅是知識本身，更多是學習各位力學大師開創力學學科時所使用的分析方法，僅僅針對知識教學很容易造成“知其然而不知其所以然”的現象。此次改革借助線上資源，加強學生對于開放性問題的應對能力。首先在線上提供部分鋪墊性的基礎概念和公式，針對此部分新知識設置部分開放性探究性思考題。不同于傳統的客觀性習題，此類問題沒有標準答案，學生只要能應用所學知識自圓其說即可。在此過程中，訓練學生的自學能力和分析問題和解決問題能力，促進學校所學知識最終轉化為入職之后的工作能力。并在期末考試中增設此類開放性問題（比例約占15%），引導學生更多關注力學思維過程，分析問題和解決問題能力，而不僅僅是計算結果本身。

結束語

經過一個學期的“線上+線下”混合式教學模式探索，證明“線上+線下”的模式在一定程度上確實提升了學生學習的積極性和整體學習成績。

同時，近一年的實踐和反饋，本人也深刻體會到在“線上+線下”混合式教學改革的道路上還有很長的路需要走。通過對前期的教學經驗和學生學習軌跡整理和總結也明確了下一步工作的方向。在實際教學過程中，仍然面臨著部分學生自控力較差，未達到預期的提升效果和如何實現過程性考核和如何實現減少作弊提高考核的信度和效度等諸多問題。同時，在備課和作業反饋環節中發現線上教學花費的時間和精力是數倍于線下授課的，教學中有必要組建教學團隊才能應對海量的工作，實現比傳統教學模式更好的教學效果。

參考文獻：

〔1〕羅秋梅，李名福，丁子凌，藍小燕.基于MOOC+SPOC線上線下混合模式的臨床護理技能實驗教學探索[J].大眾科技，2020，252（22）：119-120.

〔2〕楚焱芳，季維英.《工程力學》在線開放課程的建設與應用實踐[J].湖北農機化，2020（05）：133-134.

〔3〕張露尹，楊萍，白月梅，羅海旭.首都師范大學本科生群體在線課程學習滿意度調查與研究[J].中國教育技術裝備，2019（09）：21-24.

〔4〕牟谷芳，黃寬娜.基于在線課程平臺的混合式教學模式的構建——以地方高等院校“高等數學”教學為例[J].樂山師范學院學報，2019，34（08）：109-115.