面向混合式教學的高職《工程力學》精品在線開放課程建設策略

何騰飛 劉大慧

摘? ?要：新型冠狀病毒肺炎疫情期間，在線開放課程成為全國人民關注和討論的熱點話題。針對高職《工程力學》課程混合式教學中存在的問題，文章從學生、教師、教學軟硬件、課程質量等方面進行分析，給出六個方面的建設策略，即學校頂層設計做好保障、課程負責人組建好團隊、重構課程體系、優化學習資源設計與實現、完善評價機制、推進學分互認。

關鍵詞：工程力學;在線開放;課程建設;混合式教學

中圖分類號：G434 文獻標志碼：A 文章編號：1673-8454（2021）12-0060-06

一、引言

教育部于2020年2月4日印發《教育部應對新型冠狀病毒感染肺炎疫情工作領導小組辦公室關于在疫情防控期間做好普通高等學校在線教學組織與管理工作的指導意見》，明確要求各高校應依托各級各類在線課程平臺、校內網絡學習空間等，積極開展線上授課和線上學習等在線教學活動，保證疫情防控期間教學進度和教學質量，實現“停課不停教、停課不停學”[1]。由此可見，線上開放課程的建設及應用，對疫情期間教學目標的實現有著重要的作用。高職《工程力學》是很多工科專業的基礎課程，建設其精品在線開放課程具有實際應用價值。

二、《工程力學》精品在線開放課程的內涵

1.《工程力學》課程的特色

《工程力學》是高職機械類、近機械工科專業的專業基礎課程，具有很強的工程實踐背景。生活中或大或小的工程結構都離不開力學。作為職業教育課程，職業能力培養是始終不變的宗旨[2]，該課程重點培養學生的工程意識和運用力學知識對工程實例進行力學模型構建、受力分析及結構優化的能力。《工程力學》涵蓋了本科教育中《理論力學》和《材料力學》兩門課程的大部分內容，具有課程內容多、概念抽象、理論性強、計算繁雜等特點，與《高等數學》《大學物理》等前導課程聯系緊密，也是后續《機械設計基礎》《機械制造基礎》等課程的學習基礎，在專業課程體系中具有不可替代的重要作用。

2.精品在線開放課程

精品在線開放課程具有完整的教學過程和課程的所有要素。目前有“校—省—國”三個層次的精品在線課程，其中省級和國家級的遴選有特定評審標準，目前主要采用先建設后認定的方式進行遴選和認定[3]。不同于傳統課程，精品在線開放課程“以學生為中心”的特點尤為明顯，將“以教為中心”轉變為“以學為中心”[4]。“精品”是對課程質量的要求，“在線”是為“開放”和“共享”提供基礎條件。因此“精品在線開放課程”可以理解為是一項立足線上、質量優、具有學習應用和推廣價值的課程資源共享項目。

3.面向混合式教學的《工程力學》精品在線開放課程

職業教育的培養目標是以職業崗位能力的培養為出發點[2]。高職教育非常重視學生技能的培養，教學目標往往需要線下的實操實訓來達成。在精品在線開放課程中：“線上”重點學習理論知識，如剛體、約束、約束力、強度、剛度、應力、應變等《工程力學》的基本概念;二力平衡、加減平衡力系、力的平行四邊形、作用力與反作用力、胡克定律等力學公理。“線下”重點練習技能，如軸力圖、扭矩圖、剪力圖、彎矩圖的繪制，承載構件受力情況的分析、校核和機構優化設計等實踐能力。

高職學生基礎較差，學習主動性和自覺性弱[5]，混合式教學思想對《工程力學》的教學和課程資源建設有重要實踐意義。一方面，對學生學習行為進行監督約束，保證教學活動的順利進行;另一方面，通過混合式教學，可以及時發現課程的不足，指導課程優化，促進課程真正實現在線開放，服務社會。

三、當前《工程力學》混合式教學存在的問題

《工程力學》混合式教學存在的問題主要包括三個方面：學生和教師、教學軟硬件、課程質量。

1.學生和教師

（1）學生

《工程力學》課程理論性強，對高等數學有一定的基礎要求。很多學生物理和數學基礎很差，從心里對《工程力學》有恐懼和排斥感，也就是說，一開始學生就不認為自己有能力學好[6]。在計算分析、邏輯推理上的薄弱，導致學生缺乏空間想象能力和抽象思維。例如，在教授“圓軸扭轉”章節關于應力和強度的計算、變形與剛度的計算這兩小節內容時，需要講到剪切胡克定律，為了分析切應力在截面上的分布規律，在圓軸上取長為dx的微段，給出力學模型如圖1所示。橫截面m-m轉過了一個角度d？漬，橫截面上任一點的切應變？酌p與該點到軸線的距離p成正比，從而得到p=G酌p=Gp，由此可知，橫截面上的任一點切應力p與該點到軸線的距離p成正比，其方向垂直于半徑。

根據上面的剪切胡克定律，可推導后續的應力分布，演變出橫截面對圓心的極慣性矩（分為實心軸截面和空心軸截面）、抗扭截面系數、扭轉角等計算公式。但在實際教學中，教師一步步講解下來，學生都聽懂了，而讓學生復述一遍卻很難順利完成。“課程抽象還有微積分，我們內心恐懼”“老師，您在課堂上講，我都未必能聽懂，我自己線上學習怎么可能學得會”……這是許多學生反饋給教師的心聲。

考核方式上以過程性考核為主，學生重視度不高，認為只要不缺課，都能拿到學分。不求高分甚至60分萬歲的心態在高職院校非常普遍，并逐漸形成不良風氣[7]。

（2）教師

《工程力學》涵蓋理論力學和材料力學中的大部分內容，但是學時有限，以湖南電氣職業技術學院為例，面向機械系的機電一體化技術、機械設計制造及其自動化、數控技術、電梯工程技術、城市軌道交通機電技術等專業開課，學時均為40學時，每周安排4學時，安排10周，教學進度十分緊湊。另外，該課程授課班級多，需要幾個教師共同承擔教學任務。其中既有年輕的教師，也有年紀大的教師;既有校內的專任教師，也有來自校外的企業兼職教師。每位教師對混合式教學的認識程度都不一樣，使用現代信息化手段進行授課的質量自然也不一樣。部分教師還保留著陳舊的思想觀念，對新事物的接受程度有待提高。他們認為《工程力學》的教學，只需要一支粉筆、一本教材或者PPT就足夠，在授課過程中，缺乏對學生心理層面的教育和關懷。學生的學習自信心不足，與教師有著密不可分的關系。

《工程力學》中有大量的力學模型需要用虛擬動畫、模擬實驗來完成，通常需要教學團隊甚至借助企業力量來共同打造。部分教師心態上過于功利性，重科研、輕教學，重申報、輕建設[8][9]。在混合式教學的課程資源建設上，單打獨斗現象很常見，缺少做實事的教學團隊，所有資源都是課程負責人一個人完成，工作量大，建設的課程資源表達形式單一，不能滿足不同學習風格的學生[10]。

2.教學軟硬件

混合式教學還需要企業技術人員、學校行政部門的參與。很多教師在建設課程時，平臺變更頻繁，造成課程資源分散[9][11]以及需要下載多個應用App進行學習的問題。另外，原有舊平臺的資源無法完成向新平臺的遷移，并且由于學校不再與舊平臺合作，當教師遇到問題時，無法及時得到技術人員的解答，混合式教學開展受到阻礙。

學生在教室使用手機移動應用App進行混合式學習時，還受網絡速度的影響。由于教學樓中使用網絡的人數較多，導致網絡卡頓時有發生，削弱了師生實施混合式教與學的積極性。

高職院校力學實驗條件也相對缺乏，很多院校沒有力學實驗室[12]。《工程力學》課程被單純地作為理論通識課來講授，學生缺少實驗機會，造成線下重實踐、重技能環節的缺失。

3.課程質量

（1）線上線下內容重復，加重“刷課”現象

隨著混合式教學越來越普遍，線上建設課程也成了教師必備的技能。越來越多教師使用自己建設的線上課程資源進行混合式教學。為了讓學生都參與進來，教師也想了很多辦法，用得最多的是在課程成績上賦予一定比例分數。然而，在實踐過程中，根據學生反饋可知，很多學生并沒有真正參與進來，而是為了完成布置的任務進行“刷課”。究其原因，主要在于很多教師的線上課程資源和線下教學內容絕大部分一樣甚至完全相同，只是單純地將線下教學內容原封不動地搬到了線上，線上學習讓學生感覺是在浪費時間。由于教師的強制要求，導致學生必須在線進行所謂的“學習”，造成“刷課”現象嚴重。混合式教學變成了“形式”，沒有發揮其優勢，反而使學生的學習負擔加重。

（2）內容陳舊

混合式教學改革的根本是課程建設。《工程力學》的工程實踐背景極強，工程案例是最好的教學素材，但在實際課程建設上，教師并沒有將課程的理論與實際工程案例相結合，還是沿用教材內容，把公理和例題進行堆疊，沒有延伸生活實際，讓課程失去活力。

四、《工程力學》精品在線開放課程的建設策略

1.頂層設計做好保障

（1）技術保障

學校需要做好網絡教學平臺的選擇，并由行政職能部門負責與企業方的溝通交流。要與企業溝通在線開放課程建設的標準、需要其提供的技術支持等，要求企業協助教師處理建課及應用過程中遇到的問題。

（2）經費保障

建設一門精品在線開放課程，除了教學內容的設計、寫腳本外，后期還需要拍攝、錄制、剪輯、發布、更新等，工作量非常大，正常支出也很多[9]。學校可以出臺專項建設經費，為教師建設優質在線課程提供資金保障。

（3）激勵保障

在應用在線開放課程進行混合式教學時，教師需要在線下課堂授課，課余時間還要線上發布學習任務、回答學生問題、檢查學生任務完成情況，因此教師需要付出比平時教學更多的精力[13]。實施混合式教學教師的工作量可以按平時的1.5～2倍計算，其建設課程的質量，可以按校級、省級、國家級進行獎勵。另外，在年終考核評優上優先考慮實施混合式教學的教師，在職稱評定上予以加分[14]，提高教師建課用課的積極性。

（4）設施保障

有條件的院校應配備能夠滿足實驗教學需求的力學實驗室，并且在網絡設施上進行升級，同時實現教學環境的WiFi全覆蓋，滿足教學的要求。混合式教學中打破傳統教學的時空限制，很多學生反映流量不夠用，每月需支付更多的費用來完成線上學習，造成了經濟負擔。針對這個問題，學校可以和通信公司開展合作，為學生提供學習App內的定向流量，可免費使用。

2.課程負責人組建好團隊

精品在線開放課程的建設不是項目負責人就能做好的工作，離不開教學團隊的共同付出。組建教學團隊、進行成員管理、進行課程規劃、推進課程建設、落實應用、反饋效果及后期課程完善等這一系列工作都圍繞著一個核心人物，那就是課程負責人。

（1）課程負責人自身素質高

課程負責人自身學識要扎實，從事多年《工程力學》一線教學工作，并有一顆求學的心，對教學新理念新技術樂于鉆研，最好參加過日常教學方面的競賽（如省級、國家級教學能力比賽），還要具有工程實踐背景，正如“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”。《工程力學》課程實踐背景強，課程負責人也是主要的出鏡講解人，要有切身的實踐經驗，工程案例才能“信手拈來”，課程才會更有真實性和鮮活度。課程負責人普通話水平需達到二級乙等、語言表達能力良好、“精氣神”佳，給屏幕前的學習者帶來良好的感官體驗。課程負責人還要具有較好的人格魅力，能成為團隊的主心骨，成員樂于合作，課程建設才能優質、有序地進行。

（2）教學成員構成合理

在資源的來源上，由校內專任教師和校外企業兼職教師組成團隊。校內教師重點制作偏向理論知識的課件、教案等素材;兼職教師發揮企業資源優勢，重點收集關于力學工程的案例素材。校內外教師聯手商討制定課程標準、人才培養方案等綱要文件。

在職能崗位上，要有一線教師（5人左右），還要有學校教務行政實際管理者（1人）、企業技術人員（1～2人）。一線教師負責打造課程資源;教務行政管理者負責對接學校和企業平臺事務，并且協助做好課程的推廣應用;企業技術人員負責處理建課用課過程中的問題。其中一線教師是團隊的主要成員，教務行政管理者和企業技術人員是團隊的其他輔助人員。

在年齡階段上，注重“老—中—青”合理搭配。青年教師的信息化手段比中、老年教師要熟練，可作為團隊的信息化技術支持人員;老年教師對知識理解的深入程度及對課堂教學的掌控能力更有優勢，可作為團隊的課程顧問;中年教師則是中流砥柱，要選擇有職稱上升需求的骨干教師作為團隊的力量擔當。

3.重構課程體系

將傳統課程章節模塊化，以華中科技大學出版的《工程力學》為例。該課程分為10章：第1章“靜力學基礎”、第2章“平面力系”、第3章“空間力系”、第4章“軸向拉伸與壓縮”、第5章“剪切與擠壓”、第6章“圓軸扭轉”、第7章“梁的彎曲”、第8章“組合變形”、第9章“壓桿穩定”、第10章“動載荷與交變應力”。[15]

對該課程進行重構，突出應用，簡化復雜的推導，刪除對高職學生難度太大的章節，如第3章“空間力系”、第10章“動載荷和交變應力”，將這兩章內容放在拓展延伸部分。教學內容共分為六個模塊：模塊一“靜力學”，包括第1、2章，學習力學基本概念、公理及相關推論。要求學生能判斷典型力學模型的約束類型及繪制受力圖。模塊二“內力”，學習軸向拉伸壓縮的內力、圓軸扭轉的內力、剪切擠壓的內力、梁彎曲的內力。要求學生能計算相應的內力并繪制內力圖——軸力圖、扭矩圖、剪力圖、彎矩圖。模塊三“應力”，學習胡克定律、拉伸壓縮的拉和壓應力、剪切擠壓的切應力和擠壓應力、圓軸扭轉的切應力、彎曲的彎曲應力。要求學生能計算典型力學模型的受力面積，并能分析計算出相應狀態下的應力。模塊四“強度設計”，學習金屬材料受到軸向拉伸壓縮力時的力學性能、失效形式、桿件基本變形和組合變形時的強度設計、提高桿件強度的措施。要求學生能根據內力圖、應力狀態設計出受力構件的面積、直徑等參數，能計算承載構件的受力情況，校核是否滿足工程要求。模塊五“剛度設計”，學習桿件的拉壓變形、圓軸的扭轉變形、梁彎曲變形的剛度設計。要求學生能進行桿件基本變形時的剛度計算，校核是否符合工程要求。模塊六“穩定性”[16]，學習壓桿穩定、臨界載荷。要求學生掌握提高壓桿穩定性的措施，校核壓桿的穩定性。

在六個教學模塊中，模塊一為靜力學部分，模塊二、三研究桿件基本變形形式的受力狀態，模塊四、五、六是研究桿件強度、剛度和穩定性三個重要指標是否符合工程的安全性要求。通過課程重構，使原本獨立的章節環環相扣，由易到難，由理論到應用，符合學生的認知規律。

4.注重學習資源設計與實現

（1）重視“課程思政”，挖掘思政元素，落實立德樹人

《工程力學》作為專業基礎課，在多數工科專業中開課，“立德樹人”的根本任務理當首抓。專業課程“課程思政”與思政課程并不重復，應該是同向同行。要將《工程力學》中的思政元素有機地融入實際教學，如在講“約束”“約束力”概念時，將其比擬成紀律或法律。物體會受到約束，同樣我們的行為也要受到法律約束，沒有絕對的自由，火車受到“約束”才能在預定軌道馳騁，同樣人受到“約束”才能使社會朝著良性方向發展。再比如講到“應力”時，聯系生活中的“裝配應力”[17]。微觀層面，如同班級同學之間的配合關系，配合好則可齊心協力，配合不好則自身內部產生矛盾“應力過大”導致集體破壞。宏觀層面，如同我國人民之間的關系，聯想到新型冠狀病毒肺炎，從“小家”到地方到市到省到整個中國甚至海外華人齊心協力共同抗擊病毒，醫護人員沖到“一線”，各界愛心人士捐款捐物，為國泰民安一起加油，每一個中國人無不感受到民族團結的力量。同時，還可以從工匠精神、職業素養、企業文化等方面來挖掘思政元素，做好《工程力學》課程思政育人工作。

（2）生活中的力學現象引入課程建設，激發學生的好奇心

每個教學模塊分為三個主要教學環節，即“力學現象導入—力學知識及案例剖析—技能演練及鞏固”。

在模塊一“靜力學”的課程建設和教學中，首先導入力學現象。

示例一：天氣晴朗的時候，人們會將家里的被子拿出來曬一曬，如圖2所示。從繩子不容易被拉斷的角度分析[15]，曬被子的繩子是拉的越直越好呢？還是松一點好？同學們學完本模塊的內容就可以解決這個問題。

示例二：在用錘子砸釘子時，當錘子正對釘子中心砸下去，釘子能筆直插入材料中，但砸釘子的邊角，釘子卻會變彎，如圖3所示，這蘊含什么樣的力學知識呢？

另外，在講模塊二“內力”中的“剪切擠壓的內力”時，可以這樣導入：使用新剪刀很容易剪開紙片，但剪刀用久了，兩片剪刀之間的間隙變大，剪紙經常出現剪不斷的現象，紙張會卡在兩個刃口之間形成一條折痕，這是什么原因呢？

通過將生活中的力學現象引入課程建設，發布在網絡教學平臺，激起學生的好奇心、求知欲。從生活現象到理論知識和工程案例的學習也更容易讓學生接受，這樣，混合式教學的課前活動才會變得更有價值。

（3）資源形式多媒化

在線開放課程是“互聯網+教育”的一種典型應用，需要基于互聯網思維[10]，在教學知識點呈現方式上綜合運用文檔、圖片、動畫、音頻、視頻等多媒體元素。每個視頻講解一個完整的知識點，復雜知識點可以分為幾個微視頻來呈現，并配以字幕。由于成年人在某個事物上集中注意力的平均時間為10～20分鐘[18]，因此，每個視頻的時間控制在10分鐘以內，讓用戶參與并獲得良好體驗。

（4）加強課程的交互性

利用課程線上學習平臺的優勢，設置討論區，學生有疑問可在討論區發帖，學生和教師均可對帖子進行回復，培養學生主動探究的自主性。在進行知識點和模塊檢測時，以選擇題、填空題、判斷題等客觀題型為主。利用網絡教學平臺系統自動評閱功能既可減輕教師負擔，又能及時反饋學生學習成效。在正常開課的教學周期，必要時可以適當加入幾個學生助教，協助教師完成線上問題收集及答疑，讓教學活動的交互性變得及時、便捷。

5.完善評價機制

根據教學大綱要求，考核項目包括過程性考核和終結性考核，均在線上完成，其中“過程性考核70%+終結性考核30%”，具體如表1所示。教師將可視化評價指標在課程首頁公告欄進行公布，學生在進行課程學習時，能及時查看學習進度和成績情況，如圖4所示。

6.推進學分互認

借助網絡教學平臺實現院校之間的“共享共建”，組建《工程力學》課程聯盟，減少重復性勞動。在實現途徑上可采用三種形式進行推廣，以推進學分互認。①平行式。在線課程作為傳統課程教學的在線參考書，不影響已有的傳統教學。②替代式。學生學習在線課程，取得證書或學分可替代學校內的學分。③混合式。在傳統教學中嵌入或引用在線課程作為課程組成部分。

五、結語

精品在線開放課程有著“開放”“共享”“社會性”的標簽，這也決定了在課程建設和推廣應用的全周期，需要多方協同推進。各線上網絡教學平臺需加快技術融通，各院校推進學分互認，遵循“校內→同行院校→社會”逐步開放、持續更新的理念，才能將《工程力學》在線開放課程逐步建設成為精品在線開放課程。

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（編輯：王曉明）