基于學習通原位翻轉課堂的彈性力學混合式教學設計與實踐

譚述君 楊雷 高強 周文雅

摘? 要：針對非力學專業的彈性力學教學知識體系全而不深、邏輯性強、不易理解的特點，基于學習通在線教學平臺，提出基于學習通原位翻轉課堂的彈性力學線上線下混合式教學模式，實現以一周為一個完整教學單元的線上線下混合式教學設計和實踐。主要內容包括適合自主學習的彈性力學線上課程資源建設、線下翻轉課堂設計以及基于學習通統計分析功能的學情監測和考核評價。該混合教學模式很好地結合線上學習和線下交流的優點，讓學生全程參與教學過程，提升教學效果。

關鍵詞：彈性力學;翻轉課堂;混合式教學;教學設計;過程評價

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2022）06-0116-04

Abstract： Considering the characteristics that the knowledge system of elasticity is complete， logical and difficult to understand for elastic mechanics teaching of non-mechanics majors， an online and offline hybrid teaching mode of elastic mechanics is proposed based on the in-situ flipped classroom with the help of the online learning platform. And the online and offline hybrid teaching design and practice with one week as a complete teaching unit are realized. The main contents include the construction of elastic mechanics online-course resources suitable for autonomous learning， the design of offline flipped classroom， and the monitoring and evaluation of learning situation based on the statistical analysis function of online learning platform. The hybrid teaching mode well combines the advantages of online autonomous learning and offline flipped classroom， allows students to participate in the whole teaching process and improves the teaching effect.

Keywords： elastic mechanics course; flipped classroom; hybrid teaching mode; teaching design; processing evaluation

彈性力學是高等學校力學、航空航天、土木、機械、汽車等專業的重要專業基礎課。非力學專業的彈性力學教學目標是使學生通過系統地學習最基本的概念和理論、基本假設、基本方程的建立方法及其求解思路，掌握彈性力學問題的一般求解方法，為復雜結構分析、進行工程設計和研究打下堅實的理論基礎。然而，由于對學時的壓縮，目前各高校非力學專業的彈性力學教學僅安排32個學時，考慮到彈性力學課程知識點抽象、理論性和系統性較強的特點，需要較強數理邏輯分析能力、且進行大量的計算推導，這對于教師的講授和學生的理解都是一個很大的挑戰[1]。目前彈性力學課程教學存在的主要問題表現在：（1）課堂教學過程中學生參與度低。目前彈性力學教學主要采用教師課堂講解、學生課上聽講和課后完成作業的模式。由于彈性力學有很強的邏輯體系，學生在聽課時囫圇吞棗，難以深入理解，也就很難提出問題。（2）多數同學對理論公式存在畏懼、理解的困難。尤其在聽課中一旦由于走神等原因錯過部分知識點，將會導致后面的聽講失去邏輯鏈、云里霧里，進一步增加對彈性力學學習的畏難情緒。（3）難以兼顧學生的個性化差異。目前彈性力學采用統一課件、統一進度的教學模式，這忽視了不同學生理解能力的差異。無法適應學生個性發展。綜上，目前彈性力學的教學基本上是以教師為中心，側重老師的“講”，而有意或無意地忽略了學生的“學”。

隨著現代教育技術手段的更新，智慧教學工具逐漸融入高校課堂。超星學習通智慧教學平臺的“一平三端”利用智能交互、大數據分析、云計算等技術手段可以有效地將教師、學生、學習載體三者結合，可以極大地調動學生自主學習的積極性和能力，實現教育活動由“教師中心”向“學生中心”轉移[2]。但目前在線課程采用的還是常見的教學形式，預先布置的閱讀也會給學生增加課外學習負擔，使得翻轉課堂難以有效實施。在此基礎上，復旦大學蔣玉龍[3]教授提出了“原位翻轉課堂”的新型混合式教學方案，充分利用在線課程的優質、豐富教學資料和學習平臺大數據統計分析功能，以及線下翻轉課堂環節，讓學生深度主動參與教學全過程，真正讓學生從被動性學習轉變為主動性學習，完成了以學生學習成效為主、以學生為中心的教學轉變[4-5]。

為了提高彈性力學的教學質量和學生的學習成效，作者根據彈性力學教學的特點，以學習通建設的彈性力學在線課程資源為載體，將學生的線上學習和線下的翻轉課堂相結合，開展基于學習通原位翻轉課堂的線上線下混合教學設計與實踐研究，力求為彈性力學的教學改革提供有益參考。

一、線上線下混合教學設計

隨著技術的發展和應用，在線課程的素材往往都包含音頻、視頻、文字、圖片和動畫等，教學內容和形式更為豐富多樣，大大增強了學生的學習感受和效果。然而這些在線課程主要被用作課前的預習，上課時教師主要進行問題輔導和答疑解惑等，顯然這種傳統的翻轉教學是以增加學生課外學習負擔為前提的，而課上卻仍以教師講解為主，學生并沒有真正的參與。蔣玉龍教授提出的“原位翻轉課堂”教學方案則將學生的在線學習也納入教學日歷，提出了以兩周為一個完整教學單元的線上線下混合教學設計，即學生單周線上自學、雙周線下翻轉課堂，不大量增加學生額外學習負擔，有效調動學生主動深入參與教學全過程。

本彈性力學課程是面向非力學專業的學生講授，課時32學時（每周4學時，共8周），采用的教材是徐芝綸版的《彈性力學簡明教程》[6]，特點是基本概念多、體系全但不深入，且邏輯性強。如果直接采用以兩周為一個教學單元的原位翻轉課堂設計，會導致學生自學的內容跨度過大，例如平面問題基本解法和直角坐標解答僅安排兩周、整個極坐標解答內容也僅安排兩周等。如果學生自學過程中遇到某知識點沒有理解透徹，導致邏輯鏈條斷裂，會很容易影響到整章內容的理解。因此，作者根據非力學專業彈性力學課程的特點，提出了以一周為一個完整教學單元的線上線下混合式教學設計，如圖1所示。

2021-2022年秋季學期彈性力學的教學安排為周一和周三，每周4個學時。在我們的線下線上混合式教學設計中，將每周的周二至周日作為線上學習，下周一作為線下課堂，以一周作為一個完整教學單元，依次循環。在圖1所示教學流程中，周二將本周學習內容的在線課程資源推送給學生，同時將下周一線下翻轉課堂的翻轉任務布置給學生。學生帶著任務開展在線學習。周二至周六為學生的在線學習時間，學生可以自由安排時間完成教師推送的視頻資料、測試、作業以及翻轉任務。在學習期間可以通過QQ、微信、騰訊會議等線上工具與老師交流，教師提供在線學習支持，教師也通過在線學習平臺學習通隨時監測學生的學習進度，及時對學生在線學習進行督促、提醒等。周六、周日教師批改學生上交的作業、翻轉任務，并利用學習通的大數據統計分析功能查看學生學習效果，根據學生對不同知識點的理解情況對下周一的線下課堂教學進行調整。在下周一的線下課堂中，主要是學生根據分配的翻轉任務在課堂上進行五分鐘左右的學習心得講解，其他同學進行交流質疑互動，教師適時點評引導和總結。這樣就構成從本周二到下周一的、以一周為一個完整教學單元的線上線下混合式教學設計。

從學生的角度，在上述線上線下混合式教學過程中，需要帶著任務將本周教學內容在線學一遍、線下翻轉課堂講一遍、接受其他人的質疑交流一遍，從以往教學設計中被動接受教師講授到以任務驅動的主動學習、交流，充分參與到整個教學過程，實現了向以學生為中心的轉變。

二、教學實踐中的關鍵問題

在上述彈性力學的線上線下混合式教學設計中，適合自主學習的彈性力學線上課程資源建設是前提，是學生開展線上學習和線下翻轉課堂的基礎和依托;線下翻轉課堂則是關鍵，讓學生把所學講出來的翻轉任務既是驅動也是展示，更是對學生學習的鞭策;而基于學習通統計分析功能的學情監測和考核評價，則是線上線下混合教學順利實施的保證。在2021-2022年秋季學期的彈性力學線上線下混合式教學實踐中，作者圍繞上述三個主要部分，具體實施關鍵點如下。

（一）適合自主學習的彈性力學線上課程資源建設

考慮到學生自主學習“短時精力集中”的特點，不宜將傳統的彈性力學課堂授課直接搬到線上。因此，需要基于彈性力學傳統課堂授課內容和PPT，結合線上學生自主學習的特點，重新組織基于學習通彈性力學課程的“章節”建設。章節建設結構如下：

1. 明確學習要求，任務導向化牽引

首先給出每次課的學習要求，讓學生帶著任務開展學習。

2. 學習內容的知識點化

將傳統課堂授課的內容分解成幾個知識點，每個知識點錄制講解視頻，大約15分鐘，有利于學生在較短的時間內集中精力更好地掌握該知識點。

3. 知識點測試，測驗掌握程度

在講解視頻之后設計知識點測驗，讓學生在學完該知識點的視頻之后可以及時檢驗自己對該知識點的理解。

4. 設計討論模塊

討論模塊主要是設計一些開放性題目或具有一定難度和深度的題目，讓學生以討論的形式完成，增加參與感和鍛煉思考能力，尤其有利于提高優秀學生的能力。

（二）線下翻轉課堂設計

線下翻轉課堂的目的是讓學生將所學的內容講出來，并接受大家的質疑與交流。因此，線下翻轉課堂是深化學生對知識點的理解、組織表達和深度參與的重要環節。為了讓學生能夠更好地、有質量地深入交流和討論，圍繞線下翻轉課堂，需要開展的工作包括以下內容。

1. 學生的分組化教學

根據學生資源和學習成績均衡的原則，將學生每5人一組，分成5組。每組設一常務組長，主要由班委成員擔任，常務組長一方面對組員起到督促作用，另一方面也方便教師了解各組的學習情況;除此之外每一周輪流值日組長，負責小組任務的分配和綜合管理，有力調動每一個同學的積極性。

2. 翻轉任務的設計

翻轉任務主要是讓學生在線下翻轉課堂上講出對某知識點的學習心得，為了更好地完成和展示，督促學生對所分配知識點進行更深入地學習和理解，也進一步鍛煉學生的組織能力和表達能力。

3. 利用統計分析功能對線下課堂教學內容進行調整

利用學習通平臺的統計分析功能，可以掌握學生在線自主學習對不同知識點的掌握程度，可具體對線下課堂的教學內容進行針對性的調整。

4. 線下翻轉課堂的交流與引導

線下翻轉課堂要盡量讓學生講、交流和質疑，教師主要起引導和總結作用，增加學生的參與感。

（三）基于學習通統計分析功能的學情監測和考核

評價

學習通提供了強大的數據統計和分析功能，這些統計數據對于量化學生自主學習情況和學習效果是非常有幫助的，而且這些統計功能也將教師從重復性勞動中解放出來，讓其更專注于課程設計和教學實踐。

1. 利用統計等功能進行學情監測

通過超星學習通平臺可以方便地查看學生的視頻播放次數、知識點測驗情況等，通過對不同時段的視頻播放次數和作業提交數的分析，可以獲取哪些同學具有拖延癥、哪些同學具有積極主動性等，從而給出適當的督促和指導。

2. 基于數據統計的平時成績考核評價機制

課程考核方式突出能力本位。側重于學習態度、作業完成情況、綜合應用所學課程知識的能力等。利用學習通可以忠實地記錄學生的學習情況，這些都是學生平時成績的有力支撐，在此基礎上可以進行更為客觀公正的考核評價。

3. 基于數據統計對不同學生的差異化指導

學習通可以方便快捷地給出知識點測驗成績、作業成績等的統計分析，從而讓教師有針對性地對不同學生（特別是差等生和優等生）推送不同的指導訓練，采取針對性的措施。

三、幾點體會與思考

（一）在線學習具有明顯的任務驅動特征

圖2給出了學生在九月份每天的學習次數，可以看出，訪問次數最大的峰值在周五左右。考慮到每周六是翻轉任務和作業截止提交時間，可以認為學生為了完成任務顯著增加了訪問量任務，完成任務是學生主動開展在線學習的重要驅動力。因此，為了避免學生把學習拖延到最后的截止時間，設立任務的中間節點是有必要的。

（二）在線學習充分尊重學生的個性化學習

學習通的統計功能可以給出每個知識點視頻資料的學習時長和反芻比。可以看出，不同的知識點學生的反芻比是不同的。對于一般概念相關的知識點視頻觀看反芻比在1左右，而基本方程推導等比較難理解的知識點反芻比達到2～3以上。這說明對于彈性力學中理解困難的知識點，學生可以通過反復觀看學習增加理解。而且不同的學生在學習同一知識點的反芻比也是不一樣，體現了學生知識接受水平和學習效率的差異，這是傳統教師講授為主的教學模式所不能顧及的。

（三）線下翻轉課堂提升了學生的參與感和表達能力

組長輪流制給了每個同學線下課堂展示的機會，為了更好地展示自己和回答質疑，需要對所分配任務進行更深入的理解，并通過總結學習心得綱要和線下講解，鍛煉了表達能力。甚至平時學習成績較差的同學，在對分配給自己的任務也進行了很充分的準備，顯著增強了對教學過程的參與感。圖3給出了典型的心得綱要和線下翻轉課堂交流情況。

（四）加強對線下翻轉課堂的引導

線下翻轉課堂大大提升了學生的參與感，同時也會出現一種“善于交流的學生更加活躍，而不善于交流的學生更趨向旁觀”的現象。對此，教師應充分發揮引導作用，通過主動點名等方式增加不善于交流學生的發言機會。

四、結束語

基于超星學習通原位翻轉課堂的彈性力學教學設計，充分結合了線上學習和線下翻轉課堂的優點，是一種新的教學模式。通過建設適合自主學習的彈性力學在線課程資源，在線學習充分尊重學生的個性化學習習慣和進度差異，在線視頻的重復播放有利于難點的理解;翻轉課堂的引入大大增加了學生在教學過程的參與感和積極性，激發了對問題的主動思考，鍛煉了表達能力。而以一周為一個完整教學單元的線上線下混合式教學設計，充分考慮了非力學專業彈性力學知識體系全而不深、邏輯性強的特點。在教學實踐上，將學生在線學習也納入教學課時，有效降低了學生課外學習的負擔。實現了以教師講為主到以學生學為中心的教學轉變，不失為一種有效的線上線下混合式教學手段，值得進一步探索與研究。

參考文獻：

[1]趙春香，南景富.《彈性力學》教學改革的探索與實踐[J].高教學刊，2016（2）：113-114

[2]胡安奎，黃遙，付成華，等.基于五色創新思維的彈性力學課程改革研究[J].教育現代化，2019，6（9）：26-29.

[3]蔣玉龍.有效利用在線課程，實施原位翻轉課堂的大學新教學[J].中國教育信息化，2018（9）：28-35.

[4]賈艷波.基于原位翻轉課堂的Java課程互動式混合教學模式的探索[J].中國多媒體與網絡教學學報，2020（1）：7-8.

[5]沈蓉，黃魯蒙.新形勢下全在線原位翻轉教學方案的設計與實施[J].教育教學論壇，2020（51）：303-304.

[6]徐芝綸.彈性力學簡明教程（第5版）[M].北京：高等教育出版社，2018.