信息化條件下工程力學課程教學模式探析

屈彩虹 王朋朋 張智

摘? 要：在信息化條件下，通過對線上線下混合式教學以及計算機仿真技術應用于課堂的實踐，探索出多元教學手段的一些有益做法。在線上直播授課時采用網格化劃分學員便于管理，自主學習時采用課后測試檢查學習效果;采用“問題式”教學模式的小組討論，學生自主解決問題的能力得以提升，學習成就感得以實現;線下教學在傳授專業基礎知識的同時將德育融入課堂，使學生德技同向同行，提高學生知識水平的同時更加增強學生的愛國情懷，實現育人為本的教育目標。通過多元化教學模式的實踐，探索出理論性較強的專業基礎課程的教學新模式，對該類課程今后的授課模式具有一定的參考意義。

關鍵詞：信息化;混合式教學;工程力學;仿真技術;教學模式

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2022）14-0098-04

Abstract： Modern education reform is imperative under the condition of information technology. Some diversified teaching methods were explored by online and offline hybrid teaching and application of computer simulation technology in classroom teaching. When we live online teaching， the students were carved up the nets in order to easy to manage. After class tests were used when the students uses autonomous learning. PBL teaching mode was used when the students were group discussion. The ability of students to solve problems independently was improved. The students' sense of achievement can be realized. Offline teaching not only imparts basic professional knowledge， but also integrates moral education into the classroom so that students can go along with morality and technology. Patriotism was integrated into course when the students studied professional knowledge on offline learning. Improving students' knowledge level the patriotism is enhanced. The new teaching mode was explored through diversified teaching mode using theoretical courses. It provides a reference for the teaching mode of the course.

Keywords： information; hybrid teaching; engineering mechanics; simulation technology; teaching mode

工程力學課程是很多理工科院校開設的專業背景課程，起著打開學生通往專業課程的橋梁作用。隨著信息化時代的到來，傳統教學模式已不能滿足目前教學的需要，很多院校也進行了多種教學模式和教學方法的改革嘗試，專業基礎課程的各種教學改革措施不斷推出，提出了工程背景、數理基礎和力學原理的三段式教學方法，提高學生的積極性和主動性，提高學習質量和教學效果，提出了及時教學與課前預習相結合、計算機支持下的協作學習與課后討論相促進的教學理念和方法，還提出以一種能力培養為導向的研授式教學方法——“費曼四步學習法”即強化主題、復述概念、缺口回顧和組織簡化。如何利用信息化教學資源對傳統教學模式進行改革是目前各院校比較關注的問題，在對學生進行專業知識傳授的同時，人文內容也被納入課堂，如何利用課堂將我國傳統文化內容潤物細無聲地做到厚德精技，也是各課程比較關注的問題。習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上指出，“……要用好課堂教學這個主渠道……各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應?！庇捎谝咔橛绊懀倚９こ塘W課程積極響應黨委提出的“積極開展線上線下混合式教學改革”的號召，對工程力學課程線上線下混合式教學進行了實踐與探索。

一、線上教學的實施

學生的學習是教與學雙向傳遞信息的過程，提升信息的發送途徑和能力，嘗試信息化教學都是教學過程有效進行的重要保證。線上教學平臺比較多，教學資源比較豐富，如何從繁多復雜的信息中尋找自己有效的信息，如何引導學生更加積極有效的學習，養成良好的自我學習和信息獲取能力，為培養其終身學習能力打好基礎。能力培養是培養人才的質量體現，提升學生的終身學習能力，也是進行線上教學的教學目的之一，我們對四個班次共140人次進行了教學改革實踐，進行了以下有益的探索與實踐。

（一） 線上同步直播課堂

工程力學課程包含了理論力學和材料力學兩門課程的主要內容，內容較多，作為專業基礎課程與人文社科類課程相比較，理論性較強，很多概念晦澀難懂，有繁雜的公式推導。單純地利用網上慕課資源讓學員自主學習，很多學生會不由自主地感到枯燥無味，慢慢有了畏難情緒。在這種情況下，學習效果欠佳，所以課程的重點內容、主要難點內容采用了線上直播的形式，這樣學生在學習內容上與線下課堂上課基本一致，且線上上課的優點是每位學生得到的學習資源是一樣的，而線下會因為座次不同對學習效果略有影響。網上授課的缺點是不好把控學生的到課率，經過實踐證明，采用網格化劃分效果較好，即將一個大班分成了若干小組，五人一組（根據情況可以稍微調整），每組任命一人為組長，上課前由組長進行清點各小組人數，由組長匯報給課代表或直接匯報給任課老師，這樣老師在上課前就可以很快地掌握學生的到課情況，大大提高了效率;上課期間為實時掌握學生的聽課情況，在線上授課時進行了直接連線回答問題，或者提問學生發信息或彈幕回答問題。這樣可以確保學生能夠在線聽課避免只是打開網頁而人不在聽課的情況，也可以消除聽課的孤獨心理，通過回答問題，讓學生感受到集體的溫暖，感受大家共同奮戰的學習激情。

通過一段時間的學習，對學生進行了課程線上學習效果滿意度網上問卷調查，滿意度為99%，學生普遍反應比有些課程只是學習網上慕課資源更有收獲，也學到了更多知識。總之線上直播的形式對于理論性較強的課程更適合，學生學習起來收獲更多也更容易堅持下去。

（二） 主動獲取式的自主學習

線上教學的目的之一還有提升學生的自主學習和信息獲取能力，在現代信息化全面覆蓋的今天，學生獲取知識的渠道很多，但是很多學生對于學習是迷茫的，被動的。為了改變學生的學習狀態，把“要我學”轉變為“我要學”，提升學生學習的積極性與主動性，將灌輸性學習方式變為主動獲取性學習方式。影響學生學習效果的主要因素更大程度上取決于信息的獲取、消化和運用，知識的掌握和能力的培養歸根結底還是內因大于外因，如果教學不能回歸到學生學習能力的培養上，最終的效果還是會不盡人意，所以提升學生的自主學習能力，勢在必行。經過幾批次的教學實踐，自主學習的方式取得一定效果。將部分相對簡單容易的內容發放給學生，讓其利用網上資源進行自主學習，老師同時也會提供給學生學習資料，以防學生淹沒在大量繁多的資料中，會給學生一些資源獲取的渠道或方向，確保學生有足夠的學習資源。學生通過自己查閱網上資料，自主學習相關內容，然后進行消化吸收，由于下發的內容都是經過篩選的，其內容難度是可以通過自主學習進行掌握的，學生反映內容基本可以掌握，有些個別內容多看兩遍也可以理解掌握，當然自主學習所花費的時間要比課堂講授多，但掌握后知識掌握度比課堂學習要好。為了確保學生在課下完成自主學習內容，老師要通過課后測試和提問的方式對其所學知識進行檢測，督促學習有惰性的學生按時按量完成自主學習內容，避免對后續學習內容造成影響。

（三） “問題式”教學模式的實施

為培養學生的團隊合作精神，我們采用以小組為單位，對綜合復雜問題進行團隊研究，我們下達的任務相對比較綜合，難度較大，以個人的力量較難完成，需要團隊協作，集思廣益，也就是我們所說的“問題式（PBL）”教學模式，該方法的好處就是目的明確，問題清晰，小組可以分工協作，也可以通過線上會議小組成員一起分析，提出解決方案，然后再進行分工。以問題為牽引的小組線上討論，培養學生團結協作精神的同時，使個人能力得到一定程度提升，更進一步理解“團結就是力量”“集中力量辦大事”的含義，這種教學模式的實施需要教師對問題進行很好的設計，難度要控制好，該教學模式的中心是學生，學生通過對問題進行背景調查、文獻檢索、查閱資料、信息整合、制作課件直至上臺講解，讓學生體驗和領會探究問題的整個思路和過程，遵循“問題牽引”，引領學生學習認知問題、解決問題的科學思路，讓學生充分體驗參與感、獲得感以及成就感，然后使學習過程由盲目的、被動的慢慢變為主動的、期待的。很多學生反映，通過查閱資料，對問題有了更深刻的認知，結課后很多學生反映對自己講授的部分還記憶深刻。通過問卷調查，有75%的學生反映該方法學習的效果較好，20%的學生認為花費的時間太多，5%的學生反映做起來感覺比較困難。該方法最后通過“自評互評師評”的方式給出學生本部分的成績，最終成績基本能夠反映學生的真實情況。大多數學生反映較好，感覺自己的學習能力、邏輯思維能力及語言表達能力等方面都得到了提升。通過該方法鍛煉了學生的團隊合作能力，使其自主學習和自主解決問題的能力都得到了鍛煉和提升。通過該教學方法，學生真正體驗到了所謂的“臺上十分鐘臺下十年功”的含義，也真正理解了教師的不易，在后續的課堂學習中更加努力認真，因為他們知道，課堂上老師所講的內容都是經過精心準備的，一如他們在臺上講解時一樣。這是多數同學反饋的后期學習心理路程，也是超出預期之外的額外收獲。該教學方法很好地破除了學生問題分析能力、語言表達能力較差的問題。使其學習充滿了成就感獲得感，學習主動性得到很大提升。

（四） 線上答疑

目前有部分學生自我學習能力和自我約束能力還很欠缺，問題抓不住重點，矛盾分不清主次，經過一段時間的線上學習，無論是直播還是自主學習或者線上討論，都不可避免地會產生一些問題，這時候答疑就變得很有必要，要及時將學習過程中出現的障礙清理掉，通過線上答疑，及時了解線上教學的學習效果，對教學平臺的滿意度，學生也可以提出自己的建議意見，減少學習盲區，加強老師與學生之間的交流與溝通，老師給學生提供自主學習方法，最終培養學生終身學習的能力，這也是教育的目標之一。通過線上答疑，也可以促進老師與學生感情交流，老師及時掌握學生的學習狀態，及時調整教學方案。

二、線下課堂改革演練

對于理論性較強，比較難理解的內容，執行線下教學。線下教學可以使老師和學生進行直接的交流，肢體語言能夠協助教學內容的講解，使學生學習起來更直觀，老師與學生的互動更方便更頻繁，老師可以實時解決學生在學習過程出現的問題和疑點，對于理論性較強的課程，線下教學是必不可少的。專業基礎知識是基礎，思政教育是靈魂，課程育人是目的，作為高校教師，不僅要講授專業知識，還要關愛引導學生。在學好專業知識的同時，要用好課堂教學這個主渠道，各類課程都要與思想政治理論課同行，形成協同效應。例如工程力學、機械設計等專業基礎課程，在上好專業基礎知識的同時，也將文化自信、民族自信、制度自信融入課堂。例如在講解力學軸向拉伸時，可以以我國天眼FAST為例，通過視頻讓學生了解我國天眼的基本情況，然后將6根拉著饋源艙的繩索作為拉伸變形的工程實例，對于拉伸變形的基本理論進行講解。在講解彎曲變形時，以我國目前比較先進的大橋，如世界上最長的跨海大橋青島海灣大橋、世界級工程港珠澳大橋、最長斜拉索橋蘇通大橋、世界上最高的橋北盤江大橋等等為例，通過觀看視頻，展現我國橋梁方面取得的傲人成績。以這些橋梁為例引出彎曲變形，既展現了我國先進的科學技術，又講解了所需的專業理論知識，將愛國主義情懷悄悄融入課堂，既使枯燥的理論內容增加了趣味性，提高了學生的學習興趣，又使學生在不知不覺中對我們的國家有了進一步的了解，使學習的目的和任務提升了一個臺階，增強了民族自豪感和民族自信，同時教育學生要想讓祖國強盛富強，屹立于世界富強民族之林，需要他們這一輩人繼續為之努力奮斗。傳授專業基礎知識是基礎，思政教育是靈魂，要做到德技同向同行，育人是最終目的，教師要通過課程思政，將正能量傳遞給學生，引導學生樹立正確的人生觀和價值觀，這是我們進行教學的最終目的。

三、仿真技術應用于課堂

將計算機仿真技術應用于課堂，通過計算機仿真動畫演示，讓學生對理論知識有更形象的了解，也能激發學生進一步學習計算機應用軟件的熱情。有限元分析軟件是對構件力學性能進行分析的較好的工具，ANSYS就是有限元分析軟件的其中一個，通過有限元仿真，可以讓學生看到整個構件的應力應變情況，提升學生后續學習計算機軟件的熱情，也能讓學員將枯燥的理論知識形象化，讓看不見摸不著的數據變為看得見的各種應力云圖和變形云圖，也可以讓變形以動畫的形式進行仿真演示，讓枯燥的理論活起來。通過實踐證明，這種動畫演示以及云圖的展示，可以使對公式理論計算已經疲憊的學生，重新聚焦精力，變得更有探知欲，激發其好奇心，也為其以后學習該計算機應用軟件打下一個很好的基礎，有利于激發其學習興趣。例如對于工程力學中應力集中問題的學習，如果僅進行理論講解，學生對應力分布情況沒有直觀的了解。通過應力云圖的展示，如圖1所示，學生對應力分布情況以及應力集中系數都會有直觀的認識，從而更有利于理論知識的理解和掌握，所以將計算機仿真技術應用于教學對于學生后續課程的學習以及目前課程的學習都非常有利。

四、智慧教材的建設與應用

要想取得較好的學習效果，一部較好的配套教科書是必不可少的，一部好的教材能夠便于學生自學和課后復習，由于專業基礎課程是學生接觸專業課程的前序，承擔著連接基礎課與專業課的重要橋梁作用，因此專業基礎課程的學習效果直接關系著后續專業課程的學習。所以，一部好的教材會對學生的學習效果起著很大的推動作用。在此之前理工科學生基本還沒有接觸機械結構，對于機械結構的運動還沒有清楚的認識，對一些結構的運動還不是很清楚，所以讓教材中的運動結構動起來是教材需要實現的功能之一，學生通過掃描二維碼觀看結構的運動形式，讓教材中的運動結構動起來，更有利于學生的想象思維，使枯燥的知識鮮活起來，提升學生學習積極性和學習趣味性，所以對于專業基礎課程，如果學生能有一部智慧教材無疑對學習會有莫大的幫助，建設一部智慧教材輔助教學是十分必要的。

教材中習題與例題的設置盡量與工程實際掛鉤，讓學員能夠清楚本門課程能夠解決什么樣的工程問題，從而提升學習興趣，使學習更具有目標性和針對性，更有利于提升學習動力，而不是看起來只有很多枯燥繁瑣的公式推導，從而讓很大一部分學生望而卻步;課后習題需要與學生學習的知識相配套，從而真正達到鞏固學習知識的效果，使學到的知識真正變為學生自己的知識，從而真正實現了從教到學的轉換過程。學生再結合課后習題，經過自己思考，利用所學知識真正通過自己的能力解決問題，從而提升自己的素質。一部好的教材對于學生的學習起到很重要的輔助作用。教學的目的之一是提升學生終身自主學習的能力，而一部好的教材可以提升學生學習的興趣，提升其自主學習的信心，所以將一部好的智慧教材應用教學勢在必行。

五、收獲與結論

多種教學手段相互融合，信息化教學是將來教學的一個趨勢。隨著信息化時代的到來，各種信息充斥著學生的學習和生活，如何從各種紛雜的信息中獲取有用的資源，如何提升學生的學習能力，使其擁有終身學習能力，傳統教學模式的改革也是時代的必然趨勢，信息化推動了教學模式的改革。通過專業基礎課程線上線下混合式教學的實踐，學生的知識面較傳統模式有了拓展，團結合作能力得到了加強，自學能力有了明顯提高，但線下也必不可少，特別對于理論性較強的課程，理論推導部分面對面教學效果較線上教學效果要好，對于理論性較強的課程，學生在線上學習需要反復觀看視頻，花費的時間比在線下課堂上時間多出許多，學習效率偏低，但對于學生的自主學習能力會有很大提升，將線上線下各自的優點結合起來進行教學，可以使課程學習效率和效果得到大大的提升，學生的學習能力和品質也可以得到一定程度的提升。

在信息化條件下，將線上資源與計算機仿真技術及傳統教學方法相互融合，探索出對于理工科專業基礎課程比較有效的教學手段，對理論性較強的專業基礎課程混合式教學進行了有益的探索與實踐。通過實踐證明，對于理論性較強的課程進行混合式教學的效果較好，線上線下相互補充，使學生學習時間最優化，提高學習效率，線上采用將學生網格劃分的方式，提高掌控學生的效率;“PBL”教學模式小組討論，提升了學生的分析解決問題的能力;通過我國先進的科學技術為引例，以工程實例為牽引，激發學生的愛國熱情和學習激情。以學生學習能力培養為導向，為培養學生素質為目標，線上線下雙堂并舉，齊頭并進，教學效果顯著，該方法為專業技術基礎課程提供了參考。

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作者簡介：屈彩虹（1976-），女，漢族，江蘇徐州人，碩士，副教授，研究方向為機械設計及理論、有限元分析等。