基于混合式教學(xué)的“理論力學(xué)”課程分層教學(xué)的探索*

王坎盛 ，劉立悅 ，孫曉勇 ，仝國軍 ，李桐棟 ，韓 超

（河北水利電力學(xué)院土木工程系，河北 滄州 061001）

0 引言

隨著信息技術(shù)及教育理念的不斷發(fā)展，混合式教學(xué)已經(jīng)成為現(xiàn)代教育中的重要方法。混合式教學(xué)將傳統(tǒng)的課堂教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相結(jié)合，通過更為豐富的教學(xué)手段及資源，為學(xué)生提供更加良好的學(xué)習(xí)體驗[1]。同時，當(dāng)代大學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)的熟悉及依賴程度也為混合式教學(xué)的開展提供了便利條件。然而，在實踐中，如何更好地利用混合式教學(xué)的優(yōu)勢提高教學(xué)效果仍然是需進一步探索的問題。

根據(jù)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)觀的思想，學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體，其學(xué)習(xí)過程是通過自己原有的知識經(jīng)驗等來建構(gòu)新的知識。傳統(tǒng)的統(tǒng)一教學(xué)模式并不能充分考慮個體差異，難以體現(xiàn)因材施教、充分發(fā)揮學(xué)生個人特點的思想。而分層教學(xué)是考慮學(xué)生間的個體差異，根據(jù)其學(xué)習(xí)水平和興趣愛好，將學(xué)生分為不同的層次，采用不同的教學(xué)策略和教學(xué)資源，為學(xué)生提供個性化的學(xué)習(xí)服務(wù)[2-4]。顯然，分層教學(xué)能更好地考慮學(xué)生個體間的差異，滿足其個性化需求，使學(xué)生能各有所獲，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的主動性和積極性，從而更好地發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，進而有效地提高教學(xué)效果，使學(xué)生更好地掌握課程知識。

“理論力學(xué)”課程通常涉及大量的數(shù)學(xué)知識，包括微積分、線性代數(shù)等，因此對學(xué)生具有較高的數(shù)學(xué)要求。“理論力學(xué)”課程通常涉及很多抽象的物理概念和數(shù)學(xué)方法，需要學(xué)生具備較強的邏輯思維能力和抽象思維能力。同時，“理論力學(xué)”作為一門重要的工科基礎(chǔ)課程，其對學(xué)生的思維能力和問題解決能力的提升有著很重要的幫助，對學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)和綜合能力培養(yǎng)也有著重要的影響，該課程的掌握情況也直接影響著后續(xù)“材料力學(xué)”“結(jié)構(gòu)力學(xué)”等課程的學(xué)習(xí)效果。目前，針對力學(xué)課程中的“結(jié)構(gòu)力學(xué)”“工程力學(xué)”“流體力學(xué)”等課程已有教師開展了分層教學(xué)工作，并取得了一定成果[5-8]。而“理論力學(xué)”分層教學(xué)尚處于探索階段，在混合式教學(xué)背景下，探索如何通過分層教學(xué)的方式提高“理論力學(xué)”課程的教學(xué)效果是本文的主要目的。

1 混合式教學(xué)和分層教學(xué)結(jié)合的意義分析

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論是對傳統(tǒng)學(xué)習(xí)理論的進一步發(fā)展，其認(rèn)為學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者主動建構(gòu)知識的過程，學(xué)習(xí)活動不是由教師單方面地向?qū)W生傳遞知識，而是由學(xué)生在原有知識背景框架之下，完成對新知識的重新建構(gòu)，從而實現(xiàn)對新知識的獲得和對舊知識的整合[9-10]。顯然，根據(jù)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)觀的思想，個體背景知識結(jié)構(gòu)的不同會直接影響個體對新知識的吸收，因此在一定程度上回應(yīng)了傳統(tǒng)教學(xué)過程中學(xué)生的學(xué)習(xí)效果參差不齊的問題。同時，建構(gòu)主義理論強調(diào)以學(xué)生為中心，不僅要求學(xué)生由被動接受者轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒓庸さ闹黧w、知識意義的主動建構(gòu)者，而且要求教師由知識的傳授者或者灌輸者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生主動建構(gòu)學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者。在建構(gòu)主義理論指導(dǎo)下，教師通過創(chuàng)設(shè)適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動能，使學(xué)生實現(xiàn)對所學(xué)知識的意義建構(gòu)。為了獲得更好的學(xué)習(xí)效果，將傳統(tǒng)班級授課進行更加科學(xué)的精細(xì)化分組，通過更具針對性的教學(xué)組織，可以更好地貼合不同層次學(xué)生的背景知識結(jié)構(gòu)，從而獲得更好的整體效果。

1.1 分層教學(xué)

分層教學(xué)可以更為充分地考慮學(xué)生的個體差異，根據(jù)學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)能力和興趣等因素，將學(xué)生分為不同的層次進行教學(xué)及輔導(dǎo)。針對不同層次的學(xué)生提供不同難度和深度甚至不同形式的教學(xué)內(nèi)容，最大程度保證學(xué)生知識吸收的最大化。分層教學(xué)可以滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，有助于提高教學(xué)效果。但是要實現(xiàn)分層教學(xué)需要一定的基礎(chǔ)條件，首先，教師需要有足夠的教學(xué)技術(shù)，整合充足的教學(xué)資源支持教學(xué)活動，包括教材、網(wǎng)絡(luò)資源、課件和在線學(xué)習(xí)平臺等。其次，教師需要具備一定的教學(xué)能力和經(jīng)驗，了解分層原則及方法，能夠根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進行科學(xué)分層。最后，教師還要有良好的溝通能力，及時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和需求，調(diào)整教學(xué)策略和方法。

1.2 混合式教學(xué)

混合式教學(xué)通過現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體資源的結(jié)合，可以提供豐富的學(xué)習(xí)資源和工具，幫助學(xué)生更好地理解和掌握課程知識。同時可以提供更加靈活和個性化的學(xué)習(xí)環(huán)境，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和參與度，進而提升學(xué)習(xí)效果。比如在混合式教育中，在線學(xué)習(xí)平臺可以作為輔助教學(xué)工具，為學(xué)生提供額外的學(xué)習(xí)資源和個性化的學(xué)習(xí)支持。學(xué)生可以在課堂之外通過在線學(xué)習(xí)平臺學(xué)習(xí)課程內(nèi)容，觀看教學(xué)視頻、做練習(xí)和參與討論。還可以通過學(xué)情分析和評估工具來輔助教師了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和需求，進而更好地指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)。隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展和教育理念的改變，混合式教學(xué)在應(yīng)用型本科院校中已經(jīng)成為一種常見的教學(xué)模式。

綜上，混合式教學(xué)和分層教學(xué)的結(jié)合可以充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，提高教學(xué)效果。

2 教學(xué)的設(shè)計實施及評估

2.1 明確教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)人才培養(yǎng)方案確定“理論力學(xué)”課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)及學(xué)生需求，細(xì)化每個層次的教學(xué)目標(biāo)和要求。并且根據(jù)不同層次的目標(biāo)要求，針對性地設(shè)計混合教學(xué)元素，滿足不同分層學(xué)生的學(xué)習(xí)需要。“理論力學(xué)”課程的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)目標(biāo)包括：掌握物體及物體系平衡的基本規(guī)律及其研究方法，會分析簡單物體系的平衡問題；掌握質(zhì)點和質(zhì)點系機械運動的基本規(guī)律和方法，會分析質(zhì)點及質(zhì)點系的簡單運動及合成運動問題；掌握動力學(xué)原理及運用動力學(xué)原理分析簡單的運動與受力之間的關(guān)系。高階學(xué)習(xí)目標(biāo)包括：會對由三個及三個以上物體組成的工程結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)問題進行分析，對質(zhì)點系或剛體的復(fù)雜運動及受力之間的關(guān)系進行確定。更高階的學(xué)習(xí)目標(biāo)是：將專業(yè)實踐中的工程實際問題簡化為剛體，建立研究對象的靜力學(xué)、運動學(xué)、動力學(xué)分析模型并進行分析，掌握商業(yè)軟件中與受力及運動相關(guān)的建模及分析模塊，提高復(fù)雜問題的分析能力。

2.2 確定分層標(biāo)準(zhǔn)

通過詳盡的學(xué)情分析，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和興趣，為分層教學(xué)提供依據(jù)。并進一步確定分層標(biāo)準(zhǔn)，將學(xué)生分為初級、中級和高級等不同層次。教師可進行微調(diào)，但主要應(yīng)以學(xué)生能力、興趣及個人意愿為標(biāo)準(zhǔn)。在學(xué)期初，將課程目標(biāo)分層及課外項目安排與學(xué)生進行交流，先由學(xué)生自主選擇分層并結(jié)成學(xué)習(xí)小組，教師根據(jù)學(xué)生數(shù)量及簡單的測試結(jié)果，對學(xué)生在中級和高級層次間進行微調(diào)（希望盡量多的學(xué)生在完成基礎(chǔ)目標(biāo)后可以進入到中高階的學(xué)習(xí)中）。在課程教學(xué)過程中，可以由教師通過檢查學(xué)習(xí)效果及反饋調(diào)研，對分層情況及時進行調(diào)整（實踐證明這一部分主要是部分學(xué)生需要退回到初級分層），使學(xué)生在扎實掌握基礎(chǔ)知識的前提下，綜合考慮時間分配及個人能力后對中高階目標(biāo)進行適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)和訓(xùn)練。

2.3 設(shè)計教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)每個層次的學(xué)生需求，設(shè)計相應(yīng)難度和深度的教學(xué)內(nèi)容。結(jié)合混合式教學(xué)資源豐富的優(yōu)勢，為學(xué)生提供更加豐富和多樣化的學(xué)習(xí)資源，包括教材、課件、視頻和在線學(xué)習(xí)平臺等，供學(xué)生們選擇。比如有些學(xué)生對力學(xué)的應(yīng)用更感興趣，則需要設(shè)計更貼近實際的問題內(nèi)容，以此理解和應(yīng)用課程中的知識；而有些學(xué)生對理論分析更感興趣，則需適當(dāng)增加教學(xué)過程中的推導(dǎo)過程和數(shù)學(xué)原理介紹。圍繞學(xué)生的活動，應(yīng)更加突出學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性，也可適當(dāng)增多針對分層的小型教學(xué)活動。

力學(xué)課程里很多概念較為抽象，力、能量等概念不便于直觀理解。因而在授課過程中，要充分利用混合式教學(xué)，提供豐富直觀的教學(xué)案例，比如分析空間任意力系在空間直角坐標(biāo)系下的分量的實際意義，可以用一個運動的飛機模型作為視頻展示，激發(fā)聯(lián)想，加深印象。務(wù)必要注重將基本概念原理講透，補齊短板，強化學(xué)生學(xué)習(xí)的自信心，這對于初級層次的學(xué)生尤為重要。比如，能量簡單來說就是物體本身所具有的一種改變自身或者其他物體狀態(tài)的能力，像是壓縮的彈簧，可以將某個物體推動，這就是能量的釋放，也是其能量的直觀展示。對于中級層次的學(xué)生來說，則可以強化這些概念在具體實際問題中的應(yīng)用，比如對于同樣的做功，可以輸出較大的力而相應(yīng)降低速度，同樣也可以輸出較小的力而增大速度。要能夠具體運用，解決實際相關(guān)的問題，讓他們感覺學(xué)有所用，提高學(xué)習(xí)積極性。在講解拉伸變形時，演示拉面的例子；對于扭轉(zhuǎn)變形，展示擰麻花的視頻；講解彎曲變形，引入彎弓射箭的視頻等。講解空間力系中力對軸的矩時，“如果力和軸同一平面，則力對軸的矩為零”[11]，教師可以轉(zhuǎn)動教室里的門，當(dāng)門把手的受力和門軸相交或平行時門無法轉(zhuǎn)動。并以此引發(fā)高級分層學(xué)生的思考，引導(dǎo)學(xué)生探究更為深入的內(nèi)容，保證其對學(xué)習(xí)始終保持好奇心與探索精神。

2.4 靈活組織教學(xué)活動

在具體教學(xué)活動中，為了突出分層教學(xué)因材施教的特點，集中活動相對減少，分層活動增多。可適當(dāng)豐富課堂小實驗，既能提升學(xué)生學(xué)習(xí)的趣味性，也能根據(jù)實驗的過程引導(dǎo)不同層次的學(xué)生進行思考，更好地發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性。比如對于不同約束的約束力特點，可以直接用兒童玩具中的拼接積木來展示，或者用人體的手臂來展示不同的約束類型所能提供的約束力的特點。對于動量矩守恒定律：在旋轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)臂外側(cè)掛有重物，那么旋轉(zhuǎn)臂的伸長會降低轉(zhuǎn)速，而旋轉(zhuǎn)臂收回時又會增加轉(zhuǎn)速[12]。此類小實驗簡便易行、生動直觀，可以很好地激發(fā)學(xué)生的興趣，提升課堂活躍度，也可以利用在線平臺豐富完善教學(xué)資源，保證課堂教學(xué)質(zhì)量。

同時，根據(jù)每個層次的學(xué)生特點，靈活組織教學(xué)活動。對于初級層次的學(xué)生，要放低起點，降低學(xué)習(xí)坡度，采用講授和演示相結(jié)合的方式，通過更為具象化的元素來幫助學(xué)生理解和掌握理論力學(xué)的基本概念。對于中級層次的學(xué)生，教師可以引導(dǎo)他們進行案例分析和解決實際問題，培養(yǎng)他們的實踐能力和創(chuàng)新思維。對于高級層次的學(xué)生，要講解精要，適當(dāng)組織研討和實驗，提供一些具有深度和挑戰(zhàn)性的內(nèi)容，讓學(xué)生深入探討理論力學(xué)的前沿問題，培養(yǎng)他們的研究能力。

通過在線學(xué)習(xí)平臺，學(xué)生可以隨時進行自主學(xué)習(xí)和互動交流，通過訪問教學(xué)資源和學(xué)習(xí)材料，進行自主學(xué)習(xí)和鞏固復(fù)習(xí)。并且定期評估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，及時給予反饋和指導(dǎo)，幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)質(zhì)量。

2.5 實踐分析應(yīng)用

向分層教學(xué)班同學(xué)詳細(xì)介紹分層教學(xué)試點的內(nèi)容。廣泛征詢學(xué)生的意見項目，切忌強行分層，在尊重學(xué)生整體意見的基礎(chǔ)上，優(yōu)化分層方式。首先，利用測試卷的方式，考查學(xué)生對前期關(guān)聯(lián)知識的掌握情況，提供教學(xué)分層的基礎(chǔ)背景知識架構(gòu)的客觀數(shù)據(jù)。對測試卷的出題也要慎重合理，盡量同前期教學(xué)老師協(xié)同進行，保證測試卷的科學(xué)性。其次，組織問卷調(diào)查，了解學(xué)生對課程的期待目標(biāo)、興趣程度等主觀因素。最后，在考慮測試卷的基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)生自身意愿，最終完成教學(xué)分層，并對參考班級進行同步分層活動，但僅作為不同分層的最終學(xué)習(xí)效果對比，教學(xué)過程中同傳統(tǒng)課堂保持一致。

以靜力學(xué)中的空間匯交力系、空間力對點的矩問題講解為例。備課前期針對集中講解部分，從生活中的實際案例引入，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣（前期可以利用在線學(xué)習(xí)平臺整理并發(fā)送一些實例，如飛機減速傘等實例，引發(fā)同學(xué)對匯交力系的思考）。準(zhǔn)備適應(yīng)不同分層教學(xué)需要的在線學(xué)習(xí)資料，按照不同分層設(shè)置必要的學(xué)習(xí)內(nèi)容，但學(xué)生也可以自由選擇其他學(xué)習(xí)內(nèi)容。具體講解過程中，結(jié)合生活實例，增加學(xué)習(xí)的趣味性，并貫徹學(xué)生主體性原則。對于不同分層的學(xué)生引入實驗教具模型，演示匯交力系的特點，同時設(shè)計不同的教學(xué)環(huán)節(jié)，可以采用分組實驗，增加討論、小組演示等發(fā)揮分層作用的主動學(xué)習(xí)模式。針對不同的學(xué)生分層，優(yōu)化學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容，如對初級層次的學(xué)生，重在基礎(chǔ)概念和基礎(chǔ)合成問題的強化及前期課程如平面匯交力系等的聯(lián)系與介紹。對中級層次的學(xué)生，提供一些貼合實際的問題，如工程中一些平面結(jié)構(gòu)的節(jié)點的力系合成問題，要求學(xué)生進行具體的應(yīng)用作答。而對高層次的學(xué)生，則提供一些相對復(fù)雜且具有探索性的問題，引申出對于空間任意力系合成的方法的思考。在各學(xué)習(xí)內(nèi)容中設(shè)置必要的課后任務(wù)，鼓勵學(xué)生互相交流，討論問題。

2.6 評估教學(xué)效果

為對教學(xué)效果進行更為客觀的分析，隨機選擇分層教學(xué)試點班級，按照分層教學(xué)班標(biāo)準(zhǔn)進行分層，但教學(xué)過程延續(xù)傳統(tǒng)模式。需要注意的是，參考班級應(yīng)選擇同試點班級教學(xué)大綱等基本教學(xué)要求一致的班級，并且盡量選擇同一位老師授課的班級，減少其他因素的影響。后續(xù)對不同教學(xué)模式下的班級、同層次內(nèi)的學(xué)生進行學(xué)習(xí)效果對比。班級分層情況如表1 所示，階段測驗成績對比如圖1所示。

圖1 階段測試成績對比

表1 分層班及參考班分層情況對比

根據(jù)學(xué)生日常表現(xiàn)的觀察總結(jié)與最終測試結(jié)果的對比分析，可以發(fā)現(xiàn)在混合式教學(xué)背景下對“理論力學(xué)”課程實施分層教學(xué)，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和成績有一定提高，學(xué)習(xí)態(tài)度有所改善。初級層次的學(xué)生通過多媒體資源和在線學(xué)習(xí)平臺，更好地理解了基礎(chǔ)概念和方法；中級層次的學(xué)生通過小組合作學(xué)習(xí)和實踐項目，提高了問題解決能力和團隊合作能力；高級層次的學(xué)生通過探究及挑戰(zhàn)性項目，培養(yǎng)了科研能力和創(chuàng)新意識。

3 結(jié)論與展望

在混合式教學(xué)背景下，分層教學(xué)對于提高教學(xué)質(zhì)量具有重要意義。通過分層教學(xué)，學(xué)生在個性化的學(xué)習(xí)環(huán)境中具有更好的學(xué)習(xí)效果，有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和自信心。同時，教師可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進行精準(zhǔn)和個性化的教學(xué)，有助于提高教學(xué)效果。然而，要實施分層教學(xué)需要教師具備足夠的技術(shù)及理論知識以及充足的教學(xué)資源，只有這樣，分層教學(xué)才能夠真正發(fā)揮其優(yōu)勢，為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供更好的支持和指導(dǎo)。混合式教學(xué)依然存在一些問題和挑戰(zhàn)，比如如何更好地評估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果和提供個性化的反饋等。因此，未來的研究可以進一步探討如何優(yōu)化分層教學(xué)的設(shè)計和實施策略，以提高教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗。