基于信息化的材料力學混合式教學模式的實踐

劉露+沈玉鳳

[摘 要]隨著信息化技術的發展以及信息化與教學的深度融合，材料力學教學進行了混合式教學模式的改革。改革調整了教學設計，包括教學理念、教學目標、網絡資源、教學方法以及評價方式。混合式教學模式的實施，提高了學生學習的主動性以及自主學習的能力，增強了學生的表達能力和協作能力。

[關鍵詞]信息化；混合式教學；材料力學；自主學習

[中圖分類號] G420 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）01-0063-04

○、引言

隨著互聯網在教育領域的迅速發展以及信息化技術與教學的深度融合，傳統單通道的文化知識傳播正被多通道的信息交互所替代。[1]學習模式更多地趨向于線上學習與線下學習相結合的混合式學習。姜強等[2]提到的MOOCS學習模式提倡自主學習+翻轉課堂的混合式教學。通過翻轉課堂進行的混合式教學模式，可以將在線學習與學校教育結合起來，學生先在MOOCS平臺上自主學習，教師在課堂上重點培養學生的實踐能力和創新精神。陳衛東等[3]認為：應運用信息技術充分調動參與課堂教學的各要素，圍繞教育教學的目標，形成各要素間良性的交互作用。其提出的“翻轉-研創”的教學方法，避免了翻轉教學自主學習缺乏監督的弊端，也避免了網絡教學平臺資源與課堂結合度不夠的問題。

材料力學是理工科學校的一門主干技術基礎核心課，處于由基礎理論課向專業課過渡的地位，與機械設計、機床設計、汽車設計等后續課程密切相關。[4]但該課程公式多，理論知識抽象，知識點繁雜，學時少，這些都導致學生學習起來有一定難度。如何提高本課程的教學質量是力學教師一直研究的一個課題。[5][6][7]

材料力學主要培養學生構件分析、計算和實驗等方面的能力。這門課程內容多，公式推導多而且很煩瑣，學時又有限，教師不可能把太多的課堂時間用在對所有基礎知識的講解上，但是又要保證學生基礎知識的學習和能力的培養。為了解決這一矛盾，混合式教學模式便應運而生。混合式教學方式不僅是線上線下的混合，而且是多種教學方法的混合，還包括了教學資源的多元化。

一、教學設計

（一）課程教學理念的變化

在教學過程中教師要轉變教學觀念，由傳統的傳授知識轉變為以培養學生獲取知識的能力為重點；由傳統的學習知識轉變為以運用知識解決問題為重點，突出學生能力目標的實現，不斷積累教學經驗，完善課程教學組織方式。在教學過程中，教師要積極引導學生養成自強不息的奮斗精神，培養學生扎實的工作作風、良好的溝通交流能力與團隊協作精神，讓學生全方位提升自己的綜合實力。具體的變化體現在以下幾方面。

教與學的角色轉變：由“以教為主”逐漸轉變到“以學為主”，建立以學習者為中心的混合式教學模式。

教學方法多樣化：打破傳統的單一傳授知識的教學手段，開展問題教學、互動教學、網絡教學、討論教學等多種教學方法與教學手段的探索和實踐，培養學生的創新思維能力。

教學的重點轉移：由學生被動接受知識轉變為培養學生主動獲取知識；探索課程的教學內容哪些適宜于課堂教學，哪些適宜于在線學習，合理編排網絡學時。

學習環境的改變：由單一的課堂學習轉變為課堂與網絡兼容的學習環境。探索課堂學習和在線學習兩種教學形式的結合，總結經驗，找到兩種教學形式之間的平衡點。

（二）課程教學目標的調整

根據布魯姆教育理論[8]，知識緯度的類別可分為事實性知識、概念性知識、程序性知識、元認性知識。可以進一步梳理各章的知識點，將相關的知識點進行整合統一編排；理清以教師講授為主的知識點和以學生自主學習為主的知識點，并根據學生自主學習知識點的難易程度設置合適的網絡學時；根據重新整合編排的知識點，設計課程的教學目標；對課程教學內容進行進一步研究討論，根據不同的知識點，研究設計其知識維度和認知過程維度；根據知識點的不同類型和不同的認知維度，設計各知識點的測評方式，以檢驗學生是否達到了教學目標的要求；重新設計各知識點的教學方案，編排設計課堂教學活動的流程，使得課堂學習和在線學習能合理搭配，有機融合。

（三）課程資源開發與利用

充分利用學校的“網絡教學平臺”，共享教學資源，實現傳統課堂與在線教學相融合的混合式教學模式，并不斷總結經驗，推廣應用。具體措施有：豐富和完善網絡教學平臺中的基礎項目，完善學生的網絡學習環境；將梳理出來的重要知識點、課程的教學目標等上傳到網絡教學平臺，這樣便于學生參考學習；提供豐富且高質量的課程網絡電子教學資源，便于學生自學和拓展知識面；在教學平臺上提供豐富的思考題、練習題等，供學生參考學習或自主測試，組織在線測驗等；將學生自主學習部分的知識點、學習要求、注意事項、學習要達到的效果及時公布在教學平臺上。網絡資源的建設如圖1所示。

（四）多種教學方法的混合使用

本課程在教學過程中，要突出學生的主體地位與教師的引導作用，提倡采用多媒體教學、問題教學、討論教學、案例教學、網絡教學、翻轉課堂等多種開放式教學方法，要從學生的認知能力和課程的特點出發，引導學生積極思考、探索、參與、交流，激發學生的學習熱情，鼓勵學生大膽創新，勇于提出問題并面對挑戰，促進學生富有創造性地主動學習。

1.多媒體教學

本課程概念多，理論性強，知識抽象，學生學起來有一定的難度。多媒體輔助教學是現代化教育的重要手段，它把多種電化教學手段和傳統的教學手段很好地結合起來，可以用恰當的課件來展示不同的知識點，生動直觀、易于接受。力學教師采用了豐富多彩的多媒體教學方式。文獻[9]詳細論述了多媒體課件在材料力學教學中的應用：演示變形的幾種形式的工程實例、平面假設、應力在橫截面上的分布等；李麗君[10]把ANSYS引入了壓桿穩定的輔助教學；宋少云[11]把CAE引入力學教學。endprint

2.問題教學

通過問題的引出，讓學生帶著問題學習，引導學生追問“為什么要研究？”，“如何研究”， “如何應用”，幫助學生提高學習的主動性。例如在學習一點的應力狀態時，先給出幾個問題：為什么要研究點的應力狀態？什么是點的應力狀態？如何取點的單元體？把這幾個問題解釋明白了，此處的知識點就掌握了。

3.討論教學

以對話代替說教，以討論代替灌輸；讓學生充分參加課堂討論，通過對知識點的總結、對知識應用的討論，使學生從被動接受變為主動攝取，牢固掌握所學知識。在提高彎曲剛度這個地方安排學生先根據網絡平臺上的知識自學，然后上一節討論課。把學生分成小組，隨機抽取一名學生起來講述提高壓桿剛度的措施，并且要給出工程實例，不可以講課本上已有的例子，要自己上網查資料。學生由于做了充分的準備，討論得很熱烈。這既鍛煉了學生的表達能力，也讓學生學會了自己去查資料接觸工程實際問題，增強了學生對理論知識的理解。

4.案例教學

學習理論知識要多聯系工程實例，做到觸類旁通，這樣有助于學生更好地理解所學內容，同時也拓展了學生的思維，擴大了學生的視野，培養了學生創造性思維的能力。[12]我們的生活中力學現象無處不在，實例很好找。如感冒沖劑的袋子從開口處撕，這就是應力集中的應用；把衣服擰干是一種扭轉的現象；用鉗子夾斷鐵絲時來回彎是疲勞破壞的應用。當然，還可以找一些工程實例的圖片，比如彩虹橋坍塌的圖片。通過對相關案例的分析討論，幫助學生加深對所學知識的理解，同時這也能幫助學生了解如何綜合運用知識分析、解決問題。

5.網絡學習

教師提供內容豐富的網絡教學資源，學生課下利用網絡資源進行預習和復習，以提升學生的自主學習能力。學生容易接受的地方教師在課堂上就不再去講授，只安排學生根據網絡上的內容進行自學，教師只需在網絡平臺的作業管理里布置作業并發布具體的作業要求即可。學生自學后在規定的時間內完成作業，并在網上提交。

6.翻轉課堂

為了給學生提供深度思考的機會，鼓勵學生之間進行協作學習，促進學生的互相交流討論，我們進行了翻轉課堂的嘗試。教師提前布置翻轉課堂的內容和時間，學生根據課程的網絡資源學習知識點，然后自己組建學習小組，協作學習，共同完成PPT的制作。每個組讓學生自己選出一個組長，組長負責帶領大家共同學習，共同進行課件的制作。教師課堂上隨機抽取一名學生上來講授本知識點，講述完畢后還要負責答疑別的同學提的問題。

在翻轉課堂形式中，學生講解知識點，教師進行點評、把關，課堂成為教師和學生交互的場所。教師從一個知識的傳達者變成了知識的啟迪者，教師不再是課堂的主導；學生不再像以往一樣，只坐在教室里被動地接受知識，而是要積極地參與到課堂活動中；學生不僅要理解問題而且還要提出問題，這樣可以培養他們獨立思考的能力。這種教學方式不僅能提高學生的表達能力，而且鍛煉了學生上臺說話的膽量以及和別人團結合作的能力。

翻轉課堂的圖片見圖2所示，這是學生在講述剪切與擠壓的強度計算的知識。

（五）課程評價方式

課程考核是課程設計過程中一個很重要的環節，考評機制是監督學生學習過程的一個有效手段。我們采用過程評價與綜合考評相結合的考核方式。

過程評價：平時成績（主要考核作業的數量質量、出勤、課堂討論等）；網絡自學作業，對學生網上提交的作業進行批改，給出分數，學生可以隨時查看自己的成績；翻轉課堂（包括PPT演講、答辯、提問），選學生當評委，評委組自己制定評分標準，在課堂上當場打分；討論課（根據討論課每組抽到學生的討論情況給出本組分數）；實驗，主要考查學生的動手能力，對實驗現象的觀察能力，以及對實驗現象的解釋能力。

綜合評價：課程結業采用閉卷考試。全面考查學生對本課程知識的理解、掌握程度以及靈活運用知識解決問題的能力。

通過這一學期四個教學班的教學實踐，這種考核改變了一張試卷定成績的情況。從圖3可以看出，在增加了過程評價后，學生的不及格率從超過40%（卷面成績）減少到22%（綜合成績），學生的平均成績提高，不及格率降低，學生的成績分布較合理。當然，過程評價也要堅持公平公正的原則，絕不能成為成績調劑的砝碼。

二、進一步的反思

由于混合式教學方式的改革還處于剛開始實施階段，經驗不足，所以還存在一些問題。

（一）網絡資源的使用方面

學生使用網絡平臺進行學習的主動性不夠，還要加強對學生利用網上資源進行學習的動員和要求，增加布置利用網上資源進行自學的內容和環節，增加網上作業、網上互動的相關安排；學校無線網絡覆蓋不夠，再加上移動設備不普及和流量等原因，致使學生上網受到影響，還需要加大校園的無線網覆蓋區域，讓學生可以在自習室里上網瀏覽教學的相關資源；教學資源、素材還不夠豐富，內容的趣味性、吸引力還有待提高，要進一步加強網絡教學平臺建設。

（二）網絡學習與課堂教學的融合問題

網絡學習的內容過多會加重學生課下的負擔，如何合理的分配網絡學習的知識點和課堂學習的知識點還要進一步探索與研究。如何引導學生積極主動地進行網絡學習，并且提高學習的效率也是教師要思考的問題。

（三）提高翻轉課堂效果的問題

大班上課學生人數多，學生分組也多，每個組都重復地講授同一知識點會使學生產生疲勞。為了解決這個問題，以后考慮翻轉課堂每個組布置不同的知識點，以提高翻轉課堂的教學效果。

（四）進一步完善課程評價體系

課程評價還有一些不完善的情況，比如如何防止網上作業抄襲的問題，翻轉課堂以及討論課組里有學生“打醬油”的情況。如何公平公正地進行過程考核是下一步我們要研究的問題。

三、結論

在材料力學教學中進行混合式教學，既包括課堂教學和網絡學習的混合、多種教學方法的混合，也包括信息化和課堂教學的深度融合。這種教學模式加強了教師和學生之間的互動，提高了學生的學習主動性，鍛煉了學生自主學習的能力以及溝通協作能力。通過這種教學實踐，不僅可以使學生更好地掌握本課程的理論知識，還可以培養學生思考的主動性，拓展學生的工程思維，為學生以后的工作打下良好的基礎。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 田良臣，李棟.信息技術與教育深度融合背景下的學習透視[J].遠程教育雜志，2015（3）：3-10.

[2] 姜強，趙蔚.MOOCS：從緣起演變到實踐新常態[J].遠程教育雜志，2015（3）：56-64.

[3] 陳衛東，葉新東，張際平.未來課堂的互動形式與特性研究[J].電化教育研究，2011（8）：91-97.

[4] 劉鴻文.材料力學[M].北京：高等教育出版社，2010.

[5] 謝冰.改進材料力學可能教學幾點體會[J].中國教育技術裝備，2012（12）：70-72.

[6] 王濤.提高材料力學課堂教學品質的研究[J].裝備制造技術，2011（12）：201-203.

[7] 沈玉鳳，許英姿，劉露.材料力學教學中加強高等數學知識的運用，培養學生科學思維能力[J].大學教育，2013（12）：58-59.

[8] [美]安德森等編著，蔣小平等譯.布盧姆教育目標分類學[M].北京：外語教學與研究出版社，2009.

[9] 劉露，沈玉鳳.材料力學教學中多媒體課件的應用[J].中國科技信息，2008（12）：261.

[10] 李麗君，沈玉鳳.ANSYS對于壓桿穩定的輔助教學[J].實驗科學與技術，2009（1）：121-122.

[11] 宋少云.將CAE引入力學教學[J].力學與實踐，2006（5）：74-75.

[12] 李麗君，沈玉鳳，許英姿.力學教學中的引申觸類[J].實驗技術與管理，2012（4）：180-182.

[責任編輯：陳 明]endprint