疫情期間“工程力學”線上混合式教學模式探索與實踐

李瑞乾，姜廣鵬，董秋靜，羅春華

(阜陽師范大學 化學與材料工程學院，安徽 阜陽 236037)

2020年初，突如其來的“新冠肺炎”疫情打破了新年的祥和，肆虐的疫情給人民生命安全及生產、生活帶來巨大威脅和影響。為了防止疫情在學校蔓延，教育部要求全國大中小學校推遲2020年春季開學時間，并提出“停課不停教”、“停課不停學”的號召，力爭將疫情對教學工作的影響降到最低。互聯網+下，豐富的網絡資源和多樣化的教學模式為高校線上教學的順利實施提供了有力保障；然而，不同專業、不同課程具有不同的培養目標和培養要求，這就決定所有課程不可能采用統一固定的教學模式。為了提高教學效果，教師應當根據所授課程特點、培養目標及要求，充分利用互聯網資源，制定合適的教學方案開展線上教學。本文結合疫情期間實際教學經驗，對《工程力學》課程線上教學存在的問題以及線上理論教學及實驗教學模式進行了探討與實踐。

1 《工程力學》線上教學存在的問題

《工程力學》作為各大院校工科類專業一門重要的專業基礎課，具有理論性強、技術性強以及與工程實踐結合緊密等特點。該課程著重培養學生利用理論知識進行力學分析能力、建立力學模型能力以及解決實際工程問題的能力。然而單純的線上教學在培養高素質應用型人才方面存在很多的問題。此處，僅針對《工程力學》線上教學存在的典型問題進行分析：

1.1 線上教學模式不確定

互聯網+背景下，多樣化的教學模式和豐富多彩的教學媒介為線上教學提供了便利、為“停課不停教”、“停課不停學”的順利實施提供了保障，但也給教師教學方式的選擇帶來困難。《工程力學》涉及較多概念、原理、模型，內容抽象難懂；不同的教學模式，如慕課、微課、翻轉課堂、直播具有不同的優缺點，很多情況下單一教學模式很難達到理想的教學效果。如何根據《工程力學》課程特點以及培養目標來選擇合適的教學模式和教學方法，對培養學生動手能力及工程思維至關重要。

1.2 線上實驗教學難度大

《工程力學》課程工程應用性較強，而工程力學實驗是聯系理論知識和技術實踐的橋梁，是培養學生分析問題、解決問題能力的主要途徑，在《工程力學》課程的學習中發揮著舉足輕重的作用。與傳統的實驗室現場教學相比，線上實驗教學主要以教師講解和觀看視頻為主，不利于學生工程實踐及工程思維的培養。使得很多學生雖然理論知識很扎實，卻不能靈活運用來解決實際工程問題，這也是當前很多大學生存在的共同問題。在當前居家學習背景下，如何在理論教學中滲透工程實踐、如何合理設計《工程力學》線上實驗教學是對教師教學能力的極大考驗。

1.3 線上教學課堂管理難度大

線上教學課堂的管理是一個非常棘手的問題。傳統課堂教學，當有學生出現注意力不集中或做一些與學習無關的事情時，教師只需一個眼神或在學生旁邊一站，就可達到提醒學生的目的。此外，教師還能通過學生表情以及課堂互動情況判斷學生對所講知識的掌握程度，從而及時對授課進度做出調整。然而，線上教學教師不能及時了解對面學生是否在認真聽講、是否對正在講解的知識存在疑慮。這些問題的存在使得學習效果大打折扣，很可能出現學生成績兩級分化的現象。

基于以上分析，下面我們依托豐富的互聯網資源和多樣化的線上教學模式，結合疫情期間實際教學經驗，將課堂管理和學生考核融入到日常教學過程中，對《工程力學》線上混合式理論教學和實驗教學模式進行分析和探索。

2 《工程力學》線上理論教學模式探索

針對《工程力學》課程理論性強、內容抽象難懂的特點，我們將采取多種線上教學模式混合式教學的思路：按照課前、課中、課后分別采用一種或多種線上教學模式，充分發揮各種教學模式的長處來調動學生學習積極性，做到課前發現問題、課上解決問題、課后鞏固問題；同時利用網絡多媒體資源把復雜問題簡單化、抽象問題具體化，將工程實踐融入到理論教學中，培養學生綜合分析問題能力及運用知識解決工程問題能力[1-5]。圖1給出了《工程力學》線上混合式理論教學模式示意圖。

2.1 課前：慕課+QQ群互動—自主學習、發現問題

慕課(MOOC)，又被稱作大規模開放在線課程，是現在普遍流行的一種網絡在線學習模式。與傳統的線下教學相比，慕課教學有著眾多無可比擬的優勢：第一，資源豐富。當前世界很多名校都開設有大量免費慕課，學習者可根據自身需要選擇合適的慕課資源。第二，受眾廣。傳統線下課堂允許同時容納的學生人數有限，而慕課同時在線學習人數則不受限制；此外，慕課還允許任何感興趣的非本專業學生或社會人士學習，實現優質資源的全球性共享，真正做到有教無類。第三，無時間空間限制。慕課擺脫了線下課堂對時間和地點的束縛，學習者可以選擇任何時間任何地點進行在線學習，對于不懂的知識點還可以反復觀看。

由于《工程力學》內容抽象繁多，很多知識點晦澀難懂；而且很多高校《工程力學》課時被壓縮，學生在課上有限的時間很難將所有知識掌握。因此，教師可根據學生專業及培養目標選擇合適的《工程力學》慕課資源，并要求學生按5～8人自由組建學習小組。學生在課前結合教師提供的課程大綱、重點/難點內容等資料學習慕課并做好學習筆記。學習筆記不僅包括個人對知識點的梳理、總結還要列出不懂的問題；小組成員利用QQ學習群進行交流、討論以及學習監督，學習完成后每個小組將遇到的問題提交到QQ學習群，教師對存在的問題進行匯總、分析，并根據課程大綱、學習要求以及學生反映的問題對課上教學環節進行有針對性的設計。

圖1 《工程力學》線上混合式理論教學模式示意圖

2.2 課中：直播助力翻轉課堂—解疑答惑、融入工程實踐

長久以來，中國教育一直“以教師為中心”，而隨著我國素質教育的普及和快速發展，“以學生為中心”的教育理念受到人們廣泛認可。翻轉課堂作為一種新型的教學形式，是實現“以教師為中心”向“以學生為中心”轉變的一種有效途徑；網絡直播作為一種新興的網絡社交方式，具有成本低廉、方便快捷、互動性強的特點，在人們工作、學習和生活中發揮著重要的作用。QQ屏幕分享允許音頻、視頻及電腦屏幕三者同步傳播，為報告、研討、授課等需要同步演示PPT文稿的活動提供了便利。課前，教師利用云班課對學生進行考勤簽到；課上教師利用QQ屏幕分享進行直播答疑解惑，根據課前匯總情況，對大部分同學已掌握的知識點進行簡單講解，而對于同學反映的不懂的知識點進行重點講解。教師要善于運用圖片、動畫、力學模型等直觀、生動的素材對一些抽象難懂的原理、力學行為等進行輔助教學。這樣在有限的時間內可最大程度的提高學習效率和學習效果。

高素質應用型人才的培養要注重理論教學與實踐教學的有機結合，在日常的理論教學中滲透工程實踐能起到潤物細無聲的效果。學生在校接觸工程實踐問題的機會較少，因此教師在授課過程中應靈活運用多媒體動畫、仿真軟件或工程實景圖來加強學生對工程實踐的認知。例如，對一些復雜、多體構件的力學行為，可借助MSC Adams動力學仿真軟件來建立可視化力學模型，學生可以直觀的看到每一構件工作時的力學行為，從而加強學生分析力學問題、建立力學模型的能力。

課堂互動是高效教學中必不可少的一環。首先，在翻轉教學過程中，鼓勵學生在線積極主動發言，教師還可根據問題匯總清單有針對性的提問，檢查學生對所反映問題的掌握情況。其次，教師根據所講授知識點在工程中的應用來設計討論話題、開展頭腦風暴，這也是培養學生綜合能力的一個重要舉措。題目類型應傾向于考察學生分析問題及解決問題的能力，通過啟發式、研討式教學培養學生將所學理論知識靈活運用于工程實踐的能力。有效的課堂互動不僅能培養學生獨立思考、分析問題以及組織語言的能力，還能調動課堂氛圍和學生注意力，更好地實現課堂高效管理。

2.3 課下：微課—鞏固重點/難點、培養工程思維

為了鞏固和強化學生對課上所學知識點的理解，教師通常要求學生在課下進行復習。然而，有些學生在復習時不能抓住重點，還有些學生壓根就不去復習。這些問題使得部分學生復習效果不理想。微課是指將某一重點、難點內容錄制成3～5分鐘的短視頻，通過有針對性的解惑、啟惑來加深學生對知識的理解和運用。因此，教師可以根據課程的重點、難點以及學生反映較多的問題精心設計、制作微課，這樣可以讓學生課下復習變得高效且有針對性。

微課除了可用來講解、鞏固知識點外，還可作為學生課下工程實踐的一種手段。教師選擇某一工程實例作為研究對象，讓學生利用文字、圖片、動畫、仿真模型以及工程實圖等素材制作微課，將抽象的工程理論與具體的工程問題相結合，并將制作好的微課上傳到QQ學習群、云班課資源庫一起交流、學習，加深學生對工程理論的理解，培養學生對工程實踐的認知。

學生評價和教師我自評價對教師教學能力和教學質量的提高至關重要。每周組織學生進行一次教學評價，對教學方式、教學內容、教學進度等方面給出中肯的意見或建議；教師認真分析學生給出的建議，總結經驗教訓，在后面的教學中發揚優勢改正不足，確保高質量的線上教學。

3 《工程力學》線上實驗教學探索

作為一門技術性和工程性較強的課程，工程力學實驗是培養學生分析問題、解決問題能力及工程思維不可或缺的一環。然而，受"新冠疫情"影響，居家學習的學生們無法正常開展線下實驗。因此，如何合理設計線上實驗教學成為當前亟待解決的問題。

圖2給出了《工程力學》線上實驗教學模式示意圖。首先，《工程力學》實驗教學可以融入到理論教學中，教師通過在理論課上穿插講解力學實驗相關知識、實例不僅有助于學生對知識的理解，還能培養學生實踐思維。其次，課下學生通過觀看相關實驗或工程實例的視頻可進一步強化對知識及實驗過程的理解。然而，對于具有顯著技術和工程特性的力學實驗，單純通過教師講解或觀看實驗視頻是很難達到培養學生動手能力和工程思維的目的，

圖2 《工程力學》線上實驗教學模式示意圖

而虛擬仿真實驗教學平臺為線上高效實驗教學提供了可能。國家級虛擬仿真實驗教學中心是高等學校實驗教學示范中心建設的重要組成部分，通過對虛擬現實、多媒體、人機交互、數據庫和網絡通訊等技術綜合應用實現對實驗環境和實驗對象的高度仿真，它不僅能對常規力學實驗進行仿真模擬，還能對普通線下實驗室難以完成的高危險、高復雜的力學實驗進行模擬仿真[6-7]。

我們可以利用目前已有的虛擬仿真實驗教學資源平臺進行線上實驗教學。在虛擬仿真實驗教學過程中，一方面，教師要合理設計實驗實訓項目，注重過程步驟解析及重要知識點的考察，將聽、學、思、做有機結合，通過高度仿真的虛擬實驗培養學生動手能力及對工程實踐的認知；另一方面，讓每個實驗小組的同學團結協作，根據教師給出的題目自行設計實驗方案、進行實驗操作，培養學生分析問題、解決問題的能力。此外，虛擬仿真實驗教學平臺還可集實驗、實訓、科研于一體，真正做到對學生創新意識、創造性思維及工程思維的鍛煉和培養。

4 結束語

"新冠"疫情期間，慕課、翻轉課堂、虛擬仿真實驗教學平臺、QQ等互聯網媒介為線上教學的高效實施提供了保障。與傳統線下課堂教學相比，線上教學在課堂管理、教學設計、教學模式以及教學評價等方面還存在很多問題。未來高校線上教學應該充分考慮課程特點、培養目標以及課前、課中、課后教學的不同，合理搭配利用不同線上教學媒介開展線上混合式教學，并對線上教學主體、教學過程、教學內容、教學評價等內容進行探索、研究，進而建立完善的線上混合式教學機制。