MOOC和雨課堂混合式教學實踐

于玉貞 張丙印

摘要：清華大學土力學課程組針對土木水利大類培養新模式，構建了基于混合式教學的土力學課程和高等土力學課程教學體系，設計和制作了多種不同課堂模式的基于混合式教學和雨課堂的教案，重點介紹了基于MOOC/SPOC和雨課堂的混合式教學模式及其實踐。與傳統教學模式相比，混合式教學模式增加了學生預習的時間，減少了課后復習和做作業的時間，總的學習時間保持不變。研討時間的增加可幫助學生深入理解關鍵內容，嚴格執行上述步驟，學習效果改善明顯。混合式教學方法積累的經驗在疫情期間的遠程授課中發揮了重要作用。

關鍵詞：MOOC;雨課堂;混合式教學;土力學;高等土力學

中圖分類號：TU43;G642 ? 文獻標志碼：A ? 文章編號：1005-2909（2021）06-0001-07

近年來，社會飛速發展，專業、培養方案、課程體系、教學大綱、教學手段、教學模式都隨著時代的進步和科技的發展發生了深刻的變化。在變化如此劇烈的時代，不變的是大家對教學質量和教學效果的孜孜追求。為此，教育工作者探索了許多行之有效的教學新模式。其中，依托慕課資源開展的混合式教學，是對傳統課堂教學方法、教師培訓方法和學生學習方法的一場革命[1-3]。

與傳統的以教師講授為主的教學模式相比，基于MOOC/SPOC的混合式教學有利于提高學生的學習自律性、學習效率、專注度和團隊合作能力。其中，課堂環節主要以師生互動討論為主，強化知識應用和能力訓練，以此倒逼學生在課前完成對知識的理解和記憶，快速適應線下實體課堂教學。土力學相關課程內容抽象、涉及多個學科，實踐性強、知識層次多、考核難度大，傳統的教學方法存在直觀展示難、課程時間緊、理解不夠深入等問題，混合式教學是解決這些問題的有效手段[4]。

文章以清華大學本科生課程土力學和研究生課程高等土力學為例，介紹基于MOOC和雨課堂的混合式教學模式。

一、混合式教學簡介

基于MOOC和雨課堂的混合式教學模式授課形式主要有兩種。一是傳統課堂教學結合雨課堂的混合式教學。對于大部分教學內容，仍然以傳統的基于教師課堂講授的教學方式為主，講課過程中對于部分教學內容，可提前讓學生課前采用MOOC自學，課堂上通過雨課堂檢驗學習效果。二是MOOC或SPOC結合雨課堂的混合式教學。讓學生課前通過MOOC平臺自學所有的教學內容，課堂上不講新內容，而是采用雨課堂的方式與學生充分互動，檢驗學習效果，加深對教學內容的理解消化。

從2018年秋開始，清華大學土力學教學組每年均開設了一個基于雨課堂的混合式土力學教學班，學生人數限制在20人左右，并配備專用討論教室。課前，教師通過教務系統對學生的學習成績進行充分了解，特別是力學和數學相關課程，還要通過輔導員系統了解學生的性格和學習狀態，然后對學生進行分組，每組4～5人。文中主要介紹MOOC/SPOC結合雨課堂的混合式教學模式，其教學步驟：（1）注冊/登錄學堂在線土力學MOOC課程或高等土力學MOOC課程;（2）課前線上學習土力學MOOC或高等土力學MOOC教學內容;（3）采用研討和講解相結合的方式進行課堂學習;（4）學生課內或課后完成教師布置的作業，并鼓勵學生對教師的講課或教材內容大膽質疑。

二、基于MOOC/SPOC和雨課堂的混合式教學設計

（一）過程設計

理想的混合式教學師生互動頻繁、學生思維活躍，因而比傳統的教學課堂難以掌控。教師要對混合式教學過程進行精心設計、適當預估，設定好教學目標和教學各環節的先后順序。

1.課前預習

要求學生務必進入學堂在線或雨課堂SPOC系統，在線上預習教師指定的土力學MOOC或高等土力學MOOC課程內容，必要的時候可參考相應的教材[6-7]。教師或助教要掌握學生的預習進度，并進行必要的提醒。建議學生在預習過程中將遇到的問題記錄下來并發給教師，教師在課堂集中解答或者通過其他方式答疑。

2.開章總覽

在新的一章開始時，用3分鐘左右的時間提綱挈領地說明本章目的、本章特點、學習要點以及主要難點。以土力學課程第四章“土的變形特性與地基沉降計算”為例，本章的學習目的：了解土的壓縮變形特性，掌握地基沉降量以及隨時間變化過程的計算方法。本章的特點：有一些較嚴格的理論，同時有較多經驗性假設和公式。學習方法要點：強調重要概念的物理意義以及主要理論在實際工程中的靈活應用，抓住一維壓縮問題這一主線，轉變思維方式，對復雜的工程問題進行合理簡化。主要難點：應力歷史及先期固結壓力、不同條件下的總沉降量計算、滲流固結理論及參數。

3.場景互動

以開課伊始的“圍觀土”為例說明場景互動的具體內涵，即通過觀摩、交流、討論、點評的方式幫助學生認識“土”。

第一次課前，通知每人帶一份土到課堂上，要求用透明容器盛裝。學生把帶來的土集中擺在一張大桌子上供大家“圍觀”。在充分觀摩討論的基礎上，教師進行總結和點評，讓學生初步感受土的天然性、三相性和碎散性。通過演示說明土的變形特性、強度特性和滲透特性，再進一步討論，使學生將土的力學特性和土的特點自然聯系起來。

4.做題和討論

在此環節，教師綜合大家反饋的問題集中解惑釋疑。學生可根據自己的體會講解對相關問題的理解。通過做題、討論，消化重點、難點和疑點問題。

5.分組競技

這類活動按組計分，充分利用學生看重集體榮譽、不甘示弱的心理，激發學生的積極性，提高學習效率。具體形式包括分組做題、組間辯論等。在此環節，通過學生互評、老師點評，澄清對一些關鍵問題的認識誤區。

圖1給出了針對土的物性指標而設計的課堂習題分組計分案例，圖中省略了“3、孔隙含量的指標”“4、含水程度的指標”“5、土的重度的指標”。土的物性指標體系具有物理量多、關系復雜、屬性多（名稱、符號、表達式、常用單位、常見取值范圍）等特點，使得初學者難以牢記和靈活應用。

通過完成該項作業，在有限的時間內，學生學習一遍、填空一遍、批改一遍、自閱一遍、作業一遍，每一步都要小心謹慎。結合三相草圖和物理狀態的練習，達到快速學習、牢固掌握、靈活應用的目標。

6.獎勵督促

對于積極參加討論、成績優秀的學生，通過課堂紅包、階段發獎等方式加以鼓勵。對于預警學生，通過個別提醒、共餐交流等方式，幫助學生找差距、查原因、尋對策。

（二）題目設計

題目設計是混合式教學中一項艱辛的工作。一般流程為一位教師初步設計、另一位教師校核、助教試做、課程組討論、課堂應用、學生反饋、再次修改，如此迭代進行。為達到不同的教學目的，所設計的題目也具有不同的特點，體現分層次、設類型。題目層次包括：一般檢測、深入理解、靈活運用。題目類型包括：填空題、判斷題、單選題、多選題、討論題、投票題、計算題。課堂操作方式包括：教師出題學生統一答題、教師對學生隨機提問，等等。

1.一般檢測層面的多選題/填空題

這類題目的目的是檢測學生是否按要求學習教師指定的MOOC內容并掌握最基本的概念，其特點是簡單、覆蓋面廣。圖2是一道關于土的抗剪強度機理的多選題。圖3是一道關于土中滲流規律的填空題。凡是預習了指定MOOC內容并基本掌握的學生，正確率約90%。在這類題目設計時，應覆蓋絕大部分的教學內容。

2.深入理解層面的填空題/討論題

這類題目的目的是促使學生在理解基本概念、原理和方法的基礎上，能夠對教學的難點進行深入思考，其特點是難度適中、重點突出。

圖4是一道關于滲流條件下地基中應力分布的填空題。該題實際上是以填空題形式出現的計算題，填空的順序也是一般的做題思路。需要深入思考的是一維滲流水頭損失的分配比例，用到的基本理論是達西定律和伯努利方程，同時要考慮實際工程中的合理簡化，即滲透系數非常大的粗粒土層中的水頭損失可以忽略。最后一步是利用有效應力原理計算出總應力。

圖5是一道高等土力學中關于有效應力原理運用的討論題。需要深入思考的問題是太沙基有效應力原理和Skempton孔壓公式的適用條件。對于土來講，從微觀層面看，顆粒間的接觸屬于點點接觸，實際接觸面積相對孔隙面積從工程意義的角度可以忽略不計。對于該題所涉及的多孔金屬材料，金屬材料之間的連接不能視為點點接觸，任一斷面上金屬材料的面積相對于空隙不能忽略不計，所以太沙基有效應力原理和Skempton孔壓公式不適用于這種材料。

3.靈活運用層面的計算題/填空題

這類題的目的是幫助學生靈活運用基本概念、理論和方法解決較復雜的問題，其特點是難度較大，往往不能直接套公式得出答案。

圖6給出的題目涉及固結度的計算，需要根據固結度、固結系數和時間因數的計算公式，搞清各個量之間的關系，尤其是各個量對固結度影響的定量關系，要用到比例關系消除未知參數，表面上看起來是雕蟲小技，實際反映了學生對基本概念和方法的理解和靈活運用程度。

圖7給出的題目涉及強度理論參數的計算，需要學生掌握各種強度理論的特點和適用條件，如果能想象各種強度準則在空間中的形狀，則更容易理解強度理論的本質。就本題而言，如果把各種試驗的應力狀態與上述要素結合起來，就能更好地運用各種強度理論求解。

三、混合式教學效果評價

在客觀評價方面，以2020年秋土力學期中考試成績為例進行比較說明。2020年秋，清華大學針對土木和水利專業開設了5個教學內容完全相同的土力學教學班，在期中考試前采用了明顯不同的教學方式，期中考試試卷、評分標準、批改方式完全相同，因而期中考試成績具有可比性。表1給出了相關信息，其中普通1班和普通2班采用教師講、學生聽的傳統教學方式;普混1班和普混2班是在傳統教學方式中融入了基于雨課堂的習題測試，與普混1班相比，普混2班有部分內容選擇讓學生預習MOOC，然后以課堂習題討論的方式進行鞏固。混合式教學班則對所有教學內容采取讓學生課前通過MOOC自學，課上完全采用雨課堂的方式做題、討論。從平均分可以看出，隨著混合程度的提高，平均成績逐漸增加，這反映出混合式教學可明顯提高教學效果。

與傳統的教學方式相比，混合式教學增加了預習的時間，但大大減少了課后復習和做作業的時間，總的學習時間保持不變。大量的研討可幫助學生深入理解教學中的關鍵內容，明顯改善學習效果。對于學生提出的不同意見教師應給予鼓勵，對于一些有創意的質疑，教師要樂于接受，并勇于承認自己的收獲。反饋顯示，混合式教學方式教學效果整體良好，超出預期。很多學生表示，通過這樣的培養，自己的交流溝通能力有所提高、發言的信心和膽量有所增強、質疑精神和表達的條理性明顯進步。此外，混合式教學方法積累的經驗在疫情期間的遠程授課中發揮了重要的作用[8]。

基于MOOC/SPOC和雨課堂的混合式教學存在的不足：在課程教學過程設計時，教師和助教的工作量大大增加;對自制力差的學生，課前預習不充分則會造成對知識掌握的系統性不夠，課堂討論效果欠佳。因此，要明確要求學生自覺地、認真地進行課前預習。課程結束后的調查表明，學生的收獲感呈兩極分化的特點：凡是嚴格按上述要求完成學習的學生都反映學習成效高于預期;而沒有認真預習的學生，自以為節省了時間，但最后成效低于預期，考試成績不理想。

四、結語

清華大學土力學課程組針對土木、水利和海洋大類培養新模式，構建了基于混合式教學的土力學和高等土力學課程教學體系，設計和制作了多種不同課堂模式的基于混合式教學和雨課堂的教案。然而，基于MOOC/SPOC和雨課堂的混合式教學目前還處于起步和嘗試階段，雖然取得了一些成效，但還需進一步檢驗和完善。保證課前MOOC預習的質量是保證教學效果的基礎，設計好教學過程和討論題目是保證效果的關鍵。

參考文獻：

[1]燕樂緯，梁穎晶，王菁菁，等. “MOOC+翻轉課堂” 模式在理論力學課程教學中的實踐與分析[J]. 高等建筑教育，2021，30（3）：114-119.

[2]于歆杰. 論混合式教學的六大關系[J].中國大學教學， 2019（5）：14-18;28.

[3]李文杰，林青山，廖新雪.對應用型本科教學中翻轉課堂的思考[J].高等建筑教育，2018，27（5）：109-113.

[4]何欣憶，張小洪，羅仕建，趙明達.基于SPOC的混合式翻轉課堂模式探索[J].高等建筑教育，2019，28（ 3）：137-143.

[5]陳志雄，盧黎，盧諒.土力學基于慕課的翻轉課堂教學模式探析[J].高等建筑教育，2018，27（ 2）：64-67.

[6]李廣信，張丙印，于玉貞. 土力學[M].2版.北京： 清華大學出版社，2013.

[7]李廣信. 高等土力學[M]. 2版.北京： 清華大學出版社，2016.

[8]張丙印，于玉貞. 在線課堂的過程控制與教學效果分析[J]. 高等工程教育研究，2020（5）：194-198.

Abstract： In view of the new cultivation mode of civil engineering and hydraulic engineering， the soil mechanics course group of Tsinghua University has constructed the teaching system of soil mechanics and advanced soil mechanics based on blended teaching， and designed and produced a variety of teaching plans based on blended teaching and rain classroom in different classroom modes. Emphasis will be placed on blended teaching mode and practice based on MOOC/SPOC and rain classroom. Compared with the traditional teaching method， the blended teaching method increases the time for preview， but greatly reduces the time for reviewing and doing homework after class， so the total learning time will not increase. Because it greatly increases the time of discussion and helps students to understand the key points in depth， the above steps， if strictly followed， can significantly improve the learning effects. The experience gained from blended teaching methods also played a big role in the remote teaching process during the epidemic.

Key words： MOOC; rain classroom; blended teaching; soil mechanics; advanced soil mechanics

（責任編輯 梁遠華）