結構力學課程線上混合式教學實踐

曹周陽 薛茹 謝祥兵

摘要：為保證結構力學線上混合式教學質量，促進學生主動學習，提升人才培養質量，文章以結構力學教學大綱與培養目標為依據，選擇學習通和釘釘軟件作為教學平臺，優化教學資源配置，創新課堂教學設計，通過立德樹人、學習引導、學習探索、教學提升和教學創新5個方面保障線上混合式課堂教學效果，通過作業、測試、互動討論和簽到四大模塊保證全過程教學管理公平公正和平時成績真實有效。結果表明，學生整體上學習態度端正，主動學習的積極性明顯提升，平時成績綜合表現良好，期末卷面成績綜合表現較好，基本達到了線上線下教學效果實質等效的目的。因此，教師用心、學生用力，結構力學課程線上混合式教學模式可以保障和提升學生培養質量。

關鍵詞：結構力學;線上課程;混合式教學;全過程管理;實踐

中圖分類號：G642.3?? 文獻標志碼：A?? 文章編號：1005-2909（2022）03-0164-08

隨著移動互聯網技術的強勁發展與加速更新迭代，5G網絡及移動手機不斷升級，為移動學習提供了技術支持與設備保障。教育部頒布的“教育信息化2.0行動計劃”[1]“中國教育現代化2035”[2]“加快推進教育現代化實施方案（2018—2022 年）”[3]和“教育部等十一部門關于促進在線教育健康發展的指導意見”[4]等政策文件，為教育信息現代化與在線教育提供了頂層設計與制度保證。新冠肺炎疫情期間，教育部要求“停課不停教，停課不停學”，學校規定“教學標準不降低，教學質量不減少，線上線下實質等效”，成為加速在線課程建設的催化劑。多元化的網絡在線教學平臺與直播會議視頻軟件的強大功能相結合，為師生交互或在線直播提供了線上教學平臺媒介支持。在線教育迎百年之大變局，線下課堂教學轉危為機，天時地利人和已萬事俱備，意識思維行動應與時俱進，對土木工程專業課教師如何建設好專業核心課程結構力學在線教學提出了更為嚴格的要求。

一、結構力學課程專業目標與主要內容

結構力學不僅是土木工程專業的必修課，也是學科基礎課，在課程體系中起著承上啟下的作用。它以理論力學與材料力學等課程為基礎，進一步拓展知識體系，并要求學生掌握平面桿系結構的基本概念、基本原理和基本方法，研究各類結構的強度、剛度與穩定性，分析計算結構的受力與變形，為學生學習結構設計原理、鋼結構、橋梁工程和基礎工程等專業課程打下一定的基礎，為學生從事結構設計和科學研究奠定基礎[5]。根據課程教學體系要求、內容知識點邏輯關系與難易程度以及教學規律，結構力學課程被分為結構力學（一）72學時和結構力學（二）40學時，分兩個學期授課，主要內容有：緒論、桿件體系的幾何組成分析、靜定結構和超靜定結構的內力與位移計算、影響線、結構動力計算及結構力學求解器應用。結構力學的基本原理和方法在工程設計與施工中應用較為廣泛，必須深刻理解和掌握。2020年上半年，線上教學主要講授結構力學（一）中的基本內容。

二、結構力學（一）線上課程建設

以立德樹人為前提，以OBE教學理念為導向，以教學大綱為依據，以學生發展為中心，從教學平臺選擇、資源配置和教學設計方面進行課程的綜合建設。

（一）教學平臺合理選擇保障線上教學順利開展

為了實現異地同步或異地異步線上教學，在選擇教學平臺時，軟件應操作簡單、上手快、界面友好、交互體驗性強，避免學生手機軟件過載負擔。軟件功能應包含：簽到、直播、黑板、視頻回放、連麥提問、搶答、問卷、作業布置、測試、成績導出、考試等模塊，教學過程性數據記錄詳細，能夠智能提供學習分析報告，為教學提供參考。為避免網絡平臺卡頓，經學校推薦與培訓、教師團隊操作體驗，最終選擇了用戶使用較多的超星學習通和釘釘直播組合的線上教學平臺，應急預案為建立教學班級微信群。在教務處教學系統拿到學生選課名單后，第一時間將學生名單導入學習通平臺，隨后通過邀請或掃碼的方式將學生加入釘釘群和微信群，以方便通知和聯系學生。

（二）教學資源優化配置助力線上教學內涵發展

開課前一學期，教學班級對應師資已安排完成。結構力學（一）課程共有4個教學班，配備四名教學經驗豐富且長期從事本課程教學的教師擔任主講教師。結構力學（一）教學團隊分工合作進行了線上建課：疫情期間，考慮到學生缺少參考教材，千方百計查找到了李廉錕教授編寫的《結構力學》上冊[6]電子版，并以龍馭球教授編寫的《結構力學》基本教程[7]作為輔助教材，上傳至學習通資料庫供學生參考;為豐富和細化課程內容與知識點，分章節在學習通建課，明確學習目標、學習內容和學習重難點，增加章節作業、章節測試和互動討論話題等內容，為教學組織做好充分準備;在資料庫中上傳了教學大綱、教學日歷和課程電子教案PPT，建立了章節作業庫和題庫，并錄制了作業與測試解答微視頻，供學生完成作業和測試后進行學習參考;為拓展學生的知識面，豐富課外閱讀，上傳了結構力學相關文獻和電子書籍，如：《結構力學發展的早期歷史和啟示》[8]《力學筑夢中國》[9]《結構力學方法論的哲思回望》[10]《漫畫結構力學入門》[11]《趣味結構力學》[12]《概念結構力學》[13]《建筑結構的奧秘：力的傳遞與形式》[14]《結構力學解疑》[15]，結構力學靜力學公式大全等資料與總結;教育部高等教育司司長吳巖指出：“特別不提倡、不建議各高校要求每個老師制作直播課。”鑒于結構力學課程內容多、知識點豐富，線上教與學具有一定的挑戰性，故選擇了學習強國慕課欄目中由西南交通大學錄制的國家級精品課程結構力學，將其章節內容鏈接直接放入學習通對應知識點，學生可以直接點開播放，以此視頻點播學習作為結構力學的輔助教學資源。課外推薦朱慈勉教授的結構力學視頻課程作為參考視頻。課外推送與課程有關的央視拍攝的橋梁與建筑等祖國建設成就記錄片，如《港珠澳大橋》《中國路》《中國橋》等，讓學生理論聯系實際，將抽象力學與工程實體相對應，幫助學生建立言之有物的學習場景。

（三）課程教學創新設計保證線上教學質量提升

以學情分析、培養方案和教學大綱為依據，以教師教學引導和學生主動學習為主線，以學生學習、發展和成才為中心，將“得法于課內，得益于課外，立德以樹人，結力筑國夢”的教學理念貫穿于教學全過程，將“一德三基”教學知識體系融入課堂內外線上線下（如表1所示），將引導式、啟發式、案例式和討論式教學方式引入混合式課堂和翻轉課堂，提出了“探究式教與學四步法”的教學方法（如表2所示），其具體表現為：以立德樹人為前提，通過傳道以引導學生學習，通過授業讓學生探索學習，通過解惑以提升教學效果，使結構力學知識重構與遷移能夠入耳入腦入心，達到學生能力提升與教學創新雙升華，助力學生競賽活動與科創成果雙豐收。

三、結構力學（一）線上教學過程實施

教師異地授課，學生在線聽課，缺少三尺講臺的課堂，缺乏面對面的交流，師生作為教學共同體，如何保證線上混合式教學質量和效果？按表2要求，需從課程思政、學習引導、學習探索、教學提升和教學創新五個方面進行完善和保障。

（一）“立德樹人”貫穿于課程思政教學全過程

明確結構力學課程思政目標，緊扣立德樹人和結構力學筑夢中國的時代脈搏，圍繞家國情懷和社會主義核心價值觀，以教師行為師范為表率，課堂教學為主渠道，結合祖國建設成就、建筑與橋梁文化、結構力學發展史、結構力學與生活、結構力學學習方法、三全育人等內容，全方位立體式將課程思政元素如鹽在水融入課堂與教學之中，全面提升學生的“力學素質與人文素養，專業知識與科學精神，基本能力與拓展能力”。為黨和國家育人育才，為社會識人識才，為學生成長成才，為結構服務基建和力學筑夢中國，貢獻結構力學課程的教學力量。

（二）“學習引導”助力學生由薄到厚善用加法

根據課表和教學日歷，課前兩天精心制作并發布學習清單，明確學習任務、學習內容、需要重點掌握的知識點，使學生通過預習國家精品課程視頻相應章節，查閱教材和課件，分組討論相關知識點，完成預留思考題或計算題，引導學生不但愛學還要會學，鼓勵學生養成勤于積累和善于積累的好習慣，尋脈結網梳理知識點，落地生根遷移知識點，達到積小流成江海，積跬步至千里的目的。

（三）“學習探索”激發學生批判思維善問會用

為了提高學習效率，增加討論環節，課外對近70人的教學班級進行分組，共分十組。為了激發學生的學習興趣和探索精神，在學習通討論區發布章節討論主題，從題庫中發布作業和測試。根據章節側重點不同，學生分組完成相應任務，在學習中發現問題，提出問題，然后進行小組討論，相互解決問題。通過多問出智慧，追問與問自己，提問題與解問題，學會問和學會答等多種方式提升自己的思辨能力，只有經過大腦思考的問題才能理解更深刻，只有經過親筆練習的計算題思路才能更清晰，只有經過討論的問題、作業或測試記憶才會歷久彌新。故對于結構力學課程，為避免眼高手低，需學而時習之，學而時問之，學而時練之。

（四）“教學提升”幫助學生由厚到薄善用減法

教學是一項有溫度的活動，釘釘直播模塊可以為師生建立聯系和傳遞信息提供深入交流平臺。因此，為了提升課堂授課效果，采用釘釘直播分屏授課，教師出鏡，課件演示，白板答疑，師生通過網絡隔屏展示、群內提問、調查問卷和連麥互動等形式以活躍課堂氣氛。直播過程中聯系工程實際幫助學生梳理知識點、理解基本概念和原理、演示基本方法和解題步驟以及總結知識體系，提高學生的專業能力。為了提高學生參與課堂活動的積極性，通過課下作業和章節測試，及時批改，總結問題，采取翻轉課堂的教學模式。在學生小組討論的基礎上，學生制作PPT，采用釘釘視頻會議形式，在課堂上隨機抽取學生進行主題講解，例如疊加原理畫彎矩圖、不求或少求反力畫彎矩圖、圖乘法圖形分析計算結構位移、力法中一題多解求超靜定結構內力等，結合學生提問，教師給予及時解答，在掌握專業知識點的同時，提高了學生團結協作能力、檢索信息的能力和表達能力。為了增加課堂教學黏度，課前或課間十分鐘通過學習通定時簽名、投票、選人、搶答、主題討論、隨堂練習和問卷等功能，提高學生的課堂參與度;在討論區設置各章節專題板塊，讓學生留言，學生可提出有效問題，也可進行有效回答，所有活動根據難易程度和回答深淺程度均給予一定的積分獎勵。鼓勵學生在學習的過程中善做減法，將對知識點的概括能力、簡化能力、提綱挈領能力和棄形取神能力運用于課程學習全過程。

（五）“教學創新”提升學生能力點燃創新精神

通過問卷調查，基于作業和測試成績，及時調整教學進度，增加重難點及薄弱環節的教學訓練投入力度，以查漏補缺，彌補不足，完善并提升教學效果。引導學生通過厚積薄發（加法+善問+會用+減法）的學習方法達到“四基+六拓”的能力提升，使四種基本能力（分析能力、 計算能力、判斷能力和自學能力）和六種拓展能力（信息獲取能力、類比推理能力、批判思維能力、團隊協作能力、實踐創新能力和終身學習能力）內化于心外化于形，讓能力與專業共發展，育人與育才齊進步。鼓勵學生參與中南地區大學生結構力學競賽、全省或全國的結構設計大賽、互聯網+創青春、創新創業、挑戰杯和教師科研等活動，助力學生學科競賽和科創活動雙豐收。

總結而言，教學過程流程圖如圖1所示。

四、結構力學（一）教學過程管理與教學成效

為保證教學效果，以管促教，以管促學，通過釘釘直播和學習通平臺數據，精準管理學生學習過程，督促所有學生自覺主動學習、完成教學任務清單、理解相關概念原理方法，并檢驗學生知識點掌握程度。

（一）全過程教學管理促進學生主動學習

教育的目的是激發學生興趣，點燃學生智慧，發揮學生潛力，增強學生探索知識的動力，培養學生創新思維，使學生享受學習過程的樂趣，并養成良好的學習習慣。因此，師生之間，心心相印，雖未謀面，但求實效。在結構力學（一）線上混合式教學過程中，平時成績設定為100分，通過五個方面進行綜合積分，分別為：作業占35%，測試考試占30%，互動討論占20%，簽到與綜合表現占15%。

1.作業提交與更正以鞏固聽課成效

學而時習之，習既是復習，也是實踐，還是練習。龍馭球院士曾經強調“多做題練習是學習結構力學的重要環節，若想掌握其中的概念、原理和方法，必須做夠一定數量的習題。但是做題也要避免各種盲目性：第一種是不看書，不復習，埋頭做題;第二種是貪多求快，不求甚解;第三種是只會對答數，不會自己校核;第四種是錯題如果不改正，不會從中吸取教訓”。作業訓練時，應要求學生在教師精講的基礎上獨立思考后精練，作業布置一般預留一周的時間才讓學生提交，待老師批改完成后，學生可以看到作業講解微視頻，如有做錯可以更正，更正時必須用紅筆寫上“更正”二字，老師再次批改會給高分。以此鼓勵學生不斷糾正錯誤，規范作業行為，提升學習效果，還可增加平時成績積分。

2.平時測試與考試檢驗學生學習成效

測試與考試的目的是檢驗學習者對階段性專業基本內容的掌握程度，測試結果也是對學生學習成效的反饋。結構力學（一）測試分為課堂隨機測試、章節測試、期中測試和期末模擬測試，其中隨堂測試屬于互動部分有積分，而章節測試、期中測試和期末測試，多為課下練習，根據題量大小設定時間，如果達不到及格線，可以給兩次重做的機會。以此反復練習鼓勵學生既扎實掌握知識，又不斷思考進步，亦可進階式獲得平時成績積分。

3.互動討論提升課堂氣氛增加平臺黏度

為了活躍課堂氣氛和鞏固課堂知識點，抽取少量題庫中的基本概念題，在學習通課堂測試模塊進行互動，然后進行講解評價;在釘釘直播時，使用學習通選人功能，隨機抽人回答問題，提高學生聽課的注意力;課外在學習通發起投票，對講課方式與效果進行滿意度調查，并進行改進與完善;課外通過問卷調查，從學生的學習體會與心得中了解學生學習基本情況，在學情分析中與學生進行交流和解疑;在討論區設置特色答疑區，按章節分類，學生可自由提問、相互回答，教師補充，凡是提出或回復有效問題者，按質量高低均給予加分;對參與分組任務與主題討論的同學，根據翻轉課堂講課效果、認真程度以及綜合表現給予適當加分，小組組織者與主講者有附加分。學習通平臺對所有活動可自動累積加分，這些活動既活躍了課堂氛圍，又提升了平臺使用率，同時提高了學生學習效率與效果。

4.線上簽到保證學生課堂學習參與度

學習通簽到模塊有四類：普通簽到、手勢簽到、位置簽到和二維碼簽到。其中，線下課堂常使用手勢簽到、位置簽到和二維碼簽到。疫情期間，使用最多的是位置簽到和普通簽到。普通簽到要求學生拍照，老師可以了解到學生家鄉位置，看到學生的相貌，督促學生在家也要注意形象，按課表打起精神進行線上學習。簽到一般放在課前或課間，不占用課堂時間。學生綜合表現從釘釘直播觀看時長或回放時長進行判斷，若有同學簽到，但沒有參與釘釘直播和互動，就要酌情扣分，對于全勤者和全程參與者則要適當給予加分。在平時成績管理過程中，對單項或綜合成績低的學生進行預警。這樣才能起到公平公正、合理評價和督促的作用。

（二）結構力學（一）線上混合式教學成效

通過立德樹人的課程思政教育，學生的學習態度明顯端正，認真聽課與參與討論的學生顯得更加積極，落后的學生也開始提問或補交作業，調查顯示有意打算考研的學生數量

也明顯增加，學生對專業的認可滿意度提升，學生整體呈現積極向上的態度。另外，釘釘直播后臺數據表明，95%以上的學生能夠堅持參與課堂教學活動，偶有學生因病或斷線斷電等特殊情況未參與，也能夠后期觀看視頻回放，平時復習和期末考試前期視頻回放人次明顯增加;經教師積極引導，學生為了提高作業正確率，課后作業提交與更正者明顯增加，書寫更加規范;發現問題與提出問題的學習通特色討論區留言者和回復者也明顯增多，這既增加了學生之間的交流，又解決了學習問題，取得了雙贏局面。

為了檢驗學生掌握效果，達到以考促學，以考促教的目的，課程組根據學校要求對學生進行了期末閉卷考試，通過雙機位全程在線答題和會議視頻監考，圓滿完成了考試工作。以筆者所帶教學班級為例，經批改后的卷面成績分布為：90分以上4人，80～89分合計9人，70～79分合計24人，60～69分合計24人，不及格8人。基本符合正態分布，平均分70.2分。根據學校要求，為調動學生平時學習的積極性，加強了過程性平時成績的管理。經向學校備案，學生平時成績占50%，期末成績占50%，平時成績平均為80.1分，最終核算有6名學生不及格，不及格率為8.7%，符合學校將不及格率控制在15%以下的要求。經師生共同盡心用力，線上教學在特殊時期取得了不錯的教學效果。

五、結語

2020年上半年，為扭轉線下課堂教學之危為線上教學之機，在沒有現成教學模式可借鑒的情況下，課程組成員邊干邊學，邊學邊干，探索、嘗試和積累結構力學線上教學經驗，通過一個學期的教學實踐，與四個教學班學生共同完成了授課與考試任務，形成一個較為完整的教學閉環，得出以下結論。

（1）課程建設方面，選擇了交互性強的學習通平臺和可視頻回放的釘釘直播軟件，為學生提供了豐富的教學資源備用，以立德樹人為前提對混合式教學進行了創新設計。這為線上教學提供了技術和內容保障。

（2）教學過程實施方面，將課程思政融匯于教學全過程，通過學習引導助力學生積累專業知識，通過學習探索激發學生的批判性思維，通過教學提升幫助學生善于歸納總結知識，通過教學升華點燃學生的創新精神。這為線上教學順利開展提供了全套的教學設計保障。

（3）全過程管理方面，糾錯式作業鞏固學習成效，測驗與考試檢驗學習成效，互動討論加深對知識的理解，簽到保證學生參與課堂學習。這為學生線上混合式學習提供了全過程管理的制度保障。

（4）不足與展望：互動討論較線下課堂缺少溫度，師生之間缺少面對面的語言交流，存在一定的距離感;學生之間的信息流通不暢，交流不足，討論不夠深入;學生家中因斷網斷電時有發生，個別學生家中缺少學習環境;教師備課建課管理工作量大大增加。線上混合式教學僅有一個學期的數據積累，期待以后開展更多的線上線下混合式教學實踐，積累更多數據，為優化和完善教學設計提供支撐。參考文獻：

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Structural mechanics online mixed teaching practice

CAO Zhouyang， XUE Ru， XIE Xiangbing

（School of Civil Engineering and Architecture， Zhengzhou University of Aeronautics， Zhengzhou 450015， P. R. China）

Abstract：

To ensure the quality of online mixed teaching of structural mechanics， promote students’ active learning and improve the quality of personnel training， based on the teaching syllabus and training objectives of structural mechanics， this paper chooses Learning Tong and Dingding software as the teaching platform， to optimize the allocation of teaching resources， and innovate classroom teaching design. Through moral education， learning guidance， learning exploration， teaching improvement and teaching innovation， the online mixed classroom teaching effect is guaranteed. Through the four modules of homework， test， interactive discussion and sign in， the whole process of teaching management is fair and just， and the results are true and effective. The results show that the students have a positive attitude towards learning， their enthusiasm for active learning is significantly improved， their usual performance is better， and the final paper performance is good， basically achieving the goal of substantially equivalent online and offline teaching effects. With teachers’ diligence and students’ exertion， the online mixed teaching mode of structural mechanics can guarantee and improve the quality of student training.

Key words：

structural mechanics; online courses; blended teaching; whole process management; practice

（責任編輯 袁 虹）