智慧教育背景下高校“材料力學”課程混合式教學模式探索

摘"要：信息技術的不斷發展，促使智慧教育成為數字時代的教育新形態。高校“材料力學”課程作為工程教育核心課程之一，其教學需要結合現代信息技術和教學綱要以培養具有創新精神和實踐能力的高素質人才為教學目標。因此，本文在智慧教育背景下，通過了解國家智慧教育戰略導向和教育政策，明晰混合式教學模式的內涵價值，梳理當前“材料力學”的教學現狀，構建基于網絡的智慧教育平臺以支撐混合式教學模式的實踐，構建符合時代背景的教學新模式，以期為“材料力學”教學改革提供新的視角和方式。

關鍵詞：智慧教育；混合式教學；材料力學；教學改革

信息技術的不斷進步，促使智慧教育逐步成為現代教學的發展趨勢。智慧教育通過整合新興科技技術與教育實踐，極大地豐富了教學手段和學習資源。作為擔任著培養創新型人才隊伍使命的高校，不僅需要打牢學生的知識理論基礎，還要培養學生創造性思維、增強學生自主學習能力。“材料力學”作為高校理工類專業的一門基礎課程，其課程內容涉及包括理論力學、高等數學在內的多門學科，需要教師在教學過程中注重教學的系統性、全面性，及時革新教學模式以提升教學質量。

1"智慧教育持續推動高校課程改革

高校作為國家教育發展的龍頭，必須緊跟時代發展步伐，牽頭革新教學模式。伴隨著人工智能、大數據、云計算等新興技術的發展以及其在高等教育領域的應用滲透，高等教育教學的智慧化、智能化已經成為大勢所趨。智慧教育運用新興技術與傳統教學內容結合教授學生專業知識和學習技能，從而實現教師高效率地教和學生高質量的學，構建創新性的教育模式［1］。2023年2月，《中國智慧教育藍皮書（2022）》正式發布，文中提及智慧教育將通過科技賦能和數據驅動，將全方位賦能教育變革［2］。智慧教育的核心在于利用信息技術，特別是互聯網、大數據、人工智能等新一代信息技術，實現教育信息化向智慧教育的轉變［3］。其目標是提升教育質量和效率，促進學生的個性化學習和發展［4］。在國家智慧教育戰略導向下，教育部實施了一系列計劃，如慕課建設、虛擬教研室建設等，推動信息技術與教育深度融合［5］，實現教育資源的優化配置和高效利用。在國家政策指向下，智慧教育將伴隨社會經濟的飛速發展，迸發出更加鮮活的生機，高校應順應時勢，及時對課程模式進行研究與革新以期實現課程教學質量的提升。

2"混合式教學模式的內涵與價值

時代背景迭代發展催生出以互聯網為基礎的各類新興技術在有效擴展教育時間和空間的同時，其靈活性、精準性、豐富性、趣味性、個性化等優勢也受到教育者和學習者的廣泛認可［6］。隨著互聯網功能的逐步完善，以MOOC、微課等為代表的各類移動學習平臺進入公眾視野，并和教師線下教學相結合形成線上線下相結合的混合式教學模式。

混合式教學模式將傳統面對面教學與現代網絡化教學的優勢相結合，核心在于充分利用網絡數字化技術提升教學效果和學習體驗。混合式教學模式在學習主體上，既發揮教師在引導、啟發、把控教學過程中的主導作用，又能夠體現學生作為學習主體的主動性、積極性與創造性；在學習維度上，打破了時間和空間的限制從而實現了教學空間、時間以及教學方式的混合；在個性化學習方面，混合式教學能夠根據學生的不同需求和能力提供較為個性化的反饋學習路徑。混合式教學模式的價值體現在五個方面。一是提高學習效果。通過融合在線學習和課堂互動，混合式教學可以顯著提高學生的學習效果。二是促進深度學習。混合式教學模式有助于學生從淺層次的知識掌握轉向深層次的理解和應用，從而實現深度學習［7］；三是優化教學資源利用。借助如在線測試等互聯網手段，可以更加精確地呈現學生的各項能力水平，并為學生提供及時的學習反饋和調整建議；四是適應多樣化需求。混合式教學能夠滿足不同學生的需求，靈活調整和安排學習時間及地點；五是推動教育改革。隨著互聯網信息技術的蓬勃發展，混合式教學成為基礎教育課堂革命的趨勢［8］，是高等教育改革的重要實踐方式。高校應把握時代發展方向，積極運用新興信息技術到教學過程中以改進教學模式。

3"智慧教育背景下高校“材料力學”課程教學模式現狀

傳統的“材料力學”課程過于重視基礎理論知識的掌握，而忽視了學生的實踐能力培養。當前“材料力學”課程主要采用講授法進行課程教學，以教師的教為主的教學模式忽視了學生是學習的主體，導致學生對課程重視程度不夠、理解能力和空間想象力較弱，理論教學與實驗教學分離的［9］，使學生無法及時將理論知識轉化為實踐經驗，影響了學生的動手能力和創造性思維的培養，不利于創新型人才的培養。在智慧教育背景下，混合式教學模式已經成為一種重要的教學方式，這種模式倡導基于MOOC、SPOC等數字化網絡教學工具開展教學。高校在“材料力學”課程目前的教學模式以OBE理念和BOPPPS模型為基礎，以線上線下混合式教學作為教學方法，在“材料力學”課程教學中引入復雜工程問題項目從而提升學生解決實際工程問題的能力。例如在課程教學過程中構建了以課堂教學為本、校內線上教學平臺為輔、雨課堂為橋的“三位一體”的混合式教學模式，利用雨課堂等平臺，將課前—課上—課后各環節有機融合［10］。而智慧教育平臺在混合式教學中的應用也日益廣泛，湖南大學電氣與信息工程學院通過采用“慕課+智慧教室”的線上線下混合式教學研究與實踐，構建了基于教育大數據驅動的學習評價模型。

然而，混合式教學模式也面臨一些挑戰和困境。教師對混合式教學模式接受度不高、主動性不足、時間和精力投入不足、線上學習監管困難、互動環節效果不理想等問題［11］。這些問題需要通過頂層設計的完善、教學各要素之間的關聯協同加強等措施來解決。智慧教育背景下的混合式教學模式需要直面挑戰，以實現更高效和有效的教學目標。

4"智慧教育背景下“材料力學”課程混合式教學模式設計

4.1"明晰“材料力學”課程教學目標

在課程教學過程中，“材料力學”致力于實現教學內容、能力提升和價值觀塑造三方面教學目標的和諧統一，以確保學生在知識掌握、技能應用和個人品質上都能得到全面的發展。其一為知識傳授，“材料力學”是工科專業重要的專業基礎課。向前承接高等數學、大學物理、理論力學等理論性較強的基礎課，向后接續各專業的專業課［12］。通過本課程學習掌握材料的力學性能、分析構件強度剛度和穩定性的理論基礎和計算方法等。其二為能力培養，培養學生應用強度、剛度及穩定性理論對構件進行校核、截面設計及載荷確定的能力，并具備應用“材料力學”的理論和方法，分析、解決工程實際中力學問題的能力、實驗設計能力與創新能力。其三為價值觀塑造，課程應該注重學生工程倫理教育，培養學生精益求精的大國工匠精神，激發學生科技報國的家國情懷和使命擔當。

4.2"利用網絡構建智慧教學平臺，提高教學質量

利用網絡構建智慧教學平臺能夠為師生提供更為便捷學習平臺。構建涵蓋理論課程學習資源、虛擬現實技術等在內的智慧教育平臺，讓學生在網絡環境中直觀感受材料的力學行為，從而深化對力學原理的理解和應用。同時，利用網絡數據分析學生的學習情況并生成相應的教學評價。此外，結合案例教學，將“材料力學”與國家重大工程項目相結合，激發學生的愛國情懷和專業自豪感，實現知識傳授與價值觀塑造的有機統一。

4.3"利用網絡構建智慧教室，把控教學過程

智慧教室是一種新型的教學環境，它通過集成先進的信息技術，如物聯網、云計算、大數據和人工智能等，來提升教學互動性、靈活性和個性化學習體驗。完善的智慧教室應該包括智能交互式白板、高清顯示屏等用于展示教學內容；學生和教師可以使用個人設備如平板電腦或智能手機，通過無線網絡連接到教室的智能系統；良好的互動學習系統也是不可或缺的，實時反饋系統、在線投票、即時問答等以增強課堂互動性；除此之外，還應該支持課程的錄制和直播，方便學生復習和遠程學習。智慧教室的設計旨在通過技術手段提高教學效率和質量，同時為學生提供更加個性化和互動的學習體驗。智慧教室的布局和設計通常需要考慮教學活動的需求、學生的舒適度以及技術的集成性。

在配備有網絡的智慧教室將智慧教育平臺作為教室的“神經中樞”，通過網絡將各個智能設備串聯起來，實現教學管理和教學數據收集分析。利用智能終端設備進行授課、互動和評估等操作，學生通過智能終端設備進行學習、交流和反饋等操作，在智慧教學環境中可根據所采集到的圖像、視頻乃至語音文本，分析學生課堂行為，從而進一步完善教學。同時利用大數據技術對學生的學習行為和成績進行分析和研究，為教師提供科學的教學決策依據，及時改進教學方法等，同時也為學生提供個性化的指導和反饋。

5"智慧教育背景下材料力學混合式教學模式實踐

以材料力學課程中的應力分析部分為例，進行智慧教育背景下“材料力學”混合式教學模式的實踐。

5.1"課前準備

學生通過智慧教室平臺上的慕課（MOOC）進行預習，觀看由教師制作的視頻講解“材料力學”的基本概念和公式推導。視頻中可以使用動畫和云圖的方式生動形象地展示應力和變形情況。此外，學生還可以通過平臺上的在線測試和討論區進行自我檢測和交流，以鞏固預習內容。

5.2"線下課堂

理論講解。在智慧教室中，教師利用多媒體設備進行面對面的理論講解，重點解釋復雜的公式推導和應力分析方法。教師可以借助智慧教室中的物聯網、大數據和人工智能技術，實時監控學生的學習狀態，并根據需要調整教學進度。

互動討論。通過智慧教室的互動功能，教師可以組織學生進行小組討論，鼓勵他們提出問題并共同探討解決方案。這種對話式和啟發式教學有助于提高學生的參與度和理解能力。

案例分析。教師選取典型的工程案例，引導學生進行案例分析。例如，利用虛擬仿真實驗展示不同材料在不同應力條件下的變形情況，幫助學生更好地理解理論知識的應用。

5.3"課后復習

實驗結束后，學生利用智慧教室中的數據分析工具對實驗數據進行處理和分析，生成應力應變曲線等圖表。教師可以幫助學生解讀數據，進一步加深對理論的理解。

在線作業。學生通過智慧教室平臺提交課后作業，包括計算題和簡答題。教師可以利用平臺的智能評分系統快速批改作業，并提供個性化的反饋。

在線討論。學生可以在平臺上繼續討論課程內容，分享學習心得和疑問。教師也可以定期在線上進行答疑，確保學生能夠及時解決學習中的難題。

通過以上步驟，混合式教學不僅提高了“材料力學”課程的教學效果，還增強了學生的自主學習能力和實踐能力。這種教學模式充分利用了智慧教室的技術優勢，實現了線上線下、理論與實踐的有機結合。

結語

在智慧教育的背景下，對高校“材料力學”課程混合式教學模式的探索不僅是對傳統教學模式的一種創新，也是提升學生綜合素質提升水平重要途徑。通過將更加智慧的教育技術手段融入混合式教學模式中，更好地把握課程教學。智慧教育背景下的“材料力學”課程混合式教學模式的探索是一個復雜而富有挑戰的過程，在智慧教育技術的支持下有效地提升學生的學習興趣和能力素養；同時也要求教師在教學過程中不斷探索和創新，需要教師具備高度的專業能力和敏感的社會責任感以適應新時代教育的需求，未來的研究將繼續運用新興教育技術手段，整合教學資源以進一步實現各類工科基礎理論知識的有效融合，促進不同學科之間的交叉與融合，以期為高校“材料力學”的課程教學改革提供新的參考和幫助。

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基金項目：四川輕化工大學首批課程思政典型案例：“材料力學”課程思政典型案例（DXALSZKC01）；2023年四川輕化工大學研究生創新基金項目（Y2023144）

作者簡介：劉柳（2000—"），女，漢族，四川萬源人，碩士研究生，研究方向：職業技術教育。

*通訊作者：付磊（1977—"），男，彝族，貴州六枝人，博士，教授，研究方向：新型材料的力學行為。