李雪琪 黃菊 丁平 王江 許磊

摘? 要：根據(jù)國家戰(zhàn)略規(guī)劃的 “新工科”人才培養(yǎng)方案，文章基于雨課堂環(huán)境特點(diǎn)結(jié)合專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，提出了基于“互聯(lián)網(wǎng)+”信息技術(shù)的“工程力學(xué)”課程線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式，并以智能制造專業(yè)48學(xué)時(shí)版的“工程力學(xué)”為例，詳細(xì)介紹了課程目標(biāo)、課程建設(shè)及應(yīng)用情況，科學(xué)合理地提出了混合式課程內(nèi)容設(shè)計(jì)方案，通過課程滿意度調(diào)查分析，學(xué)生對于線上線下混合式教學(xué)的課堂滿意度高于傳統(tǒng)線下教學(xué)，該教學(xué)模式為相關(guān)專業(yè)的相關(guān)課程的創(chuàng)新、改革提供新的參考。

關(guān)鍵詞：雨課堂教學(xué)；混合式課程；工程力學(xué)；教學(xué)模式；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：1673-7164（2023）20-0095-04

我國社會科技水平的不斷提高產(chǎn)生了大量的工程技術(shù)人員數(shù)量缺口，對此國家出臺了《教育部高等教育司關(guān)于開展“新工科”研究與實(shí)踐的通知》［1］。從該文件中可知：中國培養(yǎng)的大學(xué)生需要具有良好的學(xué)習(xí)能力，扎實(shí)的理論知識以及一定的創(chuàng)新意識和優(yōu)秀的實(shí)踐能力，這就要求工科畢業(yè)生不僅需要掌握有科學(xué)的理論體系，還需要將所學(xué)習(xí)到的理論知識應(yīng)用到實(shí)際中去。

受新冠肺炎疫情的影響，在教育部“停課不停學(xué)”方針指導(dǎo)下，學(xué)校在特殊時(shí)期進(jìn)行了線上線下混合教學(xué)實(shí)踐，打破了傳統(tǒng)教學(xué)空間上的限制，豐富了教學(xué)模式多樣性，既保證了課程周期的完整性，也彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)方式的不足，成為高等教育在教學(xué)方式與課程評價(jià)體系的重要發(fā)展契機(jī)［2］。

一、“工程力學(xué)”教學(xué)特點(diǎn)分析

（一）課程特點(diǎn)及主要內(nèi)容

“工程力學(xué)”是一門針對工科近機(jī)類和非機(jī)械類專業(yè)開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要培養(yǎng)學(xué)生對構(gòu)件進(jìn)行力學(xué)分析計(jì)算、構(gòu)件的選型和設(shè)計(jì)能力，是工科專業(yè)培養(yǎng)應(yīng)用型、交叉型、綜合型人才的重要必修課［3］。課程的整體性與理論性極強(qiáng)，以高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)和大學(xué)物理為基礎(chǔ)，由靜力學(xué)與材料力學(xué)兩部分組成，前者以“剛體”作為研究對象，培養(yǎng)學(xué)生對工程結(jié)構(gòu)最基本的受力分析能力，主要內(nèi)容包括對實(shí)際情況的抽象、計(jì)算模型的建立，以及力系平衡的分析。后者以一維桿件此類“變形體”為研究對象，從桿件的四種基本變形作為分類培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際工程問題的能力，主要內(nèi)容包括拉伸、剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲基本變形下應(yīng)力應(yīng)變的計(jì)算及材料的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性校核等。

（二）學(xué)情分析

重慶工商大學(xué)每學(xué)年為機(jī)械工程學(xué)院學(xué)生大二學(xué)年秋季學(xué)期開設(shè)“工程力學(xué)”專業(yè)課程，理論教學(xué)總學(xué)時(shí)48學(xué)時(shí)，總學(xué)分3分，每周4學(xué)時(shí)課程，課程內(nèi)容飽滿，教學(xué)任務(wù)緊湊。

在2020年新冠肺炎疫情以前，學(xué)?！肮こ塘W(xué)”教學(xué)模式為“PPT+板書”形式，教學(xué)過程以教師為主體。然而在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，對于智能制造專業(yè)來說，傳統(tǒng)的線下教學(xué)模式的工程力學(xué)課程教學(xué)存在諸多問題。如學(xué)習(xí)效果不佳、學(xué)生反饋課程內(nèi)容難等，進(jìn)而影響學(xué)生在后續(xù)專業(yè)課和實(shí)踐活動中進(jìn)行正確的力學(xué)分析。本研究對此問題，對2020級、2021級、2022級智能制造專業(yè)學(xué)生進(jìn)行了學(xué)情調(diào)查問卷，通過問卷結(jié)果與學(xué)生溝通分析，主要得出以下原因：

1. 課程內(nèi)容理論性強(qiáng)，作為高等教育本科階段的第一門成體系的力學(xué)課程，學(xué)生學(xué)習(xí)起來有一定的心理壓力；大二學(xué)生對本專業(yè)理解不夠透徹，沒有認(rèn)清專業(yè)依托“制造”，部分學(xué)生認(rèn)為專業(yè)更偏向“智能”，從而認(rèn)為指導(dǎo)制造的“力學(xué)”并不重要。

2. 課程中出現(xiàn)大量公式，許多公式推導(dǎo)涉及“高等數(shù)學(xué)”微積分知識、“大學(xué)物理”中剛體部分內(nèi)容，這些內(nèi)容也是“高數(shù)”“大物”課程中學(xué)習(xí)難度較大的部分，學(xué)生若對這兩部分的知識點(diǎn)沒有完全掌握，則無法很好地建立數(shù)學(xué)與力學(xué)思維。因此，“高等數(shù)學(xué)”與“大學(xué)物理”知識點(diǎn)的薄弱會影響“工程力學(xué)”課程的學(xué)習(xí)。

3. “工程力學(xué)”課程內(nèi)容緊湊，知識點(diǎn)層層遞進(jìn)，前后關(guān)聯(lián)性很強(qiáng)，后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)需要學(xué)生熟練掌握前期知識點(diǎn)，前序內(nèi)容掌握不好會影響后續(xù)內(nèi)容學(xué)習(xí)，形成惡性循環(huán)。

4. “工程力學(xué)”課程學(xué)習(xí)目標(biāo)之一為培養(yǎng)學(xué)生的解決工程問題的實(shí)踐能力，本科生缺乏實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，對課程當(dāng)中的工程實(shí)例理解不透徹，教學(xué)效果大打折扣。

5. 考核形式單一、考題有重復(fù)情況，“工程力學(xué)”是工科專業(yè)的傳統(tǒng)必修課程，對該門課程的考核多為線下閉卷考試，考核內(nèi)容根據(jù)不同專業(yè)培養(yǎng)方案的不同僅有些許差別，考試題型傳統(tǒng)，考題重復(fù)率高，無法全面評價(jià)學(xué)生對于知識點(diǎn)靈活運(yùn)用的能力。

6. 傳統(tǒng)的課堂理論教學(xué)存在課堂缺乏活力、學(xué)生注意力無法長時(shí)間保持在較高水平、采用合班授課方式、單個(gè)學(xué)生課堂參與度低等問題。

（三）線上教學(xué)特點(diǎn)

2020年以來，為了保證正常的學(xué)習(xí)秩序，全國高校均先后開啟了廣泛的線上教學(xué)，這也為“工程力學(xué)”課程改革提供了新的契機(jī)，也對教師的教學(xué)技能提出了新的要求。線上教學(xué)具有很多優(yōu)勢，學(xué)生上課地點(diǎn)更為靈活，教師教學(xué)形式也呈現(xiàn)多樣化，伴隨著豐富的外置設(shè)備如手寫屏、投影筆等，大大提高了課堂呈現(xiàn)的新穎性，打破了以往沉悶的課堂氛圍，極大地提升了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。教師利用平臺功能可有針對性地定時(shí)向?qū)W生發(fā)布相應(yīng)的學(xué)習(xí)資料。線上學(xué)習(xí)方式打破了傳統(tǒng)本科授課1.5小時(shí)時(shí)長的限制，教師可以按照知識點(diǎn)調(diào)節(jié)授課時(shí)長而非根據(jù)時(shí)長講解知識點(diǎn)，例如微課，這種形式方便學(xué)生利用碎片化時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)，“短視頻”形式的課程也保證了所有知識點(diǎn)的講授都在學(xué)生注意力高度集中的時(shí)間中進(jìn)行。線上教學(xué)可根據(jù)平臺自身的學(xué)習(xí)統(tǒng)計(jì)功能實(shí)現(xiàn)量化考察每名同學(xué)的學(xué)習(xí)痕跡，包括但不限于學(xué)習(xí)時(shí)長、學(xué)習(xí)進(jìn)展、預(yù)習(xí)情況、作業(yè)完成度與教師互動情況等；根據(jù)軟件提供的每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況數(shù)據(jù)，可以使教師快速準(zhǔn)確地掌握學(xué)生學(xué)習(xí)效果，并根據(jù)實(shí)時(shí)學(xué)情對教學(xué)做出合理的動態(tài)調(diào)整。

線上教學(xué)也并非沒有缺點(diǎn)，由于上課地點(diǎn)十分靈活，沒有在教室當(dāng)中進(jìn)行的課程氛圍嚴(yán)肅，也缺少教師全程的現(xiàn)場監(jiān)督，自制力差的學(xué)生容易使用設(shè)備進(jìn)行學(xué)習(xí)之外的活動；網(wǎng)絡(luò)波動也可能破壞正常的課程秩序，打斷學(xué)生連續(xù)的思維；大量線上平臺的涌入，各個(gè)學(xué)校、各門課程的信息化建設(shè)參差不齊，導(dǎo)致線上學(xué)習(xí)任務(wù)比線下學(xué)習(xí)任務(wù)更加繁雜，加重了學(xué)生負(fù)擔(dān)；線上教學(xué)也十分考驗(yàn)教師的教學(xué)技能，部分教師習(xí)慣于教室教學(xué)的“舒適區(qū)”，對新環(huán)境的新生事物難以快速適應(yīng)甚至產(chǎn)生抵觸情緒，不能很好地運(yùn)用在線教學(xué)平臺，一定程度上也影響了教學(xué)效果。

由此可見，單純的線上教學(xué)或線下教學(xué)均無法滿足教育部提出的“‘新工科以工程實(shí)踐能力為核心的綜合型、應(yīng)用型人才為目標(biāo)”，即以工程問題為導(dǎo)向，通過工程項(xiàng)目為載體向?qū)W生傳授知識、組織教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和工程實(shí)踐能力人才的培養(yǎng)目標(biāo)［4］。“工程力學(xué)”課程的改革方式更趨向于線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)模式，應(yīng)充分利用線下課程時(shí)間鍛煉學(xué)生的解決工程問題的意識；利用線上課程時(shí)間依托“互聯(lián)網(wǎng)+”在線學(xué)習(xí)平臺靈活地講解理論，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式三個(gè)方面進(jìn)行改革。

二、基于雨課堂混合式教學(xué)模式

隨著線上教學(xué)的進(jìn)步與發(fā)展，線上教學(xué)平臺層出不窮，例如在線使用人數(shù)與覆蓋高校數(shù)均排前列的雨課堂、超星學(xué)習(xí)通等平臺。本研究選用雨課堂在線教學(xué)平臺，雨課堂是清華大學(xué)和學(xué)堂在線共同推出的新型智慧教學(xué)解決方案，是教育部在線教育研究中心的最新研究成果，致力于快捷免費(fèi)地為所有教學(xué)過程提供數(shù)據(jù)化、智能化的信息支持。雨課堂最新開發(fā)了與微信融合的移動端平臺，做到了課堂永不下線，在課外預(yù)習(xí)與課堂教學(xué)之間建立了一個(gè)橋梁，使用方式也比較靈活，教師可在線下教學(xué)當(dāng)中作為一個(gè)輔助工具，也可以進(jìn)行純線上模式的直播教學(xué)［5］?；谟暾n堂平臺的教學(xué)過程分為以下三個(gè)部分：

1. 課前預(yù)習(xí)：課前注重準(zhǔn)備。課前向?qū)W生推送學(xué)習(xí)任務(wù)，使學(xué)生在任務(wù)驅(qū)動模式下自主地進(jìn)行課前預(yù)習(xí)。教師可通過雨課堂課前反饋功能時(shí)刻關(guān)注學(xué)生預(yù)習(xí)中遇到的問題，也可對所有選課學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)階段的監(jiān)測，方便教師掌握學(xué)生預(yù)習(xí)情況，根據(jù)預(yù)習(xí)學(xué)情動態(tài)調(diào)整課程進(jìn)度與講授重點(diǎn)。

2. 課中互動：課中注重互動。雨課堂作為任課教師把握學(xué)生學(xué)情的一種手段，學(xué)生在進(jìn)行掃碼簽到后可實(shí)時(shí)接收到課件、動畫等學(xué)習(xí)資料，增加課程資料識別性、提升學(xué)習(xí)趣味性、增強(qiáng)知識點(diǎn)記憶性，如向?qū)W生展示易拉罐受壓仿真動畫，幫助學(xué)生區(qū)別板殼結(jié)構(gòu)與一維等直桿件的壓縮變形，通過視覺直接加深學(xué)生對概念的理解。學(xué)生在課程進(jìn)行當(dāng)中通過雨課堂彈幕功能進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋，調(diào)動學(xué)生積極性、增加學(xué)生課堂參與感、提升學(xué)生學(xué)習(xí)滿足感。

3. 課后反饋：課后注重提升。作為課堂教學(xué)的延伸，雨課堂有多種作業(yè)模式可以選擇，基于平臺發(fā)布課程作業(yè)、推送課后拓展資料，鞏固提升課堂中講授的知識點(diǎn)、增加理論記憶點(diǎn)，教師通過平臺作業(yè)統(tǒng)計(jì)功能檢查學(xué)生學(xué)習(xí)情況，收集學(xué)生反饋并反思教學(xué)，調(diào)整和制訂下一步的學(xué)習(xí)計(jì)劃。

三、線上線下混合式教學(xué)“工程力學(xué)”的課程設(shè)計(jì)

（一）混合式教學(xué)設(shè)計(jì)原則

根據(jù)“新工科”理念指定的人才培養(yǎng)計(jì)劃，“工程力學(xué)”線上線下混合式教學(xué)設(shè)計(jì)的總體思路：線上以教師為主角，線下以學(xué)生為主角。

1. 內(nèi)容安排原則：線上理論，線下應(yīng)用；線上以理論講授為主，線下以工程應(yīng)用為主；線上歸納，線下演繹；線上以歸納原理為主，線下以知識演繹為主。

2. 組織形式原則：線上視頻，線下課件；線上以播放視頻為主，線下以講解課件為主。線上師說，線下生講；線上以教師為主角，線下翻轉(zhuǎn)課堂以學(xué)生為主。線上聽課，線下練習(xí)；線上以教師講授為主，線下以工程演練為主。

（二）課時(shí)設(shè)計(jì)方案

課時(shí)安排：“工程學(xué)”課程共48課時(shí)，線上17課時(shí)，占比33%；線下31課時(shí)，占比67%。

四、教學(xué)改革效果與啟示

經(jīng)過2022年秋季學(xué)期的“工程力學(xué)”線上線下混合式教學(xué)實(shí)踐，選課人數(shù)共89人，截至12周課程結(jié)課，每名學(xué)生平均利用雨課堂平臺次數(shù)48.6次，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性與積極性大幅度提高，主觀能動性充分發(fā)揮；共收到課堂彈幕與交流反饋共計(jì)722條，與傳統(tǒng)線下教學(xué)相比，溝通時(shí)效性提高；本學(xué)期共發(fā)布作業(yè)12次，平均完成率接近92%，學(xué)生學(xué)習(xí)效率顯著提高、學(xué)習(xí)氛圍得到改善。

調(diào)查顯示，2021年度評教成績與課程滿意度（滿分100）得分為91.38分，2022年度評教成績與課程滿意度為93.06分，學(xué)生學(xué)習(xí)滿意度有所增加。

本課程教學(xué)設(shè)計(jì)利用雨課堂凸顯了線上線下混合的特色，教學(xué)過程更重視互動性教學(xué)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生主體性。通過平臺數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能，教師直觀地、多角度地考查學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，根據(jù)學(xué)生預(yù)習(xí)資料閱讀時(shí)長、互動測試成績、課后討論頻率、學(xué)生作業(yè)完成次數(shù)等數(shù)據(jù)全面掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況、調(diào)整教學(xué)計(jì)劃與教學(xué)側(cè)重點(diǎn)，充分發(fā)揮教師的導(dǎo)學(xué)功能。

新穎的信息技術(shù)手段為本科教學(xué)的改革提供了無限的可能與契機(jī)［6］?；旌鲜浇虒W(xué)融合了線下教學(xué)的特點(diǎn)與線上教學(xué)的優(yōu)勢，使課堂形式更為靈活。線上、線下教學(xué)雖然是兩種不同的教學(xué)模式，但有著相同的教學(xué)目標(biāo)，混合式教學(xué)既體現(xiàn)了教師在教學(xué)中的引導(dǎo)作用，又激發(fā)了學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主動性，教與學(xué)相互融合，提升了課堂體驗(yàn)。

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（責(zé)任編輯：淳潔）

基金項(xiàng)目：重慶工商大學(xué)教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“線上線下教學(xué)模式的工程力學(xué)教學(xué)研究”（項(xiàng)目編號：950721132）；重慶市高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“在日常教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生自主思維及創(chuàng)新性思維的實(shí)踐與探索”（項(xiàng)目編號：223239）。

作者簡介：李雪琪（1992—），女，博士，重慶工商大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院講師，研究方向?yàn)榱W(xué)的工程應(yīng)用；黃菊（1977—），女，博士，重慶工商大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院講師，研究方向?yàn)槿藱C(jī)工程學(xué)；丁平（1969—），男，博士，重慶工商大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教授，研究方向?yàn)橛?jì)算固體力學(xué)；王江（1969—），男，博士，重慶工商大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院副教授，研究方向?yàn)榻Y(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)；許磊（1988—），男，博士，重慶工商大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院講師，研究方向?yàn)闄C(jī)械裝備再制造。