基于對分課堂的工程力學(xué)課程線上教學(xué)設(shè)計

金阿芳 熱依汗古麗·木沙

摘 ?要：工程力學(xué)是高等院校工科類學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生的力學(xué)素質(zhì)，加強(qiáng)學(xué)生的工程概念，為以后的專業(yè)課學(xué)習(xí)打好理論基礎(chǔ)，在工科學(xué)生整個本科階段的教學(xué)過程中擔(dān)負(fù)著承前啟后的任務(wù)。2020年以來全世界新冠肺炎疫情暴發(fā)，很多高校因無法進(jìn)行課堂教學(xué)而采用了線上教學(xué)模式，突然轉(zhuǎn)變的教學(xué)模式正如突如其來的疫情讓人措手不及，隨之也帶來線上教學(xué)過程中出現(xiàn)的很多棘手問題。文章針對目前工程力學(xué)的教學(xué)現(xiàn)狀，結(jié)合多年的基礎(chǔ)力學(xué)教學(xué)經(jīng)驗，對工程力學(xué)以對分課堂為基礎(chǔ)的線上講授過程中的幾個突出問題進(jìn)行了探討，提出了線上教學(xué)設(shè)計路線，經(jīng)調(diào)查研究表明，教學(xué)效果明顯改善。

關(guān)鍵詞：工程力學(xué);對分課堂;線上教學(xué);教學(xué)設(shè)計

中圖分類號：G640 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2022）01-0100-04

Abstract： The course "Engineering Mechanics" is a professional basic course for engineering students in colleges and universities. Its aims to cultivate students' mechanical quality， strengthen students' engineering concept， lay a theoretical foundation for future professional courses learning and undertakes the task of connecting the past and the future in the whole undergraduate teaching process of engineering students. The novel coronavirus pneumonia outbreak in the world in 2020 led to in many colleges and universities because of the inability to teach classroom teaching. The sudden change of teaching mode is just like a sudden outbreak of the disease be taken by surprise， and it also brings many spiny questions to the online teaching process. In view of the current teaching situation of engineering mechanics， combined with many years of teaching experience of basic mechanics， this paper discusses several outstanding problems in the online teaching process of engineering mechanics based on PAD class， and puts forward the design route of online teaching. The investigation shows that the teaching effect is obviously improved.

Keywords： Engineering Mechanics; PAD class; online teaching; instructional design

工程力學(xué)課程涉及眾多的力學(xué)學(xué)科分支和廣泛的工程技術(shù)領(lǐng)域[1]，要求學(xué)生在學(xué)習(xí)完本課程后具備一定的解決工程力學(xué)問題的能力。本文作者長期從事工程力學(xué)的課程教學(xué)。近年來，對分課堂教學(xué)模式逐漸興起，將對分課堂教學(xué)模式應(yīng)用在工程力學(xué)課程中是一個全新的嘗試。

教育部辦公廳針對新冠肺炎疫情明確提出了停課不停學(xué)的實施要求。部分高校的課程改為線上教學(xué)，這對對分課堂的運用將是一個新的挑戰(zhàn)。因此，作者在總結(jié)以往以對分課堂為基礎(chǔ)的課堂講授中出現(xiàn)的問題，再結(jié)合授課方式由線下轉(zhuǎn)入線上后的一些教學(xué)經(jīng)驗提出一種創(chuàng)新的教學(xué)設(shè)計方案，經(jīng)過兩個學(xué)期的實踐得到了較好的教學(xué)效果。

一、對分課堂在力學(xué)課程中的應(yīng)用現(xiàn)狀

對分課堂是由復(fù)旦大學(xué)張學(xué)新教授在2014年提出的一種課堂教學(xué)新模式[2]。這種教學(xué)模式的核心在于將課堂時間分為兩半，一半時間交給教師講授內(nèi)容，另一半留給學(xué)生作為討論時間[3]。因現(xiàn)階段高等學(xué)校實行教學(xué)改革，基礎(chǔ)力學(xué)課程的學(xué)時數(shù)在不斷削減，使學(xué)生覺得學(xué)習(xí)任務(wù)過于繁重，學(xué)習(xí)壓力大;其次，力學(xué)課理論性和系統(tǒng)性較強(qiáng)，難度較大，容易使學(xué)生產(chǎn)生枯燥、厭煩的心理。那么，對分課堂在小組討論環(huán)節(jié)的趣味性和活躍度正是來解決這些問題的。據(jù)統(tǒng)計，對分課堂教學(xué)模式已在國內(nèi)外學(xué)校的一千多門課程中得到應(yīng)用，教學(xué)效果顯著。但在工程力學(xué)課程中不能照搬傳統(tǒng)的“1：1式”的對分課堂。

對分課堂在工程力學(xué)課程中的應(yīng)用目標(biāo)是提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。不論教學(xué)模式如何改變，教師的講授環(huán)節(jié)始終是課堂教學(xué)中最重要的核心環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)對分課堂的講授環(huán)節(jié)占據(jù)教學(xué)時間的一半，但在理論深度和難度都較大的力學(xué)課中教師的重難點講授非常重要。因此，工程力學(xué)的對分課堂教學(xué)模式不能按1：1的關(guān)系來分配教師講授環(huán)節(jié)和小組討論環(huán)節(jié)，討論環(huán)節(jié)以課程內(nèi)容的難度和復(fù)雜度分別占到教學(xué)時間的20%-40%。對分課堂講授的核心目標(biāo)是引發(fā)學(xué)生對課程內(nèi)容的興趣，提升學(xué)習(xí)主動性。重在闡述知識點的意義，呈現(xiàn)知識與實踐結(jié)合的價值，讓學(xué)生知道學(xué)習(xí)知識點以后能夠解決的工程問題，闡述知識模塊對學(xué)生成長成才和自我實現(xiàn)等方面的作用，以此來激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，整堂課45分鐘都是由教師講授，留給學(xué)生獨立學(xué)習(xí)和探索的內(nèi)容較少。對分課堂教學(xué)模式是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)模式[4]，教師講授的是對課程知識的高度濃縮，講授重在引導(dǎo)，告訴學(xué)生學(xué)什么、為何學(xué)和如何學(xué)，講解各個學(xué)習(xí)內(nèi)容的邏輯結(jié)構(gòu)。比如，在講到材料力學(xué)中強(qiáng)度計算知識點時，以最基本最簡單的軸向拉壓為例，可引出幾種基本變形形式中做強(qiáng)度計算的共同求解思路。如圖1所示。

對分課堂另一個核心內(nèi)容是課內(nèi)探討環(huán)節(jié)，以小組討論的形式達(dá)到對課堂習(xí)題的理解、消化和舉一反三的教學(xué)效果。在分組之前，教師要充分做好學(xué)情分析，掌握本班學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，使每個小組里既有學(xué)霸，又有學(xué)習(xí)比較吃力的學(xué)生，最好還要有一至兩名性格較活潑的同學(xué)可以調(diào)動每一位同學(xué)充分參與到討論活動中，如圖2所示。同學(xué)們在討論過程中可以互相學(xué)習(xí)技巧和解題策略，融會貫通，不斷反思和總結(jié)，提升個人學(xué)習(xí)能力。在探討環(huán)節(jié)中可以加入一些小組競賽活動，讓每一個學(xué)生都有參與感和為集體付出的價值感、成就感。

二、線上教學(xué)中對分課堂的教學(xué)設(shè)計

美國緬因州的國家訓(xùn)練實驗室提出過一種現(xiàn)代學(xué)習(xí)方式的理論：學(xué)習(xí)金字塔，如圖3所示[5]。圖中右側(cè)的學(xué)習(xí)內(nèi)容平均留存率是指學(xué)習(xí)者采用不同的學(xué)習(xí)方式后在兩周以后所能記住內(nèi)容的多少?？梢姡N主動學(xué)習(xí)方式所對應(yīng)的留存率穩(wěn)穩(wěn)地占據(jù)了金字塔底部，學(xué)習(xí)效率較高。

基于對分課堂的工程力學(xué)課程教學(xué)設(shè)計從理論上遵循了學(xué)習(xí)金字塔規(guī)律。新冠肺炎疫情的出現(xiàn)改變了大學(xué)生原有的在校生活和學(xué)習(xí)方式。疫情后各高校作為教學(xué)主體的教師應(yīng)充分認(rèn)識到線上教學(xué)的重要性，教學(xué)模式可以改變，教學(xué)效果不能下降。跟線上教學(xué)相適應(yīng)，工程力學(xué)的教學(xué)設(shè)計也要做相應(yīng)的調(diào)整和改變，主要從以下幾個方面著手：

（1）選擇教學(xué)平臺：目前，可供選擇的線上教學(xué)平臺越來越多樣化，如：騰訊課堂、釘釘群直播、智慧樹等。其中，清華大學(xué)開發(fā)的“雨課堂”平臺在功能上更加適合對分課堂。雨課堂平臺中附有分組功能，可以選擇隨機(jī)分組或者教師人為分組，見圖2。隨機(jī)分組增加了趣味性，引起學(xué)生的好奇心理;而人為分組的好處是教師可以使每個組學(xué)生的平均學(xué)習(xí)效能處于相當(dāng)?shù)乃剑⑶铱梢源偈箤W(xué)習(xí)能力強(qiáng)的同學(xué)帶動同一組里相對弱一些的同學(xué)。小組討論時同學(xué)的思路有時候會比教師更加吸引同學(xué)，能增強(qiáng)學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解，也能提高教學(xué)效率。

（2）主動學(xué)習(xí)是主旋律：“討論”“實踐”和“教授給他人”都是主動學(xué)習(xí)的主要形式，見圖3。小組討論環(huán)節(jié)可以包含主動學(xué)習(xí)的全部形式。教師在小組討論之前可以對組里表達(dá)力較好的同學(xué)開個“小灶”，讓他們學(xué)會使用模具或者利用身邊的一些物品進(jìn)行演示說明。比如，學(xué)生手中的筆就是個很好的道具，它可以在講授扭轉(zhuǎn)變形時用來比作軸，筆上承受圍繞軸線轉(zhuǎn)動的外加扭轉(zhuǎn)力偶矩作用，想象在這種受力特點下筆會發(fā)生什么樣的變形;講到彎曲變形時學(xué)生手中的筆可以用來比作梁，筆上承受與軸線呈垂直關(guān)系的載荷，由此講到梁彎曲的變形特點，進(jìn)一步得到扭轉(zhuǎn)時外力偶矩和彎曲時集中力偶的不同[6]。

小組討論后每個小組指派學(xué)生進(jìn)行主動學(xué)習(xí)的第一種形式：演示。同學(xué)們之間相互“找茬”，讓每一位學(xué)生參與討論，歸納總結(jié)知識點的重難點、易錯點，培養(yǎng)學(xué)生的力學(xué)思維。對分課堂的精華主要體現(xiàn)在小組討論環(huán)節(jié)，小組成員在討論的過程中無形地實現(xiàn)了相互學(xué)習(xí)、實踐和講授給他人等主動學(xué)習(xí)行為，更有效地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，進(jìn)而提升整個教學(xué)效果。小組討論環(huán)節(jié)還可以加入一些小組競賽等趣味性活動，教師對比賽成績可借助“雨課堂”平臺給予紅包、積分等形式的獎勵或加大作業(yè)量的懲罰。

要讓學(xué)生把平時聽來的知識變成自己真正理解和接受的知識，不經(jīng)過反復(fù)的練習(xí)實踐是無法實現(xiàn)的。此外，從心理學(xué)的角度出發(fā)，本班同學(xué)講題更會引起同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的主動性和參與欲望，學(xué)習(xí)效果明顯優(yōu)于教師單一授課情況。

（3）準(zhǔn)備教學(xué)資源：在每節(jié)課預(yù)習(xí)階段教師可以利用“雨課堂”平臺給學(xué)生們發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生充分利用教師給出的預(yù)習(xí)視頻和網(wǎng)絡(luò)資源掌握下節(jié)課的基礎(chǔ)知識。教師的講授重在對學(xué)生起到引導(dǎo)的作用，可將知識模塊的邏輯關(guān)系以路線圖的形式呈現(xiàn)出來。鼓勵學(xué)生在上課時利用板書或者教學(xué)平臺的視頻、音頻功能展示自己所掌握的內(nèi)容，相互交換優(yōu)質(zhì)資源，分享學(xué)習(xí)收獲。講重要知識點時，幻燈片的展示效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如白板教學(xué)，講例題時教師要更多地利用板書給出詳細(xì)完整的運算步驟。在板書的過程中讓學(xué)生充分參與到解題的整個過程，提出解題思路，對計算結(jié)果進(jìn)行討論分析，作總結(jié)。

（4）溫故而知新：從圖4可見，課中前五分鐘回顧上一課所講的重點內(nèi)容，使學(xué)生通過復(fù)習(xí)對所學(xué)過的知識加深印象。再者，對前面所講內(nèi)容的回顧也是為學(xué)習(xí)新知識點打下基礎(chǔ)。在多次“溫故而知新”的學(xué)習(xí)過程中學(xué)生對力學(xué)知識的掌握就會越來越輕松。

（5）多元化考評：傳統(tǒng)教學(xué)模式中學(xué)生的總成績通常來自平時成績和期末卷面成績兩部分[7]。在對分課堂教學(xué)模式中，更注重過程化教學(xué)，平時成績不是單純由考勤和課后作業(yè)構(gòu)成，而是貫徹于整個教學(xué)活動的各個環(huán)節(jié)中。以小組討論中的表現(xiàn)和收獲作為評測的主要依據(jù)。小組成員中優(yōu)異學(xué)習(xí)能力者，互動性、溝通能力強(qiáng)者均要給予肯定。

三、教學(xué)設(shè)計與反饋

為了檢驗對分課堂教學(xué)模式的教學(xué)效果，選取本學(xué)期兩個大班（共5個小班）的學(xué)生作為實驗對象進(jìn)行無記名問卷調(diào)查。通過分析學(xué)生反饋的調(diào)查問卷結(jié)果，結(jié)合近兩年的對分課堂實踐研究可知，基于對分課堂的教學(xué)效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)模式，見表1。同學(xué)們對對分課堂的小組討論環(huán)節(jié)的認(rèn)可度較高，絕大多數(shù)同學(xué)對線上教學(xué)設(shè)計的學(xué)習(xí)效果給予了肯定的態(tài)度，絕大多數(shù)的同學(xué)能將自學(xué)、講授和討論環(huán)節(jié)有機(jī)地結(jié)合起來，符合對分課堂線上教學(xué)的目的。

此外，與學(xué)生建立良好的師生關(guān)系對學(xué)生接受新知識是非常有利的。教師對自己要嚴(yán)格要求，言傳身教，認(rèn)真?zhèn)浜妹恳惶谜n，有良好的紀(jì)律觀念;教師對學(xué)生應(yīng)嚴(yán)格要求，公平公正，使他們成為新時代合格的大學(xué)生。

四、結(jié)束語

傳統(tǒng)教學(xué)模式下，教師是知識的呈現(xiàn)者、傳遞者，沒有把重點放在引導(dǎo)學(xué)生對學(xué)習(xí)過程的反思和吸收[8-9]。基于對分課堂的線上力學(xué)課程不僅提升了學(xué)生綜合運用數(shù)學(xué)工具、物理概念、定量研究和解決實際問題的能力，也挖掘了學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在驅(qū)動力，培養(yǎng)了大學(xué)生的創(chuàng)新思維。作者希望與教育界力學(xué)同行共同切磋，共同進(jìn)步，為力學(xué)學(xué)科的全面發(fā)展貢獻(xiàn)綿薄之力，達(dá)到工科基礎(chǔ)力學(xué)學(xué)科教學(xué)的更高水平。

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