新工科背景下地方院?！安牧狭W(xué)”混合式教學(xué)模式的探索＊

陸 靜，袁麗蕓

（廣西科技大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，廣西 柳州 545001）

為主動(dòng)應(yīng)對(duì)新形勢(shì)下的科學(xué)創(chuàng)新與技術(shù)變革，2017年起教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，并于2020年啟動(dòng)了第二批新工科研究與實(shí)踐課題，新工科已經(jīng)成為中國未來高等工程教育改革的指導(dǎo)方針。新工科旨在培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、跨界整合能力、高素質(zhì)交叉復(fù)合型卓越工程科技人才[1]，因此，更加寬厚的基礎(chǔ)知識(shí)和靈活的科學(xué)思維就成了新工科人才培養(yǎng)的必然要求。力學(xué)是科學(xué)與技術(shù)的橋梁，是現(xiàn)代工程技術(shù)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，同時(shí)，力學(xué)思維是“從工程到數(shù)學(xué)，再從數(shù)學(xué)到工程雙向互饋的思維方式”[2]，由此可見，力學(xué)類課程是新工科應(yīng)用型人才創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要基礎(chǔ)。

“材料力學(xué)”課程是工科學(xué)生接觸到的第一門與工程問題緊密相關(guān)的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是數(shù)理基礎(chǔ)課和專業(yè)課的重要銜接課程，這門課程的教學(xué)效果不僅對(duì)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)有重要的影響，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和工程思維能力的培養(yǎng)也起到舉足輕重的作用。根據(jù)新工科對(duì)人才培養(yǎng)提出的新要求，多數(shù)地方院校都對(duì)教學(xué)計(jì)劃進(jìn)行了修訂，大幅增加了實(shí)踐類課程，相應(yīng)地減少了理論課的學(xué)時(shí)，“材料力學(xué)”課程的課時(shí)數(shù)也持續(xù)收縮。一方面，新工科對(duì)學(xué)生的工程素質(zhì)和能力提出了更高的要求；另一方面，“材料力學(xué)”課程的學(xué)時(shí)不斷減少，因此，如何更新教學(xué)理念和教學(xué)方式，推進(jìn)“材料力學(xué)”教學(xué)與信息技術(shù)的深度融合，切實(shí)提高教學(xué)的質(zhì)量和效率，成為“材料力學(xué)”課程改革的主要內(nèi)容。袁圓[3]分析了各類線上教學(xué)平臺(tái)和智慧教學(xué)模式的特點(diǎn)。張志強(qiáng)等[4]對(duì)“材料力學(xué)”的遠(yuǎn)程教學(xué)、線上教學(xué)、線上資源建設(shè)和線上遠(yuǎn)程教學(xué)測(cè)試等進(jìn)行了探討。黃麗華等[5]總結(jié)了大連理工大學(xué)“材料力學(xué)”課程的MOOC建設(shè)和應(yīng)用成果。楊旭娟等[6]介紹了疫情期間綜合運(yùn)用中國大學(xué)MOOC、QQ、慕課堂和在線直播等方式實(shí)施“材料力學(xué)”多通道在線教學(xué)的具體實(shí)踐和教學(xué)效果。徐鋒等[7]通過云教材、多微素材等現(xiàn)代教學(xué)手段，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和工程意識(shí)，為新工科背景下地方高?！安牧狭W(xué)”金課建設(shè)提供了參考。

1 “材料力學(xué)”線下課程建設(shè)

地方高校作為直接服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的科技服務(wù)基地和人才培養(yǎng)基地，在課程設(shè)置和教學(xué)內(nèi)容中應(yīng)突顯應(yīng)用型特色?！安牧狭W(xué)”對(duì)數(shù)學(xué)和物理相關(guān)知識(shí)有較高的要求，且內(nèi)容抽象、知識(shí)點(diǎn)零散，是一門“教師難教、學(xué)生難學(xué)”的課程，在學(xué)時(shí)縮減的情況下傳統(tǒng)的線上教學(xué)很難滿足應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，線上線下混合式教學(xué)模式逐漸成為新形勢(shì)下地方院校課程改革的主要趨勢(shì)[8]。

由于“材料力學(xué)”課程的理論性較強(qiáng)，課堂教學(xué)仍是學(xué)生獲取知識(shí)和能力培養(yǎng)的主要途徑。但是，目前“材料力學(xué)”教學(xué)多數(shù)仍以教師為主體，采用單向灌輸?shù)姆绞綄⒅R(shí)傳授給學(xué)生，注重理論的邏輯性和完整性，教學(xué)重點(diǎn)在于概念的講解以及公式的推導(dǎo)和應(yīng)用，且在教學(xué)中忽視課程與實(shí)踐的聯(lián)系，因此，學(xué)生容易產(chǎn)生畏難和厭學(xué)情緒。為了在有限課時(shí)內(nèi)達(dá)到課程的教學(xué)目標(biāo)，教師應(yīng)主動(dòng)改變教學(xué)理念和教學(xué)方法，以培養(yǎng)學(xué)生綜合能力和創(chuàng)新能力為目的精心組織教學(xué)，將課堂教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生為中心，教師為主導(dǎo)，通過探究式、啟發(fā)式和互動(dòng)式等教學(xué)方法充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性；通過精心設(shè)計(jì)授課形式、合理質(zhì)疑引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考，并根據(jù)學(xué)習(xí)反饋及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生在有限的時(shí)間和空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)效果的最大化。同時(shí)，在課程導(dǎo)入、例題講解等環(huán)節(jié)應(yīng)重視工程背景的介紹，以工程實(shí)例、社會(huì)熱點(diǎn)、學(xué)科前沿等激發(fā)學(xué)生探索和學(xué)習(xí)的興趣。

隨著有限元等數(shù)值計(jì)算工具在工程中的廣泛應(yīng)用，手算在工程設(shè)計(jì)中的地位逐漸下降，“材料力學(xué)”的部分內(nèi)容和計(jì)算技巧就顯得陳舊煩瑣，需要對(duì)教學(xué)內(nèi)容和結(jié)構(gòu)進(jìn)行重塑，以提高課堂教學(xué)的效率。例如，在講解超靜定問題時(shí)，重點(diǎn)應(yīng)在于基本概念和統(tǒng)一的解題原理，可適當(dāng)弱化和刪減不同變形結(jié)構(gòu)的求解方法和步驟，將過去注重培養(yǎng)定量計(jì)算能力，轉(zhuǎn)化為培養(yǎng)定性分析軟件計(jì)算結(jié)果正確性的能力。由于知識(shí)傳授的平臺(tái)由單一的課堂轉(zhuǎn)化為了線上和線下結(jié)合，因此，也應(yīng)對(duì)“材料力學(xué)”的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分類和梳理，并安排在不同的教學(xué)環(huán)節(jié)講授。但是，將教學(xué)內(nèi)容分別安排在線上和線下會(huì)導(dǎo)致知識(shí)點(diǎn)產(chǎn)生相對(duì)的割裂，因此，在混合式教學(xué)中應(yīng)更注重教學(xué)內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性，根據(jù)學(xué)生線上線下的學(xué)習(xí)效果反饋及時(shí)總結(jié)和歸納，通過課堂總結(jié)和習(xí)題課幫助學(xué)生構(gòu)建完整、連貫的力學(xué)理論體系。以4種基本變形為例，可以引導(dǎo)學(xué)生以受力特點(diǎn)、內(nèi)力分布、應(yīng)力和位移計(jì)算、強(qiáng)度和剛度設(shè)計(jì)為主線，將知識(shí)點(diǎn)組成一個(gè)有序的知識(shí)體系。然后，通過對(duì)拉伸、扭轉(zhuǎn)、彎曲桿件強(qiáng)度和剛度影響因素的討論，幫助學(xué)生更系統(tǒng)地內(nèi)化知識(shí)。

2 “材料力學(xué)”線上課程建設(shè)

近年來，中國大學(xué)MOOC、雨課堂、云班課、超星等信息教學(xué)平臺(tái)的出現(xiàn)為各高校教學(xué)提供了便利的輔助教學(xué)工具，使傳統(tǒng)的大學(xué)課堂教學(xué)變得靈活、開放、高效、智能，極大地助推了線上、線下“混合式”教學(xué)模式的廣泛興起，促進(jìn)了信息時(shí)代高等教育全新教學(xué)模式的改革和建設(shè)[5]。

線上資料庫的建設(shè)是線上課程建設(shè)的核心內(nèi)容?；ヂ?lián)網(wǎng)和中國大學(xué)MOOC中有大量的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，通過精心選擇和組織后可以方便地將教學(xué)內(nèi)容推送給學(xué)生，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行線上的自主學(xué)習(xí)。“材料力學(xué)”課程還應(yīng)開發(fā)具有自身特色的自建線上資源，如針對(duì)知識(shí)點(diǎn)的微視頻、典型例題和習(xí)題的講解視頻、電子教案、工程實(shí)例庫、課程網(wǎng)站等。由于線上資料沒有時(shí)間的限制，在制作過程中可以詳盡地講解知識(shí)點(diǎn)的具體內(nèi)容及其相互關(guān)系、復(fù)雜公式的推導(dǎo)及論證、典型例題求解及相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)和細(xì)節(jié)等，知識(shí)的容量和拓展程度優(yōu)于線下的課堂教學(xué)內(nèi)容。利用多媒體的優(yōu)勢(shì)，還可以采用動(dòng)畫、視頻等方式生動(dòng)地展示材料力學(xué)在工程中的應(yīng)用，讓學(xué)生對(duì)材料力學(xué)的工程意義具有直接的感性認(rèn)識(shí)。學(xué)生通過反復(fù)多次線上資料的學(xué)習(xí)和練習(xí)可以加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。由此可見，線上教學(xué)能同時(shí)兼顧知識(shí)的深度、廣度以及學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)，這些優(yōu)勢(shì)在傳統(tǒng)課堂教學(xué)中是無法實(shí)現(xiàn)的。

課程考核是“材料力學(xué)”課程教學(xué)中重要的一環(huán)，以往的考核多是通過期末考試一錘定音，學(xué)生往往通過期末的突擊來應(yīng)付考試，無法體現(xiàn)教學(xué)考核與教學(xué)過程的相互促進(jìn)作用。線上考核方式可以有效彌補(bǔ)這一問題，通過建立課前測(cè)試、課中測(cè)試、課后測(cè)試、單元測(cè)試和綜合測(cè)試相結(jié)合的多元線上題庫對(duì)學(xué)生各環(huán)節(jié)的知識(shí)掌握情況進(jìn)行檢查，不僅可以幫助教師對(duì)學(xué)生的課程學(xué)習(xí)進(jìn)行全方位評(píng)估，還可為教師的教學(xué)提供實(shí)時(shí)的反饋，便于教師調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和節(jié)奏，進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量。在線上題庫內(nèi)容的選擇上，應(yīng)注意其內(nèi)容與工程背景的結(jié)合，利用線上題庫可以方便地引入各類圖片和動(dòng)畫，使試題的內(nèi)容更貼近工程實(shí)踐。例如，可直接給出汽車減速箱的實(shí)體圖，或工作時(shí)的視頻和動(dòng)圖，引導(dǎo)學(xué)生建立相應(yīng)的力學(xué)模型并進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核，以培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)。在線上題庫的形式上，由于在雨課堂等平臺(tái)上客觀題可以通過系統(tǒng)實(shí)時(shí)高效地總結(jié)學(xué)生的答題情況，在課前和課中測(cè)試中應(yīng)盡可能地采用客觀題。而現(xiàn)有線上教學(xué)平臺(tái)對(duì)于主觀題的批改和統(tǒng)計(jì)仍有一定的不足，因此，在一些解題步驟較復(fù)雜的問題時(shí)，教師可以將其拆分成幾個(gè)易于考察的知識(shí)點(diǎn)，更利于教師在課堂教學(xué)中及時(shí)了解學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。

3 線上線下混合式教學(xué)實(shí)踐

彎扭組合變形在工程中廣泛存在，如各種傳動(dòng)軸等。由于涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，對(duì)學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)的要求較高，加上在講解這節(jié)內(nèi)容時(shí)教師多數(shù)采用PPT和黑板進(jìn)行例題講解的方式，通常以一個(gè)例題作為單元講解，學(xué)生練習(xí)時(shí)通常也以一道題為單元進(jìn)行考核，很難了解學(xué)生對(duì)每個(gè)知識(shí)的掌握情況并做到教學(xué)時(shí)有的放矢。因此，在傳統(tǒng)的線下教學(xué)時(shí)，這節(jié)內(nèi)容一直是“材料力學(xué)”教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

彎扭組合問題是一個(gè)綜合性的問題，它的求解與彎曲變形、扭轉(zhuǎn)變形、拉伸變形、強(qiáng)度理論息息相關(guān)，若前面的基礎(chǔ)理論掌握得不夠牢固，在學(xué)習(xí)這節(jié)內(nèi)容時(shí)會(huì)感到非常困難。因此，將上述章節(jié)中的相關(guān)內(nèi)容整理成短小精悍的預(yù)習(xí)課件，并在課件中對(duì)本節(jié)課的主要內(nèi)容和重點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行了簡要的說明。在上課前通過線上平臺(tái)將課件預(yù)先發(fā)布給學(xué)生，督促學(xué)生進(jìn)行適當(dāng)?shù)膹?fù)習(xí)和預(yù)習(xí)，并設(shè)置一些簡單的題目對(duì)學(xué)生的掌握情況進(jìn)行考核。通過引入線上預(yù)習(xí)，可以有效擴(kuò)充學(xué)習(xí)的時(shí)長并能分解相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，督促學(xué)生進(jìn)行復(fù)習(xí)和預(yù)習(xí)，找到新知和舊識(shí)的結(jié)合點(diǎn)，以克服學(xué)生畏難的情緒，提高學(xué)習(xí)的積極性和效率。在上課前，利用線上平臺(tái)進(jìn)行簽到，并分析和總結(jié)學(xué)生的答題情況，了解學(xué)生在知識(shí)結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)。課堂教學(xué)時(shí)，教師可以根據(jù)學(xué)生預(yù)習(xí)情況有針對(duì)性地組織教學(xué)，對(duì)于預(yù)習(xí)課件中學(xué)生通過自學(xué)可以掌握的簡單內(nèi)容，可以少講甚至不講，而對(duì)于學(xué)生普遍感覺很難的內(nèi)容，則進(jìn)行細(xì)講和精講，以提高課堂教學(xué)的效率。

在“材料力學(xué)”教學(xué)中，學(xué)生通常反映教師講解時(shí)能聽懂，但自己做題時(shí)就不會(huì)，體現(xiàn)出在綜合應(yīng)用上有一定的不足，需要進(jìn)行大量的練習(xí)。但是，由于課時(shí)和上課人數(shù)的限制，教師很難在課堂上對(duì)學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化的指導(dǎo)，線上教學(xué)為這個(gè)問題的解決提供了一些新的方法。由于課前的線上預(yù)習(xí)，教師在課堂上有更多的時(shí)間讓學(xué)生練習(xí)。以往傳統(tǒng)的教學(xué)中教師是將一個(gè)例題從頭到尾作為一個(gè)整體來進(jìn)行講解，大量知識(shí)點(diǎn)的堆積令學(xué)生很難消化。因此，可以將彎扭組合變形的求解分解為支座反力的計(jì)算、彎矩的計(jì)算、扭矩的計(jì)算、相當(dāng)應(yīng)力的計(jì)算、強(qiáng)度設(shè)計(jì)等幾個(gè)步驟，并將這些知識(shí)點(diǎn)設(shè)置為獨(dú)立的單元，通過合適的題型利用現(xiàn)代技術(shù)手段及時(shí)考核學(xué)生的掌握情況，并通過線下教學(xué)中教師的總結(jié)快速地形成本節(jié)課的知識(shí)結(jié)構(gòu)。由于每道題的知識(shí)點(diǎn)是單一的，學(xué)生在求解時(shí)的難度降低，且不會(huì)因?yàn)榍耙恢R(shí)點(diǎn)的不足影響后一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的答題，能夠更加準(zhǔn)確地反映出課堂教學(xué)的效果。教師也可根據(jù)學(xué)生的反饋進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的復(fù)習(xí)和鞏固，課堂教學(xué)的效果明顯提升。課后，通過作業(yè)的批改和線上的解惑，可以進(jìn)一步幫助學(xué)生理解消化課堂教學(xué)的內(nèi)容。由此可見，通過課前、課中、課后線上線下教學(xué)方式的融合，不僅可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性，還可以在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)拓展課程的深度和廣度。

4 結(jié)論

新工科對(duì)“材料力學(xué)”教學(xué)提出了更高更迫切的要求，促進(jìn)了信息時(shí)代“材料力學(xué)”全新教學(xué)模式的改革和建設(shè)?！安牧狭W(xué)”課程的課堂教學(xué)者應(yīng)主動(dòng)轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，以學(xué)生能力培養(yǎng)為目的重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，突出課程的工程應(yīng)用價(jià)值，并改革教學(xué)方法，增加師生的有效互動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑和創(chuàng)新意識(shí)。同時(shí)，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)資源和自建線上資料庫，向?qū)W生提供豐富的線上學(xué)習(xí)資料，并根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律建設(shè)多元立體的線上測(cè)試題庫，對(duì)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行過程評(píng)價(jià)。通過線上線下結(jié)合的測(cè)試方法對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行全面評(píng)價(jià)，不僅能在教學(xué)的全過程促進(jìn)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)，還能及時(shí)反饋學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，便于教師有的放矢地安排授課內(nèi)容和節(jié)奏。由此可見，線上線下混合教學(xué)模式在“材料力學(xué)”課程的應(yīng)用不僅能提高教學(xué)的質(zhì)量和效率、打破傳統(tǒng)教學(xué)在時(shí)空和空間的限制，還有利于培養(yǎng)具有工程素養(yǎng)和創(chuàng)新思維的新型工程科技人才。