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)境特點結(jié)合專業(yè)人才培養(yǎng)目標，提出了基于“互聯(lián)網(wǎng)+”信息技術(shù)的“工程力學”課程線上線下相結(jié)合的教學模式，并以智能制造專業(yè)48學時版的“工程力學”為例，詳細介紹了課程目標、課程建設(shè)及應(yīng)用情況，科學合理地提出了混合式課程內(nèi)容設(shè)計方案，通過課程滿意度調(diào)查分析，學生對于線上線下混合式教學的課堂滿意度高于傳統(tǒng)線下教學，該教學模式為相關(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；混合式課程；工程力學；教學模式；教學改革

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標識碼：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”研究與實踐的通知》［1］。從該文件中可知：中國培養(yǎng)的大學生需要具有良好的學習能力，扎實的理論知識以及一定的創(chuàng)新意識和優(yōu)秀的實踐能力，這就要求工科畢業(yè)生不僅需要掌握有科學的理論體系，還需要將所學習到的理論知識應(yīng)用到實際中去。

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

一、“工程力學”教學特點分析

（一）課程特點及主要內(nèi)容

“工程力學”是一門針對工科近機類和非機械類專業(yè)開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要培養(yǎng)學生對構(gòu)件進行力學分析計算、構(gòu)件的選型和設(shè)計能力，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，以高等數(shù)學、線性代數(shù)和大學物理為基礎(chǔ)，由靜力學與材料力學兩部分組成，前者以“剛體”作為研究對象，培養(yǎng)學生對工程結(jié)構(gòu)最基本的受力分析能力，主要內(nèi)容包括對實際情況的抽象、計算模型的建立，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)學生解決實際工程問題的能力，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)變的計算及材料的強度、剛度、穩(wěn)定性校核等。

（二）學情分析

重慶工商大學每學年為機械工程學院學生大二學年秋季學期開設(shè)“工程力學”專業(yè)課程，理論教學總學時48學時，總學分3分，每周4學時課程，課程內(nèi)容飽滿，教學任務(wù)緊湊。

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

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

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

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

4. “工程力學”課程學習目標之一為培養(yǎng)學生的解決工程問題的實踐能力，本科生缺乏實際工程經(jīng)驗，對課程當中的工程實例理解不透徹，教學效果大打折扣。

5. 考核形式單一、考題有重復情況，“工程力學”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)，考題重復率高，無法全面評價學生對于知識點靈活運用的能力。

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

（三）線上教學特點

2020年以來，為了保證正常的學習秩序，全國高校均先后開啟了廣泛的線上教學，這也為“工程力學”課程改革提供了新的契機，也對教師的教學技能提出了新的要求。線上教學具有很多優(yōu)勢，學生上課地點更為靈活，教師教學形式也呈現(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，極大地提升了學生學習積極性。教師利用平臺功能可有針對性地定時向?qū)W生發(fā)布相應(yīng)的學習資料。線上學習方式打破了傳統(tǒng)本科授課1.5小時時長的限制，教師可以按照知識點調(diào)節(jié)授課時長而非根據(jù)時長講解知識點，例如微課，這種形式方便學生利用碎片化時間進行學習，“短視頻”形式的課程也保證了所有知識點的講授都在學生注意力高度集中的時間中進行。線上教學可根據(jù)平臺自身的學習統(tǒng)計功能實現(xiàn)量化考察每名同學的學習痕跡，包括但不限于學習時長、學習進展、預習情況、作業(yè)完成度與教師互動情況等；根據(jù)軟件提供的每個學生的學習情況數(shù)據(jù)，可以使教師快速準確地掌握學生學習效果，并根據(jù)實時學情對教學做出合理的動態(tài)調(diào)整。

線上教學也并非沒有缺點，由于上課地點十分靈活，沒有在教室當中進行的課程氛圍嚴肅，也缺少教師全程的現(xiàn)場監(jiān)督，自制力差的學生容易使用設(shè)備進行學習之外的活動；網(wǎng)絡(luò)波動也可能破壞正常的課程秩序，打斷學生連續(xù)的思維；大量線上平臺的涌入，各個學校、各門課程的信息化建設(shè)參差不齊，導致線上學習任務(wù)比線下學習任務(wù)更加繁雜，加重了學生負擔；線上教學也十分考驗教師的教學技能，部分教師習慣于教室教學的“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，不能很好地運用在線教學平臺，一定程度上也影響了教學效果。

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

二、基于雨課堂混合式教學模式

隨著線上教學的進步與發(fā)展，線上教學平臺層出不窮，例如在線使用人數(shù)與覆蓋高校數(shù)均排前列的雨課堂、超星學習通等平臺。本研究選用雨課堂在線教學平臺，雨課堂是清華大學和學堂在線共同推出的新型智慧教學解決方案，是教育部在線教育研究中心的最新研究成果，致力于快捷免費地為所有教學過程提供數(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，在課外預習與課堂教學之間建立了一個橋梁，使用方式也比較靈活，教師可在線下教學當中作為一個輔助工具，也可以進行純線上模式的直播教學［5］。基于雨課堂平臺的教學過程分為以下三個部分：

1. 課前預習：課前注重準備。課前向?qū)W生推送學習任務(wù)，使學生在任務(wù)驅(qū)動模式下自主地進行課前預習。教師可通過雨課堂課前反饋功能時刻關(guān)注學生預習中遇到的問題，也可對所有選課學生進行預習階段的監(jiān)測，方便教師掌握學生預習情況，根據(jù)預習學情動態(tài)調(diào)整課程進度與講授重點。

2. 課中互動：課中注重互動。雨課堂作為任課教師把握學生學情的一種手段，學生在進行掃碼簽到后可實時接收到課件、動畫等學習資料，增加課程資料識別性、提升學習趣味性、增強知識點記憶性，如向?qū)W生展示易拉罐受壓仿真動畫，幫助學生區(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生對概念的理解。學生在課程進行當中通過雨課堂彈幕功能進行實時反饋，調(diào)動學生積極性、增加學生課堂參與感、提升學生學習滿足感。

3. 課后反饋：課后注重提升。作為課堂教學的延伸，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、增加理論記憶點，教師通過平臺作業(yè)統(tǒng)計功能檢查學生學習情況，收集學生反饋并反思教學，調(diào)整和制訂下一步的學習計劃。

三、線上線下混合式教學“工程力學”的課程設(shè)計

（一）混合式教學設(shè)計原則

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

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)課堂以學生為主。線上聽課，線下練習；線上以教師講授為主，線下以工程演練為主。

（二）課時設(shè)計方案

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

四、教學改革效果與啟示

經(jīng)過2022年秋季學期的“工程力學”線上線下混合式教學實踐，選課人數(shù)共89人，截至12周課程結(jié)課，每名學生平均利用雨課堂平臺次數(shù)48.6次，學生學習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722條，與傳統(tǒng)線下教學相比，溝通時效性提高；本學期共發(fā)布作業(yè)12次，平均完成率接近92%，學生學習效率顯著提高、學習氛圍得到改善。

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，學生學習滿意度有所增加。

本課程教學設(shè)計利用雨課堂凸顯了線上線下混合的特色，教學過程更重視互動性教學，強調(diào)學生主體性。通過平臺數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能，教師直觀地、多角度地考查學生的學習情況，根據(jù)學生預習資料閱讀時長、互動測試成績、課后討論頻率、學生作業(yè)完成次數(shù)等數(shù)據(jù)全面掌握學生學習情況、調(diào)整教學計劃與教學側(cè)重點，充分發(fā)揮教師的導學功能。

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

參考文獻：

［1］ 朱全，紀萍，陳華，等. 新工科背景下《工程力學》課程教學研究［J］. 大眾科技，2022，24（272）：154-156.

［2］ 屈彩虹，王朋朋，張智. 信息化條件下工程力學課程教學模式探析［J］. 高教學刊，2022（14）：98-101.

［3］ 陳為林，軍劉，盧清華，等. 機械電子工程專業(yè)“工程力學”教學改革與實踐［J］. 教育教學論壇，2022（20）：69-72.

［4］ 劉青松，羊富彬，孫培育. 通過線上教學提升線下課堂參與度的研究與實踐——以“工程力學”課程為例［J］. 裝備制造技術(shù)，2022（05）：184-186.

［5］ 肖蘇華，陳飛昕，周莉，等. 雨課堂環(huán)境下《工程力學》多元化在線教學模式探析［J］. 中國多媒體與網(wǎng)絡(luò)教學學報（上旬刊），2020（12）：31-33.

［6］ 劉鑫，申向東，薛慧君，等. 基于雨課堂的混合式教學在理論力學中的實踐與探索［J］. 科技資訊，2021，19（10）：173-177.

（責任編輯：淳潔）

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

作者簡介：李雪琪（1992—），女，博士，重慶工商大學機械工程學院講師，研究方向為力學的工程應(yīng)用；黃菊（1977—），女，博士，重慶工商大學機械工程學院講師，研究方向為人機工程學；丁平（1969—），男，博士，重慶工商大學機械工程學院教授，研究方向為計算固體力學；王江（1969—），男，博士，重慶工商大學機械工程學院副教授，研究方向為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計；許磊（1988—），男，博士，重慶工商大學機械工程學院講師，研究方向為機械裝備再制造。