基于信息化的材料力学混合式教学模式的实践

刘露+沈玉凤

[摘 要]随着信息化技术的发展以及信息化与教学的深度融合，材料力学教学进行了混合式教学模式的改革。改革调整了教学设计，包括教学理念、教学目标、网络资源、教学方法以及评价方式。混合式教学模式的实施，提高了学生学习的主动性以及自主学习的能力，增强了学生的表达能力和协作能力。

[关键词]信息化；混合式教学；材料力学；自主学习

[中图分类号] G420 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2018）01-0063-04

○、引言

随着互联网在教育领域的迅速发展以及信息化技术与教学的深度融合，传统单通道的文化知识传播正被多通道的信息交互所替代。[1]学习模式更多地趋向于线上学习与线下学习相结合的混合式学习。姜强等[2]提到的MOOCS学习模式提倡自主学习+翻转课堂的混合式教学。通过翻转课堂进行的混合式教学模式，可以将在线学习与学校教育结合起来，学生先在MOOCS平台上自主学习，教师在课堂上重点培养学生的实践能力和创新精神。陈卫东等[3]认为：应运用信息技术充分调动参与课堂教学的各要素，围绕教育教学的目标，形成各要素間良性的交互作用。其提出的“翻转-研创”的教学方法，避免了翻转教学自主学习缺乏监督的弊端，也避免了网络教学平台资源与课堂结合度不够的问题。

材料力学是理工科学校的一门主干技术基础核心课，处于由基础理论课向专业课过渡的地位，与机械设计、机床设计、汽车设计等后续课程密切相关。[4]但该课程公式多，理论知识抽象，知识点繁杂，学时少，这些都导致学生学习起来有一定难度。如何提高本课程的教学质量是力学教师一直研究的一个课题。[5][6][7]

材料力学主要培养学生构件分析、计算和实验等方面的能力。这门课程内容多，公式推导多而且很烦琐，学时又有限，教师不可能把太多的课堂时间用在对所有基础知识的讲解上，但是又要保证学生基础知识的学习和能力的培养。为了解决这一矛盾，混合式教学模式便应运而生。混合式教学方式不仅是线上线下的混合，而且是多种教学方法的混合，还包括了教学资源的多元化。

一、教学设计

（一）课程教学理念的变化

在教学过程中教师要转变教学观念，由传统的传授知识转变为以培养学生获取知识的能力为重点；由传统的学习知识转变为以运用知识解决问题为重点，突出学生能力目标的实现，不断积累教学经验，完善课程教学组织方式。在教学过程中，教师要积极引导学生养成自强不息的奋斗精神，培养学生扎实的工作作风、良好的沟通交流能力与团队协作精神，让学生全方位提升自己的综合实力。具体的变化体现在以下几方面。

教与学的角色转变：由“以教为主”逐渐转变到“以学为主”，建立以学习者为中心的混合式教学模式。

教学方法多样化：打破传统的单一传授知识的教学手段，开展问题教学、互动教学、网络教学、讨论教学等多种教学方法与教学手段的探索和实践，培养学生的创新思维能力。

教学的重点转移：由学生被动接受知识转变为培养学生主动获取知识；探索课程的教学内容哪些适宜于课堂教学，哪些适宜于在线学习，合理编排网络学时。

学习环境的改变：由单一的课堂学习转变为课堂与网络兼容的学习环境。探索课堂学习和在线学习两种教学形式的结合，总结经验，找到两种教学形式之间的平衡点。

（二）课程教学目标的调整

根据布鲁姆教育理论[8]，知识纬度的类别可分为事实性知识、概念性知识、程序性知识、元认性知识。可以进一步梳理各章的知识点，将相关的知识点进行整合统一编排；理清以教师讲授为主的知识点和以学生自主学习为主的知识点，并根据学生自主学习知识点的难易程度设置合适的网络学时；根据重新整合编排的知识点，设计课程的教学目标；对课程教学内容进行进一步研究讨论，根据不同的知识点，研究设计其知识维度和认知过程维度；根据知识点的不同类型和不同的认知维度，设计各知识点的测评方式，以检验学生是否达到了教学目标的要求；重新设计各知识点的教学方案，编排设计课堂教学活动的流程，使得课堂学习和在线学习能合理搭配，有机融合。

（三）课程资源开发与利用

充分利用学校的“网络教学平台”，共享教学资源，实现传统课堂与在线教学相融合的混合式教学模式，并不断总结经验，推广应用。具体措施有：丰富和完善网络教学平台中的基础项目，完善学生的网络学习环境；将梳理出来的重要知识点、课程的教学目标等上传到网络教学平台，这样便于学生参考学习；提供丰富且高质量的课程网络电子教学资源，便于学生自学和拓展知识面；在教学平台上提供丰富的思考题、练习题等，供学生参考学习或自主测试，组织在线测验等；将学生自主学习部分的知识点、学习要求、注意事项、学习要达到的效果及时公布在教学平台上。网络资源的建设如图1所示。

（四）多种教学方法的混合使用

本课程在教学过程中，要突出学生的主体地位与教师的引导作用，提倡采用多媒体教学、问题教学、讨论教学、案例教学、网络教学、翻转课堂等多种开放式教学方法，要从学生的认知能力和课程的特点出发，引导学生积极思考、探索、参与、交流，激发学生的学习热情，鼓励学生大胆创新，勇于提出问题并面对挑战，促进学生富有创造性地主动学习。

1.多媒体教学

本课程概念多，理论性强，知识抽象，学生学起来有一定的难度。多媒体辅助教学是现代化教育的重要手段，它把多种电化教学手段和传统的教学手段很好地结合起来，可以用恰当的课件来展示不同的知识点，生动直观、易于接受。力学教师采用了丰富多彩的多媒体教学方式。文献[9]详细论述了多媒体课件在材料力学教学中的应用：演示变形的几种形式的工程实例、平面假设、应力在横截面上的分布等；李丽君[10]把ANSYS引入了压杆稳定的辅助教学；宋少云[11]把CAE引入力学教学。endprint

2.问题教学

通过问题的引出，让学生带着问题学习，引导学生追问“为什么要研究？”，“如何研究”， “如何应用”，帮助学生提高学习的主动性。例如在学习一点的应力状态时，先给出几个问题：为什么要研究点的应力状态？什么是点的应力状态？如何取点的单元体？把这几个问题解释明白了，此处的知识点就掌握了。

3.讨论教学

以对话代替说教，以讨论代替灌输；让学生充分参加课堂讨论，通过对知识点的总结、对知识应用的讨论，使学生从被动接受变为主动摄取，牢固掌握所学知识。在提高弯曲刚度这个地方安排学生先根据网络平台上的知识自学，然后上一节讨论课。把学生分成小组，随机抽取一名学生起来讲述提高压杆刚度的措施，并且要给出工程实例，不可以讲课本上已有的例子，要自己上网查资料。学生由于做了充分的准备，讨论得很热烈。这既锻炼了学生的表达能力，也让学生学会了自己去查资料接触工程实际问题，增强了学生对理论知识的理解。

4.案例教学

学习理论知识要多联系工程实例，做到触类旁通，这样有助于学生更好地理解所学内容，同时也拓展了学生的思维，扩大了学生的视野，培养了学生创造性思维的能力。[12]我们的生活中力学现象无处不在，实例很好找。如感冒冲剂的袋子从开口处撕，这就是应力集中的应用；把衣服拧干是一种扭转的现象；用钳子夹断铁丝时来回弯是疲劳破坏的应用。当然，还可以找一些工程实例的图片，比如彩虹桥坍塌的图片。通过对相关案例的分析讨论，帮助学生加深对所学知识的理解，同时这也能帮助学生了解如何综合运用知识分析、解决问题。

5.網络学习

教师提供内容丰富的网络教学资源，学生课下利用网络资源进行预习和复习，以提升学生的自主学习能力。学生容易接受的地方教师在课堂上就不再去讲授，只安排学生根据网络上的内容进行自学，教师只需在网络平台的作业管理里布置作业并发布具体的作业要求即可。学生自学后在规定的时间内完成作业，并在网上提交。

6.翻转课堂

为了给学生提供深度思考的机会，鼓励学生之间进行协作学习，促进学生的互相交流讨论，我们进行了翻转课堂的尝试。教师提前布置翻转课堂的内容和时间，学生根据课程的网络资源学习知识点，然后自己组建学习小组，协作学习，共同完成PPT的制作。每个组让学生自己选出一个组长，组长负责带领大家共同学习，共同进行课件的制作。教师课堂上随机抽取一名学生上来讲授本知识点，讲述完毕后还要负责答疑别的同学提的问题。

在翻转课堂形式中，学生讲解知识点，教师进行点评、把关，课堂成为教师和学生交互的场所。教师从一个知识的传达者变成了知识的启迪者，教师不再是课堂的主导；学生不再像以往一样，只坐在教室里被动地接受知识，而是要积极地参与到课堂活动中；学生不仅要理解问题而且还要提出问题，这样可以培养他们独立思考的能力。这种教学方式不仅能提高学生的表达能力，而且锻炼了学生上台说话的胆量以及和别人团结合作的能力。

翻转课堂的图片见图2所示，这是学生在讲述剪切与挤压的强度计算的知识。

（五）课程评价方式

课程考核是课程设计过程中一个很重要的环节，考评机制是监督学生学习过程的一个有效手段。我们采用过程评价与综合考评相结合的考核方式。

过程评价：平时成绩（主要考核作业的数量质量、出勤、课堂讨论等）；网络自学作业，对学生网上提交的作业进行批改，给出分数，学生可以随时查看自己的成绩；翻转课堂（包括PPT演讲、答辩、提问），选学生当评委，评委组自己制定评分标准，在课堂上当场打分；讨论课（根据讨论课每组抽到学生的讨论情况给出本组分数）；实验，主要考查学生的动手能力，对实验现象的观察能力，以及对实验现象的解释能力。

综合评价：课程结业采用闭卷考试。全面考查学生对本课程知识的理解、掌握程度以及灵活运用知识解决问题的能力。

通过这一学期四个教学班的教学实践，这种考核改变了一张试卷定成绩的情况。从图3可以看出，在增加了过程评价后，学生的不及格率从超过40%（卷面成绩）减少到22%（综合成绩），学生的平均成绩提高，不及格率降低，学生的成绩分布较合理。当然，过程评价也要坚持公平公正的原则，绝不能成为成绩调剂的砝码。

二、进一步的反思

由于混合式教学方式的改革还处于刚开始实施阶段，经验不足，所以还存在一些问题。

（一）网络资源的使用方面

学生使用网络平台进行学习的主动性不够，还要加强对学生利用网上资源进行学习的动员和要求，增加布置利用网上资源进行自学的内容和环节，增加网上作业、网上互动的相关安排；学校无线网络覆盖不够，再加上移动设备不普及和流量等原因，致使学生上网受到影响，还需要加大校园的无线网覆盖区域，让学生可以在自习室里上网浏览教学的相关资源；教学资源、素材还不够丰富，内容的趣味性、吸引力还有待提高，要进一步加强网络教学平台建设。

（二）网络学习与课堂教学的融合问题

网络学习的内容过多会加重学生课下的负担，如何合理的分配网络学习的知识点和课堂学习的知识点还要进一步探索与研究。如何引导学生积极主动地进行网络学习，并且提高学习的效率也是教师要思考的问题。

（三）提高翻转课堂效果的问题

大班上课学生人数多，学生分组也多，每个组都重复地讲授同一知识点会使学生产生疲劳。为了解决这个问题，以后考虑翻转课堂每个组布置不同的知识点，以提高翻转课堂的教学效果。

（四）进一步完善课程评价体系

课程评价还有一些不完善的情况，比如如何防止网上作业抄袭的问题，翻转课堂以及讨论课组里有学生“打酱油”的情况。如何公平公正地进行过程考核是下一步我们要研究的问题。

三、结论

在材料力学教学中进行混合式教学，既包括课堂教学和网络学习的混合、多种教学方法的混合，也包括信息化和课堂教学的深度融合。这种教学模式加强了教师和学生之间的互动，提高了学生的学习主动性，锻炼了学生自主学习的能力以及沟通协作能力。通过这种教学实践，不仅可以使学生更好地掌握本课程的理论知识，还可以培养学生思考的主动性，拓展学生的工程思维，为学生以后的工作打下良好的基础。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 田良臣，李栋.信息技术与教育深度融合背景下的学习透视[J].远程教育杂志，2015（3）：3-10.

[2] 姜强，赵蔚.MOOCS：从缘起演变到实践新常态[J].远程教育杂志，2015（3）：56-64.

[3] 陈卫东，叶新东，张际平.未来课堂的互动形式与特性研究[J].电化教育研究，2011（8）：91-97.

[4] 刘鸿文.材料力学[M].北京：高等教育出版社，2010.

[5] 谢冰.改进材料力学可能教学几点体会[J].中国教育技术装备，2012（12）：70-72.

[6] 王涛.提高材料力学课堂教学品质的研究[J].装备制造技术，2011（12）：201-203.

[7] 沈玉凤，许英姿，刘露.材料力学教学中加强高等数学知识的运用，培养学生科学思维能力[J].大学教育，2013（12）：58-59.

[8] [美]安德森等编著，蒋小平等译.布卢姆教育目标分类学[M].北京：外语教学与研究出版社，2009.

[9] 刘露，沈玉凤.材料力学教学中多媒体课件的应用[J].中国科技信息，2008（12）：261.

[10] 李丽君，沈玉凤.ANSYS对于压杆稳定的辅助教学[J].实验科学与技术，2009（1）：121-122.

[11] 宋少云.将CAE引入力学教学[J].力学与实践，2006（5）：74-75.

[12] 李丽君，沈玉凤，许英姿.力学教学中的引申触类[J].实验技术与管理，2012（4）：180-182.

[责任编辑：陈 明]endprint