桑代克学习律在工程力学在线课程建设及教学中的应用

杨旭娟,李兆军,杨 蓉

(广西大学 机械工程学院，广西 南宁 530004)

工程力学是许多非机类工科专业必修的一门技术基础课，在工科专业的教学计划中占有重要地位。目前学生在工程力学的学习中遇到许多困难，如课程内容理论性较强，内容抽象难以理解；教学学时少而内容多，不易消化；习惯被动接受式学习，自主学习能力不足。面对这样的情况，许多专家和学者进行了大量的研究和探索，如张树翠和赵卫兵以成果为导向，通过增加工程案例讨论与分析，提高学生的学习兴趣[1]；郭勇分析了信息化背景下工程力学教学中存在的问题，并从教学内容和过程提出了改革意见[2]；梁志达探讨了新工科背景下课程教学质量提高的途径和方法[3]。这些研究和探索对工程力学教学水平的提高有着十分重要的意义。

随着互联网技术与教育的深度融合，近年来在线课程以其不受时空限制、多维互动等优点，得到国内外许多高校的认可和推广[4]，但在线课程在建设和实践过程中，也出现了许多问题，如学生学习动力不足、被动学习及缺乏交流互动等[5]。现代教育心理学之父桑代克对于学习的规律进行了大量深入的研究，提出准备律、练习律和效果律三大学习律[6]，本文将此三大学习律应用在工程力学在线课程的建设和教学中，以学生的学习为中心，探索提高学生学习效率的有效措施，使在线课程建设和实施更符合学生的学习规律，从而提升教学质量。

一、桑代克的学习律

桑代克是美国著名的教育心理学家，其提出的学习律是在大量动物实验基础上总结出来的，包括准备律、练习律和效果律。准备律反映了导致学习者倾向于满意或烦恼的许多状态的特征；练习律体现了一个联结的应用是增强或减弱这个联结，联结指的是刺激与反映之间的联结；而效果律反映的是一个联结的后果是否会加强或削弱这个联结。下面具体探讨准备律、练习律和效果律的具体表达及其在工程力学在线课程建设及教学中的应用。

二、桑代克准备律在工程力学在线课程建设及教学中的应用

桑代克提出的准备律主要有三个方面：如果对一个动作序列的强烈愿望被激活，那么顺利地完成那个序列就是满意的；如果那个动作序列受压制或受阻碍而不能完成，那么这压阻就是烦恼的；如果动作到了过度疲劳或过度满足的阶段，那么强行使这个动作重复出现就是烦恼的[6]。如果将准备律应用在工程力学的学习中，可以这样认为：如果学生对于学习工程力学的强烈愿望被激活，那么顺利进行课程的学习就是满意的；如果学习工程力学的行为受压或受阻而不能完成，那么就是烦恼的；如果学习工程力学的行为使得学生过度疲劳或过度满足，那么强行让学生再学习知识就是烦恼的。

准备律第一个方面体现的是要实现有效的学习，首先是课程学习的兴趣要被激发出来，桑代克强调，兴趣的激发是由于学生认为学习的内容对于达到个人目标有重大的意义，兴趣也能成为学生注意学习的动力。不同的学生对于课程要达到的个人目标是不一样的，要想激发每个学生的兴趣，就要知道每个学生的个人目标，不仅仅是教学大纲的目标，比如往常我们所讲的培养学生的分析能力、理解能力、解决问题的能力等，要因人而异，分析同学们的个性需求，将大纲目标和学生个性化的目标相结合，可以设置线上实名调查问卷，了解同学们的学习目标，可通过线上互动交流、作业回馈交流等，向学生针对性地传达课程学习对个人目标的达成意义，让学生真切感受到工程力学课程学习对个人目标的重大意义，从而激活学生学习工程力学的强烈愿望。

第二个方面体现的是要促进学生的学习，就要为学生学习提供有利条件。工程力学在线课程建设和教学实践要以学生的学习为中心，多从学生的角度去设计知识的呈现形式，比如对于知识点视频的呈现方式，可结合具体的知识点特点，合理采用动画、图片、视屏等呈现形式。比如，在静力学中，学生很容易混淆力的投影与分力的概念，视频设计时，可通过动画介绍力的投影的概念以及投影的要素，分析力在轴上的投影为什么用代数量来表达，而力在面上的投影要用矢量来表达，另外，力在轴上的投影与力沿轴方向的分力之间的区别和联系，当视频展现的思路清晰了，配合动画的演示，学生就容易理解了。另外，在材料力学部分，涉及理论公式的推导过程，内容抽象不易理解，虽然书本也有配图，但是理论的推导过程是逐步展开的，静止的图片是无法展示推导的过程，因此在视频设计中，我们将公式推导、语言讲解与动画展示三个方面进行同步输出，多渠道进行知识的展示，从而利于同学们快速理解公式的来龙去脉，促进学生顺利进行课程的学习。此外，在线课程的建设不是一劳永逸的事情，要经常倾听学生学习中的困难，针对性地提出解决方案，从而减少学生学习的阻力。

第三个方面体现的是学习的强度和难度要适当，不要让学生感到过度疲劳，也不要让学生感到过度满足。布置的学习任务要考虑学生的时间和能力，开课前可了解学生本学期的课表，掌握学生的自由安排时间和要完成的科目，做到心中有数，从而合理布置线上任务。另外，知识点的设置要难易结合，适当提高挑战度，做好线上学情反馈，适当增减学业难度。

桑代克的准备律反映了导致学生倾向于满意或烦恼的三种状态特征，更是给我们教师促使学生获得满意状态和避免或减弱烦恼状态指明了方向，教师可通过学习兴趣的激发、内容的展现形式、任务的多少以及难度的把握等方面进行线上课程的建设及实施准备。

三、桑代克练习律在工程力学在线课程建设及教学中的应用

练习律通俗的讲就是习惯的重复增加了习惯的力量，其前提是“熟能生巧”。练习律有两种形式：一个联结的应用会增强这个联结的力量；一个联结的失用(不练习)则会导致这一联结的减弱或遗忘[6]。这里的应用，指的是受奖或受罚反应的正确应用，也就是强调练习要有反馈，包括奖励的反馈和惩罚的反馈，这里的奖励和惩罚的具体含义要根据具体的练习来定。如果将练习律应用在工程力学的学习中，可以这样认为：学习工程力学需要进行练习，而有效的练习需要练习结果的及时反馈。

工程力学是高中物理在力学知识方面的延伸和扩展，分为静力学和材料力学两个部分，静力学研究物体的受力分析，力系的简化和力系的平衡问题，而材料力学研究构件在外力作用下的强度、刚度和稳定性的问题。涉及大量的理论推导、分析和计算，没有足够有效的练习很难完成知识的巩固和掌握。根据桑代克的练习律,知识的掌握需要进行练习，而练习效果的及时反馈可以增强学习的效果。对于工程力学的在线课程来说，由于不受时空的限制，线上布置练习任务，学生进行线上练习，提交答案后，系统自动批改，于是练习结果可以及时得到反馈，并且难点问题要配置答案解析，同学们可以及时了解知识的掌握情况，而且对于难点问题根据答案解析，可以很快得到指导。而在传统教学中，学生做完课后作业，提交给教师批改，教师再找时间进行集中讲评，经历的时间比较久，遇到问题也不能及时有效解决，而在线课程的及时性，大大缩短了学生做完练习到结果反馈的中间时间，学生的学习效率将大大提高。

及时的练习对工程力学知识的掌握和巩固起到非常重要的作用，而练习的内容、数量、形式和节奏将直接影响学习的质量。本课程以学生的学习为中心，结合学生的认知特点进行合理设置。线上视频按照学生的注意力集中时间规律，通常围绕一个知识点进行8到15分钟的视频讲解，然后是与知识点内容紧密相关的3-5个小练习，小练习多以选择和判断题的形式呈现，一是方便学生随时随地使用手机作答，二是方便系统自动批改。小练习的难度要适当，如果太高，容易挫伤学生的学习积极性，产生畏难情绪，太容易则难以达到知识巩固的目的，难度是否合适要通过学生答题情况的反馈，不断优化练习的难度。每章大概有4到8个知识点，每章进行一次线上测验。测验围绕线上知识点展开，考虑学生学习掌握情况有好有坏，难度也要有区分度，由易到难，都有涉及。由于线上习题多采用客观题，知识点的考查相对比较集中，而工程力学要解决的问题通常要用到许多的知识点，特别是到了材料力学部分，比如弯曲梁的强度校核问题，要用到静力学的受力分析、平衡方程的建立、截面法求内力、横截面上的应力计算和分布等，还要有相当多的主观题的练习，这部分可以安排在线下进行，并通过线下课堂进行反馈和讲评。线上习题和测验设置是否合理，可通过线上平台的数据统计及分析功能了解学生的学习情况，并根据学习情况对线上练习进行调整。

另外，在线课程也扩展了练习的广度和深度，不仅通过测验和习题可达到练习的效果，还可以通过线上讨论，达到练习的效果。比如在材料力学部分，引入截面法求内力的时候，可以让同学们线上讨论为什么引入截面法以及为什么内力采用设正法进行预设，通过这样的线上讨论，同学们可以发表自己的看法，同时还可以了解其他同学的看法，比较各种看法的异同，最终加深截面法的应用价值。

四、桑代克效果律在工程力学在线课程建设及教学中的应用

桑代克早期效果律的内容是：在对同一个情境作出的若干反应中,那些伴随着或紧接着有使动物满意的事态发生的反应 ,在其他条件相等的情况下,将与这个情境更加牢固地联结起来，哪些伴随或紧接着有使动物不适的事态发生的反应，在其他条件相等的情况下，与这个情境的联结则削弱下去。所谓满意的事态意指动物不作任何举动予以回避而经常作一些举动以便维持或恢复的事态。所谓烦恼的事态，则意指动物不作任何举动予以保持而经常作一些举动以便结束的事态[6]。根据早期的效果律可知，奖励会加强联结，而惩罚会削弱联结。但桑代克后期的许多实验又表明：奖励和惩罚的效果不是相等或相反，在某些条件下，奖励比惩罚更为有效。

对于工程力学在线课程来说，如何运用奖励和惩罚对于学生的学习效果起着非常重要的作用。工程力学是工科课程里面相对比较有难度的课程之一，静力学部分和高中物理中关于力的分析有一定联系，学生容易理解，而在材料力学部分，研究构件在外力作用下的应力、应变和变形分析，涉及大量的公式推导，而且有的内容比较抽象，有相当一部分的同学难以理解，如果不经常性地给予鼓励，学习的热情很难继续。根据桑代克的效果律，我们可以给予适当的奖励和惩罚，但在哪些环节可以进行奖励和惩罚以及如何进行奖励和惩罚是我们在工程力学在线课程建设及实施中需要仔细挖掘的问题。我们将从线上学习环节去寻找可以奖励或惩罚的切入点。首先，学生学习完知识点视频，我们可以设置相应的在线练习，根据前述的练习律，学生练习完后可及时反馈练习的结果，包括对错和答案解析。由于不是在实体课堂，教师不能面对面直接对学生的练习效果进行评价。此时我们可以在答案解析里面，增加一些奖励或惩罚色彩的语言，让学生感受到教师的肯定或督促，激发学生学习的积极性。其次对于一些重点或难点问题，教师可在讨论区设置讨论主题，并根据学生的作答情况，参与对部分回帖的评价，不仅可以提高讨论区的互动程度，也可以更加激发学生深入思考的热情。最后还可以在在线作业批改环节进行实施。系统可以自动批改的练习基本都是客观题，而对于主观题可通过学生互评或教师批改的方式进行。对于教师批改的作业，教师就可以根据具体的作答情况，给出适度的评价，让学生感受到激励和鞭策。所有这些环节都是要促进学生的继续学习，促使学生保持学习的持续积极性，从而提高学习效率。

桑代克指出人类的学习基本上是准备律、练习律和效果律的作用。本文通过引入桑代克的学习律，深入分析其在工程力学在线课程建设以及实践中的具体应用，通过多种方法和途径实现本科教学方法的创新，激发学生的学习兴趣，扩展学习的广度和深度，从而提高本科教学质量。