研究生高等土力学数字教材建设的初探与实践

何斌　马富丽　韩鹏举　白晓红

摘  要：在对“高等土力学”教材改革的实践过程中发现，纸质教材与新媒体的有效融合，将大大提升教学效果。数字教材将为信息化教学提供各类适切的素材，实现了线上线下融合式教学模式，减轻教师备课负担，提升线下课堂教学效益，为线上慕课资源的有效利用、混合教学应用实践提供实施条件和有利保障，也为新媒体背景下数字教材的建设与应用探究出一条可持续的数字教材建设之路。

关键词：研究生教学;高等土力学;数字资源;数字教材;教材改革

中图分类号：G643       文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2020）23-0081-03

Abstract： Based on the undergraduate soil mechanics textbook， the advanced soil mechanics textbook systematically introduces the further knowledge and new development of soil mechanics to make the graduate students of geotechnical engineering have a deeper and systematic understanding of soil mechanics. In the practice of "advanced soil mechanics" teaching material reform， it is found that the effective integration of paper teaching material and new media will greatly improve the teaching effect. Digital textbooks provide all kinds of appropriate materials for information-based teaching， realize the online and offline integrated teaching mode， reduce the burden of teachers' lesson preparation， improve the offline classroom teaching efficiency， provide implementation conditions and beneficial guarantee for the effective use of online MOOC resources and hybrid teaching application practice， and explore a sustainable way for the construction and application of digital teaching materials in the context of new media a way of digital teaching material construction.

Keywords： graduate instruction; advanced soil mechanics; digital resources; digital textbook; textbook reform

一、高等土力學教材及数字教材相关概念和特征阐述

高等土力学教材是在本科土力学的延伸，以使岩土工程专业的研究生对于土力学有更全面系统了解。全书共分为七章，其中内容包括：绪论，土的形成与物质组成，土的渗透性与渗流，土的固结与流变，土的压缩性与沉降分析，土的抗剪强度，地基承载力。各章又都附有相应知识点对应的数字资源。数字教材是随着数字出版的兴起而发展的[1]。数字教材，顾名思义就是伴随数字技术出现的教材，毋庸置疑，其发展形态和特征会随着技术环境的发展而变化[2]。纸质教材数字化具有模式简单、成本低廉的特点，且可检索，易于传播，更新及时，比较适合科研文献的数字化存储、检索与阅读，在数字教材领域中取得了较好的发展。数字资源是数字化的教学资源，它由电子资源、工具资源和实施资源三部分构成。其内容资源包括微视频、图片、PPT、模拟动画等，工具资源是支持创建、发布、使用内容的软件。

高等土力学具有综合性、经验性和实践性强的特点，传统的面对面教学方式很难激发学生的积极性，教学效果并不理想，教学方式亟待改进。

二、数字教材建设的指导思想

高等土力学课程的授课对象为即将起步的研究人员，是高等学校土木工程领域硕士和博士研究生的重要专业基础课，因此课程除了应能向他们介绍本领域国内外的最新研究成果之外，还特别注重对他们研究能力的培养，包括独立思考能力、实际操作能力和计算能力等。因此本课程既注重内容的知识性、前沿性与先进性，也强调对学生研究能力和研究素质的培养。使课程成为研究生从课程学习转到科研选题阶段过渡的桥梁[3]。为充分发挥科学技术优势，融合了文字、音频、视频及动画展示等元素，具有表达更加生动、有利于交流互动、有利于分层施教等优点，开展高等土力学课程的数字教材建设具有重要指导意义。

三、数字教材教学体系改革

高等土力学更加注重全面和深化对土的物理、化学、力学性质的理论和应用研究，更加注重应用多学科交叉的理论和方法，开展土的性质的研究和解决复杂工程问题。为在授课中实现有序的、多层次、多维度、高质量的高效互动效果，理论与实践并行，通过前期试验及资料收集，特在纸质教材教学内容中增加数字资源部分并对课程教学内容进行了系统改革。

在课程教学内容数字资源建设过程中增加了数字资源目录，数字资源的构建主要是以PPT动态演示、试验图片、工程实例图片、室内试验微视频以及软件模拟动画等表达形式。

线上线下混合式学习方法是近年来国内外专家深入研究的一种学习模式，该方法将传统学习方法和数字化或网络化的教学模式结合起来，既发挥了教师的引导、启发、监控教学过程的主导作用，又充分体现学生学习过程中的主动性、积极性与创造性。教学改革实践表明，混合式学习方法能够有效地激发学生的学习兴趣，明确学生的学习目的，在教师和学生之间围绕学习任务形成良好的教学互动。

四、深化数字教材教学内容改革

线上线下融合式教学方式在高等土力学教学过程中能够提供新的思路和方法。数字教材还能支持读者与数字教材的互动、师生互动、学生之间互动，以及教师、学生与数字教材的作者之间的互动。在数字资源安排上主要也是围绕课程主线进行，使理论课和互动课融为有机的整体，数字资源建设过程中利用拍摄室内试验过程、专业绘图软件和专业软件模拟等手段，数字资源在纸质教材中以二维码的形式链接在相应教学内容页，成功添加24个数字资源链接，为多媒体时代数字教材的建设起到指导作用。其主要内容、形式及目的要求如表1所示。

从确定数字教材建设内容、数字资源形式和线上线下融合式教学方式等三方面总结了运用数字教材在教学过程中的构成要素，与传统的单纯纸质线下教学实施要点和实际教学效果对比可以发现，应用数字教材以及混合式教学方式能把提高研究生独立科研能力的培养目标落实到课程教学中，并能在加强研究生自学能力的同时，有效激发学生的创造力和想象力。

五、数字化教材改革的实践效果

数字教材具有传统教材不具备的诸多优势，具有如可访问性、可移植性、准确性、交互性等特征。

（一）调动学生学习合作、互动的积极性

在增加数字资源的课程内容教学过程中学生可以利用手机扫描功能在课堂中进行在线学习，数字教材中的内容生动活泼，相关试验过程动画展示操作准确，工程设计图纸清晰详细，学生可以通过观察现象获得知识、调动互动的积极性，并能够交流和分享彼此的想法。

（二）激发学生学习主动性

学生对现代化数字资源（新媒体和多媒体）学习资料的钟情，他们在课堂上使用包括微视频在内的多媒体资源时，使得学习动机和欲望都相比单纯纸质教材有所增加[4]，为学生提升自学探究能力提供有力保障。

（三）培养、提升学生自主学习能力

数字教材能够使学生能够进行自主学习并创造属于自己的学习资料。数字教材的目的是为学生提供各种资源，学生可以通过扫描纸质教材上的数字资源链接自主学习。而目前，正在大力倡导课堂教学方式改革，翻转课堂是其中一种重要的形式[5]。数字教材教学改革不仅可以培养学生主动学习能力，而且有助于提升学生自主学习能力。

总之，现有的《高等土力学》教材虽然概念清晰，内容丰富，理论性强，但是都不含有多媒体数字资源。然而，数字教材将给广大老师带来教学的改革，教师的教学方式将会以学习终端为载体、以学习云平台为支撑，实现有序的、多层次、多维度、高质量的高效互动。此外，数字教材将为信息化教学提供各类适切的素材，减轻教师备课负担，提升课堂教学效益，也为新媒体背景下数字教材的建设与应用探究出一条可持续的数字教材建设之路。数字教材的建设为慕课及SPOC平台应用于实际教学，提供了新的思路和方法，在教学设计和实践上均具有创新性，有较大的借鉴和推广价值。

参考文献：

[1]张培华.纸质教材的数字化未来探析[J].出版广角，2017，6（294）：28-31.

[2]崔磊.数字教材的创新路径分析[J].出版广角，2017，10（302）：83-85.

[3]张丙印，李广信，于玉贞，等.高等土力学精品课建设的经验及成效[A].2011第三届全国土力学教学研討会[C].2011.

[4]周业虹.依托数字教材进行教学设计的实践研究[J].技术前沿与装备应用，2019，2（308）：20-22.

[5]陈山漫，李强.高校数字教材建设难题破解与立体化开发[J].数字出版，2019（5）：31-35.