大数据分析在工程力学课程教学中的应用

赵莹

[摘           要]  2020年全国高校开启在线教学，在这种远程教学过程中，大数据技术的应用发挥了极其重要的作用。大数据技术在工程力学课程在线教学中的应用，在提高教学精准度、实现差异化教学等方面取得了一定成效。

[关    键   词]  大数据技术;工程力学;在线教学

[中图分类号]  G712                 [文献标志码]  A              [文章编号]  2096-0603（2021）07-0190-02

高等教育是社会发展的基石，在大数据发展背景下，越来越多的智能化手段、信息化平台应用在教育教学中，以网络教学、线上教学为代表的云端课堂、空中课堂模式在各大高校逐渐盛行。远程教学在学生行为监督、课堂管理上是一个难点，将大数据分析手段应用到课程教学中，可有效解决这个“难题”，为提高线上教学质量发挥重要作用。

笔者所教授课程是工程力学，本文以笔者所教授的2019级学生的线上教学为例，讲述大数据分析在工程力学课程教学中的应用及取得的效果。

一、课程特点

工程力学涉及众多的力学学科分支与广泛的工程技术领域，是一门理论性较强、与工程技术联系极为密切的技术基础学科，工程力学的定理、定律和结论广泛应用于各行各业的工程技术中，是解决工程实际问题的重要基础。在高职教学中，工程力学的课程内容主要包括静力学和材料力学，静力学部分注重力学基本概念、基本原理及平面力系平衡计算的学习;材料力学部分重在材料的力学性能分析，研究在四种基本变形条件下材料的强度、刚度、稳定性问题。静力学部分与中学物理知识联系紧密，學生学习接受情况通常比较良好;材料力学部分计算强度较大，需要学生对课程内容的理解程度高，并且能运用于与生产实际结合的案例，解决具体问题，学生在学习这部分内容时通常表现得很吃力。

基于课程特点，在采用线上教学方式时，对教师的教学方法和学生的学习自觉性都是很大的考验，更需要时刻关注学生的学习状态，及时调整课程内容和课程进度。在工程力学课程教学中，笔者选用学习通平台作为课程教学平台。

二、课程创建

教师通过学习通校园网址进入平台完成注册，登录进入教师用户个人界面，进入课程编辑界面—我教的课—新建课程，填写课程名称、教师、课程说明，再根据编制的学期教学计划填入授课周数、周课时，平台就会自动生成课程单元;继续在课程门户中完善课程基本信息，这样就完成课程基本框架的搭建;在课程首页目录中逐一开始每个章节中每节课的课程内容编辑，完成课程创建后再生成课程二维码，发布到授课班级，学生可以扫码加入。

三、学生大数据收集与分析

大数据，指无法在一定时间范围内用常规软件工具进行捕捉、管理和处理的数据集合，它消除了传统的手工记录、人脑统计的弊端。通过大数据应用，可以在并不影响学生学习和教师教学过程的前提下，对课程信息进行收集，实时记录有用信息，既可以不对教学过程产生干扰，又可以提供准确、实时的有效数据。

学生大数据是指通过计算机技术和信息手段，对教学过程中学生的学习行为数据进行采集、分析，使教师的教学行为和学生的学习行为都可以进一步地完善。学生大数据具有真实有效、不可更改的特点。

笔者选用的学习通平台在数据统计和分析功能方面大致可分为班级统计、资源统计及课程报告三个板块。

班级统计板块是平台收集的主要数据，可作为记录学生参与课程学习过程的重要依据，涵盖了课程已发布任务点、章节学习次数、章节测试、课堂活动、作业统计、学生管理、课程积分等11项数据和汇总分析。

资源统计主要是课程资源的基础统计数据，包含各资源类型分布及占比情况、各资源类型变化趋势情况、视频总个数、音频总个数、文档、动画总个数、图片总个数等。

课程报告是平台统计的课程成绩分析报告、课程成绩综合情况统计及课程成绩综合情况对比，反映班级学生的分数分布区间、最高分、最低分、平均分、标准差、及格率、优良率等情况。在这个板块还有两个平行班级的成绩对比情况。

四、学生大数据分析在课程教学中的应用

（一）基于大数据分析提高教学精准度

提高教学精准度的关键在于通过大数据对教学过程的数据进行测量，并且有效保证数据的准确性，有效提升数据采集的效率。

在课程教学实施了一段时间后，教师可在上述学习通平台的班级板块，通过察看课程完成情况、章节学习记录等方式掌握学生的学习情况和学习效果，比如在4月时，75%以上的学生可以同步课堂教学进度，并且在4月13日至4月23日时间段课程访问量最多达到了501次，这说明学生的学习积极性高、学习情况良好，在下一步教学中可以按照学期授课计划继续实施。

此外，教师利用平台数据分析功能，开展在线调研，统计学生对课堂教学的反馈情况，精准定位教学重点和难点。教师将每个章节的知识点罗列出来，在每次课后开展章节知识点调研。学生根据自己对知识点的理解、掌握情况进行等级评分，这样学生通过自评找到学习中的不足。教师通过调研统计结果了解学生的整体情况，反思教学过程中的不足和问题，及时调整教学进度和教学内容。比如在第2.5节“物体的受力分析与受力图”知识点调研数据中反映80%的学生没有掌握这个知识点，说明后续教学中需要重复和强化这部分的内容。因此，笔者专门开设了“二力杆/二力构件的判定”专题讲解，在讨论区发起了关于此知识点的讨论，解答学生的疑惑，并且在作业区补充含有二力杆/二力构件的物体、物体系统受力图分析。如此可以将学生在学习中遇到的难点各个击破，有效提高教学精准度。

（二）基于大数据分析实现差异化教学

在高职阶段工程力学的传统课堂教学中，学生信息反馈相对滞后，教师对学生情况的了解有局限性，很难实现差异化教学。不同于此，在2019级的在线教学中，教师通过学习通平台调用每位学生各个时间段的行为数据，发掘学生的个体差异，针对不同水平的学生推送不同难度的学习内容，进行差异化教学。

教师在班级统计板块调用学生的学习报告情况，发现排名在前的学生普遍存在考核成绩优秀、课程完成情况良好、课堂活动参与度高等的特点。针对这部分“優生”，教师在作业区以按人推送的方式推送题型灵活、难度系数较大的题目，并且设置“允许多次作答取历史最高成绩”。此外，教师在资料区上传扩展阅读、新课课件等，给学生的课余学习提供充足的资源。这样的培养方式可以提高学生的自主学习能力、调动学生的学习积极性。

相反，课堂报告反映排名靠后的学生普遍存在学习参与度低、出勤率低、考核成绩差等特点，说明这部分学生自觉性差、积极性不高，基础差甚至还没有入门。针对这种情况，教师通过学习通平台的“教学警示”功能对这部分学生发布预警，端正其学习态度，同时加强线上沟通和定期考核，推送基础作业题、作业详解及教学视频，督促他们尽快赶上教学进度。

（三）基于大数据分析科学地设置考核机制

在传统的课堂教学中教师对学生的过程性考核通常缺乏全面性，部分学生平时学习不积极、作业抄袭，考前突击复习依然能获得较好的成绩，教师在教学过程中很难调动学生的积极性。在线教学中我们利用大数据分析可对学生学习的全过程进行记录和分析，作为学生综合成绩的重要依据，线上综合成绩纳入期末总成绩，这样的考核机制更客观、更公正、更合理。

笔者在2019—2020Ⅱ学期工程力学课程考核中实行的是“线上综合成绩40%+线下期末考试成绩60%”的考核机制。通过在学习通平台成绩管理板块，利用成绩统计、权重设置功能设置，将作业、课堂互动、签到、课程音视频、章节测试等分别设置一定占比，最后平台汇总得出综合成绩Ⅰ。同时为了突出平时学习参与的重要性，学生参与课堂活动每次可获得5个积分，每位学生的课程总积分乘以10%作为综合成绩Ⅱ，线上综合成绩=综合成绩Ⅰ+综合成绩Ⅱ。这样能够激发学生的学习积极性，打消学生临时抱佛脚的心态，提高学生的重视度。

综上，在工程力学课程教学中利用大数据分析手段，在提高教学精度、实现差异化教学等方面笔者找到了一些方法，取得了一定的成效，但在此过程中也发现了一些问题和不足，还需在未来不断的实践和探索中寻求解决的思路和对策。

参考文献：

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[3]戴妮娜.疫情背景下探析大数据分析在高职网络教学中的应用[J].数码世界，2020（5）.

[4]李伟.基于大数据支撑的生物学智慧课堂[J].中学生物学，2020，36（4）.

编辑 李 争