面向混合式教学的高职《工程力学》精品在线开放课程建设策略

2021-07-27何腾飞刘大慧

中国教育信息化·基础教育 2021年6期

何腾飞刘大慧

摘要：新型冠状病毒肺炎疫情期间，在线开放课程成为全国人民关注和讨论的热点话题。针对高职《工程力学》课程混合式教学中存在的问题，文章从学生、教师、教学软硬件、课程质量等方面进行分析，给出六个方面的建设策略，即学校顶层设计做好保障、课程负责人组建好团队、重构课程体系、优化学习资源设计与实现、完善评价机制、推进学分互认。

关键词：工程力学;在线开放;课程建设;混合式教学

中图分类号：G434 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2021）12-0060-06

一、引言

教育部于2020年2月4日印发《教育部应对新型冠状病毒感染肺炎疫情工作领导小组办公室关于在疫情防控期间做好普通高等学校在线教学组织与管理工作的指导意见》，明确要求各高校应依托各级各类在线课程平台、校内网络学习空间等，积极开展线上授课和线上学习等在线教学活动，保证疫情防控期间教学进度和教学质量，实现“停课不停教、停课不停学”[1]。由此可见，线上开放课程的建设及应用，对疫情期间教学目标的实现有着重要的作用。高职《工程力学》是很多工科专业的基础课程，建设其精品在线开放课程具有实际应用价值。

二、《工程力学》精品在线开放课程的内涵

1.《工程力学》课程的特色

《工程力学》是高职机械类、近机械工科专业的专业基础课程，具有很强的工程实践背景。生活中或大或小的工程结构都离不开力学。作为职业教育课程，职业能力培养是始终不变的宗旨[2]，该课程重点培养学生的工程意识和运用力学知识对工程实例进行力学模型构建、受力分析及结构优化的能力。《工程力学》涵盖了本科教育中《理论力学》和《材料力学》两门课程的大部分内容，具有课程内容多、概念抽象、理论性强、计算繁杂等特点，与《高等数学》《大学物理》等前导课程联系紧密，也是后续《机械设计基础》《机械制造基础》等课程的学习基础，在专业课程体系中具有不可替代的重要作用。

2.精品在线开放课程

精品在线开放课程具有完整的教学过程和课程的所有要素。目前有“校—省—国”三个层次的精品在线课程，其中省级和国家级的遴选有特定评审标准，目前主要采用先建设后认定的方式进行遴选和认定[3]。不同于传统课程，精品在线开放课程“以学生为中心”的特点尤为明显，将“以教为中心”转变为“以学为中心”[4]。“精品”是对课程质量的要求，“在线”是为“开放”和“共享”提供基础条件。因此“精品在线开放课程”可以理解为是一项立足线上、质量优、具有学习应用和推广价值的课程资源共享项目。

3.面向混合式教学的《工程力学》精品在线开放课程

职业教育的培养目标是以职业岗位能力的培养为出发点[2]。高职教育非常重视学生技能的培养，教学目标往往需要线下的实操实训来达成。在精品在线开放课程中：“线上”重点学习理论知识，如刚体、约束、约束力、强度、刚度、应力、应变等《工程力学》的基本概念;二力平衡、加减平衡力系、力的平行四边形、作用力与反作用力、胡克定律等力学公理。“线下”重点练习技能，如轴力图、扭矩图、剪力图、弯矩图的绘制，承载构件受力情况的分析、校核和机构优化设计等实践能力。

高职学生基础较差，学习主动性和自觉性弱[5]，混合式教学思想对《工程力学》的教学和课程资源建设有重要实践意义。一方面，对学生学习行为进行监督约束，保证教学活动的顺利进行;另一方面，通过混合式教学，可以及时发现课程的不足，指导课程优化，促进课程真正实现在线开放，服务社会。

三、当前《工程力学》混合式教学存在的问题

《工程力学》混合式教学存在的问题主要包括三个方面：学生和教师、教学软硬件、课程质量。

1.学生和教师

（1）学生

《工程力学》课程理论性强，对高等数学有一定的基础要求。很多学生物理和数学基础很差，从心里对《工程力学》有恐惧和排斥感，也就是说，一开始学生就不认为自己有能力学好[6]。在计算分析、逻辑推理上的薄弱，导致学生缺乏空间想象能力和抽象思维。例如，在教授“圆轴扭转”章节关于应力和强度的计算、变形与刚度的计算这两小节内容时，需要讲到剪切胡克定律，为了分析切应力在截面上的分布規律，在圆轴上取长为dx的微段，给出力学模型如图1所示。横截面m-m转过了一个角度d？渍，横截面上任一点的切应变？酌p与该点到轴线的距离p成正比，从而得到p=G酌p=Gp，由此可知，横截面上的任一点切应力p与该点到轴线的距离p成正比，其方向垂直于半径。

根据上面的剪切胡克定律，可推导后续的应力分布，演变出横截面对圆心的极惯性矩（分为实心轴截面和空心轴截面）、抗扭截面系数、扭转角等计算公式。但在实际教学中，教师一步步讲解下来，学生都听懂了，而让学生复述一遍却很难顺利完成。“课程抽象还有微积分，我们内心恐惧”“老师，您在课堂上讲，我都未必能听懂，我自己线上学习怎么可能学得会”……这是许多学生反馈给教师的心声。

考核方式上以过程性考核为主，学生重视度不高，认为只要不缺课，都能拿到学分。不求高分甚至60分万岁的心态在高职院校非常普遍，并逐渐形成不良风气[7]。

（2）教师

《工程力学》涵盖理论力学和材料力学中的大部分内容，但是学时有限，以湖南电气职业技术学院为例，面向机械系的机电一体化技术、机械设计制造及其自动化、数控技术、电梯工程技术、城市轨道交通机电技术等专业开课，学时均为40学时，每周安排4学时，安排10周，教学进度十分紧凑。另外，该课程授课班级多，需要几个教师共同承担教学任务。其中既有年轻的教师，也有年纪大的教师;既有校内的专任教师，也有来自校外的企业兼职教师。每位教师对混合式教学的认识程度都不一样，使用现代信息化手段进行授课的质量自然也不一样。部分教师还保留着陈旧的思想观念，对新事物的接受程度有待提高。他们认为《工程力学》的教学，只需要一支粉笔、一本教材或者PPT就足够，在授课过程中，缺乏对学生心理层面的教育和关怀。学生的学习自信心不足，与教师有着密不可分的关系。

《工程力学》中有大量的力学模型需要用虚拟动画、模拟实验来完成，通常需要教学团队甚至借助企业力量来共同打造。部分教师心态上过于功利性，重科研、轻教学，重申报、轻建设[8][9]。在混合式教学的课程资源建设上，单打独斗现象很常见，缺少做实事的教学团队，所有资源都是课程负责人一个人完成，工作量大，建设的课程资源表达形式单一，不能满足不同学习风格的学生[10]。

2.教学软硬件

混合式教学还需要企业技术人员、学校行政部门的参与。很多教师在建设课程时，平台变更频繁，造成课程资源分散[9][11]以及需要下载多个应用App进行学习的问题。另外，原有旧平台的资源无法完成向新平台的迁移，并且由于学校不再与旧平台合作，当教师遇到问题时，无法及时得到技术人员的解答，混合式教学开展受到阻碍。

学生在教室使用手机移动应用App进行混合式学习时，还受网络速度的影响。由于教学楼中使用网络的人数较多，导致网络卡顿时有发生，削弱了师生实施混合式教与学的积极性。

高职院校力学实验条件也相对缺乏，很多院校没有力学实验室[12]。《工程力学》课程被单纯地作为理论通识课来讲授，学生缺少实验机会，造成线下重实践、重技能环节的缺失。

3.课程质量

（1）线上线下内容重复，加重“刷课”现象

随着混合式教学越来越普遍，线上建设课程也成了教师必备的技能。越来越多教师使用自己建设的线上课程资源进行混合式教学。为了让学生都参与进来，教师也想了很多办法，用得最多的是在课程成绩上赋予一定比例分数。然而，在实践过程中，根据学生反馈可知，很多学生并没有真正参与进来，而是为了完成布置的任务进行“刷课”。究其原因，主要在于很多教师的线上课程资源和线下教学内容绝大部分一样甚至完全相同，只是单纯地将线下教学内容原封不动地搬到了线上，线上学习让学生感觉是在浪费时间。由于教师的强制要求，导致学生必须在线进行所谓的“学习”，造成“刷课”现象严重。混合式教学变成了“形式”，没有发挥其优势，反而使学生的学习负担加重。

（2）内容陈旧

混合式教学改革的根本是课程建设。《工程力学》的工程实践背景极强，工程案例是最好的教学素材，但在实际课程建设上，教师并没有将课程的理论与实际工程案例相结合，还是沿用教材内容，把公理和例题进行堆叠，没有延伸生活实际，让课程失去活力。

四、《工程力学》精品在线开放课程的建设策略

1.顶层设计做好保障

（1）技术保障

学校需要做好网络教学平台的选择，并由行政职能部门负责与企业方的沟通交流。要与企业沟通在线开放课程建设的标准、需要其提供的技术支持等，要求企业协助教师处理建课及应用过程中遇到的问题。

（2）经费保障

建设一门精品在线开放课程，除了教学内容的设计、写脚本外，后期还需要拍摄、录制、剪辑、发布、更新等，工作量非常大，正常支出也很多[9]。学校可以出台专项建设经费，为教师建设优质在线课程提供资金保障。

（3）激励保障

在应用在线开放课程进行混合式教学时，教师需要在线下课堂授课，课余时间还要线上发布学习任务、回答学生问题、检查学生任务完成情况，因此教师需要付出比平时教学更多的精力[13]。实施混合式教学教师的工作量可以按平时的1.5～2倍计算，其建设课程的质量，可以按校级、省级、国家级进行奖励。另外，在年终考核评优上优先考虑实施混合式教学的教师，在职称评定上予以加分[14]，提高教师建课用课的积极性。

（4）设施保障

有条件的院校应配备能够满足实验教学需求的力学实验室，并且在网络设施上进行升级，同时实现教学环境的WiFi全覆盖，满足教学的要求。混合式教学中打破传统教学的时空限制，很多学生反映流量不够用，每月需支付更多的费用来完成线上学习，造成了经济负担。针对这个问题，学校可以和通信公司开展合作，为学生提供学习App内的定向流量，可免费使用。

2.课程负责人组建好团队

精品在线开放课程的建设不是项目负责人就能做好的工作，离不开教学团队的共同付出。组建教学团队、进行成员管理、进行课程规划、推进课程建设、落实应用、反馈效果及后期课程完善等这一系列工作都围绕着一个核心人物，那就是课程负责人。

（1）课程负责人自身素质高

课程负责人自身学识要扎实，从事多年《工程力学》一线教学工作，并有一颗求学的心，对教学新理念新技术乐于钻研，最好参加过日常教学方面的竞赛（如省级、国家级教学能力比赛），还要具有工程实践背景，正如“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”。《工程力学》课程实践背景强，课程负责人也是主要的出镜讲解人，要有切身的实践经验，工程案例才能“信手拈来”，课程才会更有真实性和鲜活度。课程负责人普通话水平需达到二级乙等、语言表达能力良好、“精气神”佳，给屏幕前的学习者带来良好的感官体验。课程负责人还要具有较好的人格魅力，能成为团队的主心骨，成员乐于合作，课程建设才能优质、有序地进行。

（2）教学成员构成合理

在资源的来源上，由校内专任教师和校外企业兼职教师组成团队。校内教师重点制作偏向理论知识的课件、教案等素材;兼职教师发挥企业资源优势，重點收集关于力学工程的案例素材。校内外教师联手商讨制定课程标准、人才培养方案等纲要文件。

在职能岗位上，要有一线教师（5人左右），还要有学校教务行政实际管理者（1人）、企业技术人员（1～2人）。一线教师负责打造课程资源;教务行政管理者负责对接学校和企业平台事务，并且协助做好课程的推广应用;企业技术人员负责处理建课用课过程中的问题。其中一线教师是团队的主要成员，教务行政管理者和企业技术人员是团队的其他辅助人员。

在年龄阶段上，注重“老—中—青”合理搭配。青年教师的信息化手段比中、老年教师要熟练，可作为团队的信息化技术支持人员;老年教师对知识理解的深入程度及对课堂教学的掌控能力更有优势，可作为团队的课程顾问;中年教师则是中流砥柱，要选择有职称上升需求的骨干教师作为团队的力量担当。

3.重构课程体系

将传统课程章节模块化，以华中科技大学出版的《工程力学》为例。该课程分为10章：第1章“静力学基础”、第2章“平面力系”、第3章“空间力系”、第4章“轴向拉伸与压缩”、第5章“剪切与挤压”、第6章“圆轴扭转”、第7章“梁的弯曲”、第8章“组合变形”、第9章“压杆稳定”、第10章“动载荷与交变应力”。[15]

对该课程进行重构，突出应用，简化复杂的推导，删除对高职学生难度太大的章节，如第3章“空间力系”、第10章“动载荷和交变应力”，将这两章内容放在拓展延伸部分。教学内容共分为六个模块：模块一“静力学”，包括第1、2章，学习力学基本概念、公理及相关推论。要求学生能判断典型力学模型的约束类型及绘制受力图。模块二“内力”，学习轴向拉伸压缩的内力、圆轴扭转的内力、剪切挤压的内力、梁弯曲的内力。要求学生能计算相应的内力并绘制内力图——轴力图、扭矩图、剪力图、弯矩图。模块三“应力”，学习胡克定律、拉伸压缩的拉和压应力、剪切挤压的切应力和挤压应力、圆轴扭转的切应力、弯曲的弯曲应力。要求学生能计算典型力学模型的受力面积，并能分析计算出相应状态下的应力。模块四“强度设计”，学习金属材料受到轴向拉伸压缩力时的力学性能、失效形式、杆件基本变形和组合变形时的强度设计、提高杆件强度的措施。要求学生能根据内力图、应力状态设计出受力构件的面积、直径等参数，能计算承载构件的受力情况，校核是否满足工程要求。模块五“刚度设计”，学习杆件的拉压变形、圆轴的扭转变形、梁弯曲变形的刚度设计。要求学生能进行杆件基本变形时的刚度计算，校核是否符合工程要求。模块六“稳定性”[16]，学习压杆稳定、临界载荷。要求学生掌握提高压杆稳定性的措施，校核压杆的稳定性。

在六个教学模块中，模块一为静力学部分，模块二、三研究杆件基本变形形式的受力状态，模块四、五、六是研究杆件强度、刚度和稳定性三个重要指标是否符合工程的安全性要求。通过课程重构，使原本独立的章节环环相扣，由易到难，由理论到应用，符合学生的认知规律。

4.注重学习资源设计与实现

（1）重视“课程思政”，挖掘思政元素，落实立德树人

《工程力学》作为专业基础课，在多数工科专业中开课，“立德树人”的根本任务理当首抓。专业课程“课程思政”与思政课程并不重复，应该是同向同行。要将《工程力学》中的思政元素有机地融入实际教学，如在讲“约束”“约束力”概念时，将其比拟成纪律或法律。物体会受到约束，同样我们的行为也要受到法律约束，没有绝对的自由，火车受到“约束”才能在预定轨道驰骋，同样人受到“约束”才能使社会朝着良性方向发展。再比如讲到“应力”时，联系生活中的“装配应力”[17]。微观层面，如同班级同学之间的配合关系，配合好则可齐心协力，配合不好则自身内部产生矛盾“应力过大”导致集体破坏。宏观层面，如同我国人民之间的关系，联想到新型冠状病毒肺炎，从“小家”到地方到市到省到整个中国甚至海外华人齐心协力共同抗击病毒，医护人员冲到“一线”，各界爱心人士捐款捐物，为国泰民安一起加油，每一个中国人无不感受到民族团结的力量。同时，还可以从工匠精神、职业素养、企业文化等方面来挖掘思政元素，做好《工程力学》课程思政育人工作。

（2）生活中的力学现象引入课程建设，激发学生的好奇心

每个教学模块分为三个主要教学环节，即“力学现象导入—力学知识及案例剖析—技能演练及巩固”。

在模块一“静力学”的课程建设和教学中，首先导入力学现象。

示例一：天气晴朗的时候，人们会将家里的被子拿出来晒一晒，如图2所示。从绳子不容易被拉断的角度分析[15]，晒被子的绳子是拉的越直越好呢？还是松一点好？同学们学完本模块的内容就可以解决这个问题。

示例二：在用锤子砸钉子时，当锤子正对钉子中心砸下去，钉子能笔直插入材料中，但砸钉子的边角，钉子却会变弯，如图3所示，这蕴含什么样的力学知识呢？

另外，在讲模块二“内力”中的“剪切挤压的内力”时，可以这样导入：使用新剪刀很容易剪开纸片，但剪刀用久了，两片剪刀之间的间隙变大，剪纸经常出现剪不断的现象，纸张会卡在两个刃口之间形成一条折痕，这是什么原因呢？

通过将生活中的力学现象引入课程建设，发布在网络教学平台，激起学生的好奇心、求知欲。从生活现象到理论知识和工程案例的学习也更容易让学生接受，这样，混合式教学的课前活动才会变得更有价值。

（3）资源形式多媒化

在线开放课程是“互联网+教育”的一种典型应用，需要基于互联网思维[10]，在教学知识点呈现方式上综合运用文档、图片、动画、音频、视频等多媒体元素。每个视频讲解一个完整的知识点，复杂知识点可以分为几个微视频来呈现，并配以字幕。由于成年人在某个事物上集中注意力的平均时间为10～20分钟[18]，因此，每个视频的时间控制在10分钟以内，让用户参与并获得良好体验。

（4）加强课程的交互性

利用课程线上学习平台的优势，设置讨论区，学生有疑问可在讨论区发帖，学生和教师均可对帖子进行回复，培养学生主动探究的自主性。在进行知识点和模块检测时，以选择题、填空题、判断题等客观题型为主。利用网络教学平台系统自动评阅功能既可减轻教师负担，又能及时反馈学生学习成效。在正常开课的教学周期，必要时可以适当加入几个学生助教，协助教师完成線上问题收集及答疑，让教学活动的交互性变得及时、便捷。

5.完善评价机制

根据教学大纲要求，考核项目包括过程性考核和终结性考核，均在线上完成，其中“过程性考核70%+终结性考核30%”，具体如表1所示。教师将可视化评价指标在课程首页公告栏进行公布，学生在进行课程学习时，能及时查看学习进度和成绩情况，如图4所示。

6.推进学分互认

借助网络教学平台实现院校之间的“共享共建”，组建《工程力学》课程联盟，减少重复性劳动。在实现途径上可采用三种形式进行推广，以推进学分互认。①平行式。在线课程作为传统课程教学的在线参考书，不影响已有的传统教学。②替代式。学生学习在线课程，取得证书或学分可替代学校内的学分。③混合式。在传统教学中嵌入或引用在线课程作为课程组成部分。

五、结语

精品在线开放课程有着“开放”“共享”“社会性”的标签，这也决定了在课程建设和推广应用的全周期，需要多方协同推进。各线上网络教学平台需加快技术融通，各院校推进学分互认，遵循“校内→同行院校→社会”逐步开放、持续更新的理念，才能将《工程力学》在线开放课程逐步建设成为精品在线开放课程。

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