基于对分课堂的工程力学课程线上教学设计

金阿芳 热依汗古丽·木沙

摘  要：工程力学是高等院校工科类学生的专业基础课程，旨在培养学生的力学素质，加强学生的工程概念，为以后的专业课学习打好理论基础，在工科学生整个本科阶段的教学过程中担负着承前启后的任务。2020年以来全世界新冠肺炎疫情暴发，很多高校因无法进行课堂教学而采用了线上教学模式，突然转变的教学模式正如突如其来的疫情让人措手不及，随之也带来线上教学过程中出现的很多棘手问题。文章针对目前工程力学的教学现状，结合多年的基础力学教学经验，对工程力学以对分课堂为基础的线上讲授过程中的几个突出问题进行了探讨，提出了线上教学设计路线，经调查研究表明，教学效果明顯改善。

关键词：工程力学;对分课堂;线上教学;教学设计

中图分类号：G640 文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2022）01-0100-04

Abstract： The course "Engineering Mechanics" is a professional basic course for engineering students in colleges and universities. Its aims to cultivate students' mechanical quality， strengthen students' engineering concept， lay a theoretical foundation for future professional courses learning and undertakes the task of connecting the past and the future in the whole undergraduate teaching process of engineering students. The novel coronavirus pneumonia outbreak in the world in 2020 led to in many colleges and universities because of the inability to teach classroom teaching. The sudden change of teaching mode is just like a sudden outbreak of the disease be taken by surprise， and it also brings many spiny questions to the online teaching process. In view of the current teaching situation of engineering mechanics， combined with many years of teaching experience of basic mechanics， this paper discusses several outstanding problems in the online teaching process of engineering mechanics based on PAD class， and puts forward the design route of online teaching. The investigation shows that the teaching effect is obviously improved.

Keywords： Engineering Mechanics; PAD class; online teaching; instructional design

工程力学课程涉及众多的力学学科分支和广泛的工程技术领域[1]，要求学生在学习完本课程后具备一定的解决工程力学问题的能力。本文作者长期从事工程力学的课程教学。近年来，对分课堂教学模式逐渐兴起，将对分课堂教学模式应用在工程力学课程中是一个全新的尝试。

教育部办公厅针对新冠肺炎疫情明确提出了停课不停学的实施要求。部分高校的课程改为线上教学，这对对分课堂的运用将是一个新的挑战。因此，作者在总结以往以对分课堂为基础的课堂讲授中出现的问题，再结合授课方式由线下转入线上后的一些教学经验提出一种创新的教学设计方案，经过两个学期的实践得到了较好的教学效果。

一、对分课堂在力学课程中的应用现状

对分课堂是由复旦大学张学新教授在2014年提出的一种课堂教学新模式[2]。这种教学模式的核心在于将课堂时间分为两半，一半时间交给教师讲授内容，另一半留给学生作为讨论时间[3]。因现阶段高等学校实行教学改革，基础力学课程的学时数在不断削减，使学生觉得学习任务过于繁重，学习压力大;其次，力学课理论性和系统性较强，难度较大，容易使学生产生枯燥、厌烦的心理。那么，对分课堂在小组讨论环节的趣味性和活跃度正是来解决这些问题的。据统计，对分课堂教学模式已在国内外学校的一千多门课程中得到应用，教学效果显著。但在工程力学课程中不能照搬传统的“1：1式”的对分课堂。

对分课堂在工程力学课程中的应用目标是提高学生的自主学习能力。不论教学模式如何改变，教师的讲授环节始终是课堂教学中最重要的核心环节。传统对分课堂的讲授环节占据教学时间的一半，但在理论深度和难度都较大的力学课中教师的重难点讲授非常重要。因此，工程力学的对分课堂教学模式不能按1：1的关系来分配教师讲授环节和小组讨论环节，讨论环节以课程内容的难度和复杂度分别占到教学时间的20%-40%。对分课堂讲授的核心目标是引发学生对课程内容的兴趣，提升学习主动性。重在阐述知识点的意义，呈现知识与实践结合的价值，让学生知道学习知识点以后能够解决的工程问题，阐述知识模块对学生成长成才和自我实现等方面的作用，以此来激发学习兴趣。

在传统教学模式中，整堂课45分钟都是由教师讲授，留给学生独立学习和探索的内容较少。对分课堂教学模式是一种以学生为中心的教学模式[4]，教师讲授的是对课程知识的高度浓缩，讲授重在引导，告诉学生学什么、为何学和如何学，讲解各个学习内容的逻辑结构。比如，在讲到材料力学中强度计算知识点时，以最基本最简单的轴向拉压为例，可引出几种基本变形形式中做强度计算的共同求解思路。如图1所示。

对分课堂另一个核心内容是课内探讨环节，以小组讨论的形式达到对课堂习题的理解、消化和举一反三的教学效果。在分组之前，教师要充分做好学情分析，掌握本班学生的学习能力，使每个小组里既有学霸，又有学习比较吃力的学生，最好还要有一至两名性格较活泼的同学可以调动每一位同学充分参与到讨论活动中，如图2所示。同学们在讨论过程中可以互相学习技巧和解題策略，融会贯通，不断反思和总结，提升个人学习能力。在探讨环节中可以加入一些小组竞赛活动，让每一个学生都有参与感和为集体付出的价值感、成就感。

二、线上教学中对分课堂的教学设计

美国缅因州的国家训练实验室提出过一种现代学习方式的理论：学习金字塔，如图3所示[5]。图中右侧的学习内容平均留存率是指学习者采用不同的学习方式后在两周以后所能记住内容的多少。可见，三种主动学习方式所对应的留存率稳稳地占据了金字塔底部，学习效率较高。

基于对分课堂的工程力学课程教学设计从理论上遵循了学习金字塔规律。新冠肺炎疫情的出现改变了大学生原有的在校生活和学习方式。疫情后各高校作为教学主体的教师应充分认识到线上教学的重要性，教学模式可以改变，教学效果不能下降。跟线上教学相适应，工程力学的教学设计也要做相应的调整和改变，主要从以下几个方面着手：

（1）选择教学平台：目前，可供选择的线上教学平台越来越多样化，如：腾讯课堂、钉钉群直播、智慧树等。其中，清华大学开发的“雨课堂”平台在功能上更加适合对分课堂。雨课堂平台中附有分组功能，可以选择随机分组或者教师人为分组，见图2。随机分组增加了趣味性，引起学生的好奇心理;而人为分组的好处是教师可以使每个组学生的平均学习效能处于相当的水平，并且可以促使学习能力强的同学带动同一组里相对弱一些的同学。小组讨论时同学的思路有时候会比教师更加吸引同学，能增强学生对学习内容的理解，也能提高教学效率。

（2）主动学习是主旋律：“讨论”“实践”和“教授给他人”都是主动学习的主要形式，见图3。小组讨论环节可以包含主动学习的全部形式。教师在小组讨论之前可以对组里表达力较好的同学开个“小灶”，让他们学会使用模具或者利用身边的一些物品进行演示说明。比如，学生手中的笔就是个很好的道具，它可以在讲授扭转变形时用来比作轴，笔上承受围绕轴线转动的外加扭转力偶矩作用，想象在这种受力特点下笔会发生什么样的变形;讲到弯曲变形时学生手中的笔可以用来比作梁，笔上承受与轴线呈垂直关系的载荷，由此讲到梁弯曲的变形特点，进一步得到扭转时外力偶矩和弯曲时集中力偶的不同[6]。

小组讨论后每个小组指派学生进行主动学习的第一种形式：演示。同学们之间相互“找茬”，让每一位学生参与讨论，归纳总结知识点的重难点、易错点，培养学生的力学思维。对分课堂的精华主要体现在小组讨论环节，小组成员在讨论的过程中无形地实现了相互学习、实践和讲授给他人等主动学习行为，更有效地调动学生学习的主观能动性，进而提升整个教学效果。小组讨论环节还可以加入一些小组竞赛等趣味性活动，教师对比赛成绩可借助“雨课堂”平台给予红包、积分等形式的奖励或加大作业量的惩罚。

要让学生把平时听来的知识变成自己真正理解和接受的知识，不经过反复的练习实践是无法实现的。此外，从心理学的角度出发，本班同学讲题更会引起同学们的学习兴趣，激发学生的主动性和参与欲望，学习效果明显优于教师单一授课情况。

（3）准备教学资源：在每节课预习阶段教师可以利用“雨课堂”平台给学生们发布学习任务，让学生充分利用教师给出的预习视频和网络资源掌握下节课的基础知识。教师的讲授重在对学生起到引导的作用，可将知识模块的逻辑关系以路线图的形式呈现出来。鼓励学生在上课时利用板书或者教学平台的视频、音频功能展示自己所掌握的内容，相互交换优质资源，分享学习收获。讲重要知识点时，幻灯片的展示效果远远不如白板教学，讲例题时教师要更多地利用板书给出详细完整的运算步骤。在板书的过程中让学生充分参与到解题的整个过程，提出解题思路，对计算结果进行讨论分析，作总结。

（4）温故而知新：从图4可见，课中前五分钟回顾上一课所讲的重点内容，使学生通过复习对所学过的知识加深印象。再者，对前面所讲内容的回顾也是为学习新知识点打下基础。在多次“温故而知新”的学习过程中学生对力学知识的掌握就会越来越轻松。

（5）多元化考评：传统教学模式中学生的总成绩通常来自平时成绩和期末卷面成绩两部分[7]。在对分课堂教学模式中，更注重过程化教学，平时成绩不是单纯由考勤和课后作业构成，而是贯彻于整个教学活动的各个环节中。以小组讨论中的表现和收获作为评测的主要依据。小组成员中优异学习能力者，互动性、沟通能力强者均要给予肯定。

三、教学设计与反馈

为了检验对分课堂教学模式的教学效果，选取本学期两个大班（共5个小班）的学生作为实验对象进行无记名问卷调查。通过分析学生反馈的调查问卷结果，结合近两年的对分课堂实践研究可知，基于对分课堂的教学效果明显优于传统教学模式，见表1。同学们对对分课堂的小组讨论环节的认可度较高，绝大多数同学对线上教学设计的学习效果给予了肯定的态度，绝大多数的同学能将自学、讲授和讨论环节有机地结合起来，符合对分课堂线上教学的目的。

此外，与学生建立良好的师生关系对学生接受新知识是非常有利的。教师对自己要严格要求，言传身教，认真备好每一堂课，有良好的纪律观念;教师对学生应严格要求，公平公正，使他们成为新时代合格的大学生。

四、结束语

传统教学模式下，教师是知识的呈现者、传递者，没有把重点放在引导学生对学习过程的反思和吸收[8-9]。基于对分课堂的线上力学课程不仅提升了学生综合运用数学工具、物理概念、定量研究和解决实际问题的能力，也挖掘了学生学习的内在驱动力，培养了大学生的创新思维。作者希望与教育界力学同行共同切磋，共同进步，为力学学科的全面发展贡献绵薄之力，达到工科基础力学学科教学的更高水平。

参考文献：

[1]范钦珊，唐静静.工程力学[M].北京：高等教育出版社，2007.

[2]张学新.对分课堂：中国教育的新智慧[M].北京：科学出版社，2016.

[3]马陆艳，张学新.对分课堂教学模式中“讲授”的特点[J].黑龙江教育（理论与实践），2020（10）：75-76.

[4]冯卫国，武敬亮，王国辉.对分课堂教学模式在不同生物技术专业课程中的应用探索[J].高教学刊，2020（31）：90-92.

[5]颜素莉，陈贤卿，汪劲.基于“学习金字塔”理论开展自学课堂的教学实践与探索[J].计算机时代，2018（12）：80-83.

[6]金阿芳，胡国玉.工科基础力学课堂讲授的几点思考[J].科技创新导报，2017（18）：247-248.

[7]卢春红，王杰华.“互联网+”对分共享平台下的大课堂教学改革探索[J].教育教学论坛，2020（40）：154-156.

[8]刘徽，腾梅芳，张朋.什么是混合式教学设计的难点——基于Rasch模型的线上线下混合式教学设计方案分析[J].中国高教研究，2020（10）：82-87.

[9]祁鑫，宋远英，陈强.线上混合式教学新模式及策略研究[J].高教学刊，2020（32）：101-104.