信息化条件下工程力学课程教学模式探析

屈彩虹 王朋朋 张智

摘  要：在信息化条件下，通过对线上线下混合式教学以及计算机仿真技术应用于课堂的实践，探索出多元教学手段的一些有益做法。在线上直播授课时采用网格化划分学员便于管理，自主学习时采用课后测试检查学习效果;采用“问题式”教学模式的小组讨论，学生自主解决问题的能力得以提升，学习成就感得以实现;线下教学在传授专业基础知识的同时将德育融入课堂，使学生德技同向同行，提高学生知识水平的同时更加增强学生的爱国情怀，实现育人为本的教育目标。通过多元化教学模式的实践，探索出理论性较强的专业基础课程的教学新模式，对该类课程今后的授课模式具有一定的参考意义。

关键词：信息化;混合式教学;工程力学;仿真技术;教学模式

中图分类号：G642       文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2022）14-0098-04

Abstract： Modern education reform is imperative under the condition of information technology. Some diversified teaching methods were explored by online and offline hybrid teaching and application of computer simulation technology in classroom teaching. When we live online teaching， the students were carved up the nets in order to easy to manage. After class tests were used when the students uses autonomous learning. PBL teaching mode was used when the students were group discussion. The ability of students to solve problems independently was improved. The students' sense of achievement can be realized. Offline teaching not only imparts basic professional knowledge， but also integrates moral education into the classroom so that students can go along with morality and technology. Patriotism was integrated into course when the students studied professional knowledge on offline learning. Improving students' knowledge level the patriotism is enhanced. The new teaching mode was explored through diversified teaching mode using theoretical courses. It provides a reference for the teaching mode of the course.

Keywords： information; hybrid teaching; engineering mechanics; simulation technology; teaching mode

工程力学课程是很多理工科院校开设的专业背景课程，起着打开学生通往专业课程的桥梁作用。随着信息化时代的到来，传统教学模式已不能满足目前教学的需要，很多院校也进行了多种教学模式和教学方法的改革尝试，专业基础课程的各种教学改革措施不断推出，提出了工程背景、数理基础和力学原理的三段式教学方法，提高学生的积极性和主动性，提高学习质量和教学效果，提出了及时教学与课前预习相结合、计算机支持下的协作学习与课后讨论相促进的教学理念和方法，还提出以一种能力培养为导向的研授式教学方法——“费曼四步学习法”即强化主题、复述概念、缺口回顾和组织简化。如何利用信息化教学资源对传统教学模式进行改革是目前各院校比较关注的问题，在对学生进行专业知识传授的同时，人文内容也被纳入课堂，如何利用课堂将我国传统文化内容润物细无声地做到厚德精技，也是各课程比较关注的问题。习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上指出，“……要用好课堂教学这个主渠道……各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应。”由于疫情影响，我校工程力学课程积极响应党委提出的“积极开展线上线下混合式教学改革”的号召，对工程力学课程线上线下混合式教学进行了实践与探索。

一、线上教学的实施

学生的学习是教与学双向传递信息的过程，提升信息的发送途徑和能力，尝试信息化教学都是教学过程有效进行的重要保证。线上教学平台比较多，教学资源比较丰富，如何从繁多复杂的信息中寻找自己有效的信息，如何引导学生更加积极有效的学习，养成良好的自我学习和信息获取能力，为培养其终身学习能力打好基础。能力培养是培养人才的质量体现，提升学生的终身学习能力，也是进行线上教学的教学目的之一，我们对四个班次共140人次进行了教学改革实践，进行了以下有益的探索与实践。

（一） 线上同步直播课堂

工程力学课程包含了理论力学和材料力学两门课程的主要内容，内容较多，作为专业基础课程与人文社科类课程相比较，理论性较强，很多概念晦涩难懂，有繁杂的公式推导。单纯地利用网上慕课资源让学员自主学习，很多学生会不由自主地感到枯燥无味，慢慢有了畏难情绪。在这种情况下，学习效果欠佳，所以课程的重点内容、主要难点内容采用了线上直播的形式，这样学生在学习内容上与线下课堂上课基本一致，且线上上课的优点是每位学生得到的学习资源是一样的，而线下会因为座次不同对学习效果略有影响。网上授课的缺点是不好把控学生的到课率，经过实践证明，采用网格化划分效果较好，即将一个大班分成了若干小组，五人一组（根据情况可以稍微调整），每组任命一人为组长，上课前由组长进行清点各小组人数，由组长汇报给课代表或直接汇报给任课老师，这样老师在上课前就可以很快地掌握学生的到课情况，大大提高了效率;上课期间为实时掌握学生的听课情况，在线上授课时进行了直接连线回答问题，或者提问学生发信息或弹幕回答问题。这样可以确保学生能够在线听课避免只是打开网页而人不在听课的情况，也可以消除听课的孤独心理，通过回答问题，让学生感受到集体的温暖，感受大家共同奋战的学习激情。

通过一段时间的学习，对学生进行了课程线上学习效果满意度网上问卷调查，满意度为99%，学生普遍反应比有些课程只是学习网上慕课资源更有收获，也学到了更多知识。总之线上直播的形式对于理论性较强的课程更适合，学生学习起来收获更多也更容易坚持下去。

（二） 主动获取式的自主学习

线上教学的目的之一还有提升学生的自主学习和信息获取能力，在现代信息化全面覆盖的今天，学生获取知识的渠道很多，但是很多学生对于学习是迷茫的，被动的。为了改变学生的学习状态，把“要我学”转变为“我要学”，提升学生学习的积极性与主动性，将灌输性学习方式变为主动获取性学习方式。影响学生学习效果的主要因素更大程度上取決于信息的获取、消化和运用，知识的掌握和能力的培养归根结底还是内因大于外因，如果教学不能回归到学生学习能力的培养上，最终的效果还是会不尽人意，所以提升学生的自主学习能力，势在必行。经过几批次的教学实践，自主学习的方式取得一定效果。将部分相对简单容易的内容发放给学生，让其利用网上资源进行自主学习，老师同时也会提供给学生学习资料，以防学生淹没在大量繁多的资料中，会给学生一些资源获取的渠道或方向，确保学生有足够的学习资源。学生通过自己查阅网上资料，自主学习相关内容，然后进行消化吸收，由于下发的内容都是经过筛选的，其内容难度是可以通过自主学习进行掌握的，学生反映内容基本可以掌握，有些个别内容多看两遍也可以理解掌握，当然自主学习所花费的时间要比课堂讲授多，但掌握后知识掌握度比课堂学习要好。为了确保学生在课下完成自主学习内容，老师要通过课后测试和提问的方式对其所学知识进行检测，督促学习有惰性的学生按时按量完成自主学习内容，避免对后续学习内容造成影响。

（三） “问题式”教学模式的实施

为培养学生的团队合作精神，我们采用以小组为单位，对综合复杂问题进行团队研究，我们下达的任务相对比较综合，难度较大，以个人的力量较难完成，需要团队协作，集思广益，也就是我们所说的“问题式（PBL）”教学模式，该方法的好处就是目的明确，问题清晰，小组可以分工协作，也可以通过线上会议小组成员一起分析，提出解决方案，然后再进行分工。以问题为牵引的小组线上讨论，培养学生团结协作精神的同时，使个人能力得到一定程度提升，更进一步理解“团结就是力量”“集中力量办大事”的含义，这种教学模式的实施需要教师对问题进行很好的设计，难度要控制好，该教学模式的中心是学生，学生通过对问题进行背景调查、文献检索、查阅资料、信息整合、制作课件直至上台讲解，让学生体验和领会探究问题的整个思路和过程，遵循“问题牵引”，引领学生学习认知问题、解决问题的科学思路，让学生充分体验参与感、获得感以及成就感，然后使学习过程由盲目的、被动的慢慢变为主动的、期待的。很多学生反映，通过查阅资料，对问题有了更深刻的认知，结课后很多学生反映对自己讲授的部分还记忆深刻。通过问卷调查，有75%的学生反映该方法学习的效果较好，20%的学生认为花费的时间太多，5%的学生反映做起来感觉比较困难。该方法最后通过“自评互评师评”的方式给出学生本部分的成绩，最终成绩基本能够反映学生的真实情况。大多数学生反映较好，感觉自己的学习能力、逻辑思维能力及语言表达能力等方面都得到了提升。通过该方法锻炼了学生的团队合作能力，使其自主学习和自主解决问题的能力都得到了锻炼和提升。通过该教学方法，学生真正体验到了所谓的“台上十分钟台下十年功”的含义，也真正理解了教师的不易，在后续的课堂学习中更加努力认真，因为他们知道，课堂上老师所讲的内容都是经过精心准备的，一如他们在台上讲解时一样。这是多数同学反馈的后期学习心理路程，也是超出预期之外的额外收获。该教学方法很好地破除了学生问题分析能力、语言表达能力较差的问题。使其学习充满了成就感获得感，学习主动性得到很大提升。

（四） 线上答疑

目前有部分学生自我学习能力和自我约束能力还很欠缺，问题抓不住重点，矛盾分不清主次，经过一段时间的线上学习，无论是直播还是自主学习或者线上讨论，都不可避免地会产生一些问题，这时候答疑就变得很有必要，要及时将学习过程中出现的障碍清理掉，通过线上答疑，及时了解线上教学的学习效果，对教学平台的满意度，学生也可以提出自己的建议意见，减少学习盲区，加强老师与学生之间的交流与沟通，老师给学生提供自主学习方法，最终培养学生终身学习的能力，这也是教育的目标之一。通过线上答疑，也可以促进老师与学生感情交流，老师及时掌握学生的学习状态，及时调整教学方案。

二、线下课堂改革演练

对于理论性较强，比较难理解的内容，执行线下教学。线下教学可以使老师和学生进行直接的交流，肢体语言能够协助教学内容的讲解，使学生学习起来更直观，老师与学生的互动更方便更频繁，老师可以实时解决学生在学习过程出现的问题和疑点，对于理论性较强的课程，线下教学是必不可少的。专业基础知识是基础，思政教育是灵魂，课程育人是目的，作为高校教师，不仅要讲授专业知识，还要关爱引导学生。在学好专业知识的同时，要用好课堂教学这个主渠道，各类课程都要与思想政治理论课同行，形成协同效应。例如工程力学、机械设计等专业基础课程，在上好专业基础知识的同时，也将文化自信、民族自信、制度自信融入课堂。例如在讲解力学轴向拉伸时，可以以我国天眼FAST为例，通过视频让学生了解我国天眼的基本情况，然后将6根拉着馈源舱的绳索作为拉伸变形的工程实例，对于拉伸变形的基本理论进行讲解。在讲解弯曲变形时，以我国目前比较先进的大桥，如世界上最长的跨海大桥青岛海湾大桥、世界级工程港珠澳大桥、最长斜拉索桥苏通大桥、世界上最高的桥北盘江大桥等等为例，通过观看视频，展现我国桥梁方面取得的傲人成绩。以这些桥梁为例引出弯曲变形，既展现了我国先进的科学技术，又讲解了所需的专业理论知识，将爱国主义情怀悄悄融入课堂，既使枯燥的理论内容增加了趣味性，提高了学生的学习兴趣，又使学生在不知不觉中对我们的国家有了进一步的了解，使学习的目的和任务提升了一个台阶，增强了民族自豪感和民族自信，同时教育学生要想让祖国强盛富强，屹立于世界富强民族之林，需要他们这一辈人继续为之努力奋斗。传授专业基础知识是基础，思政教育是灵魂，要做到德技同向同行，育人是最终目的，教师要通过课程思政，将正能量传递给学生，引导学生树立正确的人生观和价值观，这是我们进行教学的最终目的。

三、仿真技术应用于课堂

将计算机仿真技术应用于课堂，通过计算机仿真动画演示，让学生对理论知识有更形象的了解，也能激发学生进一步学习计算机应用软件的热情。有限元分析软件是对构件力学性能进行分析的较好的工具，ANSYS就是有限元分析软件的其中一个，通过有限元仿真，可以让学生看到整个构件的应力应变情况，提升学生后续学习计算机软件的热情，也能让学员将枯燥的理论知识形象化，让看不见摸不着的数据变为看得见的各种应力云图和变形云图，也可以让变形以动画的形式进行仿真演示，让枯燥的理论活起来。通过实践证明，这种动画演示以及云图的展示，可以使对公式理论计算已经疲惫的学生，重新聚焦精力，变得更有探知欲，激发其好奇心，也为其以后学习该计算机应用软件打下一个很好的基础，有利于激发其学习兴趣。例如对于工程力学中应力集中问题的学习，如果仅进行理论讲解，学生对应力分布情况没有直观的了解。通过应力云图的展示，如图1所示，学生对应力分布情况以及应力集中系数都会有直观的认识，从而更有利于理论知识的理解和掌握，所以将计算机仿真技术应用于教学对于学生后续课程的学习以及目前课程的学习都非常有利。

四、智慧教材的建设与应用

要想取得较好的学习效果，一部较好的配套教科书是必不可少的，一部好的教材能够便于学生自学和课后复习，由于专业基础课程是学生接触专业课程的前序，承担着连接基础课与专业课的重要桥梁作用，因此专业基础课程的学习效果直接关系着后续专业课程的学习。所以，一部好的教材会对学生的学习效果起着很大的推动作用。在此之前理工科学生基本还没有接触机械结构，对于机械结构的运动还没有清楚的认识，对一些结构的运动还不是很清楚，所以让教材中的运动结构动起来是教材需要实现的功能之一，学生通过扫描二维码观看结构的运动形式，让教材中的运动结构动起来，更有利于学生的想象思维，使枯燥的知识鲜活起来，提升学生学习积极性和学习趣味性，所以对于专业基础课程，如果学生能有一部智慧教材无疑对学习会有莫大的帮助，建设一部智慧教材辅助教学是十分必要的。

教材中习题与例题的设置尽量与工程实际挂钩，让学员能够清楚本门课程能够解决什么样的工程问题，从而提升学习兴趣，使学习更具有目标性和针对性，更有利于提升学习动力，而不是看起来只有很多枯燥繁琐的公式推导，从而让很大一部分学生望而却步;课后习题需要与学生学习的知识相配套，从而真正达到巩固学习知识的效果，使学到的知识真正变为学生自己的知识，从而真正实现了从教到学的转换过程。学生再结合课后习题，经过自己思考，利用所学知识真正通过自己的能力解决问题，从而提升自己的素质。一部好的教材对于学生的学习起到很重要的辅助作用。教学的目的之一是提升学生终身自主学习的能力，而一部好的教材可以提升学生学习的兴趣，提升其自主学习的信心，所以将一部好的智慧教材应用教学势在必行。

五、收获与结论

多种教学手段相互融合，信息化教学是将来教学的一个趋势。随着信息化时代的到来，各种信息充斥着学生的学习和生活，如何从各种纷杂的信息中获取有用的资源，如何提升学生的学习能力，使其拥有终身学习能力，传统教学模式的改革也是时代的必然趋势，信息化推动了教学模式的改革。通过专业基础课程线上线下混合式教学的实践，学生的知识面较传统模式有了拓展，团结合作能力得到了加强，自学能力有了明显提高，但线下也必不可少，特别对于理论性较强的课程，理论推导部分面对面教学效果较线上教学效果要好，对于理论性较强的课程，学生在线上学习需要反复观看视频，花费的时间比在线下课堂上时间多出许多，学习效率偏低，但对于学生的自主学习能力会有很大提升，将线上线下各自的优点结合起来进行教学，可以使课程学习效率和效果得到大大的提升，学生的学习能力和品质也可以得到一定程度的提升。

在信息化条件下，将线上资源与计算机仿真技术及传统教学方法相互融合，探索出对于理工科专业基础课程比较有效的教学手段，对理论性较强的专业基础课程混合式教学进行了有益的探索与实践。通过实践证明，对于理论性较强的课程进行混合式教学的效果较好，线上线下相互补充，使学生学习时间最优化，提高学习效率，线上采用将学生网格划分的方式，提高掌控学生的效率;“PBL”教学模式小组讨论，提升了学生的分析解决问题的能力;通过我国先进的科学技术为引例，以工程实例为牵引，激发学生的爱国热情和学习激情。以学生学习能力培养为导向，为培养学生素质为目标，线上线下双堂并举，齐头并进，教学效果显著，该方法为专业技术基础课程提供了参考。

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作者简介：屈彩虹（1976-），女，汉族，江苏徐州人，硕士，副教授，研究方向为机械设计及理论、有限元分析等。