SCI论文（www.lunwensci.com）:
摘要：随着教育信息化的快速发展，如何将网络信息技术与传统课堂深度融合，并结合“以学生为中心”的教育理念，充分调动学习者的自主性与积极性，逐步成为工程力学课程教学改革的热点问题。本文以现阶段我国高校工程力学课程教学现状为背景，开展基于可视化网络教学平台和学生为中心的混合式工程力学课程教学研究。通过教学模式改革（线上微课、线下讲解讨论、翻转课堂、智慧课堂）、教学内容革新和线上线下相结合的科学课程考核方式，调动学生的学习驱动力，激发学生的学习自主性和积极性；并通过基于工程实际的案例库和例题库，提升学生运用基本力学理论解决工程实际问题的能力。通过教学改革，有效提升了工程力学课程的教学效果和质量。本文的教改探索可为其它力学类课程的教学提供参考和借鉴。
关键词：工程力学；信息化教学；网络教学平台；混合式教学
本文引用格式：徐方等.基于可视化网络教学平台和学生为中心的混合式工程力学教学探析[J].教育现代化，2020，7（48）：9-12.
Hybrid Teaching of Engineering Mechanics Based on Visual Network Teaching Platform and Student-Centered Principle
XU Fang*,YE Xin-yu,WANG Ning-bo
(School of Civil Engineering,Central South University,Changsha,Hunan)
Abstract:With the rapid development of informatization of education,integration of network information technology with traditional classroom and mobilizing the studying autonomy and enthusiasm of the students based on the student-centered principle have gradually become a hot topic in the teaching innovation of engineering mechanics.This study carried out hybrid teaching reforms on engineering mechanics based on visual network teaching platform and student-centered principle,which is desirable according to the present teaching situation of engineering mechanics courses in colleges and universities in China.The performed reforms and innovations on teaching mode(including online micro lecture,offline explanation and discussion,flipped class,and smart class),teaching content,and online-offline combined scientific curriculum assessment method stimulated the studying driving force,autonomy,and enthusiasm of the students.The ability of students in solving practical engineering problems by using basic mechanics theory were enhanced via using cases and examples extracted from engineering practice.The teaching results and quality of engineering mechanics were effectively improved based on the performed teaching reforms,which can provide references for the teaching of other mechanics courses.
Key words:engineering mechanics;informatization of education;network teaching platform;hybrid teaching
工程力学课程是机电、能动、安全和地质等众多理工科专业的基础必修课，是工程技术学科的重要理论基础[1]；它上承高等数学和基础物理等自然科学，下启工程技术和工程实际问题，是沟通自然科学理论与专业工程实践的桥梁[2]。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》将教育信息化纳入国家信息化发展整体战略，倡导信息技术与教学的融合，鼓励探索激发学生学习自主性的教学新模式，逐步贯彻落实“以学生为中心”的教育理念。因此，开展基于可视化网络教学平台及“以学生为中心”的工程力学教学改革和研究符合新时代教育信息化的国家战略，具有重要的现实意义。
近年来，MOOC等网课以其打破传统在堂授课的教学模式、上课地点不受局限等优点得到迅速发展，各大高校相继发布了各具特色的工程力学MOOC。然而，伴随工程力学MOOC蓬勃发展的同时，也在一定程度上引发了教学反思。MOOC等网课所具有的无规模限制、无先修条件等优势反而成为其劣势所在，导致学生的课程完成率低、学生的参与率低[3]。另外，工程力学涉及知识面广，具有较强系统性和理论性，内容较为晦涩、抽象[4-5]，加之学生工程阅历和工程实践经验相对缺乏，单纯通过线上课程，对部分核心内容理解不到位，甚至出现偏差，严重影响学习效率和效果。此外，还出现了一些怪异现象，比如有不少教师认为力学课程理论性强、难度大，网络教学难以达到预期的教学效果，甚至出现排斥MOOC等网课的现象。大部分教师仍然热衷于线下课堂的“灌输式”授课，导致网络上丰富的力学在线课程实际的利用率较为低下。
因此，针对工程力学这门课程的教学，应该考虑其课程的特殊性；它既具备很强的理论性，同时又要求相当的工程实践经验作指导[6]，这就使得学生线上学习的同时，需要有机结合与教师间的线下面对面交流和讨论，明晰并加深对基础理论的理解和应用，将源于工程实际的理论体系真正掌握并运用于解决新的工程实践问题。可见，在大力发展信息化网络教学的同时，不能完全摈弃课堂授课，正如斯坦福大学校长John L.Hennessy教授曾强调：实际由学界大师在堂授课的小班课程依然存在其必要性并保持其高水准；对于工程力学这类理论和实践联系极为紧密的课程，尤是如此。因此，如何将线上信息化教学与线下课堂教学有机结合，对提升工程力学这门课程的授课效率、学习效果和教学质量尤显重要。
一 工程力学课程教学中存在的主要问题
工程力学包括刚体静力学部分和材料力学两大块内容（含4~6个实验课时），课程涉及知识面较广，具有较强的系统性和理论性，从理论到实践要求学习者（学生）具有清晰的思维与较好的理解能力，并能熟练运用其原理解决实际的问题[7]。因此，如何有效提高工程力学课程的教学效果，是众多理工类高校关注的热点，也是众多力学从教人员教学改革的重点。然而，目前的教学和考核体系仍然存在诸多的局限，难以满足或实现上述要求。
（一）教学模式方面
现阶段，各高校工程力学课程教学基本都采用“多媒体PPT+黑板板书”的方式，仍然是学生被动接受的“填鸭式”教学模式。这种教学模式易将知识局限于教材；长期如此，学生会将教材看作唯一的参考答案，限制了学生的思考能力，作为认知主体的学习者难以发挥其自主性[7-8]。另外，工程力学受众学生范围广、数量多，比如中南大学每年约有1700名学生需要学习工程力学课程；加之工程力学的从教人员往往还需同步讲授材料力学和理论力学等其它力学课程，导致学校的很多力学从教教师年均课堂教学量达600~900个学时，这就造成教师疲于上课、无心科研，而学生被动“填鸭”的不利局面。因此，有必要从教学模式上探讨改革途径，以激发学生的思考能力和学习自主性，提高教师的讲学效率及学生的学习效果。
（二）教学内容方面
工程力学课程的教学内容基本是十年难得一变，教学内容的实用性不够，忽视了当今社会需求的是应用型人才[4]。工程相关的案例还是老一套，且大多案例单纯给出抽象出来的力学模型，缺乏对工程原型问题的阐述和讲解，学生虽然学会了解题，但却不知道解答的题目具体针对的是什么样的工程实践问题，难以有效锻炼学生运用基本理论解决工程实际问题的能力。加上教学内容多，师生之间缺乏有效互动，尤其是课后缺乏交流和讨论，教师难以根据学生的学习情况进行专业知识的拓展[7]，从而造成学生吸收知识点不理想，学生难以学到系统的、全面的、实用的工程力学知识[8]。因此，拓宽学生的思路和培养学生运用理论解决工程实际问题的能力是工程力学课程教学的核心目标之一。
（三）课程考核方面
目前，各高校工程力学课程的考核多采用传统的“期末考试为主，平时成绩为辅”的、单一的、片面的方式[9]，考核过程主要关注于学生对工程力学基本理论的记忆和掌握，期末试题基本是课堂例题的变换或翻版，造成学生多在机械地照搬公式，缺乏灵动性，而对学生将理论知识用于实际和工程素养方面的考核相对偏少，不能反映出学生应用力学原理解决实际工程问题的能力，即现有的考核方式无法全面体现和评价学生对于工程力学课程的学习和掌握情况。
二 基于可视化教学平台的混合式教学改革方案
本文以现阶段我国高校工程力学课程教学现状为背景，根据教育部相关文件的指导精神，开展基于可视化网络教学平台和学生为中心的混合式工程力学课程教学研究。基于线上微课、线下讲解讨论、翻转课堂等相结合的智慧课堂教学方式，有机整合网络资源与课堂教学的优势，调动学生的学习驱动力，激发学生的学习自主性和积极性，并培养学生运用基本力学原理解决工程实际问题的能力，以提升工程力学课程的教学效果和质量。
（一）课程内容分层级模块化
以教学大纲为指导，基于“以学生为中心”的原则，并统筹考虑课程各部分内容的难易程度和特点，将工程力学教学内容分层级模块化，分别明确适合线上微课、翻转课堂及线下在堂讲授讨论的课程内容。比如，静力学部分内容与基础物理学密切相关，诸多概念与物理中的力学部分重叠。因此，鉴于学生在这方面已有部分先修基础，静力学部分的内容可采用线上微课教学为主、线下讲授讨论为辅的模式开展；教师需要在微课视频中明确静力学部分内容与基础物理学的区别，并强调其重要性，从而引发学生的重视和学习兴趣。杆件的拉压和扭转可采用翻转课堂的授课模式开展；教师通过线上微课讲解基本内容，并适时开展线下在堂的讲授和讨论，加深学生对课程内容的理解和运用。组合变形部分的内容，需要学生综合运用各章节的基本理论解决相对复杂的工程问题，难度较大；因此，这部分的内容可考虑以线下在堂讲授讨论为主，线上课后讨论为辅，通过教师的引导，加深学生对基础理论的理解，并锻炼学生运用力学原理解决工程实际问题的能力。
（二）制作与收集丰富的线上微课
指定一名教师负责微课的制作与收集，并根据学生意愿遴选4~5名学生参与微课的制作，根据情况可适时安排学生完整录制一个微课视频，用于线上教学和探讨。教师可充分利用各大MOOC平台中的教学短视频，并根据的自身授课的需求，录制需要的微课视频，将线上收集的微课与录制的微课有机整合于可视化网络教学平台，取长补短形成线上部分课程内容的教学体系。此外，将学生录制的微课发布到可视化教学平台，让学看到自己是学习者的同时，也可以作为讲授者将自己对课程内容的理解传达给身边的同学，从而激发学生的学习兴趣和积极性。
（三）收集并实时更新基于工程实际的案例库和例题库
指定一名教师负责基于工程实际的案例库的收集和整理，并抽象出简洁明了的力学模型，完善并适时更新基于工程实例的例题库。同时，将学生以4~5人为一个小组进行分组，每组指定一名组长，并分配一个工程案例，要求学生自行讨论并抽象出工程实际案例对应的力学模型和例题，并解答；最后在线下课堂进行讨论，考核学生的完成情况。收集的工程案例应尽量贴近日常工程问题，以便与学生的实践认知水平和工程相关经历建立联系。学生通过工程力学课程的学习，发现原来生活中遇到的这些实际问题都可以用工程力学的相关理论去解答和理解，从而激发学生的学习自主性并锻炼其运用力学原理解决工程实际问题的能力。
（四）搭建可视化网络教学平台
将制作和收集的微课视频及工程案例库和例题库，有机整合，系统搭建工程力学课程可视化网络教学平台，并在平台设计和发布新颖的线上作业、讨论话题和分组互动主题，通过丰富且新颖的教学内容调动学生的学习驱动力。比如，学生可在可视化网络教学平台讨论分配给各个小组的工程案例，组内和各小组间可通过有效互动，逐步完成教师安排的学习内容，广泛的交流和讨论有利于学生取长补短、拓宽自己的知识体系和看待问题的视野。另外，教师可在可视化网络教学平台发布与教学内容配套的预习测验题和课后复习题等，基于学生答题情况了解学生对课程的掌握情况，并据此适时调整在堂授课的内容和重点。另外，如教师所在单位没有开通可视化教学平台，教师亦可灵活运用腾讯课堂等开放平台设计和搭建自己的可视化网络教学平台。
（五）提升学生课堂参与度
根据教学进度，以章或节为单位，分别安排一个小组对指定章节内容的学习重点和学习难点进行总结和回顾，并制作5~8分钟PPT进行在堂展示和演讲，演讲同时由任课教师录制PPT演讲视频；学生演讲完后，教师根据演讲情况进行补充和总结。课后教师将学生演讲视频作为微课发布到可视化网络教学平台，供全体同学讨论和参考。另外，鼓励学生自行录制演讲视频或制作PPT，并上传至可视化网络教学平台，从而充分调动学生的学习积极性和课堂参与度。
（六）制定线上线下相结合的课程考核方法
根据线上和线下教学的实际情况，制定系统的课程考核方法，明确各部分教学环节中（如线上讨论、互动、作业和线下抢答、测试、演讲）考核的原则及所占的权重，建立集线上讨论、互动、在线作业和线下抢答、测试的科学考核体系，以削弱学生集中突击学习的应付式学习方式，全方位、多角度地反映学生对工程力学课程的真实学习情况和综合能力。
三 课程教学改革的实施效果
基于上述改革措施和教学设计，笔者分别在两个工程力学教学班中开展教学实践探索；其中一个班采用基于可视化网络教学平台的混合式教学模式，另一个班采用传统“多媒体PPT+黑板板书”的授课模式；通过实例应用进一步探索、改进教学方案，并检验课程教学改革的实施效果。通过横向对比及学生的课堂和课后反馈，发现采用混合式教学模式的班级发生了几点明显变化：
第一，学生对工程力学基本理论的综合运用能力明显加强，学生在解题的同时亦更多关注题目背后对应的工程实际问题，其理论联系实际的能力得到有效锻炼；第二，课堂和课后讨论逐步由教师主导发问转变为学生主动提问，并且学生在讨论中表现出较高的表达欲和自信心，学生的学习自主性和积极性明显提高；第三，学生的专业知识体系和实践经验得到了有效拓展，理论联系工程实践的授课过程，促使学生对知识点的理解和运用更为灵活和全面，最终的课程考核成绩亦更为理想。
四结语
本文以现阶段我国高校工程力学课程教学现状为背景，开展基于可视化网络教学平台和学生为中心的混合式工程力学课程教学探析，并提出了相应的改革措施和教学设计方案。通过建立基于线上微课、线下讲解讨论、翻转课堂等相结合的智慧课堂教学方式，充分激发学生的学习自主性和积极性；系统设计配套的教学内容、教学过程及线上线下相结合的课程考核体系，调动学生的学习驱动力，并培养学生运用基本力学理论解决工程实际问题的能力，有效提升了工程力学课程的教学效果和质量。本文的教改探索可为其它力学类课程的教学提供参考和借鉴。
参考文献
[1]高士武,杨晓林,杨亚平,等.工程力学课程建设的认识与实践[J].教育教学论坛,2019(30):140–142.
[2]陈传尧,王元勋.工程力学[M].高等教育出版社,2018.
[3]丛蕊,唐友福，陈淑艳，等.基于SPOC混合教学模式的“工程力学”教学改革研究[J].价值工程,2016(28):177–178.
[4]于彩敏，沙鑫美，刘凯，等.“工程力学”课程问题分析及相关对策研究[J].无线互联科技,2019(15):72–73.
[5]董婉婉，杨修飞.基于应用型人才培养模式下的工程力学教学研究[J].科教导刊(上旬刊),2019(9):123–124+133.
[6]张小朋，王宏伟，徐振钦，等.材料类专业工程力学课程互动型教学方法探讨[J].大学教育,2017(3):27–28+35.
[7]王子娟，冉静，翟茜.工程力学基于“课堂学习与在线学习交互式”教学的研究[J].教育现代化，2019(48):178–179+184.
[8]王功名.民办高校思政课网络教学平台应用研究[J].教育现代化,2017,4(14):181-182.
[9]韦铁平，花海燕，叶建华，等.工程教育专业认证下工程力学课程教学改革探索[J].福建电脑,2020,36(1):42–43.
关注SCI论文创作发表，寻求SCI论文修改润色、SCI论文代发表等服务支撑，请锁定SCI论文网！ 文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/jiaoyulunwen/31408.html
