疫情期间“工程力学”线上混合式教学模式探索与实践

李瑞乾，姜广鹏，董秋静，罗春华

(阜阳师范大学 化学与材料工程学院，安徽 阜阳 236037)

2020年初，突如其来的“新冠肺炎”疫情打破了新年的祥和，肆虐的疫情给人民生命安全及生产、生活带来巨大威胁和影响。为了防止疫情在学校蔓延，教育部要求全国大中小学校推迟2020年春季开学时间，并提出“停课不停教”、“停课不停学”的号召，力争将疫情对教学工作的影响降到最低。互联网+下，丰富的网络资源和多样化的教学模式为高校线上教学的顺利实施提供了有力保障；然而，不同专业、不同课程具有不同的培养目标和培养要求，这就决定所有课程不可能采用统一固定的教学模式。为了提高教学效果，教师应当根据所授课程特点、培养目标及要求，充分利用互联网资源，制定合适的教学方案开展线上教学。本文结合疫情期间实际教学经验，对《工程力学》课程线上教学存在的问题以及线上理论教学及实验教学模式进行了探讨与实践。

1 《工程力学》线上教学存在的问题

《工程力学》作为各大院校工科类专业一门重要的专业基础课，具有理论性强、技术性强以及与工程实践结合紧密等特点。该课程着重培养学生利用理论知识进行力学分析能力、建立力学模型能力以及解决实际工程问题的能力。然而单纯的线上教学在培养高素质应用型人才方面存在很多的问题。此处，仅针对《工程力学》线上教学存在的典型问题进行分析：

1.1 线上教学模式不确定

互联网+背景下，多样化的教学模式和丰富多彩的教学媒介为线上教学提供了便利、为“停课不停教”、“停课不停学”的顺利实施提供了保障，但也给教师教学方式的选择带来困难。《工程力学》涉及较多概念、原理、模型，内容抽象难懂；不同的教学模式，如慕课、微课、翻转课堂、直播具有不同的优缺点，很多情况下单一教学模式很难达到理想的教学效果。如何根据《工程力学》课程特点以及培养目标来选择合适的教学模式和教学方法，对培养学生动手能力及工程思维至关重要。

1.2 线上实验教学难度大

《工程力学》课程工程应用性较强，而工程力学实验是联系理论知识和技术实践的桥梁，是培养学生分析问题、解决问题能力的主要途径，在《工程力学》课程的学习中发挥着举足轻重的作用。与传统的实验室现场教学相比，线上实验教学主要以教师讲解和观看视频为主，不利于学生工程实践及工程思维的培养。使得很多学生虽然理论知识很扎实，却不能灵活运用来解决实际工程问题，这也是当前很多大学生存在的共同问题。在当前居家学习背景下，如何在理论教学中渗透工程实践、如何合理设计《工程力学》线上实验教学是对教师教学能力的极大考验。

1.3 线上教学课堂管理难度大

线上教学课堂的管理是一个非常棘手的问题。传统课堂教学，当有学生出现注意力不集中或做一些与学习无关的事情时，教师只需一个眼神或在学生旁边一站，就可达到提醒学生的目的。此外，教师还能通过学生表情以及课堂互动情况判断学生对所讲知识的掌握程度，从而及时对授课进度做出调整。然而，线上教学教师不能及时了解对面学生是否在认真听讲、是否对正在讲解的知识存在疑虑。这些问题的存在使得学习效果大打折扣，很可能出现学生成绩两级分化的现象。

基于以上分析，下面我们依托丰富的互联网资源和多样化的线上教学模式，结合疫情期间实际教学经验，将课堂管理和学生考核融入到日常教学过程中，对《工程力学》线上混合式理论教学和实验教学模式进行分析和探索。

2 《工程力学》线上理论教学模式探索

针对《工程力学》课程理论性强、内容抽象难懂的特点，我们将采取多种线上教学模式混合式教学的思路：按照课前、课中、课后分别采用一种或多种线上教学模式，充分发挥各种教学模式的长处来调动学生学习积极性，做到课前发现问题、课上解决问题、课后巩固问题；同时利用网络多媒体资源把复杂问题简单化、抽象问题具体化，将工程实践融入到理论教学中，培养学生综合分析问题能力及运用知识解决工程问题能力[1-5]。图1给出了《工程力学》线上混合式理论教学模式示意图。

2.1 课前：慕课+QQ群互动—自主学习、发现问题

慕课(MOOC)，又被称作大规模开放在线课程，是现在普遍流行的一种网络在线学习模式。与传统的线下教学相比，慕课教学有着众多无可比拟的优势：第一，资源丰富。当前世界很多名校都开设有大量免费慕课，学习者可根据自身需要选择合适的慕课资源。第二，受众广。传统线下课堂允许同时容纳的学生人数有限，而慕课同时在线学习人数则不受限制；此外，慕课还允许任何感兴趣的非本专业学生或社会人士学习，实现优质资源的全球性共享，真正做到有教无类。第三，无时间空间限制。慕课摆脱了线下课堂对时间和地点的束缚，学习者可以选择任何时间任何地点进行在线学习，对于不懂的知识点还可以反复观看。

由于《工程力学》内容抽象繁多，很多知识点晦涩难懂；而且很多高校《工程力学》课时被压缩，学生在课上有限的时间很难将所有知识掌握。因此，教师可根据学生专业及培养目标选择合适的《工程力学》慕课资源，并要求学生按5～8人自由组建学习小组。学生在课前结合教师提供的课程大纲、重点/难点内容等资料学习慕课并做好学习笔记。学习笔记不仅包括个人对知识点的梳理、总结还要列出不懂的问题；小组成员利用QQ学习群进行交流、讨论以及学习监督，学习完成后每个小组将遇到的问题提交到QQ学习群，教师对存在的问题进行汇总、分析，并根据课程大纲、学习要求以及学生反映的问题对课上教学环节进行有针对性的设计。

图1 《工程力学》线上混合式理论教学模式示意图

2.2 课中：直播助力翻转课堂—解疑答惑、融入工程实践

长久以来，中国教育一直“以教师为中心”，而随着我国素质教育的普及和快速发展，“以学生为中心”的教育理念受到人们广泛认可。翻转课堂作为一种新型的教学形式，是实现“以教师为中心”向“以学生为中心”转变的一种有效途径；网络直播作为一种新兴的网络社交方式，具有成本低廉、方便快捷、互动性强的特点，在人们工作、学习和生活中发挥着重要的作用。QQ屏幕分享允许音频、视频及电脑屏幕三者同步传播，为报告、研讨、授课等需要同步演示PPT文稿的活动提供了便利。课前，教师利用云班课对学生进行考勤签到；课上教师利用QQ屏幕分享进行直播答疑解惑，根据课前汇总情况，对大部分同学已掌握的知识点进行简单讲解，而对于同学反映的不懂的知识点进行重点讲解。教师要善于运用图片、动画、力学模型等直观、生动的素材对一些抽象难懂的原理、力学行为等进行辅助教学。这样在有限的时间内可最大程度的提高学习效率和学习效果。

高素质应用型人才的培养要注重理论教学与实践教学的有机结合，在日常的理论教学中渗透工程实践能起到润物细无声的效果。学生在校接触工程实践问题的机会较少，因此教师在授课过程中应灵活运用多媒体动画、仿真软件或工程实景图来加强学生对工程实践的认知。例如，对一些复杂、多体构件的力学行为，可借助MSC Adams动力学仿真软件来建立可视化力学模型，学生可以直观的看到每一构件工作时的力学行为，从而加强学生分析力学问题、建立力学模型的能力。

课堂互动是高效教学中必不可少的一环。首先，在翻转教学过程中，鼓励学生在线积极主动发言，教师还可根据问题汇总清单有针对性的提问，检查学生对所反映问题的掌握情况。其次，教师根据所讲授知识点在工程中的应用来设计讨论话题、开展头脑风暴，这也是培养学生综合能力的一个重要举措。题目类型应倾向于考察学生分析问题及解决问题的能力，通过启发式、研讨式教学培养学生将所学理论知识灵活运用于工程实践的能力。有效的课堂互动不仅能培养学生独立思考、分析问题以及组织语言的能力，还能调动课堂氛围和学生注意力，更好地实现课堂高效管理。

2.3 课下：微课—巩固重点/难点、培养工程思维

为了巩固和强化学生对课上所学知识点的理解，教师通常要求学生在课下进行复习。然而，有些学生在复习时不能抓住重点，还有些学生压根就不去复习。这些问题使得部分学生复习效果不理想。微课是指将某一重点、难点内容录制成3～5分钟的短视频，通过有针对性的解惑、启惑来加深学生对知识的理解和运用。因此，教师可以根据课程的重点、难点以及学生反映较多的问题精心设计、制作微课，这样可以让学生课下复习变得高效且有针对性。

微课除了可用来讲解、巩固知识点外，还可作为学生课下工程实践的一种手段。教师选择某一工程实例作为研究对象，让学生利用文字、图片、动画、仿真模型以及工程实图等素材制作微课，将抽象的工程理论与具体的工程问题相结合，并将制作好的微课上传到QQ学习群、云班课资源库一起交流、学习，加深学生对工程理论的理解，培养学生对工程实践的认知。

学生评价和教师我自评价对教师教学能力和教学质量的提高至关重要。每周组织学生进行一次教学评价，对教学方式、教学内容、教学进度等方面给出中肯的意见或建议；教师认真分析学生给出的建议，总结经验教训，在后面的教学中发扬优势改正不足，确保高质量的线上教学。

3 《工程力学》线上实验教学探索

作为一门技术性和工程性较强的课程，工程力学实验是培养学生分析问题、解决问题能力及工程思维不可或缺的一环。然而，受"新冠疫情"影响，居家学习的学生们无法正常开展线下实验。因此，如何合理设计线上实验教学成为当前亟待解决的问题。

图2给出了《工程力学》线上实验教学模式示意图。首先，《工程力学》实验教学可以融入到理论教学中，教师通过在理论课上穿插讲解力学实验相关知识、实例不仅有助于学生对知识的理解，还能培养学生实践思维。其次，课下学生通过观看相关实验或工程实例的视频可进一步强化对知识及实验过程的理解。然而，对于具有显著技术和工程特性的力学实验，单纯通过教师讲解或观看实验视频是很难达到培养学生动手能力和工程思维的目的，

图2 《工程力学》线上实验教学模式示意图

而虚拟仿真实验教学平台为线上高效实验教学提供了可能。国家级虚拟仿真实验教学中心是高等学校实验教学示范中心建设的重要组成部分，通过对虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术综合应用实现对实验环境和实验对象的高度仿真，它不仅能对常规力学实验进行仿真模拟，还能对普通线下实验室难以完成的高危险、高复杂的力学实验进行模拟仿真[6-7]。

我们可以利用目前已有的虚拟仿真实验教学资源平台进行线上实验教学。在虚拟仿真实验教学过程中，一方面，教师要合理设计实验实训项目，注重过程步骤解析及重要知识点的考察，将听、学、思、做有机结合，通过高度仿真的虚拟实验培养学生动手能力及对工程实践的认知；另一方面，让每个实验小组的同学团结协作，根据教师给出的题目自行设计实验方案、进行实验操作，培养学生分析问题、解决问题的能力。此外，虚拟仿真实验教学平台还可集实验、实训、科研于一体，真正做到对学生创新意识、创造性思维及工程思维的锻炼和培养。

4 结束语

"新冠"疫情期间，慕课、翻转课堂、虚拟仿真实验教学平台、QQ等互联网媒介为线上教学的高效实施提供了保障。与传统线下课堂教学相比，线上教学在课堂管理、教学设计、教学模式以及教学评价等方面还存在很多问题。未来高校线上教学应该充分考虑课程特点、培养目标以及课前、课中、课后教学的不同，合理搭配利用不同线上教学媒介开展线上混合式教学，并对线上教学主体、教学过程、教学内容、教学评价等内容进行探索、研究，进而建立完善的线上混合式教学机制。