基于“雨课堂”的“结构力学”课程混合式教学模式研究

秦绪喜 周培蕾 吴春利 顾正伟

（吉林大学交通学院 吉林·长春 130025）

0 前言

结构力学是土木工程及相关专业的一门非常重要的专业基础课[1]。由于该课程具有概念抽象、内容理论性强、难于理解、题目灵活多变等特点，导致学生难于熟练掌握、灵活运用所学知识解决实际工程问题。同时，传统的线下教学模式以教师理论讲授为主，教学手段单一，学生被动学习，这使得教学形式与兴趣相背离，导致学生学习积极性较差，教学效果不理想。2020年以来为了应对突发公共卫生事件，全国全面迅速地开展了线上教学工作。雨课堂、腾讯会议等一些网络教学手段在线上教学模式中发挥着越来越重要的作用[2][3]。但是经过两年来的实践，单一的线上模式也暴露出来了许多缺点。例如线上如何对学生进行有效监管；如何上课期间保持网络畅通；如何保证师生线上有效沟通等都会影响教学质量。因此，在未来疫情得到有效控制的前提下，高校如何采取有效的线上线下相结合的方式进行教学，提高教学质量，是所有高校都要面临的新问题。基于此，本文针对“结构力学”这门课进行了基于“雨课堂”的混合式教学模式研究，即“线上+线下”教学模式。

1 “结构力学”课程教学中存在的问题

1.1 “结构力学”课程的学习特点

1.1.1 概念抽象、内容理论性强、难于理解

结构力学是一门理论性强，理解难度比较大的专业基础课。课程以杆系构成的结构为主要研究对象，主要研究结构在各种作用下的响应计算，包括内力计算以及位移计算。

由于结构力学的课程的特点，导致学生在开始学习这门课程时不得要领，导致学生产生畏惧心理，对于一些力学概念理解不深，做题没有思路，长此以往学生对结构力学的兴趣消磨殆尽。甚至有些学生学习目的并不明确，如何学习、掌握知识内容，如何运用已知力学模型进行分析等问题层出不穷，致使学生空有一身知识而不知如何运用。他们根本不了解该课程的重要性以及对工作产生的影响。

1.1.2 线下教学手段单一，内容缺少趣味性

结构力学课程的理论性和逻辑性较强，课程涉及大量的公式推导，教师教学手段比较单一，很多时候教师只是进行单纯的灌输式教学，没有更多手段引导学生进行趣味性的教学探索，另外线下教学不能更好的利用互联网资源，也导致教学的生动趣味性缺乏。学生没有兴趣，学习没有了主动性，进而导致对课程内容掌握不牢，缺少解决工程问题的实践能力。

1.1.3 教学学时少，内容多，两者不匹配

教育部自2017年起提出建设新工科人才培养模式，要求从教学导向转向产业需求导向、从专业分割转向跨界交叉融合、从适应服务转向支撑引领[4][5]。因此，各高校为达到宽基础、重融合而对课程进行调整和压缩，使相关专业课时减少。结构力学课程课时也进行了相应的压缩。这使得教学内容与教学学时不匹配，导致教学难度加大。

1.2 “结构力学”课程在线上教学中遇到的普遍问题

通过特殊时期结构力学课程的线上教学实践发现与线下教学相比，线上教学体现出已下优缺点。

（1）线上教学的优点：首先是线上学习具有可重复性，学生课堂上对某一部分内容未理解的可以根据自己学习的需要，重新学习，从而更好地掌握所学内容，并充分巩固学习效果。其次是线上学习可以不受地域空间的限制，这样学生的学习地点更为灵活，这种优势在特殊时期体现的较为明显。再次学生能更好的实现自主个性化学习，由于教师可以把更为丰富的教学资料放于线上，这样学生可以根据自己的时间和需求有选择的进行学习，从而有效地增强了学习的针对性，从而提高个人的学习效率。最后线上学习可以方便老师和同学、同学和同学之间的交流和沟通，避免了线下教学老师无法兼顾所有学生的情况。

（2）线上教学的缺点：线上教学的特点是把双刃剑，以上论述的优点在一些情况下往往会变成线上教学的劣势。例如线上教学可重复性容易让学员产生依赖心理，认为听不懂还可以重学，从而导致学习效率下降。线上课堂同学在不同的一个空间中网上听课，这对学生的自主学习能力和自我约束能力要求较高，缺少老师的有效监管下，学生的听课效率会大打折扣。

2 “结构力学”课程的混合式教学

2.1 雨课堂的混合式学习模式

通过前面的论述可以看到，线上线下教学存在着各自的教学特点。针对与前述的结构力学课程中存在几个痛点问题，我们可以扬长避短，充分发挥线上线下各自的优势使这些痛点难点问题得到解决。因此以雨课堂为依托，从传统的课堂教学与网络信息化教学相结合的新型教学方式入手，重构学生课内、课外的学习流程，构建如图1所示的促使学生自主学习与教师指导的混合学习模式。该模式将学生的学习过程分为课前阶段、课上阶段和课后阶段三个阶段，强化学生的自主、协作学习和师生的交流、互动，促进学生由被动学习向主动学习的转变。

图1：基于雨课堂的混合式学习模式简图

2.2 “结构力学”雨课堂的混合式学习模式构建

基于雨课堂网络环境，针对线上线下的课前、课中、课后环节进行混合式教学设计。图2“结构力学”雨课堂的混合式学习模式教学设计。下面详细论述其设计内容。

图2：“结构力学”雨课堂的混合式学习模式设计

2.2.1 课前阶段

根据结构力学学习目标、学习内容和学习任务的要求，教师和学生分别通过雨课堂网络平台完成课前阶段的工作和学习任务。教师的主要工作包括课程PPT的制作、课后作业、课程内容相关的视频及拓展材料等。教师可以利用雨课堂的慕课视频资源丰富授课PPT的制作，同时一些优秀的网络资源也可以加入到PPT中进行讲解。例如可以搜集一些国内外各类工程结构图片，加入到PPT的内容中，因为对与每一种梁、刚架、桁架和拱等结构形式都有实际工程中的对应结构，所以在对每种结构的受力变形内容进行讲授时，应该充分发挥多媒体教学直观、生动的优点，并简单介绍该类结构的设计背景，使学生对对应结构形式有直观的感性认识，从而激发学生的学习兴趣。再如一些最新的桥梁及工民建结构施工动画、有关桥梁事故视频等。如果教学学时限制不能更多展示这些资料，则可以作为学生课后的拓展资料，供学生通过雨课堂平台网络学习。

针对课程内容，教师应增加相应的背景资料。例如结构力学绪论中对结构力学的研究对象边界简化做了做了论述，这些内容都是基于一定的工程结构背景。但在后学课程中并没有过多的解释，导致学生对所计算结构的工程背景不清，荷载由来不清，如斜杆的分布荷载为什么同样是满夸布置，有的是垂直向下，有的是垂直与杆件。通过力法和位移法的学习，对于一般杆系结构，学生能够进行位移计算。但是不知道位移计算和工程实际有什么具体联系。因此，针对与不同的课程内容应增加其应向的应用背景资料，使学生对所学知识有更深入、全面的认识与理解。

完成相关课件制作及资料收集工作后，教师需要将得到的资料上传雨课堂平台，并完成测试工作。学生在课前则首先需要通过雨课堂完成作业、复习及预习的工作。其次及时关注教学通知，了解最新教学动态。为了更好的做好预习工作，同学可以分组建立互助群，留言区。对于预习过程中遇到的问题可以通过这些平台在手机电脑终端随时随地和老师同学进行沟通，及时把问题解决掉。整个学生预习过程都会在雨课堂平台留下痕迹，比如学生浏览网页次数，提问情况及学习相关拓展资料情况。教师在一定程度上掌握每位学生动态实现因材施教。

2.2.2 课上阶段

针对与前述结构力学课程学习特点，课上阶段的学习在授课时需要打破传统教学模式，建立学生参与学习过程的教学设计方法。例如建立合作学习小组、设计一些竞赛题目、构建思维导图、雨课堂的移动教学平台、鼓励学生参与习题库建设、通过这些设计方法转变教师为主的教学方法，由原来的灌输式教学转变成以学生为主的参与启发式教学。课堂上教师的主要作用是针对学生的课前反馈，重点对课程内容的难点、重点以及疑问进行讲授。同时利用雨课堂线上功能在线测试、点名、弹幕等功能使学生和教师随时交流互动，增加课堂活跃气氛。

鉴于结构力学授课学时的压缩，应该在有限的学时下的情况下，课堂上重点讲授结构力学的核心内容。对于与其他课程重复的内容，可以课堂上简略讲述或将其内容放置与雨课堂辅助资源中供学生学习。例如结构力学中桁架内容在理论力学中已有讲授，这里只要讲清楚结构力学中为什么还会拿来作为一个独立内容而存在以及同学应该达到什么教学要求就可以，不必要在其上花费过多时间。位移法和矩阵位移法作为结构力学的主要内容应该重点讲解。随着对计算机的深入应用，越来越多的实际工程计算都是通过计算程序进行的。所以，结构力学中关于内力和变形手算的内容可以少讲，重点讲述不同结构的受力变形特点和其解决手段就可以了。

2.2.3 课后阶段

基于教师对课程章节的讲解，下达相关教学课程作业任务，将任务分为个人作业、小组作业、随堂测试等三个环节。其中随堂测试和个人作业由老师进行成绩评定，小组作业课后通过团队合作，共同完成，最后形成小组成果性进行小组间互评。例如结构力学中矩阵位移法章节中，每道题目计算量都比较大，可以针对实际问题，设计一些题目通过这种小组作业的形式共同完成，及锻炼了团队协作能力，同时学生们在交流分享的过程当中实现知识的学习和拓展。

课后学生在完成相关作业任务后，学生为巩固学习内容可以重复学习回放内容。通过雨课堂平台，教师可以将教学全过程都纳入到学生的评价当中。例如建立在线预习成绩、课堂成绩、线上线下作业成绩、课后复习及内容拓展情况等都纳入到学生评价当中去。同时也可以建立同学和同学之间的评价，形成一个网状评价体系，使得对学生的评价更为全面科学，促进教学动态性发展。