基于学习通原位翻转课堂的弹性力学混合式教学设计与实践

谭述君 杨雷 高强 周文雅

摘  要：针对非力学专业的弹性力学教学知识体系全而不深、逻辑性强、不易理解的特点，基于学习通在线教学平台，提出基于学习通原位翻转课堂的弹性力学线上线下混合式教学模式，实现以一周为一个完整教学单元的线上线下混合式教学设计和实践。主要内容包括适合自主学习的弹性力学线上课程资源建设、线下翻转课堂设计以及基于学习通统计分析功能的学情监测和考核评价。该混合教学模式很好地结合线上学习和线下交流的优点，让学生全程参与教学过程，提升教学效果。

关键词：弹性力学;翻转课堂;混合式教学;教学设计;过程评价

中图分类号：G642 文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2022）06-0116-04

Abstract： Considering the characteristics that the knowledge system of elasticity is complete， logical and difficult to understand for elastic mechanics teaching of non-mechanics majors， an online and offline hybrid teaching mode of elastic mechanics is proposed based on the in-situ flipped classroom with the help of the online learning platform. And the online and offline hybrid teaching design and practice with one week as a complete teaching unit are realized. The main contents include the construction of elastic mechanics online-course resources suitable for autonomous learning， the design of offline flipped classroom， and the monitoring and evaluation of learning situation based on the statistical analysis function of online learning platform. The hybrid teaching mode well combines the advantages of online autonomous learning and offline flipped classroom， allows students to participate in the whole teaching process and improves the teaching effect.

Keywords： elastic mechanics course; flipped classroom; hybrid teaching mode; teaching design; processing evaluation

彈性力学是高等学校力学、航空航天、土木、机械、汽车等专业的重要专业基础课。非力学专业的弹性力学教学目标是使学生通过系统地学习最基本的概念和理论、基本假设、基本方程的建立方法及其求解思路，掌握弹性力学问题的一般求解方法，为复杂结构分析、进行工程设计和研究打下坚实的理论基础。然而，由于对学时的压缩，目前各高校非力学专业的弹性力学教学仅安排32个学时，考虑到弹性力学课程知识点抽象、理论性和系统性较强的特点，需要较强数理逻辑分析能力、且进行大量的计算推导，这对于教师的讲授和学生的理解都是一个很大的挑战[1]。目前弹性力学课程教学存在的主要问题表现在：（1）课堂教学过程中学生参与度低。目前弹性力学教学主要采用教师课堂讲解、学生课上听讲和课后完成作业的模式。由于弹性力学有很强的逻辑体系，学生在听课时囫囵吞枣，难以深入理解，也就很难提出问题。（2）多数同学对理论公式存在畏惧、理解的困难。尤其在听课中一旦由于走神等原因错过部分知识点，将会导致后面的听讲失去逻辑链、云里雾里，进一步增加对弹性力学学习的畏难情绪。（3）难以兼顾学生的个性化差异。目前弹性力学采用统一课件、统一进度的教学模式，这忽视了不同学生理解能力的差异。无法适应学生个性发展。综上，目前弹性力学的教学基本上是以教师为中心，侧重老师的“讲”，而有意或无意地忽略了学生的“学”。

随着现代教育技术手段的更新，智慧教学工具逐渐融入高校课堂。超星学习通智慧教学平台的“一平三端”利用智能交互、大数据分析、云计算等技术手段可以有效地将教师、学生、学习载体三者结合，可以极大地调动学生自主学习的积极性和能力，实现教育活动由“教师中心”向“学生中心”转移[2]。但目前在线课程采用的还是常见的教学形式，预先布置的阅读也会给学生增加课外学习负担，使得翻转课堂难以有效实施。在此基础上，复旦大学蒋玉龙[3]教授提出了“原位翻转课堂”的新型混合式教学方案，充分利用在线课程的优质、丰富教学资料和学习平台大数据统计分析功能，以及线下翻转课堂环节，让学生深度主动参与教学全过程，真正让学生从被动性学习转变为主动性学习，完成了以学生学习成效为主、以学生为中心的教学转变[4-5]。

为了提高弹性力学的教学质量和学生的学习成效，作者根据弹性力学教学的特点，以学习通建设的弹性力学在线课程资源为载体，将学生的线上学习和线下的翻转课堂相结合，开展基于学习通原位翻转课堂的线上线下混合教学设计与实践研究，力求为弹性力学的教学改革提供有益参考。

一、线上线下混合教学设计

随着技术的发展和应用，在线课程的素材往往都包含音频、视频、文字、图片和动画等，教学内容和形式更为丰富多样，大大增强了学生的学习感受和效果。然而这些在线课程主要被用作课前的预习，上课时教师主要进行问题辅导和答疑解惑等，显然这种传统的翻转教学是以增加学生课外学习负担为前提的，而课上却仍以教师讲解为主，学生并没有真正的参与。蒋玉龙教授提出的“原位翻转课堂”教学方案则将学生的在线学习也纳入教学日历，提出了以两周为一个完整教学单元的线上线下混合教学设计，即学生单周线上自学、双周线下翻转课堂，不大量增加学生额外学习负担，有效调动学生主动深入参与教学全过程。

本弹性力学课程是面向非力学专业的学生讲授，课时32学时（每周4学时，共8周），采用的教材是徐芝綸版的《弹性力学简明教程》[6]，特点是基本概念多、体系全但不深入，且逻辑性强。如果直接采用以两周为一个教学单元的原位翻转课堂设计，会导致学生自学的内容跨度过大，例如平面问题基本解法和直角坐标解答仅安排两周、整个极坐标解答内容也仅安排两周等。如果学生自学过程中遇到某知识点没有理解透彻，导致逻辑链条断裂，会很容易影响到整章内容的理解。因此，作者根据非力学专业弹性力学课程的特点，提出了以一周为一个完整教学单元的线上线下混合式教学设计，如图1所示。

2021-2022年秋季学期弹性力学的教学安排为周一和周三，每周4个学时。在我们的线下线上混合式教学设计中，将每周的周二至周日作为线上学习，下周一作为线下课堂，以一周作为一个完整教学单元，依次循环。在图1所示教学流程中，周二将本周学习内容的在线课程资源推送给学生，同时将下周一线下翻转课堂的翻转任务布置给学生。学生带着任务开展在线学习。周二至周六为学生的在线学习时间，学生可以自由安排时间完成教师推送的视频资料、测试、作业以及翻转任务。在学习期间可以通过QQ、微信、腾讯会议等线上工具与老师交流，教师提供在线学习支持，教师也通过在线学习平台学习通随时监测学生的学习进度，及时对学生在线学习进行督促、提醒等。周六、周日教师批改学生上交的作业、翻转任务，并利用学习通的大数据统计分析功能查看学生学习效果，根据学生对不同知识点的理解情况对下周一的线下课堂教学进行调整。在下周一的线下课堂中，主要是学生根据分配的翻转任务在课堂上进行五分钟左右的学习心得讲解，其他同学进行交流质疑互动，教师适时点评引导和总结。这样就构成从本周二到下周一的、以一周为一个完整教学单元的线上线下混合式教学设计。

从学生的角度，在上述线上线下混合式教学过程中，需要带着任务将本周教学内容在线学一遍、线下翻转课堂讲一遍、接受其他人的质疑交流一遍，从以往教学设计中被动接受教师讲授到以任务驱动的主动学习、交流，充分参与到整个教学过程，实现了向以学生为中心的转变。

二、教学实践中的关键问题

在上述弹性力学的线上线下混合式教学设计中，适合自主学习的弹性力学线上课程资源建设是前提，是学生开展线上学习和线下翻转课堂的基础和依托;线下翻转课堂则是关键，让学生把所学讲出来的翻转任务既是驱动也是展示，更是对学生学习的鞭策;而基于学习通统计分析功能的学情监测和考核评价，则是线上线下混合教学顺利实施的保证。在2021-2022年秋季学期的弹性力学线上线下混合式教学实践中，作者围绕上述三个主要部分，具体实施关键点如下。

（一）适合自主学习的弹性力学线上课程资源建设

考虑到学生自主学习“短时精力集中”的特点，不宜将传统的弹性力学课堂授课直接搬到线上。因此，需要基于弹性力学传统课堂授课内容和PPT，结合线上学生自主学习的特点，重新组织基于学习通弹性力学课程的“章节”建设。章节建设结构如下：

1. 明确学习要求，任务导向化牵引

首先给出每次课的学习要求，让学生带着任务开展学习。

2. 学习内容的知识点化

将传统课堂授课的内容分解成几个知识点，每个知识点录制讲解视频，大约15分钟，有利于学生在较短的时间内集中精力更好地掌握该知识点。

3. 知识点测试，测验掌握程度

在讲解视频之后设计知识点测验，让学生在学完该知识点的视频之后可以及时检验自己对该知识点的理解。

4. 设计讨论模块

讨论模块主要是设计一些开放性题目或具有一定难度和深度的题目，让学生以讨论的形式完成，增加参与感和锻炼思考能力，尤其有利于提高优秀学生的能力。

（二）线下翻转课堂设计

线下翻转课堂的目的是让学生将所学的内容讲出来，并接受大家的质疑与交流。因此，线下翻转课堂是深化学生对知识点的理解、组织表达和深度参与的重要环节。为了让学生能够更好地、有质量地深入交流和讨论，围绕线下翻转课堂，需要开展的工作包括以下内容。

1. 学生的分组化教学

根据学生资源和学习成绩均衡的原则，将学生每5人一组，分成5组。每组设一常务组长，主要由班委成员担任，常务组长一方面对组员起到督促作用，另一方面也方便教师了解各组的学习情况;除此之外每一周轮流值日组长，负责小组任务的分配和综合管理，有力调动每一个同学的积极性。

2. 翻转任务的设计

翻转任务主要是让学生在线下翻转课堂上讲出对某知识点的学习心得，为了更好地完成和展示，督促学生对所分配知识点进行更深入地学习和理解，也进一步锻炼学生的组织能力和表达能力。

3. 利用统计分析功能对线下课堂教学内容进行调整

利用学习通平台的统计分析功能，可以掌握学生在线自主学习对不同知识点的掌握程度，可具体对线下课堂的教学内容进行针对性的调整。

4. 线下翻转课堂的交流与引导

线下翻转课堂要尽量让学生讲、交流和质疑，教师主要起引导和总结作用，增加学生的参与感。

（三）基于学习通统计分析功能的学情监测和考核

评价

学习通提供了强大的数据统计和分析功能，这些统计数据对于量化学生自主学习情况和学习效果是非常有帮助的，而且这些统计功能也将教师从重复性劳动中解放出来，让其更专注于课程设计和教学实践。

1. 利用统计等功能进行学情监测

通过超星学习通平台可以方便地查看学生的视频播放次数、知识点测验情况等，通过对不同时段的视频播放次数和作业提交数的分析，可以获取哪些同学具有拖延症、哪些同学具有积极主动性等，从而给出适当的督促和指导。

2. 基于数据统计的平时成绩考核评价机制

课程考核方式突出能力本位。侧重于学习态度、作业完成情况、综合应用所学课程知识的能力等。利用学习通可以忠实地记录学生的学习情况，这些都是学生平时成绩的有力支撑，在此基础上可以进行更为客观公正的考核评价。

3. 基于数据统计对不同学生的差异化指导

学习通可以方便快捷地给出知识点测验成绩、作业成绩等的统计分析，从而让教师有针对性地对不同学生（特别是差等生和优等生）推送不同的指导训练，采取针对性的措施。

三、几点体会与思考

（一）在线学习具有明显的任务驱动特征

图2给出了学生在九月份每天的学习次数，可以看出，访问次数最大的峰值在周五左右。考虑到每周六是翻转任务和作业截止提交时间，可以认为学生为了完成任务显著增加了访问量任务，完成任务是学生主动开展在线学习的重要驱动力。因此，为了避免学生把学习拖延到最后的截止时间，设立任务的中间节点是有必要的。

（二）在线学习充分尊重学生的个性化学习

学习通的统计功能可以给出每个知识点视频资料的学习时长和反刍比。可以看出，不同的知识点学生的反刍比是不同的。对于一般概念相关的知识点视频观看反刍比在1左右，而基本方程推导等比较难理解的知识点反刍比达到2～3以上。这说明对于弹性力学中理解困难的知识点，学生可以通过反复观看学习增加理解。而且不同的学生在学习同一知识点的反刍比也是不一样，体现了学生知识接受水平和学习效率的差异，这是传统教师讲授为主的教学模式所不能顾及的。

（三）线下翻转课堂提升了学生的参与感和表达能力

組长轮流制给了每个同学线下课堂展示的机会，为了更好地展示自己和回答质疑，需要对所分配任务进行更深入的理解，并通过总结学习心得纲要和线下讲解，锻炼了表达能力。甚至平时学习成绩较差的同学，在对分配给自己的任务也进行了很充分的准备，显著增强了对教学过程的参与感。图3给出了典型的心得纲要和线下翻转课堂交流情况。

（四）加强对线下翻转课堂的引导

线下翻转课堂大大提升了学生的参与感，同时也会出现一种“善于交流的学生更加活跃，而不善于交流的学生更趋向旁观”的现象。对此，教师应充分发挥引导作用，通过主动点名等方式增加不善于交流学生的发言机会。

四、结束语

基于超星学习通原位翻转课堂的弹性力学教学设计，充分结合了线上学习和线下翻转课堂的优点，是一种新的教学模式。通过建设适合自主学习的弹性力学在线课程资源，在线学习充分尊重学生的个性化学习习惯和进度差异，在线视频的重复播放有利于难点的理解;翻转课堂的引入大大增加了学生在教学过程的参与感和积极性，激发了对问题的主动思考，锻炼了表达能力。而以一周为一个完整教学单元的线上线下混合式教学设计，充分考虑了非力学专业弹性力学知识体系全而不深、逻辑性强的特点。在教学实践上，将学生在线学习也纳入教学课时，有效降低了学生课外学习的负担。实现了以教师讲为主到以学生学为中心的教学转变，不失为一种有效的线上线下混合式教学手段，值得进一步探索与研究。

参考文献：

[1]赵春香，南景富.《弹性力学》教学改革的探索与实践[J].高教学刊，2016（2）：113-114

[2]胡安奎，黄遥，付成华，等.基于五色创新思维的弹性力学课程改革研究[J].教育现代化，2019，6（9）：26-29.

[3]蒋玉龙.有效利用在线课程，实施原位翻转课堂的大学新教学[J].中国教育信息化，2018（9）：28-35.

[4]贾艳波.基于原位翻转课堂的Java课程互动式混合教学模式的探索[J].中国多媒体与网络教学学报，2020（1）：7-8.

[5]沈蓉，黄鲁蒙.新形势下全在线原位翻转教学方案的设计与实施[J].教育教学论坛，2020（51）：303-304.

[6]徐芝纶.弹性力学简明教程（第5版）[M].北京：高等教育出版社，2018.