基于雨课堂平台线上线下相结合的“工程力学”教学模式探索

李雪琪 黄菊 丁平 王江 许磊

摘  要：根据国家战略规划的 “新工科”人才培养方案，文章基于雨课堂环境特点结合专业人才培养目标，提出了基于“互联网+”信息技术的“工程力学”课程线上线下相结合的教学模式，并以智能制造专业48学时版的“工程力学”为例，详细介绍了课程目标、课程建设及应用情况，科学合理地提出了混合式课程内容设计方案，通过课程满意度调查分析，学生对于线上线下混合式教学的课堂满意度高于传统线下教学，该教学模式为相关专业的相关课程的创新、改革提供新的参考。

关键词：雨课堂教学；混合式课程；工程力学；教学模式；教学改革

中图分类号：G642.0    文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2023）20-0095-04

我国社会科技水平的不断提高产生了大量的工程技术人员数量缺口，对此国家出台了《教育部高等教育司关于开展“新工科”研究与实践的通知》［1］。从该文件中可知：中国培养的大学生需要具有良好的学习能力，扎实的理论知识以及一定的创新意识和优秀的实践能力，这就要求工科毕业生不仅需要掌握有科学的理论体系，还需要将所学习到的理论知识应用到实际中去。

受新冠肺炎疫情的影响，在教育部“停课不停学”方针指导下，学校在特殊时期进行了线上线下混合教学实践，打破了传统教学空间上的限制，丰富了教学模式多样性，既保证了课程周期的完整性，也弥补了传统教学方式的不足，成为高等教育在教学方式与课程评价体系的重要发展契机［2］。

一、“工程力学”教学特点分析

（一）课程特点及主要内容

“工程力学”是一门针对工科近机类和非机械类专业开设的专业基础课，主要培养学生对构件进行力学分析计算、构件的选型和设计能力，是工科专业培养应用型、交叉型、综合型人才的重要必修课［3］。课程的整体性与理论性极强，以高等数学、线性代数和大学物理为基础，由静力学与材料力学两部分组成，前者以“刚体”作为研究对象，培养学生对工程结构最基本的受力分析能力，主要内容包括对实际情况的抽象、计算模型的建立，以及力系平衡的分析。后者以一维杆件此类“变形体”为研究对象，从杆件的四种基本变形作为分类培养学生解决实际工程问题的能力，主要内容包括拉伸、剪切、扭转、弯曲基本变形下应力应变的计算及材料的强度、刚度、稳定性校核等。

（二）学情分析

重庆工商大学每学年为机械工程学院学生大二学年秋季学期开设“工程力学”专业课程，理论教学总学时48学时，总学分3分，每周4学时课程，课程内容饱满，教学任务紧凑。

在2020年新冠肺炎疫情以前，学校“工程力学”教学模式为“PPT+板书”形式，教学过程以教师为主体。然而在教学实践中发现，对于智能制造专业来说，传统的线下教学模式的工程力学课程教学存在诸多问题。如学习效果不佳、学生反馈课程内容难等，进而影响学生在后续专业课和实践活动中进行正确的力学分析。本研究对此问题，对2020级、2021级、2022级智能制造专业学生进行了学情调查问卷，通过问卷结果与学生沟通分析，主要得出以下原因：

1. 课程内容理论性强，作为高等教育本科阶段的第一门成体系的力学课程，学生学习起来有一定的心理压力；大二学生对本专业理解不够透彻，没有认清专业依托“制造”，部分学生认为专业更偏向“智能”，从而认为指导制造的“力学”并不重要。

2. 课程中出现大量公式，许多公式推导涉及“高等数学”微积分知识、“大学物理”中刚体部分内容，这些内容也是“高数”“大物”课程中学习难度较大的部分，学生若对这两部分的知识点没有完全掌握，则无法很好地建立数学与力学思维。因此，“高等数学”与“大学物理”知识点的薄弱会影响“工程力学”课程的学习。

3. “工程力学”课程内容紧凑，知识点层层递进，前后关联性很强，后续内容的学习需要学生熟练掌握前期知识点，前序内容掌握不好会影响后续内容学习，形成恶性循环。

4. “工程力学”课程学习目标之一为培养学生的解决工程问题的实践能力，本科生缺乏实际工程经验，对课程当中的工程实例理解不透彻，教学效果大打折扣。

5. 考核形式单一、考题有重复情况，“工程力学”是工科专业的传统必修课程，对该门课程的考核多为线下闭卷考试，考核内容根据不同专业培养方案的不同仅有些许差别，考试题型传统，考题重复率高，无法全面评价学生对于知识点灵活运用的能力。

6. 传统的课堂理论教学存在课堂缺乏活力、学生注意力无法长时间保持在较高水平、采用合班授课方式、单个学生课堂参与度低等问题。

（三）线上教学特点

2020年以來，为了保证正常的学习秩序，全国高校均先后开启了广泛的线上教学，这也为“工程力学”课程改革提供了新的契机，也对教师的教学技能提出了新的要求。线上教学具有很多优势，学生上课地点更为灵活，教师教学形式也呈现多样化，伴随着丰富的外置设备如手写屏、投影笔等，大大提高了课堂呈现的新颖性，打破了以往沉闷的课堂氛围，极大地提升了学生学习积极性。教师利用平台功能可有针对性地定时向学生发布相应的学习资料。线上学习方式打破了传统本科授课1.5小时时长的限制，教师可以按照知识点调节授课时长而非根据时长讲解知识点，例如微课，这种形式方便学生利用碎片化时间进行学习，“短视频”形式的课程也保证了所有知识点的讲授都在学生注意力高度集中的时间中进行。线上教学可根据平台自身的学习统计功能实现量化考察每名同学的学习痕迹，包括但不限于学习时长、学习进展、预习情况、作业完成度与教师互动情况等；根据软件提供的每个学生的学习情况数据，可以使教师快速准确地掌握学生学习效果，并根据实时学情对教学做出合理的动态调整。

线上教学也并非没有缺点，由于上课地点十分灵活，没有在教室当中进行的课程氛围严肃，也缺少教师全程的现场监督，自制力差的学生容易使用设备进行学习之外的活动；网络波动也可能破坏正常的课程秩序，打断学生连续的思维；大量线上平台的涌入，各个学校、各门课程的信息化建设参差不齐，导致线上学习任务比线下学习任务更加繁杂，加重了学生负担；线上教学也十分考验教师的教学技能，部分教师习惯于教室教学的“舒适区”，对新环境的新生事物难以快速适应甚至产生抵触情绪，不能很好地运用在线教学平台，一定程度上也影响了教学效果。

由此可见，单纯的线上教学或线下教学均无法满足教育部提出的“‘新工科以工程实践能力为核心的综合型、应用型人才为目标”，即以工程问题为导向，通过工程项目为载体向学生传授知识、组织教学，培养学生的工程意识和工程实践能力人才的培养目标［4］。“工程力学”课程的改革方式更趋向于线上线下相结合的混合式教学模式，应充分利用线下课程时间锻炼学生的解决工程问题的意识；利用线上课程时间依托“互联网+”在线学习平台灵活地讲解理论，从教学内容、教学方法和考核方式三个方面进行改革。

二、基于雨课堂混合式教学模式

随着线上教学的进步与发展，线上教学平台层出不穷，例如在线使用人数与覆盖高校数均排前列的雨课堂、超星学习通等平台。本研究选用雨课堂在线教学平台，雨课堂是清华大学和学堂在线共同推出的新型智慧教学解决方案，是教育部在线教育研究中心的最新研究成果，致力于快捷免费地为所有教学过程提供数据化、智能化的信息支持。雨课堂最新开发了与微信融合的移动端平台，做到了课堂永不下线，在课外预习与课堂教学之间建立了一个桥梁，使用方式也比较灵活，教师可在线下教学当中作为一个辅助工具，也可以进行纯线上模式的直播教学［5］。基于雨课堂平台的教学过程分为以下三个部分：

1. 课前预习：课前注重准备。课前向学生推送学习任务，使学生在任务驱动模式下自主地进行课前预习。教师可通过雨课堂课前反馈功能时刻关注学生预习中遇到的问题，也可对所有选课学生进行预习阶段的监测，方便教师掌握学生预习情况，根据预习学情动态调整课程进度与讲授重点。

2. 课中互动：课中注重互动。雨课堂作为任课教师把握学生学情的一种手段，学生在进行扫码签到后可实时接收到课件、动画等学习资料，增加课程资料识别性、提升学习趣味性、增强知识点记忆性，如向学生展示易拉罐受压仿真动画，帮助学生区别板壳结构与一维等直杆件的压缩变形，通过视觉直接加深学生对概念的理解。学生在课程进行当中通过雨课堂弹幕功能进行实时反馈，调动学生积极性、增加学生课堂参与感、提升学生学习满足感。

3. 课后反馈：课后注重提升。作为课堂教学的延伸，雨课堂有多种作业模式可以选择，基于平台发布课程作业、推送课后拓展资料，巩固提升课堂中讲授的知识点、增加理论记忆点，教师通过平台作业统计功能检查学生学习情况，收集学生反馈并反思教学，调整和制订下一步的学习计划。

三、线上线下混合式教学“工程力学”的课程设计

（一）混合式教学设计原则

根据“新工科”理念指定的人才培养计划，“工程力学”线上线下混合式教学设计的总体思路：线上以教师为主角，线下以学生为主角。

1. 内容安排原则：线上理论，线下应用；线上以理论讲授为主，线下以工程应用为主；线上归纳，线下演绎；线上以归纳原理为主，线下以知识演绎为主。

2. 组织形式原则：线上视频，线下课件；线上以播放视频为主，线下以讲解课件为主。线上师说，线下生讲；线上以教师为主角，线下翻转课堂以学生为主。线上听课，线下练习；线上以教师讲授为主，线下以工程演练为主。

（二）课时设计方案

课时安排：“工程学”课程共48课时，线上17课时，占比33%；线下31课时，占比67%。

四、教学改革效果与启示

经过2022年秋季学期的“工程力学”线上线下混合式教学实践，选课人数共89人，截至12周课程结课，每名学生平均利用雨课堂平台次数48.6次，学生学习的主动性与积极性大幅度提高，主观能动性充分发挥；共收到课堂弹幕与交流反馈共计722条，与传统线下教学相比，沟通时效性提高；本学期共发布作业12次，平均完成率接近92%，学生学习效率显著提高、学习氛围得到改善。

调查显示，2021年度评教成绩与课程满意度（满分100）得分为91.38分，2022年度评教成绩与课程满意度为93.06分，学生学习满意度有所增加。

本课程教学设计利用雨课堂凸显了线上线下混合的特色，教学过程更重视互动性教学，强调学生主体性。通过平台数据统计功能，教师直观地、多角度地考查学生的学习情况，根据学生预习资料阅读时长、互动测试成绩、课后讨论频率、学生作业完成次数等数据全面掌握学生学习情况、调整教学计划与教学侧重点，充分发挥教师的导学功能。

新颖的信息技术手段为本科教学的改革提供了无限的可能与契机［6］。混合式教学融合了线下教学的特点与线上教学的优势，使课堂形式更为灵活。线上、线下教学虽然是两种不同的教学模式，但有着相同的教学目标，混合式教学既体现了教师在教学中的引导作用，又激发了学生在学习中的主动性，教与学相互融合，提升了课堂体验。

参考文献：

［1］ 朱全，纪萍，陈华，等. 新工科背景下《工程力学》课程教学研究［J］. 大众科技，2022，24（272）：154-156.

［2］ 屈彩虹，王朋朋，张智. 信息化條件下工程力学课程教学模式探析［J］. 高教学刊，2022（14）：98-101.

［3］ 陈为林，军刘，卢清华，等. 机械电子工程专业“工程力学”教学改革与实践［J］. 教育教学论坛，2022（20）：69-72.

［4］ 刘青松，羊富彬，孙培育. 通过线上教学提升线下课堂参与度的研究与实践——以“工程力学”课程为例［J］. 装备制造技术，2022（05）：184-186.

［5］ 肖苏华，陈飞昕，周莉，等. 雨课堂环境下《工程力学》多元化在线教学模式探析［J］. 中国多媒体与网络教学学报（上旬刊），2020（12）：31-33.

［6］ 刘鑫，申向东，薛慧君，等. 基于雨课堂的混合式教学在理论力学中的实践与探索［J］. 科技资讯，2021，19（10）：173-177.

（责任编辑：淳洁）

基金项目：重庆工商大学教育教学改革研究项目“线上线下教学模式的工程力学教学研究”（项目编号：950721132）；重庆市高等教育教学改革研究项目“在日常教学过程中培养学生自主思维及创新性思维的实践与探索”（项目编号：223239）。

作者简介：李雪琪（1992—），女，博士，重庆工商大学机械工程学院讲师，研究方向为力学的工程应用；黄菊（1977—），女，博士，重庆工商大学机械工程学院讲师，研究方向为人机工程学；丁平（1969—），男，博士，重庆工商大学机械工程学院教授，研究方向为计算固体力学；王江（1969—），男，博士，重庆工商大学机械工程学院副教授，研究方向为结构优化设计；许磊（1988—），男，博士，重庆工商大学机械工程学院讲师，研究方向为机械装备再制造。