雨課堂實踐在農業(yè)院校結構力學課程中的改革探索

黃劍峰 苗力川 楊松

摘要：針對工程教育專業(yè)認證和新工科背景下高等農業(yè)院校水利土建類專業(yè)結構力學課程的改革探索，結合智慧教學工具雨課堂在課程教學中的初步應用實踐，通過課前推送預習材料與名校慕課視頻、課上PPT同步學習與課堂測試、課后作業(yè)推送與師生溝通反饋等三個環(huán)節(jié)，幫助教師精準教學。實踐表明：相對于以往傳統(tǒng)教學模式，近2屆水工專業(yè)首次期末考試卷面成績明顯提高，雨課堂在結構力學混合式教學中的應用初見成效。為此，以學生學習受益為目標探索將雨課堂教學與農業(yè)院校工科學生的學習特點相結合，以期在大數據時代背景下通過智慧教學為相關力學課程的教學改革提供參考。

關鍵詞：結構力學;農業(yè)院校;教學改革;雨課堂

中圖分類號：G642.0;TU311 ? 文獻標志碼：A ? 文章編號：1005-2909（2020）04-0145-09

工科基礎力學系列課程作為水利工程、土木工程等學科的重要基礎支撐，對培養(yǎng)合格的水利工程、土木工程專業(yè)技術人才具有舉足輕重的作用。其中，結構力學作為三大力學中相對較難掌握的力學課程之一，學生學習難度大，考試通過率低，成為困擾教師教學和學生學習的瓶頸。結構力學課程作為很多工科院校研究生入學考試的專業(yè)基礎或復試必考科目，同樣也是注冊結構工程師等建筑工程類注冊資格考試的必考科目，所以結構力學課程的重要性越發(fā)凸顯。教育部高等學校力學教學指導委員會力學基礎課程教學指導分委員會在《高等學校理工科非力學專業(yè)力學基礎課程教學基本要求》中，對結構力學課程教學基本要求A類（適合土木水利類專業(yè)）的能力培養(yǎng)表述為：對常用桿件結構具有選擇計算簡圖的初步能力，并能根據具體問題選擇恰當的計算方法;具有對各種靜定、超靜定結構進行計算的能力，初步具有使用結構計算程序的能力;具有對計算結果進行校核，對內力分布的合理性作出定性判斷的能力[2]。但由于結構力學與理論力學、材料力學聯(lián)系緊密，學生如果沒有扎實的力學基礎，就會感覺教材內容偏深、偏難，學起來枯燥，無法達到課程能力培養(yǎng)的要求，首次考試卷面不及格率較高。這不僅對將要學習的專業(yè)主干課程產生不良影響，甚至還會影響到最后的正常畢業(yè)和就業(yè)。

隨著中國2013年《華盛頓協(xié)議》的簽署，教育部積極推行高等工程教育專業(yè)認證工作，已經得到國際社會和國內高等工程教育界的一致認可[3]。水利水電工程專業(yè)的人才培養(yǎng)應與國家“一帶一路”建設相適應，與國家水利水電發(fā)展相協(xié)調，與國際接軌，因此依據工程教育認證標準對水利水電工程專業(yè)進行認證意義重大[4]。云南農業(yè)大學水利學院水利水電工程專業(yè)2015年通過了中國工程教育認證協(xié)會工程教育專業(yè)認證，是云南省首個通過該專業(yè)認證的高校，2018年該專業(yè)再次接受專業(yè)認證現場考察。其中，結構力學課程首次考試通過率和后期整改效果是認證專家較為關心的問題之一。一直以來，學院高度重視結構力學課程建設，較早被列為學校一類課程建設，后期還列支了一些結構力學的教改項目。新工科是基于國家戰(zhàn)略發(fā)展新需求、國際競爭新形勢、創(chuàng)新人才培養(yǎng)新要求而提出的我國工程教育改革方向[5]。新工科建設的主要目標即培養(yǎng)造就一批具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、跨界整合能力的學科交叉復合型卓越工程科技人才[6]。如何將新工科建設與基礎力學教學改革相結合，是當前每一位高校力學教師值得思考的問題。吳瑩[7]等針對新工科人才培養(yǎng)理念，分析了當前培養(yǎng)新型工科人才的背景和迫切性，探討了適應新形勢人才培養(yǎng)理念的西安交通大學力學示范中心建設思路和內涵，提出了建設實踐教學新模式的途徑和舉措。孫峻[8]提出以多學科交叉融合的課程體系和教學內容促進創(chuàng)新思維，開展多層次全過程的創(chuàng)新實踐以提高新工科土木工程人才的創(chuàng)新能力。在工程教育專業(yè)認證與新工科背景下，云南農業(yè)大學為了讓教師改變教學觀念、感受智慧教學新模式，于2017年購買了由學堂在線與清華大學在線教育辦公室共同研發(fā)推出的基于網絡大數據的一種智慧教學工具——雨課堂，它主要將復雜的信息技術手段融入PowerPoint和微信，在課外預習與課堂教學間建立溝通橋梁，讓課堂互動永不下線。雨課堂科學地覆蓋了課前-課上-課后的每一個教學環(huán)節(jié)，為師生提供完整立體的數據支持，個性化報表、自動任務提醒，讓教與學變得簡單明了。王秀珍[9]等針對現有教學模式對信息化網絡平臺利用不夠充分的現狀，提出基于雨課堂的智慧教學模式，并以計算機網絡課程教學為例，說明這種教學模式的實施過程。孫苗苗[10]等在應用型本科院校建立了基于微信公眾平臺的結構力學翻轉課堂教學模式，結果表明該模式培養(yǎng)了學生自主學習的能力，有利于提高教學質量。

一、傳統(tǒng)結構力學課堂教學短板

教師講，學生聽。這一直是大家對課堂教學的認識和了解，但隨著近年來教育改革和科學技術的發(fā)展，這種傳統(tǒng)課堂教學模式已明顯呈現出以下短板。

（1）隨著近年來高校的逐步擴招，農業(yè)院校里的力學教師尤其上結構力學課的教師相對較少，結構力學課程形成了大班教學，每個教學班級近100人，課堂人數的增多必然影響后排學生的聽課質量，有時甚至難以清晰地看到教師的板書和課件播放的內容。（2）由于學生的力學基礎各不相同，教師無法了解學生課前預習的情況，導致教師在講課時缺乏針對性。例如：在講解單跨靜定梁內力計算時，截面法計算內力和依據內力圖形狀特征做內力圖部分內容在材料力學中已經講過，因此對于基礎扎實、課前預習做得好的學生而言，教師只需要略微引導和復習即可，而對于基礎薄弱且課前預習不理想的學生，教師需要再一次詳細講解。（3）結構力學是實踐性很強的課程，因此課程教學中引入一些具體的力學模型實例非常必要，對于有些內容，若沒有具體的模型實例，教師講解起來相對抽象、復雜。例如：在介紹結構位移計算時，教師只能在黑板上畫出結構變形草圖，無法將結構如何發(fā)生位移的過程呈現出來，學生理解吃力。此外，教師所講述的部分難點內容，有些學生無法理解，課堂上無法及時地與教師溝通交流，導致聽不懂的學生越來越多，慢慢喪失對結構力學課程的學習興趣。（4）在課堂上有時學生難以完成隨堂測試，教師無法掌握學生對本節(jié)課內容的學習情況，不利于接下來的教學開展。在每次課程結束時，雖然會布置課后作業(yè)，但一部分學生由于課程較多或者其他原因，無法及時完成教師所安排的課后作業(yè)，趕作業(yè)、抄作業(yè)現象時有發(fā)生，課后作業(yè)的質量和學習效果大大降低。（5）課后教師無法將教學資源分享至每一位學生，學生只能通過記筆記的方式來積累教學資源，導致學生在課堂上無法緊隨教師的思路來完成當堂課程內容的學習。

傳統(tǒng)課堂模式所呈現出的短板是造成學生結構力學課程學習效果不佳的主要原因。大數據時代，如何將網絡與課堂聯(lián)系，如何讓網絡服務于課堂，成了教學改革的重要方向。2017年4月20日教育部部長陳寶生在清華大學一線課堂聆聽了使用雨課堂進行混合式教學的思政課后，評價雨課堂讓手機從“低頭的工具”變成了“抬頭的利器”，并指出“這堂課以95后大學生的話語方式和時尚現代的呈現手段，把線上線下的學習成果展現出來，讓我聽后深受感染、深受啟發(fā)”。隨著清華大學宣布推出智能教學工具——雨課堂，將PPT、MOOC、手機微信融為一體，預示著我國高校教學信息化將進入一個新的發(fā)展階段。云南農業(yè)大學為推進課堂教學模式改革，購買了正版雨課堂軟件在教學中推廣使用。

二、雨課堂在結構力學課程中的教學實踐

雨課堂是清華大學在線教育辦公室和學堂在線共同推出的新型智慧教學工具，是教育部在線教育研究中心的最新研究成果。雨課堂能夠連接師生的智能終端，將課前—課上—課后的每一個環(huán)節(jié)都賦予了全新的體驗，快捷免費地實現大數據時代的智慧教學，包括師生多元實時互動，教學全周期數據分析等，也隨之帶來了全新的課堂體驗。

課前教師需要設計教學方案，制作預習課件。一般可將結構力學教材每個章節(jié)的重點難點等學習要點以預習材料形式配上語音講解，同時配少量客觀題結合名校慕課視頻，通過雨課堂推送至每個學生的手機端。發(fā)布時可以指定要求學生完成預習的時間節(jié)點，瀏覽預習課件的時間，最后教師可以在自己的手機終端看到每位學生的預習完成情況。圖1為推送給學生手機端的預習材料，圖2為手機端看到的慕課視頻，該視頻每小節(jié)時間長短較為適宜，與教材內容契合度較高。圖3為通過雨課堂后臺導出的學生預習完成情況數據分析。通過推送預習材料，無論是基礎薄弱還是基礎扎實的學生課前都能做好充足的準備，學生在課前按照預習材料中的學習要求，通過慕課視頻有所側重地開展自主學習;學生在課中能針對預習中存在的疑惑認真聽講，聽課效率和學習積極性大大提高。此外，采用混合教學，授課更具針對性，對于簡單的基礎知識稍作講解，把更多的時間放在了重難點知識的講解上，課堂教學質量和效率顯著增強。

教師進行結構力學授課時可以將一些力學模型實例做成動圖或將實際工程中的一些結構力學構件照片上傳到雨課堂，在講到對應的知識點時可將這些動圖或照片呈現出來，幫助學生理解，也有利于活躍課堂氣氛。聽課不再受教室空間大小、教師講話聲音大小等外在因素的影響，只需掃二維碼，本節(jié)課的實時講授課件就會同步顯現在學生的手機上，課后學生還可以隨時打開查閱、復習。雨課堂的一個最大優(yōu)點是教師上傳的和學生收到的各種學習材料都不占用手機內存。對于在上課過程中未聽不懂的地方學生可在對應課件下方點擊“不懂”按鈕，教師手機上會及時彈出學生的反饋，教師可根據“不懂”標記點擊量調整講課節(jié)奏，為學生及時答疑解惑。此外，學生還可通過發(fā)送彈幕提示教師哪些地方不懂需要停下來專門講解，課上學生通過“彈幕功能”與教師展開教學互動，學生的主動參與意識顯著提高。在講課中或結束前，教師可通過事先上傳至雨課堂的測試題對學生進行隨堂測試，學生只需在手機上就可完成答題，教師在手機端可看到每一位學生的答題情況。測試完成后學生通過測試題及時查漏補缺，鞏固所學。圖4為雨課堂后臺導出的學生隨堂作業(yè)數據分析。教師可將隨堂測試作為學生的平時成績，這樣的平時成績更具有代表性和真實性。此外，還可適當提高平時成績在總成績中所占的比重，通過這種方式督促學生自主學習，提高學習效率。在授課結束后，教師可通過雨課堂將本節(jié)課的教學資源分享給每一位學生，便于學生課后復習，也可減少學生做筆記的時間，提高聽課效率。在復習過程中，學生還可以在對應課件下方對未掌握知識點留言，教師可根據問題情況進行解答。雨課堂還具有課前簽到功能，學生只需掃碼就可以完成出勤簽到，教師通過雨課堂就可了解每次上課學生的到課率，當然最新版雨課堂還有隨機點名功能。圖5為雨課堂后臺導出的到課率數據分析。教師省去了繁瑣的課前點名環(huán)節(jié)，節(jié)省更多的時間用于教學。在整個結構力學雨課堂教學過程中，教師和學生的操作痕跡都可以像教學日志一樣被后臺記錄，并可實現相關數據的及時發(fā)送，這些結果一方面可以對教師的教學過程和痕跡提供評價量化依據，另一方面可以分析學生的實時學習狀況，幫助教師調整教學，對學生進行多層次、差異化教學。云南農業(yè)大學水利學院于2017年開始在結構力學課堂教學中使用雨課堂，通過2年實踐取得了一定的成效，圖6為水工專業(yè)學生從2015年到2018年結構力學期末首次考試卷面成績及格率情況?？梢钥闯?，使用雨課堂教學后卷面及格率較以往有較大提升，說明雨課堂的使用對提高結構力學課程的教學質量有一定作用。

云南農業(yè)大學水利學院出臺《關于課堂在線教學的管理辦法》，該辦法基于工程教育專業(yè)認證理念，以促進學生為中心的教育教學觀念轉變，強調學生學習的主體地位，強化教師的引導作用，提高課堂教學質量為目的。該辦法針對課堂教學課前、課中、課后的教學組織，要求以實現教學內容和教學方式支持培養(yǎng)目標，考核內容和內容的分配支撐畢業(yè)要求。該辦法對于課堂教學要求提出：（1）每講推送預習內容一般不超過5頁多媒體教學資料，預習測試題以客觀題為主，一般不超過10題，多選題為主;（2）教師上課前將課前預習及測試推送給學生，并要求學生在上課前完成預習及測試，教師上課前應對學生預習與測試效果進行分析（包括預習時間和預習成績），有針對性地進行課堂教學;（3）教師應基于雨課堂等智慧教學平臺，積極探索以學生為中心的參與式教學，形成討論式、啟發(fā)式、模擬式、案例式、研究式等多樣化的教學形式。注重過程量化考核，提出過程考核是平時成績評定的主要依據，考核內容包括預習、課堂測試、作業(yè)完成情況、單元測試、出勤等。水利學院水工專業(yè)結構力學課程近2年的課程目標達成度評價表如表1，水工專業(yè)結構力學課程近2年的支撐畢業(yè)要求達成度評價表如表2。可以看出，2016年未使用雨課堂授課時結構力學課程目標分值與支撐畢業(yè)要求分值均低于專業(yè)認證要求期望值（0.7），而2017年實施雨課堂教學后，整體課程目標分值和支撐畢業(yè)要求分值均達到專業(yè)認證期望值的要求，這說明雨課堂對于提高結構力學教學質量是有成效的，值得推廣應用。

三、雨課堂在目前結構力學課程教學中的弊端

雨課堂雖然在結構力學教學中取得了一定的效果，但推出時間短，還不太成熟。比如：網絡不穩(wěn)定問題，在課堂上需要手機保持長時間聯(lián)網狀態(tài)，但教學樓無線網絡穩(wěn)定性、學生手機接收速度等因素都會影響正常授課進度。傳統(tǒng)板書教學方式能夠在公式推導和例題推演過程中培養(yǎng)學生良好的邏輯和推理能力，學生緊隨教師的思路，掌握解題過程中每一步的求解方法及細節(jié)，形成邏輯清晰的力學知識體系網絡，從而達到知其然并知其所以然。此外，對于結構力學課程的學習，學生只有通過大量的主觀題練習才能將所學到的力學知識融會貫通，在課堂隨堂測試中學生提交主觀題只能通過紙質作業(yè)拍照后上傳，而教師在手機上只能對作業(yè)給出整體評分，無法給出具體的錯誤細節(jié)，這種批改方式一定程度加大了教師的教學工作量，對學生而言收獲甚小，因此雨課堂主觀題的學生作答和教師批改功能還有待改進。

雨課堂實施效果很大程度取決于教師必須依據結構力學關鍵知識點（模塊）構建課前預習及測試、課內隨堂測試、課后復習及作業(yè)等基于課堂在線教學的新型教學教案，因此，教師首先要轉變觀念，更新教學思路，規(guī)劃好結構力學雨課堂的預習材料、課內測試及課后作業(yè)材料等。這需要花費大量的時間收集整理素材并通過幾屆學生的實踐檢驗后完善，教師的工作量成倍增加，學校如何通過合理的績效考核對這些工作量進行核算也是需要考慮并改進之處，這樣教師的積極性才會得到有效發(fā)揮。

四、結語

雨課堂作為混合式教學的一種新模式成功地將課堂上影響聽課效果的因素—手機轉變?yōu)閹椭鷮W生學習的工具。雨課堂有效地結合了傳統(tǒng)教學和網絡教學的優(yōu)勢，體現了大數據時代下的一種全新教學理念，已經成為高校教學改革的必然趨勢。雨課堂實時記錄并反饋學生學習行為數據，實現數據驅動的教與學，為教師提供精準化評價、個性化引導;優(yōu)化學生的課堂體驗，激發(fā)學生自主學習，提高教學質量。雨課堂在結構力學教學中的初步應用實踐取得了一定的教學效果，課前通過預習材料及網絡慕課發(fā)揮了學生學習的自主性，課上增強了教師與學生的互動性，課后教師教學與學生學習的痕跡通過雨課堂后臺數據被記錄，教師能夠客觀分析學生的學習狀況及教學效果。盡管雨課堂在教學應用中還存在不足之處，但從長遠來看隨著教學不斷優(yōu)化完善，教師應該針對農業(yè)院校工科學生的學習特點，以提高結構力學教學效果和學生學習效率為目的，不斷探索改進雨課堂在結構力學教學中的實踐方法。雨課堂的推廣應用是教學智慧化建設的成果體現，這種教學方式必將引導學生靈活高效學習，為教學改革發(fā)展注入新的活力。

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Abstract： According to the engineering education certification and the reform and exploration of structural mechanics course of water conservancy and civil engineering specialty in agricultural colleges and universities under the background of emerging engineering education， combining with the preliminary application practice of intelligent teaching tool of rain classroom in the course teaching through presenting preview materials and prestigious school video， in-class PPT synchronous learning and classroom testing， after-class pushing homework and communication and feedback between teachers and students help teachers to teach accurately. Practice results show that the scores of the first final exam of hydraulic engineering specialty in the past two years have been significantly improved compared with the traditional teaching mode. The rain classroom has achieved certain results in the mixed teaching of structural mechanics. So the paper explores how to combine rain classroom teaching with the learning characteristics of engineering students in agricultural colleges aiming at students learning benefits， and provide reference for the teaching reform of relevant mechanics courses in the era of big data.

Key words： structural mechanics; agricultural colleges; teaching reform; rain classroom

（責任編輯 梁遠華）