基于“雨課堂”的“結構力學”課程混合式教學模式研究

秦緒喜 周培蕾 吳春利 顧正偉

（吉林大學交通學院 吉林·長春 130025）

0 前言

結構力學是土木工程及相關專業(yè)的一門非常重要的專業(yè)基礎課[1]。由于該課程具有概念抽象、內容理論性強、難于理解、題目靈活多變等特點，導致學生難于熟練掌握、靈活運用所學知識解決實際工程問題。同時，傳統(tǒng)的線下教學模式以教師理論講授為主，教學手段單一，學生被動學習，這使得教學形式與興趣相背離，導致學生學習積極性較差，教學效果不理想。2020年以來為了應對突發(fā)公共衛(wèi)生事件，全國全面迅速地開展了線上教學工作。雨課堂、騰訊會議等一些網(wǎng)絡教學手段在線上教學模式中發(fā)揮著越來越重要的作用[2][3]。但是經(jīng)過兩年來的實踐，單一的線上模式也暴露出來了許多缺點。例如線上如何對學生進行有效監(jiān)管；如何上課期間保持網(wǎng)絡暢通；如何保證師生線上有效溝通等都會影響教學質量。因此，在未來疫情得到有效控制的前提下，高校如何采取有效的線上線下相結合的方式進行教學，提高教學質量，是所有高校都要面臨的新問題?；诖?，本文針對“結構力學”這門課進行了基于“雨課堂”的混合式教學模式研究，即“線上+線下”教學模式。

1 “結構力學”課程教學中存在的問題

1.1 “結構力學”課程的學習特點

1.1.1 概念抽象、內容理論性強、難于理解

結構力學是一門理論性強，理解難度比較大的專業(yè)基礎課。課程以桿系構成的結構為主要研究對象，主要研究結構在各種作用下的響應計算，包括內力計算以及位移計算。

由于結構力學的課程的特點，導致學生在開始學習這門課程時不得要領，導致學生產(chǎn)生畏懼心理，對于一些力學概念理解不深，做題沒有思路，長此以往學生對結構力學的興趣消磨殆盡。甚至有些學生學習目的并不明確，如何學習、掌握知識內容，如何運用已知力學模型進行分析等問題層出不窮，致使學生空有一身知識而不知如何運用。他們根本不了解該課程的重要性以及對工作產(chǎn)生的影響。

1.1.2 線下教學手段單一，內容缺少趣味性

結構力學課程的理論性和邏輯性較強，課程涉及大量的公式推導，教師教學手段比較單一，很多時候教師只是進行單純的灌輸式教學，沒有更多手段引導學生進行趣味性的教學探索，另外線下教學不能更好的利用互聯(lián)網(wǎng)資源，也導致教學的生動趣味性缺乏。學生沒有興趣，學習沒有了主動性，進而導致對課程內容掌握不牢，缺少解決工程問題的實踐能力。

1.1.3 教學學時少，內容多，兩者不匹配

教育部自2017年起提出建設新工科人才培養(yǎng)模式，要求從教學導向轉向產(chǎn)業(yè)需求導向、從專業(yè)分割轉向跨界交叉融合、從適應服務轉向支撐引領[4][5]。因此，各高校為達到寬基礎、重融合而對課程進行調整和壓縮，使相關專業(yè)課時減少。結構力學課程課時也進行了相應的壓縮。這使得教學內容與教學學時不匹配，導致教學難度加大。

1.2 “結構力學”課程在線上教學中遇到的普遍問題

通過特殊時期結構力學課程的線上教學實踐發(fā)現(xiàn)與線下教學相比，線上教學體現(xiàn)出已下優(yōu)缺點。

（1）線上教學的優(yōu)點：首先是線上學習具有可重復性，學生課堂上對某一部分內容未理解的可以根據(jù)自己學習的需要，重新學習，從而更好地掌握所學內容，并充分鞏固學習效果。其次是線上學習可以不受地域空間的限制，這樣學生的學習地點更為靈活，這種優(yōu)勢在特殊時期體現(xiàn)的較為明顯。再次學生能更好的實現(xiàn)自主個性化學習，由于教師可以把更為豐富的教學資料放于線上，這樣學生可以根據(jù)自己的時間和需求有選擇的進行學習，從而有效地增強了學習的針對性，從而提高個人的學習效率。最后線上學習可以方便老師和同學、同學和同學之間的交流和溝通，避免了線下教學老師無法兼顧所有學生的情況。

（2）線上教學的缺點：線上教學的特點是把雙刃劍，以上論述的優(yōu)點在一些情況下往往會變成線上教學的劣勢。例如線上教學可重復性容易讓學員產(chǎn)生依賴心理，認為聽不懂還可以重學，從而導致學習效率下降。線上課堂同學在不同的一個空間中網(wǎng)上聽課，這對學生的自主學習能力和自我約束能力要求較高，缺少老師的有效監(jiān)管下，學生的聽課效率會大打折扣。

2 “結構力學”課程的混合式教學

2.1 雨課堂的混合式學習模式

通過前面的論述可以看到，線上線下教學存在著各自的教學特點。針對與前述的結構力學課程中存在幾個痛點問題，我們可以揚長避短，充分發(fā)揮線上線下各自的優(yōu)勢使這些痛點難點問題得到解決。因此以雨課堂為依托，從傳統(tǒng)的課堂教學與網(wǎng)絡信息化教學相結合的新型教學方式入手，重構學生課內、課外的學習流程，構建如圖1所示的促使學生自主學習與教師指導的混合學習模式。該模式將學生的學習過程分為課前階段、課上階段和課后階段三個階段，強化學生的自主、協(xié)作學習和師生的交流、互動，促進學生由被動學習向主動學習的轉變。

圖1：基于雨課堂的混合式學習模式簡圖

2.2 “結構力學”雨課堂的混合式學習模式構建

基于雨課堂網(wǎng)絡環(huán)境，針對線上線下的課前、課中、課后環(huán)節(jié)進行混合式教學設計。圖2“結構力學”雨課堂的混合式學習模式教學設計。下面詳細論述其設計內容。

圖2：“結構力學”雨課堂的混合式學習模式設計

2.2.1 課前階段

根據(jù)結構力學學習目標、學習內容和學習任務的要求，教師和學生分別通過雨課堂網(wǎng)絡平臺完成課前階段的工作和學習任務。教師的主要工作包括課程PPT的制作、課后作業(yè)、課程內容相關的視頻及拓展材料等。教師可以利用雨課堂的慕課視頻資源豐富授課PPT的制作，同時一些優(yōu)秀的網(wǎng)絡資源也可以加入到PPT中進行講解。例如可以搜集一些國內外各類工程結構圖片，加入到PPT的內容中，因為對與每一種梁、剛架、桁架和拱等結構形式都有實際工程中的對應結構，所以在對每種結構的受力變形內容進行講授時，應該充分發(fā)揮多媒體教學直觀、生動的優(yōu)點，并簡單介紹該類結構的設計背景，使學生對對應結構形式有直觀的感性認識，從而激發(fā)學生的學習興趣。再如一些最新的橋梁及工民建結構施工動畫、有關橋梁事故視頻等。如果教學學時限制不能更多展示這些資料，則可以作為學生課后的拓展資料，供學生通過雨課堂平臺網(wǎng)絡學習。

針對課程內容，教師應增加相應的背景資料。例如結構力學緒論中對結構力學的研究對象邊界簡化做了做了論述，這些內容都是基于一定的工程結構背景。但在后學課程中并沒有過多的解釋，導致學生對所計算結構的工程背景不清，荷載由來不清，如斜桿的分布荷載為什么同樣是滿夸布置，有的是垂直向下，有的是垂直與桿件。通過力法和位移法的學習，對于一般桿系結構，學生能夠進行位移計算。但是不知道位移計算和工程實際有什么具體聯(lián)系。因此，針對與不同的課程內容應增加其應向的應用背景資料，使學生對所學知識有更深入、全面的認識與理解。

完成相關課件制作及資料收集工作后，教師需要將得到的資料上傳雨課堂平臺，并完成測試工作。學生在課前則首先需要通過雨課堂完成作業(yè)、復習及預習的工作。其次及時關注教學通知，了解最新教學動態(tài)。為了更好的做好預習工作，同學可以分組建立互助群，留言區(qū)。對于預習過程中遇到的問題可以通過這些平臺在手機電腦終端隨時隨地和老師同學進行溝通，及時把問題解決掉。整個學生預習過程都會在雨課堂平臺留下痕跡，比如學生瀏覽網(wǎng)頁次數(shù)，提問情況及學習相關拓展資料情況。教師在一定程度上掌握每位學生動態(tài)實現(xiàn)因材施教。

2.2.2 課上階段

針對與前述結構力學課程學習特點，課上階段的學習在授課時需要打破傳統(tǒng)教學模式，建立學生參與學習過程的教學設計方法。例如建立合作學習小組、設計一些競賽題目、構建思維導圖、雨課堂的移動教學平臺、鼓勵學生參與習題庫建設、通過這些設計方法轉變教師為主的教學方法，由原來的灌輸式教學轉變成以學生為主的參與啟發(fā)式教學。課堂上教師的主要作用是針對學生的課前反饋，重點對課程內容的難點、重點以及疑問進行講授。同時利用雨課堂線上功能在線測試、點名、彈幕等功能使學生和教師隨時交流互動，增加課堂活躍氣氛。

鑒于結構力學授課學時的壓縮，應該在有限的學時下的情況下，課堂上重點講授結構力學的核心內容。對于與其他課程重復的內容，可以課堂上簡略講述或將其內容放置與雨課堂輔助資源中供學生學習。例如結構力學中桁架內容在理論力學中已有講授，這里只要講清楚結構力學中為什么還會拿來作為一個獨立內容而存在以及同學應該達到什么教學要求就可以，不必要在其上花費過多時間。位移法和矩陣位移法作為結構力學的主要內容應該重點講解。隨著對計算機的深入應用，越來越多的實際工程計算都是通過計算程序進行的。所以，結構力學中關于內力和變形手算的內容可以少講，重點講述不同結構的受力變形特點和其解決手段就可以了。

2.2.3 課后階段

基于教師對課程章節(jié)的講解，下達相關教學課程作業(yè)任務，將任務分為個人作業(yè)、小組作業(yè)、隨堂測試等三個環(huán)節(jié)。其中隨堂測試和個人作業(yè)由老師進行成績評定，小組作業(yè)課后通過團隊合作，共同完成，最后形成小組成果性進行小組間互評。例如結構力學中矩陣位移法章節(jié)中，每道題目計算量都比較大，可以針對實際問題，設計一些題目通過這種小組作業(yè)的形式共同完成，及鍛煉了團隊協(xié)作能力，同時學生們在交流分享的過程當中實現(xiàn)知識的學習和拓展。

課后學生在完成相關作業(yè)任務后，學生為鞏固學習內容可以重復學習回放內容。通過雨課堂平臺，教師可以將教學全過程都納入到學生的評價當中。例如建立在線預習成績、課堂成績、線上線下作業(yè)成績、課后復習及內容拓展情況等都納入到學生評價當中去。同時也可以建立同學和同學之間的評價，形成一個網(wǎng)狀評價體系，使得對學生的評價更為全面科學，促進教學動態(tài)性發(fā)展。