桑代克學習律在工程力學在線課程建設及教學中的應用

楊旭娟,李兆軍,楊 蓉

(廣西大學 機械工程學院，廣西 南寧 530004)

工程力學是許多非機類工科專業(yè)必修的一門技術基礎課，在工科專業(yè)的教學計劃中占有重要地位。目前學生在工程力學的學習中遇到許多困難，如課程內容理論性較強，內容抽象難以理解；教學學時少而內容多，不易消化；習慣被動接受式學習，自主學習能力不足。面對這樣的情況，許多專家和學者進行了大量的研究和探索，如張樹翠和趙衛(wèi)兵以成果為導向，通過增加工程案例討論與分析，提高學生的學習興趣[1]；郭勇分析了信息化背景下工程力學教學中存在的問題，并從教學內容和過程提出了改革意見[2]；梁志達探討了新工科背景下課程教學質量提高的途徑和方法[3]。這些研究和探索對工程力學教學水平的提高有著十分重要的意義。

隨著互聯(lián)網技術與教育的深度融合，近年來在線課程以其不受時空限制、多維互動等優(yōu)點，得到國內外許多高校的認可和推廣[4]，但在線課程在建設和實踐過程中，也出現(xiàn)了許多問題，如學生學習動力不足、被動學習及缺乏交流互動等[5]?，F(xiàn)代教育心理學之父桑代克對于學習的規(guī)律進行了大量深入的研究，提出準備律、練習律和效果律三大學習律[6]，本文將此三大學習律應用在工程力學在線課程的建設和教學中，以學生的學習為中心，探索提高學生學習效率的有效措施，使在線課程建設和實施更符合學生的學習規(guī)律，從而提升教學質量。

一、桑代克的學習律

桑代克是美國著名的教育心理學家，其提出的學習律是在大量動物實驗基礎上總結出來的，包括準備律、練習律和效果律。準備律反映了導致學習者傾向于滿意或煩惱的許多狀態(tài)的特征；練習律體現(xiàn)了一個聯(lián)結的應用是增強或減弱這個聯(lián)結，聯(lián)結指的是刺激與反映之間的聯(lián)結；而效果律反映的是一個聯(lián)結的后果是否會加強或削弱這個聯(lián)結。下面具體探討準備律、練習律和效果律的具體表達及其在工程力學在線課程建設及教學中的應用。

二、桑代克準備律在工程力學在線課程建設及教學中的應用

桑代克提出的準備律主要有三個方面：如果對一個動作序列的強烈愿望被激活，那么順利地完成那個序列就是滿意的；如果那個動作序列受壓制或受阻礙而不能完成，那么這壓阻就是煩惱的；如果動作到了過度疲勞或過度滿足的階段，那么強行使這個動作重復出現(xiàn)就是煩惱的[6]。如果將準備律應用在工程力學的學習中，可以這樣認為：如果學生對于學習工程力學的強烈愿望被激活，那么順利進行課程的學習就是滿意的；如果學習工程力學的行為受壓或受阻而不能完成，那么就是煩惱的；如果學習工程力學的行為使得學生過度疲勞或過度滿足，那么強行讓學生再學習知識就是煩惱的。

準備律第一個方面體現(xiàn)的是要實現(xiàn)有效的學習，首先是課程學習的興趣要被激發(fā)出來，桑代克強調，興趣的激發(fā)是由于學生認為學習的內容對于達到個人目標有重大的意義，興趣也能成為學生注意學習的動力。不同的學生對于課程要達到的個人目標是不一樣的，要想激發(fā)每個學生的興趣，就要知道每個學生的個人目標，不僅僅是教學大綱的目標，比如往常我們所講的培養(yǎng)學生的分析能力、理解能力、解決問題的能力等，要因人而異，分析同學們的個性需求，將大綱目標和學生個性化的目標相結合，可以設置線上實名調查問卷，了解同學們的學習目標，可通過線上互動交流、作業(yè)回饋交流等，向學生針對性地傳達課程學習對個人目標的達成意義，讓學生真切感受到工程力學課程學習對個人目標的重大意義，從而激活學生學習工程力學的強烈愿望。

第二個方面體現(xiàn)的是要促進學生的學習，就要為學生學習提供有利條件。工程力學在線課程建設和教學實踐要以學生的學習為中心，多從學生的角度去設計知識的呈現(xiàn)形式，比如對于知識點視頻的呈現(xiàn)方式，可結合具體的知識點特點，合理采用動畫、圖片、視屏等呈現(xiàn)形式。比如，在靜力學中，學生很容易混淆力的投影與分力的概念，視頻設計時，可通過動畫介紹力的投影的概念以及投影的要素，分析力在軸上的投影為什么用代數(shù)量來表達，而力在面上的投影要用矢量來表達，另外，力在軸上的投影與力沿軸方向的分力之間的區(qū)別和聯(lián)系，當視頻展現(xiàn)的思路清晰了，配合動畫的演示，學生就容易理解了。另外，在材料力學部分，涉及理論公式的推導過程，內容抽象不易理解，雖然書本也有配圖，但是理論的推導過程是逐步展開的，靜止的圖片是無法展示推導的過程，因此在視頻設計中，我們將公式推導、語言講解與動畫展示三個方面進行同步輸出，多渠道進行知識的展示，從而利于同學們快速理解公式的來龍去脈，促進學生順利進行課程的學習。此外，在線課程的建設不是一勞永逸的事情，要經常傾聽學生學習中的困難，針對性地提出解決方案，從而減少學生學習的阻力。

第三個方面體現(xiàn)的是學習的強度和難度要適當，不要讓學生感到過度疲勞，也不要讓學生感到過度滿足。布置的學習任務要考慮學生的時間和能力，開課前可了解學生本學期的課表，掌握學生的自由安排時間和要完成的科目，做到心中有數(shù)，從而合理布置線上任務。另外，知識點的設置要難易結合，適當提高挑戰(zhàn)度，做好線上學情反饋，適當增減學業(yè)難度。

桑代克的準備律反映了導致學生傾向于滿意或煩惱的三種狀態(tài)特征，更是給我們教師促使學生獲得滿意狀態(tài)和避免或減弱煩惱狀態(tài)指明了方向，教師可通過學習興趣的激發(fā)、內容的展現(xiàn)形式、任務的多少以及難度的把握等方面進行線上課程的建設及實施準備。

三、桑代克練習律在工程力學在線課程建設及教學中的應用

練習律通俗的講就是習慣的重復增加了習慣的力量，其前提是“熟能生巧”。練習律有兩種形式：一個聯(lián)結的應用會增強這個聯(lián)結的力量；一個聯(lián)結的失用(不練習)則會導致這一聯(lián)結的減弱或遺忘[6]。這里的應用，指的是受獎或受罰反應的正確應用，也就是強調練習要有反饋，包括獎勵的反饋和懲罰的反饋，這里的獎勵和懲罰的具體含義要根據(jù)具體的練習來定。如果將練習律應用在工程力學的學習中，可以這樣認為：學習工程力學需要進行練習，而有效的練習需要練習結果的及時反饋。

工程力學是高中物理在力學知識方面的延伸和擴展，分為靜力學和材料力學兩個部分，靜力學研究物體的受力分析，力系的簡化和力系的平衡問題，而材料力學研究構件在外力作用下的強度、剛度和穩(wěn)定性的問題。涉及大量的理論推導、分析和計算，沒有足夠有效的練習很難完成知識的鞏固和掌握。根據(jù)桑代克的練習律,知識的掌握需要進行練習，而練習效果的及時反饋可以增強學習的效果。對于工程力學的在線課程來說，由于不受時空的限制，線上布置練習任務，學生進行線上練習，提交答案后，系統(tǒng)自動批改，于是練習結果可以及時得到反饋，并且難點問題要配置答案解析，同學們可以及時了解知識的掌握情況，而且對于難點問題根據(jù)答案解析，可以很快得到指導。而在傳統(tǒng)教學中，學生做完課后作業(yè)，提交給教師批改，教師再找時間進行集中講評，經歷的時間比較久，遇到問題也不能及時有效解決，而在線課程的及時性，大大縮短了學生做完練習到結果反饋的中間時間，學生的學習效率將大大提高。

及時的練習對工程力學知識的掌握和鞏固起到非常重要的作用，而練習的內容、數(shù)量、形式和節(jié)奏將直接影響學習的質量。本課程以學生的學習為中心，結合學生的認知特點進行合理設置。線上視頻按照學生的注意力集中時間規(guī)律，通常圍繞一個知識點進行8到15分鐘的視頻講解，然后是與知識點內容緊密相關的3-5個小練習，小練習多以選擇和判斷題的形式呈現(xiàn)，一是方便學生隨時隨地使用手機作答，二是方便系統(tǒng)自動批改。小練習的難度要適當，如果太高，容易挫傷學生的學習積極性，產生畏難情緒，太容易則難以達到知識鞏固的目的，難度是否合適要通過學生答題情況的反饋，不斷優(yōu)化練習的難度。每章大概有4到8個知識點，每章進行一次線上測驗。測驗圍繞線上知識點展開，考慮學生學習掌握情況有好有壞，難度也要有區(qū)分度，由易到難，都有涉及。由于線上習題多采用客觀題，知識點的考查相對比較集中，而工程力學要解決的問題通常要用到許多的知識點，特別是到了材料力學部分，比如彎曲梁的強度校核問題，要用到靜力學的受力分析、平衡方程的建立、截面法求內力、橫截面上的應力計算和分布等，還要有相當多的主觀題的練習，這部分可以安排在線下進行，并通過線下課堂進行反饋和講評。線上習題和測驗設置是否合理，可通過線上平臺的數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析功能了解學生的學習情況，并根據(jù)學習情況對線上練習進行調整。

另外，在線課程也擴展了練習的廣度和深度，不僅通過測驗和習題可達到練習的效果，還可以通過線上討論，達到練習的效果。比如在材料力學部分，引入截面法求內力的時候，可以讓同學們線上討論為什么引入截面法以及為什么內力采用設正法進行預設，通過這樣的線上討論，同學們可以發(fā)表自己的看法，同時還可以了解其他同學的看法，比較各種看法的異同，最終加深截面法的應用價值。

四、桑代克效果律在工程力學在線課程建設及教學中的應用

桑代克早期效果律的內容是：在對同一個情境作出的若干反應中,那些伴隨著或緊接著有使動物滿意的事態(tài)發(fā)生的反應 ,在其他條件相等的情況下,將與這個情境更加牢固地聯(lián)結起來，哪些伴隨或緊接著有使動物不適的事態(tài)發(fā)生的反應，在其他條件相等的情況下，與這個情境的聯(lián)結則削弱下去。所謂滿意的事態(tài)意指動物不作任何舉動予以回避而經常作一些舉動以便維持或恢復的事態(tài)。所謂煩惱的事態(tài)，則意指動物不作任何舉動予以保持而經常作一些舉動以便結束的事態(tài)[6]。根據(jù)早期的效果律可知，獎勵會加強聯(lián)結，而懲罰會削弱聯(lián)結。但桑代克后期的許多實驗又表明：獎勵和懲罰的效果不是相等或相反，在某些條件下，獎勵比懲罰更為有效。

對于工程力學在線課程來說，如何運用獎勵和懲罰對于學生的學習效果起著非常重要的作用。工程力學是工科課程里面相對比較有難度的課程之一，靜力學部分和高中物理中關于力的分析有一定聯(lián)系，學生容易理解，而在材料力學部分，研究構件在外力作用下的應力、應變和變形分析，涉及大量的公式推導，而且有的內容比較抽象，有相當一部分的同學難以理解，如果不經常性地給予鼓勵，學習的熱情很難繼續(xù)。根據(jù)桑代克的效果律，我們可以給予適當?shù)莫剟詈蛻土P，但在哪些環(huán)節(jié)可以進行獎勵和懲罰以及如何進行獎勵和懲罰是我們在工程力學在線課程建設及實施中需要仔細挖掘的問題。我們將從線上學習環(huán)節(jié)去尋找可以獎勵或懲罰的切入點。首先，學生學習完知識點視頻，我們可以設置相應的在線練習，根據(jù)前述的練習律，學生練習完后可及時反饋練習的結果，包括對錯和答案解析。由于不是在實體課堂，教師不能面對面直接對學生的練習效果進行評價。此時我們可以在答案解析里面，增加一些獎勵或懲罰色彩的語言，讓學生感受到教師的肯定或督促，激發(fā)學生學習的積極性。其次對于一些重點或難點問題，教師可在討論區(qū)設置討論主題，并根據(jù)學生的作答情況，參與對部分回帖的評價，不僅可以提高討論區(qū)的互動程度，也可以更加激發(fā)學生深入思考的熱情。最后還可以在在線作業(yè)批改環(huán)節(jié)進行實施。系統(tǒng)可以自動批改的練習基本都是客觀題，而對于主觀題可通過學生互評或教師批改的方式進行。對于教師批改的作業(yè)，教師就可以根據(jù)具體的作答情況，給出適度的評價，讓學生感受到激勵和鞭策。所有這些環(huán)節(jié)都是要促進學生的繼續(xù)學習，促使學生保持學習的持續(xù)積極性，從而提高學習效率。

桑代克指出人類的學習基本上是準備律、練習律和效果律的作用。本文通過引入桑代克的學習律，深入分析其在工程力學在線課程建設以及實踐中的具體應用，通過多種方法和途徑實現(xiàn)本科教學方法的創(chuàng)新，激發(fā)學生的學習興趣，擴展學習的廣度和深度，從而提高本科教學質量。