研究生高等土力學(xué)數(shù)字教材建設(shè)的初探與實踐

何斌　馬富麗　韓鵬舉　白曉紅

摘? 要：在對“高等土力學(xué)”教材改革的實踐過程中發(fā)現(xiàn)，紙質(zhì)教材與新媒體的有效融合，將大大提升教學(xué)效果。數(shù)字教材將為信息化教學(xué)提供各類適切的素材，實現(xiàn)了線上線下融合式教學(xué)模式，減輕教師備課負(fù)擔(dān)，提升線下課堂教學(xué)效益，為線上慕課資源的有效利用、混合教學(xué)應(yīng)用實踐提供實施條件和有利保障，也為新媒體背景下數(shù)字教材的建設(shè)與應(yīng)用探究出一條可持續(xù)的數(shù)字教材建設(shè)之路。

關(guān)鍵詞：研究生教學(xué);高等土力學(xué);數(shù)字資源;數(shù)字教材;教材改革

中圖分類號：G643? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2020）23-0081-03

Abstract： Based on the undergraduate soil mechanics textbook， the advanced soil mechanics textbook systematically introduces the further knowledge and new development of soil mechanics to make the graduate students of geotechnical engineering have a deeper and systematic understanding of soil mechanics. In the practice of "advanced soil mechanics" teaching material reform， it is found that the effective integration of paper teaching material and new media will greatly improve the teaching effect. Digital textbooks provide all kinds of appropriate materials for information-based teaching， realize the online and offline integrated teaching mode， reduce the burden of teachers' lesson preparation， improve the offline classroom teaching efficiency， provide implementation conditions and beneficial guarantee for the effective use of online MOOC resources and hybrid teaching application practice， and explore a sustainable way for the construction and application of digital teaching materials in the context of new media a way of digital teaching material construction.

Keywords： graduate instruction; advanced soil mechanics; digital resources; digital textbook; textbook reform

一、高等土力學(xué)教材及數(shù)字教材相關(guān)概念和特征闡述

高等土力學(xué)教材是在本科土力學(xué)的延伸，以使巖土工程專業(yè)的研究生對于土力學(xué)有更全面系統(tǒng)了解。全書共分為七章，其中內(nèi)容包括：緒論，土的形成與物質(zhì)組成，土的滲透性與滲流，土的固結(jié)與流變，土的壓縮性與沉降分析，土的抗剪強度，地基承載力。各章又都附有相應(yīng)知識點對應(yīng)的數(shù)字資源。數(shù)字教材是隨著數(shù)字出版的興起而發(fā)展的[1]。數(shù)字教材，顧名思義就是伴隨數(shù)字技術(shù)出現(xiàn)的教材，毋庸置疑，其發(fā)展形態(tài)和特征會隨著技術(shù)環(huán)境的發(fā)展而變化[2]。紙質(zhì)教材數(shù)字化具有模式簡單、成本低廉的特點，且可檢索，易于傳播，更新及時，比較適合科研文獻(xiàn)的數(shù)字化存儲、檢索與閱讀，在數(shù)字教材領(lǐng)域中取得了較好的發(fā)展。數(shù)字資源是數(shù)字化的教學(xué)資源，它由電子資源、工具資源和實施資源三部分構(gòu)成。其內(nèi)容資源包括微視頻、圖片、PPT、模擬動畫等，工具資源是支持創(chuàng)建、發(fā)布、使用內(nèi)容的軟件。

高等土力學(xué)具有綜合性、經(jīng)驗性和實踐性強的特點，傳統(tǒng)的面對面教學(xué)方式很難激發(fā)學(xué)生的積極性，教學(xué)效果并不理想，教學(xué)方式亟待改進(jìn)。

二、數(shù)字教材建設(shè)的指導(dǎo)思想

高等土力學(xué)課程的授課對象為即將起步的研究人員，是高等學(xué)校土木工程領(lǐng)域碩士和博士研究生的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，因此課程除了應(yīng)能向他們介紹本領(lǐng)域國內(nèi)外的最新研究成果之外，還特別注重對他們研究能力的培養(yǎng)，包括獨立思考能力、實際操作能力和計算能力等。因此本課程既注重內(nèi)容的知識性、前沿性與先進(jìn)性，也強調(diào)對學(xué)生研究能力和研究素質(zhì)的培養(yǎng)。使課程成為研究生從課程學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)到科研選題階段過渡的橋梁[3]。為充分發(fā)揮科學(xué)技術(shù)優(yōu)勢，融合了文字、音頻、視頻及動畫展示等元素，具有表達(dá)更加生動、有利于交流互動、有利于分層施教等優(yōu)點，開展高等土力學(xué)課程的數(shù)字教材建設(shè)具有重要指導(dǎo)意義。

三、數(shù)字教材教學(xué)體系改革

高等土力學(xué)更加注重全面和深化對土的物理、化學(xué)、力學(xué)性質(zhì)的理論和應(yīng)用研究，更加注重應(yīng)用多學(xué)科交叉的理論和方法，開展土的性質(zhì)的研究和解決復(fù)雜工程問題。為在授課中實現(xiàn)有序的、多層次、多維度、高質(zhì)量的高效互動效果，理論與實踐并行，通過前期試驗及資料收集，特在紙質(zhì)教材教學(xué)內(nèi)容中增加數(shù)字資源部分并對課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了系統(tǒng)改革。

在課程教學(xué)內(nèi)容數(shù)字資源建設(shè)過程中增加了數(shù)字資源目錄，數(shù)字資源的構(gòu)建主要是以PPT動態(tài)演示、試驗圖片、工程實例圖片、室內(nèi)試驗微視頻以及軟件模擬動畫等表達(dá)形式。

線上線下混合式學(xué)習(xí)方法是近年來國內(nèi)外專家深入研究的一種學(xué)習(xí)模式，該方法將傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方法和數(shù)字化或網(wǎng)絡(luò)化的教學(xué)模式結(jié)合起來，既發(fā)揮了教師的引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控教學(xué)過程的主導(dǎo)作用，又充分體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的主動性、積極性與創(chuàng)造性。教學(xué)改革實踐表明，混合式學(xué)習(xí)方法能夠有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，明確學(xué)生的學(xué)習(xí)目的，在教師和學(xué)生之間圍繞學(xué)習(xí)任務(wù)形成良好的教學(xué)互動。

四、深化數(shù)字教材教學(xué)內(nèi)容改革

線上線下融合式教學(xué)方式在高等土力學(xué)教學(xué)過程中能夠提供新的思路和方法。數(shù)字教材還能支持讀者與數(shù)字教材的互動、師生互動、學(xué)生之間互動，以及教師、學(xué)生與數(shù)字教材的作者之間的互動。在數(shù)字資源安排上主要也是圍繞課程主線進(jìn)行，使理論課和互動課融為有機的整體，數(shù)字資源建設(shè)過程中利用拍攝室內(nèi)試驗過程、專業(yè)繪圖軟件和專業(yè)軟件模擬等手段，數(shù)字資源在紙質(zhì)教材中以二維碼的形式鏈接在相應(yīng)教學(xué)內(nèi)容頁，成功添加24個數(shù)字資源鏈接，為多媒體時代數(shù)字教材的建設(shè)起到指導(dǎo)作用。其主要內(nèi)容、形式及目的要求如表1所示。

從確定數(shù)字教材建設(shè)內(nèi)容、數(shù)字資源形式和線上線下融合式教學(xué)方式等三方面總結(jié)了運用數(shù)字教材在教學(xué)過程中的構(gòu)成要素，與傳統(tǒng)的單純紙質(zhì)線下教學(xué)實施要點和實際教學(xué)效果對比可以發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用數(shù)字教材以及混合式教學(xué)方式能把提高研究生獨立科研能力的培養(yǎng)目標(biāo)落實到課程教學(xué)中，并能在加強研究生自學(xué)能力的同時，有效激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和想象力。

五、數(shù)字化教材改革的實踐效果

數(shù)字教材具有傳統(tǒng)教材不具備的諸多優(yōu)勢，具有如可訪問性、可移植性、準(zhǔn)確性、交互性等特征。

（一）調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)合作、互動的積極性

在增加數(shù)字資源的課程內(nèi)容教學(xué)過程中學(xué)生可以利用手機掃描功能在課堂中進(jìn)行在線學(xué)習(xí)，數(shù)字教材中的內(nèi)容生動活潑，相關(guān)試驗過程動畫展示操作準(zhǔn)確，工程設(shè)計圖紙清晰詳細(xì)，學(xué)生可以通過觀察現(xiàn)象獲得知識、調(diào)動互動的積極性，并能夠交流和分享彼此的想法。

（二）激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動性

學(xué)生對現(xiàn)代化數(shù)字資源（新媒體和多媒體）學(xué)習(xí)資料的鐘情，他們在課堂上使用包括微視頻在內(nèi)的多媒體資源時，使得學(xué)習(xí)動機和欲望都相比單純紙質(zhì)教材有所增加[4]，為學(xué)生提升自學(xué)探究能力提供有力保障。

（三）培養(yǎng)、提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力

數(shù)字教材能夠使學(xué)生能夠進(jìn)行自主學(xué)習(xí)并創(chuàng)造屬于自己的學(xué)習(xí)資料。數(shù)字教材的目的是為學(xué)生提供各種資源，學(xué)生可以通過掃描紙質(zhì)教材上的數(shù)字資源鏈接自主學(xué)習(xí)。而目前，正在大力倡導(dǎo)課堂教學(xué)方式改革，翻轉(zhuǎn)課堂是其中一種重要的形式[5]。數(shù)字教材教學(xué)改革不僅可以培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)能力，而且有助于提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。

總之，現(xiàn)有的《高等土力學(xué)》教材雖然概念清晰，內(nèi)容豐富，理論性強，但是都不含有多媒體數(shù)字資源。然而，數(shù)字教材將給廣大老師帶來教學(xué)的改革，教師的教學(xué)方式將會以學(xué)習(xí)終端為載體、以學(xué)習(xí)云平臺為支撐，實現(xiàn)有序的、多層次、多維度、高質(zhì)量的高效互動。此外，數(shù)字教材將為信息化教學(xué)提供各類適切的素材，減輕教師備課負(fù)擔(dān)，提升課堂教學(xué)效益，也為新媒體背景下數(shù)字教材的建設(shè)與應(yīng)用探究出一條可持續(xù)的數(shù)字教材建設(shè)之路。數(shù)字教材的建設(shè)為慕課及SPOC平臺應(yīng)用于實際教學(xué)，提供了新的思路和方法，在教學(xué)設(shè)計和實踐上均具有創(chuàng)新性，有較大的借鑒和推廣價值。

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