疫情防控背景下工程力學和材料力學課程多通道在線教學探索與實踐

楊旭娟　李巖舟　李兆軍

[摘 要]“停課不停教”是疫情防控背景下教育部應對延期開學而提出的新舉措。疫情期間如何進行有效的教學，直接影響教學的質量。在延期開學期間教學方式轉變的基礎上，項目組以學生學習為中心，結合工程力學和材料力學課程特點，綜合運用中國大學MOOC、QQ、慕課堂和在線直播等多個通道，結合平臺學生學習的數據反饋，注重知識的前后銜接，對教學設計進行安排和完善，并以知識點截面法的教學為例，進行多通道在線教學模式的具體實踐，從而為其他力學課程疫情防控背景下或突發(fā)事件引起延期開學期間的在線教學提供參考。

[關鍵詞]疫情防控;工程力學;材料力學;在線課程

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2021）06-0087-03

2020年初不斷蔓延的新型冠狀病毒肺炎疫情給人民的生產和生活帶來了很大困難，也給高校教學工作帶來了極大挑戰(zhàn)。教育部對疫情高度重視，于2020年1月27日下發(fā)通知，要求春季學期延遲開學，學生在家不外出、不聚會、不舉辦和參加集中性活動 [1]。2020年2月3日，教育部在《致全國大學生的一封信》中鼓勵大學生在疫情防控面前做好“守護者”“修行者”和“識途者”[2]。緊接著，2月4日教育部下發(fā)了《關于在疫情防控期間做好普通高等學校在線教學組織與管理工作的指導意見》，意見指出要采取政府主導、高校主體、社會參與的方式，共同實施并保障高校在疫情防控期間的在線教學。各高校應充分利用上線的慕課和省、校兩級優(yōu)質在線課程教學資源，在慕課平臺和實驗資源平臺服務支持帶動下，依托各級各類在線課程平臺、校內網絡學習空間等，積極開展線上授課和線上學習等在線教學活動，保證疫情防控期間教學進度和教學質量，實現(xiàn)“停課不停教、停課不停學”[3]。

工程力學課程包括靜力學和材料力學兩部分內容。非機械類工科專業(yè)學生沒有學習過靜力學，而材料力學的基礎是靜力學，因此工程力學在許多非機類工科專業(yè)中開設，如環(huán)境工程、制糖工程、材料科學與工程、冶金工程、礦物資源工程等;機械類專業(yè)學生學習過理論力學，有靜力學的基礎，因此材料力學單獨在機械工程學院的機械類專業(yè)和能源類專業(yè)開設，教學的內容則更深入一些。疫情防控背景下，如何實現(xiàn)工程力學和材料力學課程“停課不停教、停課不停學”是我們高校力學基礎課教師要面對的緊要問題。

焦建利、周曉清等人對疫情期間四種典型“停課不停學”學習模式進行了分析和比較，為我們一線教師有效實施在線教學提供了重要參考[4]。工程力學和材料力學是許多工科專業(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。但工程力學和材料力學課程理論性較強，內容抽象，同時學生習慣被動接受式學習，自主學習能力不足，加大了學生理解的難度。在疫情防控背景下，一線教師要認清形勢、充分調研，多渠道進行知識的傳遞和互動。本文結合教學實踐，從多個方面進行分析，并提出應對措施，為一線教師有效實施在線教學提供參考。

一、疫情防控背景下教學方式的轉變

工程力學和材料力學課程作為許多工科專業(yè)重要的技術基礎課，在以往的傳統(tǒng)教學里，主要進行的是課堂面授教學。近年來，隨著互聯(lián)網與教育的深度融合，大規(guī)模在線開放課程和學習平臺在世界范圍內迅速興起，許多高校順應時代發(fā)展潮流，紛紛在校內開展線上線下相結合的混合式教學。項目組也于2017年進行了工程力學靜力學和材料力學兩部分的在線課程建設，并于2018年開始進行混合式教學?；旌鲜浇虒W將線上線下相結合，課內和課外相結合，擴展了教學的時間和空間。2020年初的這場疫情，使得課程教學完全進入線上環(huán)節(jié)，沒有線下的面授環(huán)節(jié)。這對于教師來說，師生不能進行直接的面授互動，那么學生的學習效果以及學習疑惑就不能及時有效地捕捉到。而對于學生來說，完全線上教學，時間完全自己掌握，對學習的主動性和自律性要求更高，學習容易產生疲倦狀態(tài)，難以厘清學習的重難點，容易產生畏難情緒，因而學習積極性不高，學習效率低下。為此，課程教學的內容、方法、模式和管理都要進行變革，教學內容如何提煉和組織，針對教學內容選取何種教學方法，教學模式如何實現(xiàn)教學的互動效果，學生的學習如何管理等都需要進行認真的分析和思考，并要在實踐的過程中不斷優(yōu)化。

二、疫情防控背景下的在線教學形式

目前疫情防控背景下四種典型“停課不停學”的學習模式為網絡在線學習、網絡直播教學、學生自主學習和電視空中課堂[4]。其中前三種方式是高校普遍采用的方式，電視空中課堂主要用于中小學學生。網絡在線課程是指將線下的教學內容及教學過程數字化，并以學習管理系統(tǒng)為載體，進行基于課程內容的線上教與學[4]。截至2020年2月2日，教育部組織了22個在線課程平臺，制訂了多樣化在線教學解決方案，免費開放在線課程2.4萬余門[3]。其中愛課程（中國大學MOOC）疫情期間向全國高校免費提供8000余門優(yōu)質在線課程資源，其中有許多的工程力學和材料力學課程可供使用。結合當前疫情，我們決定在采用中國大學MOOC網上慕課的基礎上，建立SPOC異步課程，綜合運用中國大學MOOC、慕課堂、QQ和騰訊直播等多通道實現(xiàn)在線教學。

三、疫情防控背景下多通道在線教學模式的構建

疫情防控背景下延遲開學，學生學習和教師教學完全轉入線上，雖然慕課的在線教學形式教師和學生并不陌生，許多的高校就進行了線上線下相結合的混式教學[5-6]，但在線教學和課堂教學是在不同的空間里面進行的，授課方式和學習方式不同，學習效果自然也不同。然而在疫情防控條件下，完全進行線上教學是當前條件下實現(xiàn)教學的有效途徑，如何最大限度地發(fā)揮在線教學的優(yōu)勢，是值得我們一線教師深究的問題。疫情防控背景下的教學，不是簡單的課堂搬家，而是以學生的學習為中心，根據學生的學習認知過程，結合教學內容，充分利用現(xiàn)有的網絡資源，精心策劃教學設計，注重線上教學的互動和數據反饋，多通道進行在線教學，其具體實施流程如圖1所示。

教師根據教學目標、學生特征和教材學習內容，凝練知識點，根據知識點進行資源構建，常見的有PPT課件、視頻、討論、練習、測驗、作業(yè)和擴展閱讀等。資源類型雖然有很多形式，但學習資源要進行精心篩選，要根據知識點的數量和難易程度進行合理搭配，此時可充分利用豐富的慕課資源進行篩選，如果不是很貼切，則需要自行建立學習資源，一切要以學生的學習為中心，不能因為怕麻煩，就直接照搬現(xiàn)有資源，這也是線上學習質量的重要保障。資源構建完之后，可通過QQ群發(fā)布線上學習任務清單。任務清單上是學生必須完成的項目，并不是線上資源都可作為任務清單內容的，因為線上資源是考慮學生的學習差異，有必須掌握的基本知識，也有開闊思維和視野的擴展閱讀等。常見的任務清單有課件、視頻、討論、練習、作業(yè)和測驗，但并不是每次的任務清單都要包括這么多項。根據桑代克的學習定律，如果一個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)就會使人產生煩惱了[7]。對于工程力學和材料力學課程的線上學習，如果這種線上學習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會使他們產生煩惱。不要讓學生感到過度疲勞，也不要讓學生感到過度滿足。布置的任務清單要考慮學生的時間和能力，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，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。學生線上完成的任務情況，教師可通過后臺數據了解學生的掌握情況，并針對性地安排直播內容。在直播環(huán)節(jié)，根據學習反饋對重難點進行講解，并與學生進行互動教學。

四、疫情防控背景下多通道在線教學模式的實踐

疫情防控背景下教師和學生只能通過線上進行教學和學習。有效利用多種線上通道，合理組織教學是疫情防控背景下提高教學質量的關鍵。疫情防控背景下的多通道在線教學流程為我們進行在線教學提供了行動指南，但在具體的教學設計中，還是要根據課程知識點的特點以及知識點的前后銜接情況，進行具體的精心設計。現(xiàn)以材料力學課程截面法知識點為例介紹多通道在線教學設計，教學流程圖如圖1所示。

材料力學是研究構件在外力作用下的變形和失效的規(guī)律，其中內力的分析是基礎，材料力學的四大基本變形拉壓、扭轉、彎曲和剪切都要進行內力的分析，而內力均采用截面法進行分析。掌握截面法是學生必須達到的教學目標，如何在材料力學開篇部分講好截面法有著非常重要的作用。

首先通過QQ群發(fā)布線上學習任務：1.學習第一章緒論的線上視頻——內力與截面法。2.了解外力與內力之間的區(qū)別和聯(lián)系，并進行線上討論。3.完成線上作業(yè)。線上作業(yè)我們進行了精心設計，為了知識的前后銜接，對第二章拉壓桿的一個例題進行改編，題目為：如圖2所示，右端固定的階梯形桿AC，受F1和F2的作用，已知F2=3F1，運用截面法分別求截面1-1和截面2-2橫截面上的內力。該題目的設計意圖為：（1）了解學生對截面法的掌握情況;（2）截面1-1受拉，截面2-2受壓，不同截面內力的拉壓特性是不同的;（3）截取截面后，選擇截面的左側可直接根據平衡方程進行內力求解，如果選取截面的右側，則需要先求出固定端的約束力，即選取不同，求解的過程有差別;（4）預設內力時，按照靜力學內力的預設方法，則求解結果的正負依賴于受力圖中內力的預設方向。

作業(yè)提交后，學生根據答案可以自評和互評，自評可了解自己的學習情況，而互評在了解別人做題思路的基礎上，可以擴展自己的解題思路。另外，在對別人的錯誤地方進行指正的過程中，也加深了知識的理解和掌握。教師則可通過學生的作業(yè)情況了解其掌握情況。例如通過作業(yè)發(fā)現(xiàn)，對截面法解題過程基本掌握，但還有一些問題需要解決，如不作受力圖，直接寫出軸力的表達式，截取2-2截面后，只考慮F2的作用等。

為了和第二章截面法內力采用設正法進行預設的規(guī)定進行銜接，互評階段又在此練習作業(yè)的基礎上提供了一個討論素材，該素材以截面左側為研究對象求解內力——軸力，受力圖如圖3所示。

通過求解發(fā)現(xiàn)：1-1截面軸力為正，是拉力，2-2截面軸力也為正，但截面受的是壓力，即軸力雖然都為正，但是一個是拉，一個是壓。接著，以截面右側為研究對象進行求解，受力圖如圖4所示。

通過求解發(fā)現(xiàn)：2-2截面軸力結果為負，是壓力，與以截面左側為研究對象求解的結果大小相等，但符號不同，一正一負，但結合原受力圖，都反映截面受到的是壓力。于是發(fā)布討論：結合此素材，請同學們思考，如何預設軸力，可以實現(xiàn)兩個功能：（1）直接通過軸力求解的結果，不用參照受力圖，就可得到截面的拉壓特性。（2）保證無論取截面的左側，或是右側，求解的結果完全相同，包括數值的大小和正負號。

由于此討論是在學生所做練習的基礎上開展的，學生踴躍參與討論，而且隨著討論的深入，學生普遍認為，軸力都預設成拉力的方向，則求解的結果為正，則說明為拉，如果求解為負，則說明為壓，即可達到截面法采用設正法進行預設的目的。但還有少數學生停留在靜力學部分的分析上。根據截面法運用的作業(yè)和討論反饋，接著進行騰訊直播環(huán)節(jié)，通過直播將截面法的思路進行了回顧，并對作業(yè)中學生出現(xiàn)的問題進行了剖析，結合討論情況，又對截面法進行設正法預設的目的進行了分析，并通過直播討論區(qū)與學生進行互動。

通過這一系列的教學設計，具體的知識點通過中國大學慕課、QQ、騰訊直播等多通道互動教學，學生知識得到滾動升級，章節(jié)知識前后銜接順暢。隨后在第二章拉壓桿內力的分析中，通過慕課堂在線練習，考察對截面法以及設正法的運用，練習結果表明學生已基本掌握，從而說明這種多通道的在線教學模式對于提升在線教學質量有重要作用。

疫情防控背景下的在線教學模式直接影響了在線教學的質量。工程力學和材料力學課程通過中國大學MOOC、QQ、慕課堂、直播等途徑實現(xiàn)多通道在線教學，以學生的學習為中心，圍繞知識點展開多種形式、多個階段的遞進教學，注重知識的前后銜接，從而為學生的高效學習提供了有力支持，也為其他力學課程的在線教學提供了參考。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 教育部.教育部關于2020春季學期延遲開學的通知[EB/OL]. （2020-01-27）[2020-03-20].http：//www.moe.gov.cn/jyb_xwfb /gzdt_gzdt/s5987/202001/t20200127_416672.html.

[2] 教育部.教育部致全國大學生的一封信[EB/OL]. （2020-02-03）[2020-03-20].http：//www.moe.gov.cn/jyb_xwfb /gzdt_gzdt/s5987/202002/t20200203_417626.html.

[3] 教育部. 教育部應對新型冠狀病毒感染肺炎疫情工作領導小組辦公室關于在疫情防控期間做好普通高等學校在線教學組織與管理工作的指導意見 [EB/OL].（2020-02-04）[2020-03-20].http：//www.moe.gov.cn/srcsite A08/s7056/202002/t20200205_418138.html.

[4] 焦建利，周曉清，陳澤璇.疫情防控背景下“停課不停學”在線教學案例研究[J].中國電化教育，2020（3）：106-113.

[5] 覃慧玲，李嘉澤楷.廣西高校線上線下課程建設與應用路徑探究：基于中國大學MOOC運營情況分析[J].高教論壇，2019（6）：26-28.

[6] 胡志遠，沈祁萌，劉棟.e時代的教與學：基于慕課的混合教學模式改革探索與實踐[J].大學教育，2020（1）：15-17.

[7] 鮑爾G H，希爾加德 E R.學習論：學習活動的規(guī)律探索? [ M].邵瑞珍，皮連生，吳慶麟，等譯.上海：上海教育出版社， 1987.

[責任編輯：劉鳳華]