信息化時代新形態(tài)《土力學》精品教材建設

李 帥，張孟喜

(1.機械工業(yè)信息研究院， 北京 100037；2.機械工業(yè)出版社， 北京 100037； 3.上海大學， 上海 200444)

1925年太沙基(K. Terzaghi)出版了世界上第一本土力學專著——《土力學》(Erdbaumechanik)，標志著土力學這門學科的誕生，數(shù)十年來這門學科蓬勃發(fā)展形成了完整的理論體系，并在工程實踐中發(fā)揮了重大作用[1-2]。“土力學”課程是高等院校土木工程及相關專業(yè)的學生在掌握了經(jīng)典力學知識點后，學習以土為研究對象的重要專業(yè)課程。

課程的配套教材是體現(xiàn)教育理念，實踐教育思想的核心教學資源。教材的科學性、先進性、現(xiàn)代化水平是一個國家科學文化發(fā)展的重要標志[3]。2016年我國正式成為國際本科工程學位互認協(xié)議《華盛頓協(xié)議》的正式會員，“回歸工程”培養(yǎng)學生的“大工程觀”將逐步改變我國傳統(tǒng)的工程教育,《土力學》課程教材作為教育、教學的要素，課程配套教材的出版要跟上人才培養(yǎng)的需求。

近年來，線上教學在我國應用越來越廣泛，2019年國家發(fā)布了《中國教育現(xiàn)代化2035》，提出要“加快信息化時代教育變革”。隨著信息技術的迅猛發(fā)展和線上學習方式的日益普及，為了實現(xiàn)信息技術與教學深度融合，滿足互聯(lián)網(wǎng)時代學習特性，因此需要開發(fā)以紙質(zhì)教材為基礎，通過現(xiàn)代教育技術，充分利用新技術，以多種媒介、多種形態(tài)，建設表達力更加豐富、更加深入的新形態(tài)教材。

為了適應高等學校的教學需求，由張孟喜教授主編了《土力學》新形態(tài)立體化教材(以下簡稱為“該教材”)。該教材依托于上海市市級精品課程和上海市教委重點課程建設項目——“土力學”，基于編寫團隊三十多年來在“土力學”課程教學和改革方面的成果和資源編寫而成。該教材以科技進步和學科發(fā)展為驅(qū)動，推動了“土力學”課程教材建設創(chuàng)新發(fā)展，加強了教材數(shù)字化建設，完善了教材配套。經(jīng)機械工業(yè)出版社申報，該教材被評為“十三五”國家重點出版物出版規(guī)劃項目。

基于資源共享的理念，該《土力學》教材新形態(tài)建設主要包括二維碼和平臺建設。

1 二維碼建設

新技術促進了信息技術與教育的深度融合，為新形態(tài)教材建設提供了技術保障，將二維碼應用于傳統(tǒng)紙質(zhì)教材，讀者可以即時獲得學習資源，利于線上教學的開展和學生的課后復習，實現(xiàn)了紙質(zhì)教材內(nèi)容的擴展和延伸，使紙質(zhì)教材和更多資源無縫對接，讓教材更加豐富立體。

1.1 融合課程思政和專業(yè)知識

落實立德樹人根本任務，依據(jù)《高等學校課程思政建設指導綱要》，該教材通過二維碼將國內(nèi)外典型事故、工程案例、巖土名人等嵌入教材，促進專業(yè)知識教育與課程思政教育相結合，實施“思政引領，工程驅(qū)動，素質(zhì)提升”的育人理念，培養(yǎng)學生的愛國情懷和對所學專業(yè)的熱愛?！案邩侨f丈平地起”，任何建筑物、構筑物都不是沒有地基的“空中樓閣”，更不用說高樓大廈、大橋、高塔等超高、復雜的建(構)筑物；即使是發(fā)射宇宙飛船所采用的航天發(fā)射塔也需要建造在穩(wěn)固的地基上，同時飛船返回時也需要在地標著陸，保證土體在荷載作用下的安全、穩(wěn)定是至關重要的，所以“土力學”在建設工程中發(fā)揮著舉足輕重的作用。

1.2 設計核心知識點Excel計算表

“土力學”雖然從名稱上屬于力學，但是與經(jīng)典力學有很大差別，很多理論有一定的檢驗成分，“概念多、表格多、公式繁雜”，為加強學生對“土力學”相關知識點、概念和基本理論的理解，依據(jù)現(xiàn)行國家標準和行業(yè)規(guī)范，設計了一套貫穿全書主要概念和核心理論的Excel計算表，分布在全書第1—8章，除了諸如附加應力分布系數(shù)動態(tài)表格外，從最基本的級配曲線繪制到沉降計算、土壓力計算、土坡穩(wěn)定分析等。充分利用二維碼技術嵌入該教材36個Excel計算表，使用二維碼過程示意如圖1所示，其主要內(nèi)容和知識點見表1，并與紙質(zhì)教材配合使用。讀者可以掃描二維碼即時打開Excel計算表，自行設定和改變參數(shù)值，對比計算結果，激發(fā)學生分析問題的興趣，加深對抽象知識點的理解，靈活掌握“土力學”的基本理論和方法。

表1 嵌入該教材的Excel計算表所對應的核心知識點匯總

圖1 掃一掃二維碼獲得Excel計算表

1.3 多媒體資源鏈接

“土力學”除了理論分析方法外，試驗和工程實踐也是非常重要的研究途徑，是“土力學”的基礎。授課過程中受客觀條件的限制，學生很難及時身臨其境開展一些相關學習，“土力學”中涉及的很多機理也是傳統(tǒng)教材無法充分展示的，該教材通過二維碼技術鏈接視頻(見圖2)、動畫等多媒體資源解決這一瓶頸，讓學生更直觀、方便、全面地了解教學內(nèi)容，延伸和拓展學生學習途徑，豐富學習內(nèi)容，提升學生學習的熱情和激情。

圖2 流砂破壞現(xiàn)象視頻截屏

2 平臺建設

隨著線上線下混合式教學、翻轉(zhuǎn)課堂以及我國教育信息化進入了“人人學習，時時學習、處處學習”的時代，移動端的發(fā)展和5G時代的到來都為人們的學習創(chuàng)造了更多可能性，因此需要以紙質(zhì)教材為基礎，建設相關平臺為教學提供更加深入的服務。

2.1 天工講堂

天工講堂是機械工業(yè)出版社打造的官方學習平臺，以數(shù)字產(chǎn)品為核心，以提升學生專業(yè)知識為目標，以云服務的方式構建專屬在線教學云平臺，適合于線上線下混合式教學的開展。該平臺已在教育部移動教育APP備案，獲得了軟件著作權登記證書和信息網(wǎng)絡安全二級認證，入選了“國家新聞出版署2019年度數(shù)字出版精品遴選推薦計劃”“中國出版協(xié)會2020年出版融合創(chuàng)新優(yōu)秀案例暨出版智庫推優(yōu)”。微信小程序端可搜索并直接打開天工講堂，讀者可以便捷地學習，該平臺一書一空間的設計理念，包含了該《土力學》教材的授課視頻(見圖3)等資源，可方便教師或?qū)W生獲取，幫助讀者利用碎片時間，實現(xiàn)時間價值的最大化，同時也能更加吸引青年學子，增加學習的趣味性和互動性，可以隨時隨地學習。

圖3 授課視頻截屏

2.2 機械工業(yè)出版社教育服務網(wǎng)

機械工業(yè)出版社教育服務網(wǎng)，主要提供紙質(zhì)教材配套的相關資源，該《土力學》教材的相關資源如授課PPT、習題參考答案等上傳至該平臺供選用該教材的任課教師下載。為教師開展備課、課后考查等教學工作提供豐富的參考素材，提升線下課堂教學效果，為混合式教學的開展提供保障，可助教師一臂之力。

3 總 結

該教材與課程思政相結合，依托于上海市市級精品課程和上海市教委重點課程建設項目——“土力學”，依據(jù)現(xiàn)行國家標準和規(guī)范編寫，緊跟行業(yè)發(fā)展和學科前沿動態(tài)，專門設計了一套貫穿全書的Excel計算表。該教材內(nèi)容翔實、結構合理、特色突出，利用信息化技術，開展了二維碼和平臺建設，為該教材配備了Excel表、工程案例、試驗視頻、授課PPT、授課視頻、習題參考答案、教學大綱等豐富的課程資源。該教材引導學生進行難點分析，激發(fā)學生自覺學習的熱情，為線上線下混合式教學的開展提供支撐，被評為“十三五”國家重點出版物出版規(guī)劃項目，是一本新形態(tài)《土力學》精品教材。