新工科背景下基于建構(gòu)主義的力學(xué)基礎(chǔ)課教學(xué)改革

［摘 要］新工科建設(shè)背景下的力學(xué)基礎(chǔ)課教學(xué)模式改革，逐漸從以教師的教為中心向以學(xué)生的學(xué)為中心轉(zhuǎn)變。這種轉(zhuǎn)變需要良好的教學(xué)設(shè)計，基于建構(gòu)主義組織教學(xué)活動和構(gòu)建教學(xué)評價系統(tǒng)，將課程思政貫穿教學(xué)全過程，培養(yǎng)學(xué)生的思辨精神、使命擔(dān)當(dāng)精神，實施集合多元教育技術(shù)的線上線下混合式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、協(xié)作能力、溝通能力，設(shè)計多維度過程考核和結(jié)果考核相結(jié)合的考核評價系統(tǒng)，促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)提高，最終達(dá)成課程育人的知識目標(biāo)、技能目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)。

［關(guān)鍵詞］新工科；建構(gòu)主義；混合式教學(xué)；教學(xué)目標(biāo)；課程思政

［中圖分類號］ G642.0；O31 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2022）11-0045-04

新工科建設(shè)是基于國家戰(zhàn)略發(fā)展新需求、國際競爭新形勢、立德樹人新要求而提出的高等工程教育改革方向。對高校新工科模式下的教學(xué)，吳愛華、楊秋波、郝杰等人[1]指出，要踐行三大質(zhì)量理念：堅持學(xué)生中心，著眼于學(xué)生的全面發(fā)展，尊重學(xué)生主體地位，實現(xiàn)從以“教”為中心向以“學(xué)”為中心的轉(zhuǎn)變，使教學(xué)改革的成果惠及全體學(xué)生。

理論力學(xué)、工程力學(xué)、材料力學(xué)等課程是非常重要的工科技術(shù)基礎(chǔ)課，是半數(shù)以上工科學(xué)生的必修課。其教學(xué)目標(biāo)可分為知識目標(biāo)、技能目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)[2]。首先，課程要求學(xué)生掌握基本力學(xué)知識，為學(xué)習(xí)有關(guān)的后續(xù)課程打好必要的基礎(chǔ)。其次，課程旨在培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用力學(xué)概念和理論分析解決工程實際問題的能力。再次，課程要求學(xué)生學(xué)習(xí)力學(xué)方法論，培養(yǎng)學(xué)生的力學(xué)思維，建立工程認(rèn)知模型，從而提高學(xué)生的綜合素質(zhì)[3]。

本文將研究新工科模式下基于建構(gòu)主義構(gòu)建理論力學(xué)、工程力學(xué)等力學(xué)基礎(chǔ)課程的混合式教學(xué)模式，研究如何構(gòu)建教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)活動和教學(xué)評價的一致性，將多種教學(xué)模式相結(jié)合，以提高教學(xué)成效；研究如何利用多種教育技術(shù)、多元化的教學(xué)資源，課內(nèi)外融通，提升學(xué)生對力學(xué)知識的吸收能力和綜合運(yùn)用能力；研究如何將力學(xué)基礎(chǔ)課課程思政貫穿于人才培養(yǎng)全過程，提高學(xué)生綜合素質(zhì)。

一、基于建構(gòu)主義的力學(xué)基礎(chǔ)課混合式教學(xué)模式的構(gòu)建

建構(gòu)主義教學(xué)系統(tǒng)中預(yù)期學(xué)習(xí)成效、教學(xué)活動和教學(xué)評價相輔相成，教學(xué)活動緊緊圍繞教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行。教學(xué)目標(biāo)分類學(xué)是以布盧姆為代表的美國心理學(xué)家在20世紀(jì)50年代提出的。與教學(xué)活動相應(yīng)的課程目標(biāo)一般有三個層次的含義，即知識目標(biāo)、技能目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)。

按照布盧姆學(xué)習(xí)目標(biāo)分類學(xué)，可以將知識目標(biāo)分為記憶、理解、應(yīng)用、分析、評價和創(chuàng)造六個層次。反映在力學(xué)教學(xué)中，就是要求學(xué)生理解理論力學(xué)、材料力學(xué)等課程知識點，學(xué)會應(yīng)用力學(xué)基本概念和知識來分析解決工程實際中的力學(xué)問題，對工程中的一些問題能夠基于力學(xué)知識進(jìn)行評價，然后能夠基于所學(xué)力學(xué)知識創(chuàng)新。

技能目標(biāo)指學(xué)生能夠綜合應(yīng)用所學(xué)各科知識解決工程實際問題，擁有在解決問題過程中所需要的溝通、團(tuán)隊協(xié)作和自我管理、分析、決策、創(chuàng)新等能力，并具備思辨精神和能力。

素質(zhì)目標(biāo)，即學(xué)生能有較強(qiáng)的口頭表達(dá)能力、學(xué)術(shù)寫作能力，能夠樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀，有良好的學(xué)術(shù)道德觀念、高度的社會責(zé)任感和使命擔(dān)當(dāng)精神，最終形成良好的個人綜合素質(zhì)。

基于一致性對建構(gòu)主義進(jìn)行混合式教學(xué)模式研究，教學(xué)活動的建構(gòu)緊緊圍繞課程目標(biāo)進(jìn)行，給出明確的預(yù)期學(xué)習(xí)成效，設(shè)計合理的教學(xué)活動，包括教師活動、學(xué)生活動、小組活動，師生互動，制定切實可行的教學(xué)評價標(biāo)準(zhǔn)，從而更好地促進(jìn)教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成?；诮?gòu)主義的混合式教學(xué)模式結(jié)構(gòu)如圖1所示。

二、基于課程素質(zhì)目標(biāo)的工科基礎(chǔ)課課程思政貫穿教學(xué)全過程

課程教學(xué)目標(biāo)歸根結(jié)底要實現(xiàn)對學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，學(xué)生除了要具備扎實的專業(yè)知識和嫻熟的工作技能，更要具備科學(xué)正確的世界觀，有家國情懷、有擔(dān)當(dāng)[4]，要具備終身學(xué)習(xí)能力[5]，課程教學(xué)要將價值塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)相結(jié)合。因此，應(yīng)將課程思政貫穿于教學(xué)全過程，緊緊圍繞課程目標(biāo)開展各項教學(xué)活動。

在力學(xué)基礎(chǔ)課教學(xué)中，首先通過引入與課程相關(guān)的力學(xué)家的故事、力學(xué)在我國航空航天等重大工程中的應(yīng)用，厚植學(xué)生的家國情懷，培養(yǎng)學(xué)生的使命擔(dān)當(dāng)精神；緊扣與課程內(nèi)容相關(guān)的力學(xué)熱點問題確定課程任務(wù)，鼓勵學(xué)生分組研討，提交課程報告，從而讓學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀；引入工程中的力學(xué)實例培養(yǎng)學(xué)生的思辨精神；通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓酵茖?dǎo)，嚴(yán)密的邏輯論證培養(yǎng)學(xué)生的歸納、總結(jié)、演繹、轉(zhuǎn)換等科學(xué)思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，讓學(xué)生養(yǎng)成探索未知的習(xí)慣；應(yīng)用多種現(xiàn)代教育技術(shù)，營造小組學(xué)習(xí)氛圍[6]，將在線課堂與傳統(tǒng)課堂相結(jié)合[7]，打造線上線下混合式學(xué)習(xí)環(huán)境，讓學(xué)生學(xué)會自主學(xué)習(xí)，練就終身學(xué)習(xí)能力。

例如在理論力學(xué)課中，在講動量定理時，我們將電影《流浪地球》引入課堂，讓學(xué)生自己建立簡單的力學(xué)模型來計算，把地球推出太陽系到底需要多大的力，流浪地球計劃是否真的可行。同時，結(jié)合《流浪地球》中的“火種計劃”和“流浪地球計劃”，西方國家所主張的火種計劃是在災(zāi)難降臨地球時，拋掉地球，讓飛船逃生，飛船其實就是另一個諾亞方舟。而中國人所主張的流浪地球計劃是即使去流浪，我們也要帶著地球去流浪。結(jié)合新冠肺炎疫情，中國政府全力救治每一位病患，不放棄任何一個生命，這和某些西方國家形成了鮮明的對比。其實這是兩種價值觀的碰撞，我們將這兩種價值觀的碰撞拋給學(xué)生，讓學(xué)生自己去分析、去判斷，讓學(xué)生養(yǎng)成思辨的習(xí)慣，不人云亦云。在對比中，厚植學(xué)生的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)精神。

三、基于工科力學(xué)基礎(chǔ)課程目標(biāo)的線上線下混合式教學(xué)改革

順應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)時代教學(xué)規(guī)律及新生代學(xué)生的學(xué)習(xí)特點，我們緊緊圍繞課程知識目標(biāo)、技能目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)，設(shè)計有效的教學(xué)活動。

隨著雨課堂等智慧教學(xué)工具的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)代課堂已經(jīng)是一個集多種教育技術(shù)于一體的混合式智慧課堂?；旌鲜秸n堂緊緊圍繞課程知識目標(biāo)展開，設(shè)計能夠使學(xué)生快速掌握力學(xué)知識的混合式教學(xué)環(huán)境。例如受新冠肺炎疫情影響，部分學(xué)生不能及時返校上課，筆者在講授理論力學(xué)英文課時，選擇在智慧教室上課，上課時同時開啟騰訊會議和雨課堂直播，線上學(xué)生有問題可以直接用騰訊會議提問，也可以在班級QQ群中提問，并和同學(xué)們討論。教師發(fā)布課堂練習(xí)題，要求學(xué)生用雨課堂的投稿功能在線上提交，這時教師可以很快看到學(xué)生的答題情況，并對錯誤進(jìn)行糾正。這樣借助雨課堂和騰訊會議的智慧教學(xué)就能使課堂變成一個高效的反饋式課堂，有效提高了課堂的知識目標(biāo)成效。另外，雨課堂的回看功能能夠保證學(xué)生的課后復(fù)習(xí)，教師要求學(xué)生在SPOC中進(jìn)行作業(yè)互評。作業(yè)互評有利于學(xué)生互相學(xué)習(xí)，能夠應(yīng)用所學(xué)知識對學(xué)習(xí)進(jìn)行評價，這本身就是學(xué)習(xí)的更高階層次。

日常的教學(xué)活動中基于雨課堂等智慧教育技術(shù)，將線下課堂、在線課堂、翻轉(zhuǎn)課堂有機(jī)融合，進(jìn)行課前、課中、課后教學(xué)活動設(shè)計。依托線上教學(xué)支撐環(huán)境，如慕課、雨課堂、騰訊會議、西工大課程平臺等開展課內(nèi)外線上教學(xué)活動，包括在線自主學(xué)習(xí)、小組學(xué)習(xí)、在線交流、師生互動、課外個性輔導(dǎo)、在線測試等。線上自主學(xué)習(xí)階段緊緊圍繞課程素質(zhì)目標(biāo)提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。線下教學(xué)主要是傳統(tǒng)的課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，完成力學(xué)基礎(chǔ)課程知識教學(xué)，達(dá)成知識目標(biāo)。學(xué)生利用翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行課外學(xué)習(xí)、完成課程報告，開展課內(nèi)研討、交流、海報展示等活動，在進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)的同時，提高自身的學(xué)術(shù)寫作能力、口頭表達(dá)能力、交流和團(tuán)隊協(xié)作能力。圍繞課程知識點，打造線上線下教學(xué)閉環(huán)，充分進(jìn)行各種教學(xué)活動的互補(bǔ)，整合優(yōu)化，實現(xiàn)課程知識目標(biāo)、技能目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)。

在校學(xué)生的翻轉(zhuǎn)課堂，教師會給學(xué)生提供很多資料和教具，組織學(xué)生研討，讓學(xué)生完成課程報告。但是在線教學(xué)中，教師無法給學(xué)生提供足夠的資料和教具，這對線上翻轉(zhuǎn)課堂的開展十分不利，因此我們開發(fā)了系列動畫來輔助線上學(xué)生完成課堂討論和課程報告。這種線上翻轉(zhuǎn)課堂模式如圖2所示。在動畫的幫助下，在線學(xué)生可以和線下學(xué)生一樣分組參與課堂討論，分析系統(tǒng)的運(yùn)動，最終達(dá)成翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)目標(biāo)。

[用手機(jī)掃一掃，了解更多信息][圖3][用手機(jī)掃一掃，了解更多信息][用手機(jī)掃一掃，了解更多信息][用手機(jī)掃一掃，了解更多信息][圖4][圖1][圖2][選]

圖2 線上翻轉(zhuǎn)課堂結(jié)構(gòu)圖

四、緊扣教學(xué)目標(biāo)的學(xué)習(xí)評價體系改革

評價體系緊緊圍繞課程教學(xué)目標(biāo)，主要基于過程性考核和結(jié)果考核。結(jié)果考核基于線下期中和期末課程考試，是對知識目標(biāo)最有效、最公平的測試。過程性考核是基于智慧型教學(xué)大數(shù)據(jù)分析的多元化評價手段，包括慕課、雨課堂等課堂學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)統(tǒng)計，學(xué)生的書面課程報告、課堂口頭報告及海報展示、學(xué)生的質(zhì)詢和答辯等，這些評價基于技能目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)，考查學(xué)生對知識的綜合應(yīng)用能力、學(xué)術(shù)寫作能力、團(tuán)隊合作能力、口頭表達(dá)能力等。學(xué)生的學(xué)習(xí)過程都和成績評定相關(guān)聯(lián)。這樣通過給學(xué)生明確的學(xué)習(xí)評價方法，促進(jìn)學(xué)生積極探索、參加課堂活動、鍛煉上述各種能力，從而促進(jìn)學(xué)生提高綜合素質(zhì)，達(dá)成課程教學(xué)育人目標(biāo)。

在筆者的全英文理論力學(xué)課程中，期末考試占比60%，期中考試占比10%，課程報告、海報展示和答辯占比20%，慕課成績占比10%。開學(xué)初筆者就將課程評價方法明確告訴學(xué)生，激勵學(xué)生積極參加各種課程活動，從而提升綜合素質(zhì)。

自從西北工業(yè)大學(xué)的理論力學(xué)慕課上線之后，我們持續(xù)四年做線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)，從開始的探索到現(xiàn)在相對成熟，逐漸形成一整套混合式教學(xué)和考核體系，這種教學(xué)和考核體系對學(xué)生的培養(yǎng)效果也已經(jīng)凸顯。圖3是持續(xù)四年對理論力學(xué)混合式教學(xué)所做的問卷調(diào)查（7、8、9三項是近兩年做的調(diào)查）。

從圖中可以看到，多數(shù)學(xué)生認(rèn)為混合式教學(xué)加強(qiáng)了課堂互動，個人綜合素質(zhì)和學(xué)習(xí)能力都有所提高。從2018年開始，通過課程思政學(xué)生增強(qiáng)了學(xué)生的責(zé)任擔(dān)當(dāng)意識，使他們了解了學(xué)術(shù)道德的重要性并提升了個人綜合素質(zhì)。2017年開始實施混合式教學(xué)時，由于教學(xué)設(shè)計還不充分，尚處于探索階段，學(xué)生滿意度并不是很高。之后課程組不斷深化改革，優(yōu)化課程內(nèi)容，調(diào)整教學(xué)手段，最終近兩年學(xué)生滿意度都保持較高水平，這證明混合式教學(xué)效果已經(jīng)得到學(xué)生的肯定。問卷調(diào)查顯示，90%以上學(xué)生都認(rèn)同混合式教學(xué)模式，并從混合式教學(xué)模式中獲益，提升了自身的學(xué)習(xí)能力、寫作能力、思辨能力，從而提升了自身的綜合素質(zhì)。

五、結(jié)語

新工科建設(shè)要求高等教育要轉(zhuǎn)變教學(xué)模式，從教師的教轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生的學(xué)，教師的教學(xué)設(shè)計應(yīng)以怎么能讓學(xué)生學(xué)懂、融會貫通并綜合應(yīng)用為目標(biāo)，同時激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，給學(xué)生更多機(jī)會去挖掘?qū)W習(xí)潛力，有更多的機(jī)會來展示其學(xué)習(xí)成果，讓學(xué)生享受學(xué)習(xí)帶給自己的成就感，而這種成就感是促進(jìn)學(xué)生深入學(xué)習(xí)的良好動力?；诮?gòu)主義建構(gòu)教學(xué)活動和教學(xué)評價系統(tǒng)，將課程思政與集合多種教育技術(shù)的線上線下混合式教學(xué)相融合，可以激發(fā)學(xué)生的思辨精神、創(chuàng)新精神，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，讓學(xué)生養(yǎng)成探索未知的習(xí)慣，最終實現(xiàn)三種教學(xué)目標(biāo)，達(dá)成課程育人總目標(biāo)。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

[1］ 吳愛華，楊秋波，郝杰.以“新工科”建設(shè)引領(lǐng)高等教育創(chuàng)新變革[J].高等工程教育研究，2019（1）：1-7.

[2］ 安德森.布盧姆教育目標(biāo)分類學(xué)：分類學(xué)視野下的學(xué)與教及其測評（修訂版）[M].蔣小平，譯.北京： 外語教學(xué)與研究出版社， 2009.

[3］ 葉紅玲，楊慶生，劉趙淼.新工科背景下《理論力學(xué)》課程教學(xué)的幾點思考[A].北京力學(xué)會：北京力學(xué)會第二十四 屆學(xué)術(shù)年會論文集[C].北京力學(xué)會，2018：933-935.

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[5］ 張娟，高大力，王凡華，等，結(jié)合理論力學(xué)淺談?wù)n程思政建設(shè)[J].西南交通大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2019（9）：249.

[6］ 張娟，基于建構(gòu)主義的互助式小組學(xué)習(xí)在線教學(xué)模式研究[J].教育教學(xué)論壇，2020（40）：269-270.

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［責(zé)任編輯：陳 明］