新工科背景下基于WACOM 與雨課堂的基礎(chǔ)力學(xué)課程教學(xué)改革實踐

李 勇，王 琛，戴 峰

（1.山東大學(xué) 齊魯交通學(xué)院，山東 濟南 250000；2.山東大學(xué) 土建與水利學(xué)院，山東 濟南 250000）

結(jié)合新時代發(fā)展形勢、國家重大發(fā)展戰(zhàn)略以及應(yīng)對新的科技與產(chǎn)業(yè)革命，教育部于2017 年開始推進新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識”“天大行動”和“北京指南”。2017 年2 月，教育部發(fā)布的《教育部高等教育司關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》中強調(diào)，新工科研究和實踐要圍繞工程教育改革的新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量和新體系開展。新工科建設(shè)是全局考量，是在新科技、產(chǎn)業(yè)革命和新經(jīng)濟背景下工程教育改革的重大戰(zhàn)略選擇，是今后我國工程教育發(fā)展的新思維和新方式。相比于傳統(tǒng)工科教育，新工科在強調(diào)人才培養(yǎng)的新模式和教育教學(xué)的新質(zhì)量的基礎(chǔ)上，更加強調(diào)學(xué)科的實用性、延續(xù)性、交叉性以及綜合性，要求新工科人才具備更強的實踐能力、創(chuàng)新能力和國際競爭力。為了探索新的中國工科人才的培養(yǎng)模式，我國于2016 年6 月成為國際本科工程學(xué)位互認(rèn)協(xié)議——《華盛頓協(xié)議》的正式會員。加入《華盛頓協(xié)議》是促進中國工程類人才培養(yǎng)邁入國際標(biāo)準(zhǔn)、提高工程技術(shù)人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要舉措，對中國工程技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)對國際競爭、走向世界具有重要意義。由此可見，新工科背景下對人才的培養(yǎng)模式及培養(yǎng)方式提出了更高的要求。

基礎(chǔ)力學(xué)課程是土木工程、交通工程、道路橋梁與渡河工程、城市地下空間工程、航空航天工程、機械工程、建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程、給排水科學(xué)與工程、建筑學(xué)和工程管理等諸多理工科專業(yè)的基礎(chǔ)課，是大部分學(xué)生在本科階段較早接觸的專業(yè)基礎(chǔ)課程，具有非常強的理論性與實踐性。同時力學(xué)也是現(xiàn)代工程應(yīng)用技術(shù)的堅實基礎(chǔ)，是基礎(chǔ)學(xué)科與應(yīng)用學(xué)科相結(jié)合的復(fù)合型學(xué)科，其既作為土木、機械制造和材料科學(xué)等的基礎(chǔ)，又作為應(yīng)用學(xué)科解決相關(guān)專業(yè)的力學(xué)工具，是工科類人才今后從事相關(guān)研究及工作的基礎(chǔ)，同時也是新時代建設(shè)新工科的重要抓手。因此，在新工科背景下對基礎(chǔ)力學(xué)課程進行教育教學(xué)改革具有鮮明的時代及實踐意義。

隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)以及計算機技術(shù)的快速發(fā)展，以智慧教學(xué)手段為代表的混合式教學(xué)不斷涌現(xiàn)并不斷豐富。同時微課、MOOC 等多種形式的教學(xué)手段和方式不斷完善發(fā)展，智慧教育的開放、共享、交互、協(xié)作和泛在等特性越發(fā)明顯。以智慧教學(xué)手段為代表的混合式教學(xué)手段一方面以教師本身為主導(dǎo)，繼承傳統(tǒng)課堂教學(xué)能夠充分對學(xué)生進行引導(dǎo)、較好完成教學(xué)過程的優(yōu)勢；另一方面，該教學(xué)模式可以發(fā)揮學(xué)生作為學(xué)習(xí)主體的中心作用，實現(xiàn)以學(xué)生為中心，盡可能充分地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性、積極性和創(chuàng)造性的目標(biāo)?；旌鲜浇虒W(xué)能夠更好地適應(yīng)新時代新工科背景下對工科類人才培養(yǎng)的新的更高要求，是新工科背景下教育教學(xué)改革的重要手段和有力工具。

雨課堂是由清華大學(xué)在線教育辦公室組織研發(fā)的智慧教學(xué)工具及教學(xué)平臺，其已被廣泛應(yīng)用于計算機、臨床醫(yī)學(xué)教學(xué)、物理以及物聯(lián)網(wǎng)等課堂教育及教學(xué)改革實踐中，并取得了良好的教育教學(xué)效果。本文基于智慧教學(xué)工具雨課堂和WACOM 智能手寫板對基礎(chǔ)力學(xué)課程教學(xué)進行探索、改革與實踐，旨在新工科對工科人才新的更高要求的背景下進一步提高基礎(chǔ)力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量，夯實學(xué)生基礎(chǔ)力學(xué)理論知識素養(yǎng)，同時探索新的課程教學(xué)方式。

一、基礎(chǔ)力學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀及問題分析

山東大學(xué)工科類基礎(chǔ)力學(xué)課程主要有理論力學(xué)、材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)等，涵蓋土木工程、材料和機械等多個學(xué)院的數(shù)千名本科生教學(xué)，后續(xù)準(zhǔn)專業(yè)課程如彈性力學(xué)、巖石力學(xué)和流體力學(xué)等則涵蓋各個學(xué)科的本科生、碩士研究生及博士教學(xué)?；A(chǔ)力學(xué)課程及后續(xù)專業(yè)力學(xué)課程所闡述的基本原理、方法和理論知識是工科類人才熟悉、理解和掌握其相關(guān)領(lǐng)域工程技術(shù)的基礎(chǔ)，也是今后從事相關(guān)科研工作的基石?！熬艑又_起于壘土”，在新工科強調(diào)人才具備更強實踐能力和創(chuàng)新能力的背景下，“厚基礎(chǔ)”是實現(xiàn)這一目標(biāo)的重要出發(fā)點。

結(jié)合基礎(chǔ)力學(xué)課程特點，綜合其教學(xué)現(xiàn)狀分析可以發(fā)現(xiàn)，一方面在授課模式上，基礎(chǔ)力學(xué)課程理論性強，傳統(tǒng)教學(xué)模式未能充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，教師過度依賴傳統(tǒng)多媒體教學(xué)工具，課件展示成為“課件領(lǐng)讀”，未能發(fā)揮教師在課程教學(xué)中的引導(dǎo)作用。此外，課堂上學(xué)生的反饋是教師評估及評價學(xué)生對課程內(nèi)容理解、接受及掌握程度一個重要指標(biāo)，而傳統(tǒng)教學(xué)模式缺少相關(guān)的評價或評估途徑；另一方面在課程評價體系上，基礎(chǔ)力學(xué)課程多為課后作業(yè)和期末考試相結(jié)合的評價標(biāo)準(zhǔn)，對于學(xué)生在課前的準(zhǔn)備階段、課堂上的具體表現(xiàn)以及課程參與度，由于教學(xué)手段的不足而未能合理評價，難以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，導(dǎo)致基礎(chǔ)力學(xué)課程教學(xué)效果不佳。

1.“教”“學(xué)”枯燥，課程效果不佳。基礎(chǔ)力學(xué)課程授課形式多以多媒體為工具(如PPT 結(jié)合投影儀)，教師采取口頭講授結(jié)合部分板書進行教學(xué)，課程內(nèi)容中涉及的推導(dǎo)公式過程煩瑣、枯燥，重復(fù)性、機械性工作較多，教師授課及學(xué)生學(xué)習(xí)效率較低。

2.課堂授課效果不佳。近年來，隨著學(xué)科分類不斷細(xì)化，基礎(chǔ)力學(xué)課程的授課學(xué)時相對削減。而基礎(chǔ)力學(xué)課程內(nèi)容理論性很強，課程內(nèi)容前后聯(lián)系緊密，學(xué)生如對某節(jié)內(nèi)容把握不牢，可能會對后續(xù)課程學(xué)習(xí)造成影響。但是傳統(tǒng)教學(xué)模式未能充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，教師的“教”大于學(xué)生的“學(xué)”，學(xué)生對于知識的理解及掌握程度落后于教師的授課進度，同時課堂及課下師生之間互動較少，導(dǎo)致教師對學(xué)生掌握知識點的程度了解不足。

3.課程評價體系不完善。傳統(tǒng)的基礎(chǔ)力學(xué)課程評價主要依賴于學(xué)生課后作業(yè)的完成程度和期末考試所得分?jǐn)?shù)，評價標(biāo)準(zhǔn)過于單一，忽視了學(xué)生在課前及課程授課期間的參與程度，缺乏對學(xué)生課程參與的評價，造成學(xué)生課堂注意力不集中，學(xué)習(xí)效率低下的問題。

4.疫情常態(tài)化對傳統(tǒng)授課的新要求。疫情防控常態(tài)化對教學(xué)方式提出了新的要求。通過對疫情期間線上教學(xué)課程總結(jié)分析可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的線上授課方式過于強調(diào)教師的“教”，師生互動嚴(yán)重不足，學(xué)生在線上教學(xué)過程中的參與度相較傳統(tǒng)的線下教學(xué)更低，甚至?xí)霈F(xiàn)學(xué)生“掛課”的現(xiàn)象。

因此，針對基礎(chǔ)力學(xué)課程教育教學(xué)過程中存在的問題，亟需對現(xiàn)有基礎(chǔ)力學(xué)課程的授課方式、內(nèi)容呈現(xiàn)形式及課程考核評價方式進行探索、改革與實踐，一方面增加師生課堂互動程度、提高課堂教學(xué)及學(xué)習(xí)效率，實現(xiàn)課前、課上及課下的全過程師生互動及課程考核；另一方面，將教師從傳統(tǒng)的教學(xué)方式中“解放”出來，激發(fā)教師的教學(xué)主動性，完善線上線下相結(jié)合的教學(xué)方法與手段。

二、基于WACOM 和雨課堂的教學(xué)改革實踐

(一)WACOM 手寫板及雨課堂簡介

1.WACOM 手寫板。WACOM 手寫板是一款直覺式輸入設(shè)備。教師準(zhǔn)備教案時，可以直接在手寫板上書寫、修改或批注PPT 教案。教師授課時，手寫板與教學(xué)電腦連接（圖1），教師可以使用手寫板進行板書、批改和筆記等功能。WACOM 手寫板更加符合教師的書寫習(xí)慣，可以有效避免粉筆粉塵對師生健康的危害，同時手寫板強大的呈現(xiàn)功能(如不同顏色的批注、圖畫等)及用戶交互功能可以有效提高教學(xué)于課堂的教學(xué)效率，同時也可以有效集中學(xué)生的注意力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。

圖1 手寫板與教學(xué)媒體嵌合使用示意圖

2.雨課堂。雨課堂是清華大學(xué)和學(xué)堂在線共同推出的新型智慧教學(xué)平臺，它將信息技術(shù)手段融入到PowerPoint 和微信中，實現(xiàn)了課外預(yù)習(xí)與課堂教學(xué)之間的聯(lián)通。教師可在課前將帶有視頻、習(xí)題和語音的預(yù)習(xí)課件推送到學(xué)生手機，課堂上可實現(xiàn)實時答題、彈幕互動等，科學(xué)覆蓋了課前-課后-課上的整個教學(xué)環(huán)節(jié)。以雨課堂為代表的智慧教學(xué)平臺的出現(xiàn)極大程度地解決了教學(xué)過程集中于線下課堂的問題，使得教學(xué)過程得到了較大的擴展（從課堂到課前和課后的延伸）。

（二）基礎(chǔ)力學(xué)課程教學(xué)改革內(nèi)容

針對現(xiàn)有基礎(chǔ)力學(xué)課程授課方式與課程評價方法存在的不足，在充分考慮并利用WACOM 和雨課堂的突出優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，依據(jù)筆者較為豐富的基礎(chǔ)力學(xué)課程教育教學(xué)經(jīng)驗，針對基礎(chǔ)力學(xué)課程教育教學(xué)基本流程（圖2）及改革主要內(nèi)容如下。

圖2 基于WACOM 和雨課堂的基礎(chǔ)力學(xué)課程教學(xué)改革流程圖

1.制定教學(xué)改革方案

（1）教學(xué)改革目標(biāo)。通過引入新的教學(xué)工具WACOM及教育教學(xué)平臺雨課堂，改變原有基礎(chǔ)力學(xué)課程授課方式，完善課程評價機制，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效率以及教師授課質(zhì)量，夯實學(xué)生基礎(chǔ)。根據(jù)基礎(chǔ)力學(xué)課程的學(xué)時安排，制定適用于基礎(chǔ)力學(xué)課程的教育教學(xué)方案。

（2）依據(jù)基礎(chǔ)力學(xué)課程的教學(xué)重難點、知識結(jié)構(gòu)體系及學(xué)生掌握程度等要求，結(jié)合雨課堂智慧教學(xué)平臺優(yōu)勢，充分發(fā)揮WACOM 手寫板的功能優(yōu)勢，對已有的多媒體基礎(chǔ)力學(xué)課件進行相應(yīng)的再設(shè)計、再排版，突出基礎(chǔ)力學(xué)具體課程重點，設(shè)計并確定課堂互動點及評分標(biāo)準(zhǔn)。

（3）針對新工科更加強調(diào)工科人才實踐及動手能力的背景，在課程設(shè)計過程中增加相關(guān)實例及實際工程案例（如針對理論力學(xué)課程理論性及高度抽象化特點，授課中多加入圖片和小實例以幫助學(xué)生理解相關(guān)內(nèi)容；針對結(jié)構(gòu)力學(xué)課程，其主要研究工程結(jié)構(gòu)受力和傳力的規(guī)律的特點，在授課課件中增加具體工程實例及案例分析），寓學(xué)于實際；在授課過程中增加小組討論及結(jié)果呈現(xiàn)環(huán)節(jié)，學(xué)生在呈現(xiàn)個人觀點的過程中引導(dǎo)學(xué)生獨立思考。

（4）建立全過程（課前-課堂-課后）課程考核機制。充分發(fā)揮雨課堂在線教學(xué)的強大優(yōu)勢（如在線簽到、隨機抽簽、線上答題和彈幕互動等），對學(xué)生課前預(yù)習(xí)與準(zhǔn)備、課堂參與度和課堂提問反饋情況以及課后習(xí)題完成情況分別進行量化評價，綜合考慮學(xué)生具體情況，告別以往傳統(tǒng)教學(xué)考勤+考試成績的單一的課程考核機制。

2.教育教學(xué)改革的實施

（1）課前階段。教師于課前（提前一天）將本次課程預(yù)習(xí)內(nèi)容和要求及相關(guān)課件上傳至雨課堂平臺，要求學(xué)生根據(jù)課件內(nèi)容進行預(yù)習(xí)，同時反饋疑問。教師明確、掌握學(xué)生學(xué)習(xí)困難之處，學(xué)生及教師均帶著問題進入課堂，可以極大地提高課上學(xué)習(xí)效率。

（2）互動式的授課模式。課堂上進行教師授課、課上提問（雨課堂平臺）、WACOM 手寫板展示、雨課堂彈幕討論和單元內(nèi)容線上答題等穿插互動式教學(xué)，提高學(xué)生課堂注意力及學(xué)習(xí)效率。針對課前學(xué)生對于所學(xué)內(nèi)容的反饋情況，教師有針對性地對學(xué)生難以理解、掌握的相關(guān)內(nèi)容進行著重講解，可以在很大程度上提高授課效率。同時，學(xué)生課堂參與度及雨課堂后臺學(xué)生答題情況將作為考核指標(biāo)計入平時成績。

（3）課后總結(jié)階段。課后教師根據(jù)課上情況總結(jié)問題并據(jù)此對課件展示及課程內(nèi)容進行調(diào)整，同時將課堂上學(xué)生反饋的難重點部分進行細(xì)化總結(jié)后通過雨課堂平臺發(fā)送給學(xué)生，便于學(xué)生加強對課程內(nèi)容薄弱環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，提高并夯實學(xué)習(xí)效果。教師根據(jù)課后習(xí)題批改情況，再將課程難點及易錯點通過雨課堂反饋給學(xué)生，同時征集學(xué)生對教學(xué)改革方式的意見及建議，形成“教”與“學(xué)”閉環(huán)，促進教學(xué)質(zhì)量的提高。

（4）課前-課上-課后全過程課程考核機制。有效且全面的考核方式是促進學(xué)生學(xué)習(xí)，提高學(xué)生積極性及全面反映學(xué)生對課程掌握情況的重要途徑。采用課前考核（預(yù)習(xí)與預(yù)習(xí)反饋情況）占比20%、課堂考核（課上參與度、討論及線上答題情況）占比40%和課程考試占比40%相結(jié)合的課程考核形式。

（5）教學(xué)反饋形成閉環(huán)（圖2）。教師通過實際教學(xué)過程的體驗以及學(xué)生的反饋意見不斷調(diào)整教學(xué)方法和過程、評價機制及指標(biāo)，完善教學(xué)方式方法，逐步實現(xiàn)基礎(chǔ)力學(xué)課程教育教學(xué)改革目標(biāo)。

三、教學(xué)改革實踐總結(jié)

通過對基礎(chǔ)力學(xué)課程改革實踐，在傳統(tǒng)教學(xué)方式的基礎(chǔ)上引入WACOM 和雨課堂等新型的教學(xué)工具及智慧教學(xué)平臺，一方面突破了傳統(tǒng)教學(xué)過程中時空和地域的限制，加強了學(xué)生與老師之間的互動和聯(lián)系，尤其是雨課堂與微信的深度融合，更加拉近了課堂與學(xué)生的距離，學(xué)生在“聊天”中即可學(xué)習(xí)；另一方面，新型授課方式和授課內(nèi)容的呈現(xiàn)形式增加了基礎(chǔ)力學(xué)授課的趣味性，學(xué)生課堂參與程度明顯提高，課堂氛圍更加活躍，學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣及能力以及授課效果顯著提高。同時，輕松且高效的教學(xué)方式減輕了教師負(fù)擔(dān)，學(xué)生在課堂上參與程度的提高及對教師授課的積極反饋，也提高了教師的教學(xué)積極性，對學(xué)生和教師是一個雙向促進的過程。其次，課程考核體系更加完善，學(xué)期課程全過程、課內(nèi)課外同時考核的考核方式受到學(xué)生們的熱烈歡迎，同時對于夯實學(xué)習(xí)效果、提高學(xué)習(xí)效率具有十分重要的引導(dǎo)作用。最后，新興教具及平臺的使用有助于豐富、擴展教育教學(xué)方式。在基于WACOM 和雨課堂的基礎(chǔ)力學(xué)課程教學(xué)改革實踐過程中，筆者發(fā)現(xiàn)，該混合式教學(xué)手段不再過分依賴傳統(tǒng)的課堂教學(xué)方式，老師和學(xué)生可以做到異地“教”“學(xué)”、線上“教”“學(xué)”，同時由于學(xué)生課程、課堂參與程度的提高，其教學(xué)效果明顯好于傳統(tǒng)的線上授課方式。

“十年樹木，百年樹人”，教育是一個長期工程，而教育教學(xué)改革同樣也非一日之功。必須看到，對于傳統(tǒng)的基礎(chǔ)力學(xué)課程以及各個學(xué)科的教育教學(xué)改革是一個龐大的系統(tǒng)工程，需要廣大教育工作者以及各個學(xué)段學(xué)生的共同努力。在應(yīng)用新的教學(xué)方式過程中，前期需要教師付出大量的精力與努力，同時也需要在授課過程中與學(xué)生不斷地交流溝通，不斷地反饋調(diào)整，才能得到新的成熟有效的教育教學(xué)方式，才能實現(xiàn)教育教學(xué)改革的目標(biāo)，為國家培養(yǎng)更多更優(yōu)秀的人才。

四、結(jié)束語

新工科背景下國家和社會以及行業(yè)對工科人才提出了新的更高的要求，這就要求工科人才培養(yǎng)的前沿陣地——高校必須順應(yīng)時代要求，不斷變革教育教學(xué)方式，以培養(yǎng)更多符合時代要求的高素質(zhì)工科人才。本文以基礎(chǔ)力學(xué)課程改革為出發(fā)點，借助WACOM 手寫板和雨課堂智慧教學(xué)平臺，探索出基礎(chǔ)力學(xué)課程新的、更加高效的教育教學(xué)方式，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、課程參與度以及課程教學(xué)質(zhì)量。但是，更多不同學(xué)科、更多新型教學(xué)工具與現(xiàn)有的教學(xué)平臺的結(jié)合，更加全面、更具有針對性的課程評價體系的建立等方面還需要廣大教育工作者作進一步的探索、完善及實踐。