以學(xué)生為主體的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程混合式教學(xué)探索

丁南生 高學(xué)軍 羅艷

摘要 如何有效開(kāi)展以學(xué)生為主體的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程混合式教學(xué)，增強(qiáng)教學(xué)效果，是教師面對(duì)的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。文章依據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程特點(diǎn)，利用“互聯(lián)網(wǎng)+”線上教學(xué)與線下課堂相融合的優(yōu)勢(shì)，引入實(shí)際工程結(jié)構(gòu)案例，將課程思政融入教學(xué)，激發(fā)學(xué)生主體效能；充分發(fā)揮學(xué)生主體作用，促進(jìn)主動(dòng)學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)和自主探究工程結(jié)構(gòu)力學(xué)問(wèn)題，創(chuàng)造高效教學(xué)；開(kāi)展以學(xué)生為主體的混合式教學(xué)，為結(jié)構(gòu)力學(xué)和相關(guān)課程的教學(xué)提供參考，以期共同推動(dòng)教學(xué)改革與創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞 學(xué)生為主體；混合式教學(xué)；結(jié)構(gòu)力學(xué)；教學(xué)探索

中圖分類號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.18.014

結(jié)構(gòu)力學(xué)課程概念多、理論性強(qiáng)、內(nèi)容比較抽象，學(xué)生學(xué)習(xí)難度大[1]。如何創(chuàng)造結(jié)構(gòu)力學(xué)課程高效教學(xué)，是教師面對(duì)的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。傳統(tǒng)的線下課堂往往以教師為中心，大多教師針對(duì)課程重點(diǎn)與難點(diǎn)進(jìn)行剖析，為學(xué)生答疑解惑，但學(xué)生在有限的線下課堂時(shí)間里很難深入思考，常常將學(xué)習(xí)中的困難直接傳給教師，難以發(fā)揮學(xué)生的主體作用[2]。線上教學(xué)采用“互聯(lián)網(wǎng)+”課堂，通過(guò)教學(xué)的網(wǎng)絡(luò)化和智慧化，打破時(shí)間、空間的限制，讓學(xué)生隨時(shí)隨地都能學(xué)習(xí)和思考。但是線上教學(xué)過(guò)程中教師與學(xué)生缺少面對(duì)面的交流；同時(shí)學(xué)生是機(jī)械、被動(dòng)地學(xué)習(xí)，很難有效激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)[3]。在“互聯(lián)網(wǎng)+”和信息化時(shí)代下，急迫要求教師轉(zhuǎn)變教學(xué)理念、改革教學(xué)方式和豐富教學(xué)資源，更需要激發(fā)學(xué)生的主體效能。結(jié)構(gòu)力學(xué)課程緊貼實(shí)際工程，課程內(nèi)容涉及的桿件結(jié)構(gòu)體系包括梁、剛架、拱、桁架和組合結(jié)構(gòu)等，都是實(shí)際工程中大量采用的結(jié)構(gòu)形式[4]。充分依據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)這個(gè)課程特點(diǎn)，引入大量實(shí)際工程結(jié)構(gòu)信息，開(kāi)展以學(xué)生為主體的線上線下混合式教學(xué)探索，增強(qiáng)學(xué)生分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新思維，使學(xué)生有滿滿的“獲得感”，創(chuàng)造結(jié)構(gòu)力學(xué)課程高效教學(xué)。

1混合式教學(xué)以學(xué)生為主體，創(chuàng)造高效教學(xué)

結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)如何突出學(xué)生為主體，提升教學(xué)效果？在“互聯(lián)網(wǎng)+”和信息化時(shí)代下，勢(shì)必利用“互聯(lián)網(wǎng)+”線上教學(xué)與線下課堂相融合的優(yōu)勢(shì)，引入工程結(jié)構(gòu)案例，以問(wèn)題為導(dǎo)向、教師為主導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、啟發(fā)學(xué)生自主探究工程結(jié)構(gòu)力學(xué)問(wèn)題，發(fā)揮學(xué)生的主體效能，創(chuàng)造高效教學(xué)。

1.1課程思政融入教學(xué)，激發(fā)學(xué)生主體效能

教育的本質(zhì)是育人，育人的主體是學(xué)生。教師認(rèn)真貫徹“三全育人”理念，堅(jiān)持“把立德樹(shù)人作為教育的根本任務(wù)”，構(gòu)筑家國(guó)情懷、職業(yè)道德與社會(huì)責(zé)任感[5]。借助線上“互聯(lián)網(wǎng)+”的豐富資源和線下面對(duì)面的教導(dǎo)，結(jié)合實(shí)際工程案例，挖掘德育素材，將課程思政融入教學(xué)。例如，在講授“拱”章節(jié)時(shí)，引入隋朝大業(yè)年間匠師李春監(jiān)造的趙州橋，該橋距今已有1300多年，依然堅(jiān)固，發(fā)揮著作用，1991年被列為世界文化遺產(chǎn)；再到現(xiàn)代上海的盧浦大橋、中國(guó)南平三橋、將工程美學(xué)與橋梁美學(xué)完美結(jié)合的重慶朝天門(mén)大橋等。學(xué)生驚嘆拱橋歷史之悠久，建造之俊美，同時(shí)增添了學(xué)習(xí)的熱情；感嘆建造者之偉大，感知從古代的工匠到現(xiàn)代的“大國(guó)工匠”，無(wú)不心懷責(zé)任和擔(dān)當(dāng)，留下一個(gè)個(gè)為人稱道的“精品”。學(xué)生能夠從一個(gè)個(gè)實(shí)實(shí)在在的工程實(shí)例中感受到鮮活的思政元素，自我感悟其中的人文精神、思想理念、道德觀念，激發(fā)學(xué)生主體效能，增強(qiáng)學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)的“原動(dòng)力”。

1.2主動(dòng)學(xué)習(xí)，發(fā)揮學(xué)生主體作用

學(xué)習(xí)金字塔理論[6]（如圖1所示）表明：學(xué)習(xí)者采用不同的學(xué)習(xí)方法，獲得的學(xué)習(xí)效果不同，對(duì)知識(shí)的留存率差異較大。被動(dòng)學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)方式知識(shí)留存率較低，只有5%―30%；而以討論、實(shí)踐、教授給他人的主動(dòng)學(xué)習(xí)方式知識(shí)留存率較高，從50%―90%不等，其中教授他人這種學(xué)習(xí)方式的知識(shí)留存率最高，達(dá)到90%。結(jié)構(gòu)力學(xué)混合式教學(xué)中充分利用學(xué)習(xí)金字塔理論，發(fā)揮學(xué)生主體作用，憑借討論、教授給他人、相互學(xué)習(xí)的方式，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)以“教”為中心向以“學(xué)”為中心的實(shí)質(zhì)轉(zhuǎn)變[7]，創(chuàng)造高效教學(xué)。

結(jié)構(gòu)力學(xué)課程開(kāi)始之初，學(xué)生成立學(xué)習(xí)小組，開(kāi)展組內(nèi)相互討論、相互教授、相互學(xué)習(xí)；應(yīng)用所學(xué)知識(shí)內(nèi)容解決工程結(jié)構(gòu)力學(xué)問(wèn)題，提出解決問(wèn)題的方案，線下課堂上開(kāi)展學(xué)習(xí)成果分享，并引導(dǎo)學(xué)生相互探討、相互借鑒；教師剖析重點(diǎn)與難點(diǎn)，答疑解惑。這些正體現(xiàn)了學(xué)習(xí)金字塔中提及的主動(dòng)學(xué)習(xí)，憑借討論、教授給他人、相互學(xué)習(xí)的方式有效固化學(xué)習(xí)內(nèi)容，知識(shí)留存率較高，學(xué)習(xí)效果好，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和教學(xué)效果。同時(shí)通過(guò)小組協(xié)作，既創(chuàng)設(shè)了合作交流的空間，又能夠讓學(xué)生發(fā)表自己的獨(dú)立見(jiàn)解，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用。

1.3自主探究結(jié)構(gòu)力學(xué)問(wèn)題，構(gòu)建學(xué)生主體地位

結(jié)構(gòu)力學(xué)是解決工程結(jié)構(gòu)問(wèn)題的工具，學(xué)好、用好這個(gè)工具，才能解決工程結(jié)構(gòu)問(wèn)題，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)力學(xué)分析與綜合應(yīng)用能力，教學(xué)過(guò)程中僅僅通過(guò)幾個(gè)公式和例題講解，學(xué)生很難透徹理解和掌握，而且學(xué)生不主動(dòng)思考，被動(dòng)地學(xué)習(xí)，更是難以把握整個(gè)知識(shí)體系，無(wú)法掌握解決問(wèn)題的方法。這就需要以“授人以魚(yú)，不如授人以漁”的教學(xué)理念，教師引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)中的力學(xué)問(wèn)題，啟發(fā)學(xué)生“提出問(wèn)題―分析問(wèn)題―解決問(wèn)題”，自主探究問(wèn)題的本質(zhì)，探討解決問(wèn)題的方法，在自主探索中構(gòu)建學(xué)生主體地位，讓學(xué)生成為課堂學(xué)習(xí)的“主宰者”，成為問(wèn)題的“終結(jié)者”，真正成為學(xué)習(xí)的“主人”。因此，線上教學(xué)中，教師可提供教學(xué)資料，引入工程結(jié)構(gòu)案例，引導(dǎo)學(xué)生提出一些探討性問(wèn)題和啟發(fā)學(xué)生探索工程結(jié)構(gòu)力學(xué)問(wèn)題的解決方案。線下課堂中，針對(duì)一個(gè)個(gè)問(wèn)題，結(jié)合工程結(jié)構(gòu)案例，教師與學(xué)生一起分析、探討解決的方法和措施。教師在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，以學(xué)生為主體，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，帶動(dòng)學(xué)生主動(dòng)思考、自主探究和課堂大討論，促進(jìn)學(xué)生與學(xué)生之間、教師與學(xué)生之間的交流，碰撞出智慧的“火花”。

2以學(xué)生為主體的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程混合式教學(xué)

2018年―2022年成都理工大學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)一直在開(kāi)展以學(xué)生為主體的線上線下混合式教學(xué)。教學(xué)過(guò)程分為導(dǎo)學(xué)階段、實(shí)施階段和評(píng)價(jià)階段。導(dǎo)學(xué)階段利用線上教學(xué)平臺(tái)發(fā)布教學(xué)信息，明晰教學(xué)任務(wù)和教學(xué)內(nèi)容、引入工程結(jié)構(gòu)案例、啟發(fā)學(xué)生提出一些思考問(wèn)題，學(xué)生帶著問(wèn)題有目的性地查找資料和準(zhǔn)備學(xué)習(xí)新的知識(shí)；實(shí)施階段是教學(xué)的核心，充分激發(fā)學(xué)生主體效能，積極引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造性思考，以學(xué)生“吃透”與綜合應(yīng)用知識(shí)和主動(dòng)學(xué)習(xí)與自主探究為教學(xué)精髓；評(píng)價(jià)階段收集學(xué)生反饋的教學(xué)情況，進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)方案，提高教學(xué)效果。具體教學(xué)流程圖如圖2所示（p46）。

在此，以結(jié)構(gòu)力學(xué)中“單跨靜定梁的內(nèi)力計(jì)算”為教學(xué)案例，開(kāi)展以學(xué)生為主體的線上線下混合式教學(xué)探索，共同促進(jìn)教學(xué)改革與創(chuàng)新。

2.1導(dǎo)學(xué)階段

課程開(kāi)始之前，要求學(xué)生成立學(xué)習(xí)小組，開(kāi)展小組內(nèi)相互討論、相互教授，并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)向教師反饋?zhàn)灾鲗W(xué)習(xí)的情況，引導(dǎo)學(xué)生做好課前導(dǎo)學(xué)和準(zhǔn)備工作。

“單跨靜定梁的內(nèi)力計(jì)算”重點(diǎn)內(nèi)容是應(yīng)用微分關(guān)系與疊加原理做內(nèi)力圖。教學(xué)任務(wù)著重在隔離體的正確選取、受力分析和應(yīng)用微分關(guān)系與疊加原理繪制內(nèi)力圖，特別是內(nèi)力、外力之間的微分關(guān)系，是本節(jié)內(nèi)容的難點(diǎn)。圍繞教學(xué)任務(wù)，授課之前以互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)發(fā)布學(xué)習(xí)公告，引入工程案例中的單跨靜定梁，引導(dǎo)學(xué)生檢索資料，領(lǐng)悟單跨靜定梁結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，自主探索單跨靜定梁的結(jié)構(gòu)力學(xué)問(wèn)題，并在小組內(nèi)相互討論，如工程案例中哪些梁是單跨靜定梁，如何簡(jiǎn)化為力學(xué)模型；如何分析單跨靜定梁的內(nèi)力和外力，內(nèi)力、外力之間的微分關(guān)系如何建立；采用哪些已學(xué)過(guò)的知識(shí)解決這些問(wèn)題，問(wèn)題解決的目的是什么等。

2.2實(shí)施階段

采用線上和線下混合式教學(xué)方法實(shí)施結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)。線上教學(xué)部分，教師將單跨靜定梁內(nèi)力計(jì)算的授課課件、課程視頻、單跨靜定梁結(jié)構(gòu)影像資料、課堂習(xí)題等上傳到線上教學(xué)平臺(tái)。學(xué)生以小組為單位開(kāi)展主動(dòng)學(xué)習(xí)；組長(zhǎng)組織小組內(nèi)成員相互討論、分享個(gè)人的學(xué)習(xí)成果、相互教授、相互學(xué)習(xí)、互幫互學(xué)；應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決工程結(jié)構(gòu)力學(xué)問(wèn)題，提出解決問(wèn)題的方案，并匯總小組的學(xué)習(xí)成果。教師通過(guò)學(xué)生在線上教學(xué)平臺(tái)完成的習(xí)題、小組討論和學(xué)習(xí)反饋等信息，及時(shí)了解學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，從而及時(shí)跟進(jìn)。線下課堂教師隨機(jī)選定小組開(kāi)展學(xué)習(xí)成果分享，引導(dǎo)小組之間相互交流和學(xué)生之間相互探討；并針對(duì)重點(diǎn)與難點(diǎn)進(jìn)行剖析，補(bǔ)充學(xué)生的薄弱環(huán)節(jié)，并歸納、升華工程結(jié)構(gòu)的力學(xué)問(wèn)題，啟發(fā)學(xué)生探究問(wèn)題的本質(zhì)，共同探討解決工程結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)際問(wèn)題的方法。

例如，選取一個(gè)具有代表性的單跨靜定梁，梁上有集中力、分布力和力偶，經(jīng)過(guò)受力分析和剖析外力與內(nèi)力的微分關(guān)系，完成梁的彎矩圖[8]。至此，解決了彎矩內(nèi)力問(wèn)題。但僅僅分析至此顯然是不夠的，教師需要進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生提出問(wèn)題、相互討論，啟發(fā)學(xué)生自主探究。如，彎矩圖反映了哪些信息，結(jié)構(gòu)分析中如何發(fā)揮彎矩圖的作用；如果是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)梁，通過(guò)彎矩圖能夠解決工程結(jié)構(gòu)中的哪些問(wèn)題等。通過(guò)問(wèn)題探究，學(xué)生逐步認(rèn)識(shí)到，彎矩圖可以有效判定荷載作用下梁的受拉和受壓區(qū)域；對(duì)于鋼筋混凝土梁，需要在受拉區(qū)、受壓區(qū)域配置一定的鋼筋，形成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，因此彎矩圖反映的信息可以成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中配置鋼筋的合理依據(jù)。學(xué)生感受到結(jié)構(gòu)力學(xué)是結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)不可或缺的工具，能夠解決工程中實(shí)實(shí)在在的問(wèn)題，學(xué)以致用，學(xué)有所用；同時(shí)意識(shí)到如果結(jié)構(gòu)力學(xué)分析工程結(jié)構(gòu)出現(xiàn)失誤，有可能帶來(lái)無(wú)法彌補(bǔ)的后果，給人民群眾生命財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失，學(xué)好結(jié)構(gòu)力學(xué)就是責(zé)任和擔(dān)當(dāng)。至于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)梁如何配置鋼筋，配置多少鋼筋，將是后續(xù)的“鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”要學(xué)習(xí)的重點(diǎn)內(nèi)容，也為學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)知識(shí)點(diǎn)燃了“火種”。

2.3評(píng)價(jià)階段

實(shí)施教學(xué)后，學(xué)生及時(shí)拓展思維和反饋教學(xué)效果。學(xué)生根據(jù)本章節(jié)所學(xué)的微分關(guān)系和疊加原理等知識(shí)內(nèi)容，分析、解決單跨靜定梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)問(wèn)題，達(dá)到舉一反三、活學(xué)活用；進(jìn)一步思索所學(xué)的單跨靜定梁與多跨靜定梁、靜定剛架之間存在哪些聯(lián)系，為后續(xù)學(xué)習(xí)做準(zhǔn)備。同時(shí)，學(xué)生積極反饋線上和線下教學(xué)情況，提出意見(jiàn)和建議。為了及時(shí)掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況，教師在教學(xué)完成后進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查：①你對(duì)本節(jié)講授的教學(xué)內(nèi)容是否感興趣？選項(xiàng)設(shè)置為“感興趣、一般和沒(méi)興趣”；②你認(rèn)為小組合作與課堂互動(dòng)是否有必要參與？選項(xiàng)設(shè)置為“有必要、沒(méi)有必要和隨便”；③你能否將本節(jié)所學(xué)內(nèi)容應(yīng)用于分析實(shí)際工程結(jié)構(gòu)力學(xué)問(wèn)題？選項(xiàng)設(shè)置為“可以、一般和不能”。通過(guò)學(xué)生問(wèn)卷調(diào)查反饋，針對(duì)第一個(gè)問(wèn)題，有93.2%的同學(xué)表示采用線上線下混合式教授的本節(jié)教學(xué)內(nèi)容感興趣；針對(duì)第二個(gè)問(wèn)題，91.4%的同學(xué)認(rèn)為小組合作與課堂互動(dòng)是“有必要”的；針對(duì)第三個(gè)問(wèn)題，有87.9%的同學(xué)選擇“可以”，僅有12.1%的同學(xué)選擇了“一般”選項(xiàng)。教師積極收集學(xué)生反饋的教學(xué)意見(jiàn)和建議，分析學(xué)情和教學(xué)成效，進(jìn)行總結(jié)與反思，調(diào)整和優(yōu)化后續(xù)的教學(xué)方案，提升課程教學(xué)效果，進(jìn)一步促進(jìn)教學(xué)改革和創(chuàng)新。

課程教學(xué)完成后，為了及時(shí)掌握學(xué)生學(xué)習(xí)效果，達(dá)到以考促學(xué)，以考促教的目的，結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)組對(duì)學(xué)生進(jìn)行了期末閉卷考試。以2020級(jí)土木工程專業(yè)教學(xué)班級(jí)58位同學(xué)為例，卷面考核成績(jī)分布為：90分以上7人，80―89分25人，70―79分19人，60―69分5人，不及格2人，基本符合正態(tài)分布。從考核內(nèi)容來(lái)看，概念理解類得分達(dá)到92.6%，基礎(chǔ)應(yīng)用類為86.1%，綜合分析類為80.5%。依據(jù)近幾年學(xué)生的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程綜合考核成績(jī)反饋，學(xué)生對(duì)力學(xué)概念的理解、力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握和力學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用等都有大幅度提升，教學(xué)取得非常好的效果。

3結(jié)語(yǔ)

以學(xué)生為主體的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程線上線下混合式教學(xué)，將“互聯(lián)網(wǎng)+”線上教學(xué)和線下課堂相結(jié)合，引入實(shí)際工程結(jié)構(gòu)案例，將課程思政元素融入教學(xué)，激發(fā)學(xué)生主體效能；注重學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和自主探究，開(kāi)展課堂大討論，形成了學(xué)生與學(xué)生之間、教師與學(xué)生之間良好的互動(dòng)，增強(qiáng)了學(xué)生綜合應(yīng)用結(jié)構(gòu)力學(xué)知識(shí)解決工程結(jié)構(gòu)問(wèn)題的能力和創(chuàng)新思維。教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生反饋教學(xué)效果非常好，學(xué)習(xí)效率高，概念理解清晰，在探究結(jié)構(gòu)力學(xué)問(wèn)題的過(guò)程中獲得了解決問(wèn)題的方法，感受到學(xué)以致用，學(xué)有所用，有滿滿的獲得感。同時(shí)，以學(xué)生為主體的線上線下混合式教學(xué)探索將進(jìn)一步促進(jìn)結(jié)構(gòu)力學(xué)核心課程和混合式“金課”的建設(shè)。

基金項(xiàng)目：成都理工大學(xué)骨干教師項(xiàng)目（2019JX05）、成都理工大學(xué)人才培養(yǎng)質(zhì)量和教學(xué)改革項(xiàng)目（JG2130140）。

參考文獻(xiàn)

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