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摘要：工程力學是高等院校工科類學生的專業基礎課程，旨在培養學生的力學素質，加強學生的工程概念，為以后的專業課學習打好理論基礎，在工科學生整個本科階段的教學過程中擔負著承前啟后的任務。2020年以來全世界新冠肺炎疫情暴發，很多高校因無法進行課堂教學而采用了線上教學模式，突然轉變的教學模式正如突如其來的疫情讓人措手不及，隨之也帶來線上教學過程中出現的很多棘手問題。文章針對目前工程力學的教學現狀，結合多年的基礎力學教學經驗，對工程力學以對分課堂為基礎的線上講授過程中的幾個突出問題進行了探討，提出了線上教學設計路線，經調查研究表明，教學效果明顯改善。
關鍵詞：工程力學；對分課堂；線上教學；教學設計
工程力學課程涉及眾多的力學學科分支和廣泛的工程技術領域[1]，要求學生在學習完本課程后具備一定的解決工程力學問題的能力。本文作者長期從事工程力學的課程教學。近年來，對分課堂教學模式逐漸興起，將對分課堂教學模式應用在工程力學課程中是一個全新的嘗試。教育部辦公廳針對新冠肺炎疫情明確提出了停課不停學的實施要求。部分高校的課程改為線上教學，這對對分課堂的運用將是一個新的挑戰。因此，作者在總結以往以對分課堂為基礎的課堂講授中出現的問題，再結合授課方式由線下轉入線上后的一些教學經驗提出一種創新的教學設計方案，經過兩個學期的實踐得到了較好的教學效果。
一、對分課堂在力學課程中的應用現狀
對分課堂是由復旦大學張學新教授在2014年提出的一種課堂教學新模式[2]。這種教學模式的核心在于將課堂時間分為兩半，一半時間交給教師講授內容，另一半留給學生作為討論時間[3]。因現階段高等學校實行教學改革，基礎力學課程的學時數在不斷削減，使學生覺得學習任務過于繁重，學習壓力大；其次，力學課理論性和系統性較強，難度較大，容易使學生產生枯燥、厭煩的心理。那么，對分課堂在小組討論環節的趣味性和活躍度正是來解決這些問題的。據統計，對分課堂教學模式已在國內外學校的一千多門課程中得到應用，教學效果顯著。但在工程力學課程中不能照搬傳統的“1：1式”的對分課堂。對分課堂在工程力學課程中的應用目標是提高學生的自主學習能力。不論教學模式如何改變，教師的講授環節始終是課堂教學中最重要的核心環節。傳統對分課堂的講授環節占據教學時間的一半，但在理論深度和難度都較大的力學課中教師的重難點講授非常重要。因此，工程力學的對分課堂教學模式不能按1：1的關系來分配教師講授環節和小組討論環節，討論環節以課程內容的難度和復雜度分別占到教學時間的20%-40%。對分課堂講授的核心目標是引發學生對課程內容的興趣，提升學習主動性。重在闡述知識點的意義，呈現知識與實踐結合的價值，讓學生知道學習知識點以后能夠解決的工程問題，闡述知識模塊對學生成長成才和自我實現等方面的作用，以此來激發學習興趣。在傳統教學模式中，整堂課45分鐘都是由教師講授，留給學生獨立學習和探索的內容較少。對分課堂教學模式是一種以學生為中心的教學模式[4]，教師講授的是對課程知識的高度濃縮，講授重在引導，告訴學生學什么、為何學和如何學，講解各個學習內容的邏輯結構。比如，在講到材料力學中強度計算知識點時，以最基本最簡單的軸向拉壓為例，可引出幾種基本變形形式中做強度計算的共同求解思路。如圖1所示。對分課堂另一個核心內容是課內探討環節，以小組討論的形式達到對課堂習題的理解、消化和舉一反三的教學效果。在分組之前，教師要充分做好學情分析，掌握本班學生的學習能力，使每個小組里既有學霸，又有學習比較吃力的學生，最好還要有一至兩名性格較活潑的同學可以調動每一位同學充分參與到討論活動中，如圖2所示。同學們在討論過程中可以互相學習技巧和解題策略，融會貫通，不斷反思和總結，提升個人學習能力。在探討環節中可以加入一些小組競賽活動，讓每一個學生都有參與感和為集體付出的價值感、成就感。
二、線上教學中對分課堂的教學設計
美國緬因州的國家訓練實驗室提出過一種現代學習方式的理論：學習金字塔，如圖3所示[5]。圖中右側的學習內容平均留存率是指學習者采用不同的學習方式后在兩周以后所能記住內容的多少?？梢姡N主動學習方式所對應的留存率穩穩地占據了金字塔底部，學習效率較高。基于對分課堂的工程力學課程教學設計從理論上遵循了學習金字塔規律。新冠肺炎疫情的出現改變了大學生原有的在校生活和學習方式。疫情后各高校作為教學主體的教師應充分認識到線上教學的重要性，教學模式可以改變，教學效果不能下降。跟線上教學相適應，工程力學的教學設計也要做相應的調整和改變，主要從以下幾個方面著手：
（1）選擇教學平臺：目前，可供選擇的線上教學平臺越來越多樣化，如：騰訊課堂、釘釘群直播、智慧樹等。其中，清華大學開發的“雨課堂”平臺在功能上更加適合對分課堂。雨課堂平臺中附有分組功能，可以選擇隨機分組或者教師人為分組，見圖2。隨機分組增加了趣味性，引起學生的好奇心理；而人為分組的好處是教師可以使每個組學生的平均學習效能處于相當的水平，并且可以促使學習能力強的同學帶動同一組里相對弱一些的同學。小組討論時同學的思路有時候會比教師更加吸引同學，能增強學生對學習內容的理解，也能提高教學效率。
（2）主動學習是主旋律：“討論”“實踐”和“教授給他人”都是主動學習的主要形式，見圖3。小組討論環節可以包含主動學習的全部形式。教師在小組討論之前可以對組里表達力較好的同學開個“小灶”，讓他們學會使用模具或者利用身邊的一些物品進行演示說明。比如，學生手中的筆就是個很好的道具，它可以在講授扭轉變形時用來比作軸，筆上承受圍繞軸線轉動的外加扭轉力偶矩作用，想象在這種受力特點下筆會發生什么樣的變形；講到彎曲變形時學生手中的筆可以用來比作梁，筆上承受與軸線呈垂直關系的載荷，由此講到梁彎曲的變形特點，進一步得到扭轉時外力偶矩和彎曲時集中力偶的不同[6]。小組討論后每個小組指派學生進行主動學習的第一種形式：演示。同學們之間相互“找茬”，讓每一位學生參與討論，歸納總結知識點的重難點、易錯點，培養學生的力學思維。對分課堂的精華主要體現在小組討論環節，小組成員在討論的過程中無形地實現了相互學習、實踐和講授給他人等主動學習行為，更有效地調動學生學習的主觀能動性，進而提升整個教學效果。小組討論環節還可以加入一些小組競賽等趣味性活動，教師對比賽成績可借助“雨課堂”平臺給予紅包、積分等形式的獎勵或加大作業量的懲罰。要讓學生把平時聽來的知識變成自己真正理解和接受的知識，不經過反復的練習實踐是無法實現的。此外，從心理學的角度出發，本班同學講題更會引起同學們的學習興趣，激發學生的主動性和參與欲望，學習效果明顯優于教師單一授課情況。
（3）準備教學資源：在每節課預習階段教師可以利用“雨課堂”平臺給學生們發布學習任務，讓學生充分利用教師給出的預習視頻和網絡資源掌握下節課的基礎知識。教師的講授重在對學生起到引導的作用，可將知識模塊的邏輯關系以路線圖的形式呈現出來。鼓勵學生在上課時利用板書或者教學平臺的視頻、音頻功能展示自己所掌握的內容，相互交換優質資源，分享學習收獲。講重要知識點時，幻燈片的展示效果遠遠不如白板教學，講例題時教師要更多地利用板書給出詳細完整的運算步驟。在板書的過程中讓學生充分參與到解題的整個過程，提出解題思路，對計算結果進行討論分析，作總結。
（4）溫故而知新：從圖4可見，課中前五分鐘回顧上一課所講的重點內容，使學生通過復習對所學過的知識加深印象。再者，對前面所講內容的回顧也是為學習新知識點打下基礎。在多次“溫故而知新”的學習過程中學生對力學知識的掌握就會越來越輕松。
（5）多元化考評：傳統教學模式中學生的總成績通常來自平時成績和期末卷面成績兩部分[7]。在對分課堂教學模式中，更注重過程化教學，平時成績不是單純由考勤和課后作業構成，而是貫徹于整個教學活動的各個環節中。以小組討論中的表現和收獲作為評測的主要依據。小組成員中優異學習能力者，互動性、溝通能力強者均要給予肯定。
三、教學設計與反饋
為了檢驗對分課堂教學模式的教學效果，選取本學期兩個大班（共5個小班）的學生作為實驗對象進行無記名問卷調查。通過分析學生反饋的調查問卷結果，結合近兩年的對分課堂實踐研究可知，基于對分課堂的教學效果明顯優于傳統教學模式，見表1。同學們對對分課堂的小組討論環節的認可度較高，絕大多數同學對線上教學設計的學習效果給予了肯定的態度，絕大多數的同學能將自學、講授和討論環節有機地結合起來，符合對分課堂線上教學的目的。此外，與學生建立良好的師生關系對學生接受新知識是非常有利的。教師對自己要嚴格要求，言傳身教，認真備好每一堂課，有良好的紀律觀念；教師對學生應嚴格要求，公平公正，使他們成為新時代合格的大學生。
四、結束語
傳統教學模式下，教師是知識的呈現者、傳遞者，沒有把重點放在引導學生對學習過程的反思和吸收[8-9]。基于對分課堂的線上力學課程不僅提升了學生綜合運用數學工具、物理概念、定量研究和解決實際問題的能力，也挖掘了學生學習的內在驅動力，培養了大學生的創新思維。作者希望與教育界力學同行共同切磋，共同進步，為力學學科的全面發展貢獻綿薄之力，達到工科基礎力學學科教學的更高水平。
作者：金阿芳 熱依汗古麗·木沙 單位：新疆大學機械工程學院