金课背景下材料力学课程线上线下混合式教学研究与实践

1、金课背景下材料力学课程线上线下混合式教学研究与实践摘要：材料力学课程是工程力学、土木工程、机械工程和材料科学与工程等众多工科专业的重要专业基础课，在“金课” 建设的背景下，确立了以学生为主体和教师为主导的基本教学理念，推进线上线下混合式教学改革，实现优质在线开放课程资 源的有效应用。合理选择线上学习内容，优化线上线下教学活动,完善过程评价制度，促进信息技术和网络教学资源的深度整 合，提升教学水平和人才培养质量。关键词：材料力学;教学模式;混合式教学Abstract: Material Mechanics is an important basic course for many enginee

2、ring majors, such as engineering mechanics, civil engineering, mechanical engineering, materials science and engineering. Under the background of construction of golden courses, it has been established that Student-centered and Teacher-led basic teaching concepts. Promoting the teaching reform of on

3、line -offline blended teaching pattern has achieved the effective application of high quality online open course resources. Choosing online learning content rationally, optimizing the online teaching activities, and improving the system of process evaluation, has promoted the deep integration of inf

4、ormation technology and the network teaching resources, improved the level of teaching and talent training quality.Keywords： Material Mechanics; teaching pattern; blended teaching2019年10月教育部印发关于一流本科课程建设 的实施意见，全面实施一流本科课程“双万计划”。同时 发布了“双万计划”国家级一流本科课程推荐认定办 法，明确提出经过三年左右时间，建成万门左右国家级 和万门左右省级一流本科课程。国家级一流课程包

5、括: 线上一流课程（国家精品在线开放课程）、线下一流课 程、线上线下混合式一流课程、虚拟仿真实验教学一流 课程以及社会实践一流课程。2019年11月在先期启动 2019年国家精品在线开放课程和国家虚拟仿真实验教 学项目推荐认定工作后，教育部办公厅决定开展2019 年国家级线下一流课程、国家级线上线下混合式一流课 程和国家级社会实践一流课程推荐认定工作。在此背景 下,各高校纷纷推进线上线下混合式课程教学，促进信 息技术与教育教学深度融合，提升教学水平和人才培养 质量。2020年伊始，一场出人意料的新冠肺炎疫情席卷 全球,打乱了世界各地人民生活的节奏。疫情带来的冲 击不仅仅停留在医疗与公共健康领域

6、，也涉及到了政 治、经济、社会生活的方方面面。为了阻断疫情向校园蔓 延,保障好师生生命健康，教育部要求2020年春季学期 各级学校利用互联网和信息化教育资源为学生提供学 习支持，统筹整合国家、有关地方和学校相关教学资源， 提供丰富多样、可供选择、覆盖各地的优质网上教学资 源，确保“停课不停教、停课不停学”。这迫使广大高校不 得不自上而下地推行在线教学，课程类型包括公共课、 专业基础课、专业课、理论课、实验课等多种类别，授课 模式有直播课、录播课、慕课、远程指导等多种形态，融 合了“互联网+ ”“智能+”技术的在线教学得到了跨越式 发展。2020年秋季学期，在疫情防控常态化条件下，各地 高校正常

7、开学。其中把在线学习、在线探讨等教育教学 方式,更好地用在线下教育教学中，既是适应疫情防控 常态化的选择，也是对教育教学进行的改革与创新。正 如教育部高等教育司吴岩司长指出在线教学将从“新鲜 感”向“新常态”转变，成为中国高等教育和世界高等教 育的重要发展方向。一、课程概况东南大学材料力学课程建设，最早可追溯至南京工 学院成立之时。1955年，南京工学院力学教研组承担了 全国统编教材材料力学的编写任务，由我国著名的力 学专家、教育家梁治明先生组织编写完成，于1958年正 式出版，之后在国内沿用了几十年，得到了极高的评价。 近年来，课程组编写了“十一五”规划教材材料力学, 参与修订了“十二五”规

8、划教材材料力学的第五版和 第六版，还参与了高等教育出版社“材料力学在线评测 系统资源库”的建设。作为变形体力学的重要分支之一，材料力学是一 门为设计工程实际构件提供必要理论基础的技术基础 课程，在工程教育中占有重要的地位，是工程力学、土 木工程、交通运输等专业必修的长学时专业基础课。通 过课程学习，学生应掌握将工程实际构件抽象为力学 模型的方法；掌握研究杆件内力、应力、变形分布规律 的基本原理和方法;掌握分析杆件强度、刚度和稳定性 问题的理论与计算，以及初步的构件设计知识。并为学 习后续课程及从事工程实践和研究创新活动打下重要 的基础。2016年，材料力学课程作为东南大学在线开放课 程进行重点

9、建设,并入选“十三五”江苏省高等学校在线 开放课程建设项目，2017年9月在“爱课程（中国大学 MOOC）”平台开课运行，2019年1月获得国家精品在线 开放课程认定。与此同时,2017年课程团队参与“十三 五”高等教育科学研究重大攻关课题“材料力学在线开 放课程教学范式的研究与实践”。2019年主持教育部高 等教育司产学合作协同育人项目“基于材料力学在线 开放课程的混合式教学模式探索与实践”，参与江苏省 高等教育教改研究课题重点项目“面向新工科的土木类 专业混合式金课课程体系建设研究与实践”，逐步开 展线上线下混合式教学改革与实践。在线开放课程建设凸显了信息技术和网络教学资 源的深度整合，为

10、学生在线式学习和移动式学习提供了 ;维度和新时空，为教师开展混合式教学提供了新途径 和新方法。线上线下混合式教学颠覆了传统课堂教学中 老师讲学生听的模式，是以学生为中心的学习和教学方 式的革命囚。在课前环节，教师将设计好的自主学习任务 清单和以微视频为主的在线辅助资源上传到学习平台 供学生开展线上学习；课中环节,教师针对学生在课前 任务完成中存在的共性问题，采取组织讨论、集中讲授 的方式进行答疑解惑或案例分析;课后环节，教师在平 台上为学生提供作业、测验、答疑、讨论等教学组织活 动，及时开展在线指导与测评，确保各项教学活动完整、 有效、按计划实施。二、教学改革与实践（一）合理选择线上学习内容“

11、双万计划”国家级一流本科课程推荐认定办法 要求线上线下混合式一流课程基于慕课、专属在线课程 （SPOC）或其他在线课程，运用适当的数字化教学工具， 结合本校实际对校内课程进行改造，安排20%50%的 教学时间实施学生线上自主学习。课程团队梳理了材料 力学课程的全部知识点，研讨了已建成的国家级精品在 线开放课程的线上视频资源，筛选恰当的线上学习知识 点,合理分配线上线下学时比例确定了合适的线上教 学内容，例如：剪切挤压，非圆截面杆扭转，平面图形几 何性质，积分法计算梁的变形等。对于线上学习的教学内容，既不能在线下课堂重复 讲授，挫伤学生自主学习的积极性,增加学习负担，使线 上自主学习流于形式，无

12、法激发学生的学习兴趣;但也 不能完全放手，对学习过程缺乏有效监督，对学习效果 缺少及时评估，无法提升教学效果。因而，对于线上学习 知识点的选择,既不能选择特别重要的基本概念（如:应 力、应变等），不利于学生筑牢稳固坚实的知识基础，影 响后续知识点的教学效果；同时也不能选择拓展过深, 难度过高的知识点,增加学生的学习负担，难以实现有 效的自主学习。较为恰当的线上自主学习的知识点应和 线下先修知识点联系较为紧密，甚至和先修课程理论力 学、高等数学的知识点相结合，便于学生自主学习，属于 跳一跳，够得着”的学习任务；同时这些知识点与本门 课程的后续知识点也有联系，这样使得教师能够督促学 生完成自主学习

13、，及时检查学生的学习效果，便于查漏 补缺。（二）优化线上线下教学设计混合式教学改革要以提升教学效果为目标，并不是 要彻底解放教师,把课堂迁移到网上,也不是将“线上教 学”与“线下教学”进行简单、机械地相加，而是两者互为 补充，相互促进叫为了改变线上教学的附属地位，形成 线上线下混合式教学”常态，需要改革教学模式，优化线 上线下教学设计。课前布置学生线上自主学习，培养自学 能力和主动学习的习惯;课中通过启发式、案例式教学, 引入工程设计思维，着重培养学生的逻辑分析能力和研 究型学习能力;课后通过线上作业测验、开放性讨论题与 项目式作业，巩固知识形成技能,并在此基础上,进一步 拓展深化，超越知识点

14、，融会贯通;再回到线下课堂开展 研讨，教师点评，学生互评,培养批判性思维和创新精神 （见图1）o在课前环节,收集整理材料力学发展史料,挖掘工程案例，选择适合自学的内容，课前将设计好的自主学 习任务清单和以微视频为主的在线辅助资源上传到学 习平台，安排学生线上自主学习;课中环节，针对学生在 课前任务完成中存在的共性问题，通过启发式、案例式 教学逐步深入讲解理论知识，引入工程设计思维，采取 组织讨论、案例分析的方式进行答疑解惑;课后通过线 上作业测验、开放性讨论题与项目式作业，巩固知识形 成技能，并在此基础上，进一步拓展深化，引入周培源力 学竞赛的部分内容，提高课程的深度，加深学生对材料 力学基本

15、知识的理解;引入与材料力学课程知识相关的 国内外最新研究动态介绍当前国际学术界的研究前沿, 提高课程的高度;引入实际工程案例，引导学生利用所 学的材料力学知识对实际工程问题进行分析，提高课程 的广度;回到线下课堂开展研讨，教师点评，学生互评， 培养批判性思维和创新精神。在这个过程中，学习难度 逐步增加，课程深度层层递进,提升了课程的高阶性、创 新性、挑战度,打造具有深度、高度、广度和前沿性、时代 性的材料力学课程以压杆稳定知识点为例，课前布置线上自学失稳引 发的工程事故案例分析，例如：魁北克大桥坍塌事故分 析;美国哈特福德城体育馆网架结构失稳事故分析。课 中强化工程安全意识，深入讲解压杆力学模

16、型建立以及 临界力计算方法。课后完成线上讨论题和配套测验题, 小组协作完成项目式作业“A4纸压杆制作”。再回到课 堂开展A4纸压杆的承载力竞赛，并研讨提高承载力的 措施。绘制思维导图，梳理知识点，厘清知识网络，再将 离散的知识点进行系统的组织、归纳，从而全面掌握整 个知识框架%（三）完善过程评价制度作为课堂学习的延续，课后作业是学生进一步巩固 知识、应用知识、内化知识、形成能力的重要途径，也是 教师及时检验和评价教学效果的重要手段。然而长久以 来，课后作业大多采用教材配套习题，不同版本的教材 章节后的习题往往大同小异，普遍陈旧僵化，脱离日常 生活和工程实际，学生对于形式单一的习题作业提不起 兴

17、趣,态度敷衍了事。长此以往，不但影响学生的学习积 极性,也影响教师的教学积极性。混合式教学改革要激发学生的学习动力，改革传统 作业模式，完善过程评价制度。课程成绩评定分为“形成 性考核”和“终结性考试”两个部分,随着线上线下混合 式教学改革的不断深入,“形成性考核”所占比例逐步提 高，由20%逐年提高至50%,合理安排学生课后学习任 务，适当增加学生的日常学习负担,提升课程的挑战度， 有效实施过程性评价。“形成性考核”采用线上作业与线下测验相结合的 方式,取代传统书面课后作业，既能督促学生检验学习 情况，也能客观有效地反馈教学效果。线上作业按章节 设置,重点考察对基本概念和基本方法的掌握，以客

18、观 题为主，督促学生开展规律性学习和自查。线下测验以 基本计算题为主，相比线上作业,偏重考察学生独立完 成的能力，有利于教师及时检查教学效果，及早发现教 学薄弱环节。结合线上学习内容，另设置若干研究型、项 目式作业，学生以小组为单位开展自主学习研讨，根据 学生能力水平和学习定位来确定工程问题的难度，重在 综合知识的融会贯通，而非仅强调难度的增加。除了培 养知识的运用能力，还注重协作和交流能力，阐述和表 达能力等综合能力的培养地采用小组汇报，组间互评的 方式进行交流评价,充分发挥学生的主体性，激发学生 学习兴趣）调动学生的学习积极性）促进学生自主性学 习,过程性学习和体验式学习。“终结性考试”为学期末 的闭卷考试，以综合计算题为主，重点考察灵活运用所 学知识分析和解决复杂问题的综合能力。图2连续四年期末总成绩分布图三、教学改革成效自2017-2018学年秋季学期起，东南大学土木工程 学院工程力学班逐步实践了基于材料力学在线开放课 程的线上线下混合式教学改革，深受学生欢迎。在期末 考试题难度基本一致,题型相同的前提下，我们对学生 来源相同的土木工程学院工程力学班级的考试成绩进 行了比较分