现代信息技术支撑下的高校课堂教学改革尝试

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   摘 要:以《材料力学》课程为例,针对目前学生在学习中表现出的学习效果差,学习知识不能转化为工作能力的问题,借助现代信息化技术的支撑,从教学内容安排和评价机制两方面进行教学改革,从而提升学生的学习兴趣、自学能力和分析问题、解决问题能力,最终提升学生在本课程中的学习效果,形成能力。
   关键词:力学课程;“线上+线下”混合式教學;教学内容安排;评价机制
  中图分类号:G642.0  文献标识码:A  文章编号:1673-260X(2021)05-0104-04
  引言
   在现代信息技术发展的影响下,人们的日常生活发生了翻天覆地的变化。然而相对于日新月异的社会环境,高等教育模式做出的反应相对缓慢,土木工程专业基础课在教学中的改革相对就更少,与此同时,力学教育目前面临着诸多的困难,如学时压缩而导致知识体系无法完整呈现;教学内容相对较多且难度较大,对于应用型本科院校学生学习有一定困难;学生认为教学内容枯燥无味,与实际工作联系不紧密对课程不感兴趣、不重视等。又如,一方面由于学生成长在信息时代,学生的特点发生了一定的变化,“碎片化学习”为特征的‘移动学习’已逐渐成为当代大学生自主学习的趋势”[1]。另一方面互联网发展、智能手机普及,但力学基础课的教育模式仍然停留在上世纪的模式,未发生显著变化。
   2015年3月5日李克强总理,提出了“互联网+”行动计划,以慕课MOOCs为代表的线上教学模式如雨后春笋般发展起来,这些课程以互联网信息技术为基础,实现了以学习者为中心的教学模式,开创了“互联网+教育”的新教学新模式。借助线上教学的各种优点,同时结合2020年受疫情影响教育部提出的“停课不停学”的要求,本文以此为契机,针对目前力学课程教学面临的问题,尝试通过“线上+线下”混合式教学改革,弥补以上不足。
   要做好教学改革,就应该深刻理解教学的含义,教学=教授(教师)+学习(学生)。二者的关系是并重的,单独一方面改变,很难达到理想的教学改革效果。因此,教师应首先分析学生在学习过程中遇到的困难,并以此为切入点探索合理的教授模式加以应对,最终实现学习效果的提升。本文以下将从三个方面展开:
  1 力学学习现状分析
   目前土木工程专业学生在学习过程中遇到的困难主要来自以下几方面:一是由于高中数学、物理基础知识掌握不扎实,导致大学的力学课程学习吃力;二是由于课上时间主要用于讲解理论知识,练习偏少,对于知识掌握的深度不够,同时,“由于定理、概念、画图、公式较多,虽然采用了多媒体手段,但学生仍然普遍反映课上难理解,课下难应用于实际”[2]。学生在上学期间未能将知识转化为能力,后续步入工作岗位,适应工作岗位能力差,后期职业发展潜力不足;三是学生对于力学学习兴趣不足,课下未能及时复习巩固,导致前后两节课间隔期间遗忘现象较为严重,又因为力学的前后知识关联性比较紧密的特点,影响了下次课上对于后面讲授内容的理解,进一步丧失了学习的动力;四是部分学生在高中阶段未养成良好的学习习惯,自控力较差,不能做到课前预习、课后复习,对于作业不能认真对待,抄袭现象频繁。
  2 采取的应对策略
   想要从整体上解决以上问题,核心是提升学生对于力学的兴趣和掌握力学的学习方法。提升学习兴趣能够增强学生的主观意愿,对于提高学生学习的主动性、增加课下学习时间和克服学习中的畏难情绪都有一定的帮助。掌握了学习方法,学起来就能达到事半功倍的效果,任何学科都有自身的特点,力学的特点是其逻辑的紧密性,如能按照分析步骤一步一步操作就能有据可依,避免无从下笔的情形发生。同时在按照步骤操作的过程中也能得到一些中间数据,逐渐理清思路,最终获得正确解题。力学的一般解题思路如图1。
   即使学生了解了上述思维过程,也未必能在遇到具体问题时顺利得到答案。部分同学会在步骤2、3上遇到问题,究其原因还在于力学知识掌握不扎实,需要应用时不能顺利检索和提取;数学基础差,无法完成相关的数学表达式和求解。想要突破步骤2、3的瓶颈,没有捷径,只有勤于思考和增加练习量,通过练习和思考加深对于抽象概念的理解和掌握。想要引导学生主动思考和增加练习又离不开兴趣,有了兴趣和好奇心才能意志坚定,一路披荆斩棘,而不是半路放弃。
   本次改革重点是收集一批相关的工程实例或者生活现象,通过微视频的形式引导学生思考,从而巩固所学的力学知识,并提高应用能力。例如:很多同学儿时都玩过的“打水漂儿”游戏——找一块扁平的石头,用很大的力气扔到水面上,只要找好角度,石头就能在水面上跳很多次,但这里蕴含的科学道理却很少有人了解。2018年自英国的某男子以121米远的水漂,水上跳跃88次,创下了打水漂最远的吉尼斯世界纪录。如何能打出一个完美的“水漂儿”呢?2005年,几位法国学者在英国杂志《流体力学》上发表了一篇文章,标题就叫《打水漂》。通过研究分析,科学家们得出完美的“水漂儿”与石子形状、石子自转速度和石子入水角度等因素都有关系。这里蕴含的力学原理是:石子形状将影响入水部分的面积和旋转时的稳定性;一定的自转速度,通过“陀螺效应”控制石子在水面支持力的扰动下不发生上下翻滚和方向偏转;入水角决定水平分速度的大小和石子与水面的夹角。
   通过对搜集的日常生活中的有趣现象引出力学思考,使学生熟悉力学思维,在此过程中提升分析问题和解决问题的能力。通过引导和启发,培养学生按照上述步骤思考问题,逐渐掌握力学思维模式,同时巩固问题所涉及到的力学知识点。通过具体实例,一方面提高学生对于力学的兴趣,让学生体会到力学的理论不是空洞无用的,拉近力学知识与日常生活和工程之间的距离。爱因斯坦曾说过“兴趣是最好的老师”,有了学习兴趣,就会主动思考,就能更好地解决实际问题,最终提升学生素质和能力。另一方面,在情景分析的过程中,以力学思维为抓手,锻炼学生分析问题和解决问题的能力,发现水面对于石子的支持力的表达式中的字母与“打水漂儿”的技巧有何联系。在信息高速发展的今天,知识的更新速度瞬息万变,但万变不离其宗。与其让学生学习知识本身,不如学会如何学习、如何用力学思维模式思考问题。    另一方面,课程通过搜集一些典型工程案例,如:造成重大财产和人员伤亡的高层住宅倒塌事件、百货大楼改造过程中倒塌事件和著名的沉船事件等案例,这些事件都和安全意识淡薄和结构设计失误有直接的关系。通过触目惊心的事实,提醒学生安全问题的重要程度,同时训练学生将所学理论与实际工程相结合的能力。课程首先通过线上的视频和文字等多媒体形式,以讲故事的形式叙述事件经过,然后在线下课程中引导学生展开课上讨论,应用已学知识分析事件的内在原因,使学生深切体会到理论與实际的紧密联系。
  3 构建“线上+线下”混合式教学模式
  3.1 “线上+线下”混合式课程的教学安排改革
   “线上+线下”混合式教学不是将线上授课部分简单搬到网上,而是从课程的整体设计上针对线上和线下两种模式的优缺点取长补短,对教学内容进行全新的教学安排。
   线上课的优点是可以重复观看、随时随地可以观看,方便学生使用碎片时间,这符合目前学生的学习和生活习惯;缺点是由于时空上的隔绝导致的疏离感,观看过程中容易分神、互动效果差。“在线课程学习的伙伴意识比较淡漠,同学间感情交流比较弱。因此,在线课程学习需要增强师生交流、生生互动的频率,形成学习共同体意识,以期优化学习效果”[3]。
   线下课程的优点是讲授者对于教学氛围的把控更容易,可以与学生进行情感交流、及时反馈;缺点是受时空限制只能在固定时间、固定地点展开,讲授过程无法重复观看,教学内容无法进行个性化的安排,只能照顾大多数同学的学习情况。
   “传统课堂以课堂教学任务为主,忽略了学生学习的自主性和创造性”[4]。因此本次改革在教学组织方面采用如下教学安排:将基本概念的讲解和较难理解的概念安排在线上学习,学生可以针对较难部分多次学习,同时节约的线下教学时间,以更有针对性的答疑互动为主。对于一部分难度不大,与实际联系较为紧密的知识内容宜更多地采用“翻转课堂”教学。不同于传统意义上的翻转课堂,线上课程的翻转课堂不是教师与学生的角色互换,而是指学生学习方式的翻转,学生事先学习网上教室搜集的视频或教师本人录制的视频,回到课堂上师生面对面完成讨论和作业答疑等任务。使学生从传统的“接受性学习”,转变为学生主动合作的“探究式学习”,提升学习的参与度,进而提升学习体验,加深学生对于概念的记忆和理解。
   本课程具体的课程内容安排如下:在平面弯曲的内力和压杆稳定两章的末尾,在线下教学中引导学生对“工程中如何提高梁的强度”和“工程中如何提高压杆的稳定性”两个问题展开探讨。将难度较大的平面弯曲内力部分和压杆稳定两个章的基本理论部分放在线上学习,将更多的线下学习时间安排为知识点讨论、答疑和作业答疑。线下安排的力学习题讲解,通过线下教师详细的推导过程,将解题思路完整展现给学生,引导学生主动思考,提高学生的应用能力。除此以外,针对部分有考研需求的同学,将应力状态分析和强度理论等难度较大的内容转移到线上教学作为选学内容,课程整体定位更集中精力学好基础知识和锻炼应用能力,通过线上课程内容更好的满足更多同学的个性化需求。
   成功的“线上+线下”混合式课程,离不开优质的线上教学视频。关于线上教学,由于其是一个新的领域,目前可供借鉴和参考的经验不多。由于线上资源的选择性很大,不仅仅局限于一个人或者一所学校内的资源,借助线上教育平台可以直接借力本专业国内顶尖的院校,使学生接受到更好的教育资源。本课程采用了线上慕课资源和部分自制视频相结合的方式。经过仔细筛选,本课程的线上教学资源选择了大学MOOC平台,由大连理工大学工程力学系教授——王博,负责建设的国家级线上精品课程《材料力学》慕课。使用精品课程即保证了教学视频内容的质量,又保证了教学资源平台使用过程中的稳定性。使用稳定的教学资源平台,确保学生随时随地能查看相关视频,并在课程修完之后的时间里确保视频仍然可用,方便学生查看复习;也确保了老师在今后的使用中可以逐渐积累经验,进一步提升教学效果。经过一学期的试用,此线上资源的优点是,优质的师资确保了各个专题的讲解清晰明了,讲授角度高瞻远瞩,但缺点是由于课程追求高超的水平和普遍的适用范围。慕课追求的高水平,导致课程的理论程度偏高,对于应用型本科院校学生接受有一定难度;普适性,导致内容泛泛,学生抓不到重点,大量的新知识导致部分同学应接不暇,学习更加吃力。因此下一步,应加强对于线上资源的筛选使用上和录制相关视频对现有线上教学视频予以补偿,提高对本校学生的针对性。
  3.2 “线上+线下”混合式课程的评价机制改革
   课程的评价机制的作用是通过各种方式,从多个角度检验学生最终的学习效果,进而也是对教师教学方式的一种侧面反映。另外,通过评价机制的改革,如成绩组成比例等,可以提高学生对于某项能力训练的重视程度,起到导向性作用。此次改革的目标是突出线上学习在学习过程中的重要性和激励学生合理使用线上资源。并通过线上视频学习,提升学生的自学能力、分析问题解决问题能力。
   在线上课程的应用过程中,如何检验学生的学习态度和学习效果,避免“刷视频”等出工不出力的现象发生和提高学生使用线上资源的积极性是难点。
   本次改革尝试通过“学习通”平台的后台统计数据和针对线上学习内容的作业、提问等形式督促学生的线上学习,杜绝“刷视频”现象。同时结合“学习通”平台的弹窗功能,在视频中间设置弹出针对性的问题,正确回答问题后才能继续播放后续内容等手段,督促学生在日常学习过程中认真学习线上资源。同时,通过增加线上学习的时长和次数作为平时成绩的依据,在考试中增大与线上自学内容相关的题目所占的比例,以激励学生积极应用线上资源和努力提升自学能力。
   另外,经过7年的力学教学经历,本人认为力学学习的核心不仅是知识本身,更多是学习各位力学大师开创力学学科时所使用的分析方法,仅仅针对知识教学很容易造成“知其然而不知其所以然”的现象。此次改革借助线上资源,加强学生对于开放性问题的应对能力。首先在线上提供部分铺垫性的基础概念和公式,针对此部分新知识设置部分开放性探究性思考题。不同于传统的客观性习题,此类问题没有标准答案,学生只要能应用所学知识自圆其说即可。在此过程中,训练学生的自学能力和分析问题和解决问题能力,促进学校所学知识最终转化为入职之后的工作能力。并在期末考试中增设此类开放性问题(比例约占15%),引导学生更多关注力学思维过程,分析问题和解决问题能力,而不仅仅是计算结果本身。
  结束语
   经过一个学期的“线上+线下”混合式教学模式探索,证明“线上+线下”的模式在一定程度上确实提升了学生学习的积极性和整体学习成绩。
   同时,近一年的实践和反馈,本人也深刻体会到在“线上+线下”混合式教学改革的道路上还有很长的路需要走。通过对前期的教学经验和学生学习轨迹整理和总结也明确了下一步工作的方向。在实际教学过程中,仍然面临着部分学生自控力较差,未达到预期的提升效果和如何实现过程性考核和如何实现减少作弊提高考核的信度和效度等诸多问题。同时,在备课和作业反馈环节中发现线上教学花费的时间和精力是数倍于线下授课的,教学中有必要组建教学团队才能应对海量的工作,实现比传统教学模式更好的教学效果。
  参考文献:
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