曹艷梅　于桂蘭　賈影　徐艷秋

［摘 要］北京交通大學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)I獲批2020年首批國家級(jí)線下一流課程。課程組針對一流課程建設(shè)過程中遇到的問題和難點(diǎn)進(jìn)行了有效的教學(xué)改革和實(shí)踐。以立德樹人為根本任務(wù)，采用“以學(xué)生為中心”與“以工程為中心”同頻共振的結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)改革理念，提出了“三階段、四層次”的教學(xué)設(shè)計(jì)，并以此開展了線上線下混合式教學(xué)，取得了較好的效果。通過教學(xué)實(shí)踐證明，以工程案例為載體，將對分課堂、小組討論、同伴教學(xué)、雨課堂等方法合理地融入教學(xué)，不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，強(qiáng)化學(xué)生的參與式學(xué)習(xí)，而且能有效地鍛煉學(xué)生對知識(shí)的應(yīng)用、分析和創(chuàng)新能力，為國家一流課程的建設(shè)提供了一條有益途徑。

［關(guān)鍵詞］結(jié)構(gòu)力學(xué)；一流課程；混合式教學(xué)；“三階段、四層次”教學(xué)設(shè)計(jì)

［中圖分類號(hào)］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 2095-3437（2023）07-0036-05

如果把土木類專業(yè)比作一幢大廈的話，那么結(jié)構(gòu)力學(xué)這門課程無疑是這座大廈的基石。該門課程是聯(lián)系基礎(chǔ)課和專業(yè)課之間的一座橋梁，對學(xué)生專業(yè)技能的培養(yǎng)和學(xué)術(shù)思維的形成具有極為重要的作用。

對于結(jié)構(gòu)力學(xué)的課程建設(shè)，國內(nèi)許多高校的教研人員從教學(xué)理論、教學(xué)模式、教學(xué)方法、教學(xué)手段等多個(gè)方面進(jìn)行了大膽的改革和探索，取得了卓有成效的建設(shè)成果[1-7]。筆者在多年的教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)多采取課堂講授、布置作業(yè)、習(xí)題講解“三步走”的循環(huán)模式。該教學(xué)模式“以教為中心”，注重課后的習(xí)題訓(xùn)練，這不利于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，而且這種重理論輕應(yīng)用、重題目訓(xùn)練輕能力培養(yǎng)、重內(nèi)容傳授輕思維訓(xùn)練的方式容易使學(xué)生感覺課程枯燥，讓學(xué)生學(xué)而不知所用，進(jìn)而對學(xué)習(xí)失去興趣。如何對課程教學(xué)進(jìn)行改革以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的參與度？這就需要將教師的“傳道、授業(yè)、解惑”與學(xué)生的“悟道、求業(yè)、生惑”[8]相結(jié)合，提高課程的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，培養(yǎng)知識(shí)、能力、素質(zhì)全方位發(fā)展的土木工程卓越人才，這是結(jié)構(gòu)力學(xué)所有任課教師面臨的一項(xiàng)迫切任務(wù)。

北京交通大學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程組踐行“以學(xué)生為中心”與“以工程為中心”同頻共振的結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)改革理念，提出了“三階段、四層次”的教學(xué)設(shè)計(jì)方案，并基于此開展了線上線下混合式教學(xué)，最終取得了較好的效果。

一、“二中心”教學(xué)改革理念

2019年，教育部發(fā)布了《關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實(shí)施意見》，明確提出了以理念新起來、課程優(yōu)起來、教師強(qiáng)起來、課堂活起來、學(xué)生忙起來、教學(xué)熱起來為主要內(nèi)容建設(shè)國家一流課程[9]。根據(jù)一流課程在“兩性一度”、融合創(chuàng)新、課程效果、持續(xù)改進(jìn)4個(gè)方面的基本建設(shè)要求，課程組在教學(xué)過程中首先需要解決以下重點(diǎn)問題：一是如何將結(jié)構(gòu)力學(xué)經(jīng)典理論進(jìn)行傳承與創(chuàng)新，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；二是如何增加課上和課下的師生互動(dòng)、生生互動(dòng)，使學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)；三是如何將線上課程和線下課程有機(jī)結(jié)合起來，提高課程的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。

基于改革重點(diǎn)和結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的特點(diǎn)，課程組確立了“以學(xué)生為中心”與“以工程為中心”同頻共振的“二中心”教學(xué)改革理念。

“以學(xué)生為中心”，即圍繞學(xué)生開展備課、教案、課堂教學(xué)、課后拓展等多個(gè)教學(xué)活動(dòng)（見圖1）。在備課環(huán)節(jié)，不僅要開展課前備課，還要根據(jù)學(xué)生每堂課的學(xué)習(xí)反饋和表現(xiàn)進(jìn)行課后備課，對教學(xué)進(jìn)行及時(shí)改進(jìn)，對教案進(jìn)行同步完善。在課堂教學(xué)的過程中，增加學(xué)生參與式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)，注重知識(shí)和能力的培養(yǎng)，使教師從“知識(shí)的傳授者”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸R(shí)的引導(dǎo)者”，使學(xué)生從“被動(dòng)學(xué)習(xí)者”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皹酚趯W(xué)習(xí)的探索者”。同時(shí)，在課后不再單純地布置各種習(xí)題訓(xùn)練，而是結(jié)合行業(yè)發(fā)展和科研成果適當(dāng)布置拓展型作業(yè)。這不僅能夠提高課程的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，而且能夠提升學(xué)生對知識(shí)的應(yīng)用和探索能力。除了對學(xué)生進(jìn)行知識(shí)輸送和能力培養(yǎng)，還要充分發(fā)揮課程思政的引領(lǐng)作用，培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷和文化自信、職業(yè)精神、哲學(xué)思維等方面的素養(yǎng)。

課程組堅(jiān)持“以學(xué)生為中心”的教學(xué)改革理念，根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)“來源工程”這一課程特點(diǎn)，建立與知識(shí)點(diǎn)相對應(yīng)的工程案例庫，以工程教學(xué)為載體，回歸其“指導(dǎo)工程”的初心，將“以學(xué)生為中心”與“以工程為中心”進(jìn)行結(jié)合，實(shí)現(xiàn)“二中心”的同頻共振。

法國著名思想家盧梭曾經(jīng)說過，問題不在于教他各種學(xué)問，而在于培養(yǎng)他有愛好學(xué)問的興趣，而且在這種興趣充分增長起來的時(shí)候，教他以研究學(xué)問的方法。因此，整個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)要以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣為突破口，以培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)、思維、能力、素質(zhì)、精神、情懷為落腳點(diǎn)，形成“以工程為中心”的遞進(jìn)式“6E”教學(xué)理念（見圖2）。通過工程問題的導(dǎo)入，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣（Exciting）；采用啟發(fā)式教學(xué)，帶領(lǐng)學(xué)生逐步分析工程現(xiàn)象所隱含的本質(zhì)（Enlightening）；將分析過程進(jìn)行提煉總結(jié)（Extracting），進(jìn)而引出結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本原理和基本方法。這三個(gè)階段弘揚(yáng)了茅以升老先生“習(xí)而學(xué)”的工程教育思想[10]，不僅能夠有效解決重理論、輕應(yīng)用的弊端，而且能夠培養(yǎng)學(xué)生初步的工程思維。

然而，如果課程的教學(xué)止步于此，就會(huì)造成學(xué)生對知識(shí)掌握得不夠牢固，也會(huì)存在課程的深度和廣度不夠的問題。因此，課程組進(jìn)一步對基本概念、基本理論和基本方法進(jìn)行了夯實(shí)和鞏固（Enhancing）；通過將基本原理和基本方法等進(jìn)行凝練和拓展延伸（Extension），培養(yǎng)學(xué)生的定性分析能力；結(jié)合行業(yè)發(fā)展和學(xué)科前沿知識(shí)激發(fā)學(xué)生對知識(shí)的探索（Exploration）熱情。這三個(gè)階段重點(diǎn)強(qiáng)化的是學(xué)生運(yùn)用基礎(chǔ)理論分析和解決實(shí)際工程問題的能力，也是貫徹“以學(xué)生為中心”的教育理念的體現(xiàn)。

二、“三階段、四層次”混合式教學(xué)實(shí)施

（一）混合式教學(xué)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)

邦克（Bonk）和 格拉漢姆（Graham）于2006年首次提出了混合式教學(xué)的定義，即面對面教學(xué)和計(jì)算機(jī)輔助在線學(xué)習(xí)的混合[11]。在進(jìn)行混合式教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，課程組根據(jù)布魯姆關(guān)于教育目標(biāo)的六個(gè)層級(jí)分類[12]，對課程知識(shí)點(diǎn)所對應(yīng)的學(xué)習(xí)目標(biāo)和教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行了重新梳理和優(yōu)化，將記憶和淺層理解設(shè)定為初級(jí)目標(biāo)，將深度理解、應(yīng)用、簡單分析設(shè)定為中級(jí)目標(biāo)，將復(fù)雜分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)新設(shè)定為高級(jí)目標(biāo)，分別通過課前的SPOC在線自主學(xué)習(xí)、課中的參與式學(xué)習(xí)、課后的拓展學(xué)習(xí)三個(gè)階段來實(shí)現(xiàn)（見圖3）。而在整個(gè)教學(xué)實(shí)施過程中，除三級(jí)目標(biāo)外，思政目標(biāo)也是重要的教學(xué)目標(biāo)，它“如鹽入水”，“潤物細(xì)無聲”地滲透在每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中。

（二）“三階段、四層次”混合式教學(xué)實(shí)施策略

在教學(xué)實(shí)施過程中，課程組結(jié)合“6E”教學(xué)理念，制定了教學(xué)實(shí)施策略（見圖4）。本文以結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中溫度變化引起的超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算這一知識(shí)點(diǎn)為例，詳細(xì)介紹了線上線下混合式教學(xué)的課堂實(shí)踐。由于學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算的基本方法——力法以及溫度變化引起的靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算，因此，學(xué)生完全有能力對該知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行初步自學(xué)，基于此，可結(jié)合該知識(shí)點(diǎn)開展線上線下混合式教學(xué)，該知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)主要通過以下三個(gè)階段來完成。

1.課前階段：線上自學(xué)及反思——自主學(xué)習(xí)能力及批判性思維的訓(xùn)練

教師基于MOOC/SPOC課程給學(xué)生布置學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生觀看MOOC/SPOC視頻，完成MOOC/SPOC平臺(tái)上的隨堂測試和自學(xué)任務(wù)，并完成“亮考幫”上的反思型作業(yè)，于上課前一天拍照發(fā)給教師?！傲量紟汀弊鳂I(yè)的形式是根據(jù)對分課堂[13]的教學(xué)方法而提出的?！傲痢奔础傲灵W閃”，要求學(xué)生寫下本人在對知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行自學(xué)后的收獲，以及理解較為透徹的地方；“考”即“考考你”，要求學(xué)生根據(jù)知識(shí)點(diǎn)出題來考考其他同學(xué)；“幫”即“幫幫我”，要求學(xué)生記錄下在學(xué)習(xí)過程中的疑問或需要同學(xué)和教師協(xié)助解決的問題。而教師則根據(jù)學(xué)生在完成作業(yè)過程中遇到的問題進(jìn)行有針對性的備課。

同時(shí)，教師需要對“亮考幫”的作業(yè)情況進(jìn)行反饋，提高學(xué)生課后自學(xué)的積極性。如果一次作業(yè)是5分，學(xué)生只要提交，無論好壞，至少可得3分（及格）；如果學(xué)生比較認(rèn)真，態(tài)度良好，可得4分（良好）；如果作業(yè)有新意，與眾不同，可得5分（優(yōu)秀）。本階段教學(xué)設(shè)計(jì)不過多關(guān)注學(xué)生的對錯(cuò)，而是重視過程，旨在重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、思考能力以及批判性思維能力。

2.課中階段：對分課堂+同伴教學(xué)——合作學(xué)習(xí)、對知識(shí)的應(yīng)用和解決問題能力的訓(xùn)練

上課時(shí)，首先進(jìn)行小組內(nèi)自主討論，重點(diǎn)討論作業(yè)中的“考考你”和“幫幫我”兩個(gè)部分，教師不參與討論，只對各小組的討論進(jìn)行有針對性的指導(dǎo)，并進(jìn)行時(shí)間和節(jié)奏控制。小組內(nèi)部討論結(jié)束后，在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行小組之間的互相答疑。教師找出學(xué)生存在的共性問題，有針對性地對重難點(diǎn)進(jìn)行講評(píng)。

此時(shí)學(xué)生對知識(shí)點(diǎn)有了基本的理解和掌握，教師可拋出深層次分析型或應(yīng)用型的問題，比如啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行思考：超靜定結(jié)構(gòu)在溫度變化的作用下，桿件一般是哪側(cè)受拉？同時(shí)借助雨課堂隨堂測試的答題反饋情況，及時(shí)了解學(xué)生對基本概念的掌握情況（見圖5）。教師根據(jù)學(xué)生的掌握情況，進(jìn)行側(cè)重性的引導(dǎo)。

學(xué)生掌握了基本知識(shí)和概念后，任課教師可結(jié)合實(shí)際工程中的“連續(xù)梁橋”案例（見圖6）開展教學(xué)，這也是后期學(xué)生在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)最容易出現(xiàn)力學(xué)概念混淆的一個(gè)實(shí)際案例。針對整體升溫或降溫情況下連續(xù)梁橋的截面內(nèi)力情況，先讓各小組進(jìn)行思考討論，討論結(jié)束后在教師的引導(dǎo)下，各小組將討論結(jié)果進(jìn)行展示，由教師進(jìn)行總結(jié)，通過這種方式，強(qiáng)化學(xué)生對基本理論和基本概念的應(yīng)用和分析能力，加強(qiáng)對學(xué)生職業(yè)道德素養(yǎng)和價(jià)值觀的培養(yǎng)。本階段采用同伴教學(xué)法[14]，結(jié)合雨課堂的隨堂測試功能，旨在重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生對知識(shí)的應(yīng)用能力以及分析問題和解決問題的能力。

3.課后階段：反思總結(jié)和拓展應(yīng)用——挑戰(zhàn)能力和創(chuàng)新能力的訓(xùn)練

任課教師根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況選擇具有一定挑戰(zhàn)度的題目作為學(xué)生課后拓展思考題，比如溫度變化對結(jié)構(gòu)有何影響？讓學(xué)生對工程中的“連續(xù)梁橋”結(jié)構(gòu)在不同溫度變化時(shí)的截面內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而分析思考在不同溫度變化作用下，結(jié)構(gòu)都是溫度變化較低的一側(cè)受拉嗎？存在什么樣的特殊情況？再比如，提出探究性問題：我國高速鐵路軌道采用無縫線路，如何考慮溫度變化引起的軌道位移？讓學(xué)生通過小組討論完成教師布置的課后拓展思考題，學(xué)會(huì)舉一反三，并通過作業(yè)訓(xùn)練進(jìn)行反思總結(jié)。設(shè)置探究性問題能夠提高課程的創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，培養(yǎng)學(xué)生的挑戰(zhàn)能力和創(chuàng)新精神。

（三）課堂實(shí)踐效果評(píng)價(jià)

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在結(jié)構(gòu)力學(xué)中采取線上線下混合式教學(xué)得到了學(xué)生的一致好評(píng)（見圖7）。

2018年春季學(xué)期至2021年春季學(xué)期連續(xù)4個(gè)學(xué)期的學(xué)生最終成績在各個(gè)分?jǐn)?shù)段的占比統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖8所示。從圖中可以看出，除了2020年春季學(xué)期（疫情的特殊時(shí)期），結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的不及格率基本在25%～30%，進(jìn)一步反映出該課程具有一定的挑戰(zhàn)度，同時(shí)還可以看出課程教學(xué)改革能夠有效提高成績中等及偏上學(xué)生的成績，但是對于學(xué)習(xí)主動(dòng)性差、學(xué)業(yè)困難的學(xué)生來說效果不太明顯。

三、結(jié)語

2020年，北京交通大學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)I獲批首批國家級(jí)線下一流課程，課程組以立德樹人為根本任務(wù)，采用“以學(xué)生為中心”與“以工程為中心”同頻共振的結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)改革理念，提出了“三階段、四層次”的教學(xué)設(shè)計(jì)，并基于此開展了線上線下混合式教學(xué)。通過教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)：

首先，在“智能+”的時(shí)代背景下，針對“00后”的大學(xué)生開展有效的線上線下混合式教學(xué)，貫徹“以學(xué)生為中心”與“以工程為中心”的教學(xué)改革理念，可產(chǎn)生較好的教學(xué)效果。

其次，“三階段、四層次”的方法能夠?yàn)榻虒W(xué)活動(dòng)提供一個(gè)思路清晰的教學(xué)設(shè)計(jì)，在課中階段，尤其注重學(xué)生的參與式學(xué)習(xí)。將對分教學(xué)、小組討論、案例分析、啟發(fā)式引導(dǎo)、雨課堂等新型教學(xué)方法和手段合理地融入教學(xué)設(shè)計(jì)，加強(qiáng)學(xué)生的參與式學(xué)習(xí)和課堂互動(dòng)，有效實(shí)現(xiàn)一流課程的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。

最后，一流課程的建設(shè)不僅對學(xué)生提出了較高的要求，而且對任課教師提出了前所未有的挑戰(zhàn)。任課教師必須走出“舒適區(qū)”，對每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)。用“方法”去教導(dǎo)學(xué)生，用“愛”去澆灌學(xué)生，用“情懷”去引導(dǎo)學(xué)生，才能真正實(shí)現(xiàn)一流課程的高效建設(shè)。

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［責(zé)任編輯：蘇祎穎］