力学实验课混合式教学模式的探索与实践.pdf

西南交通大学学报（社会科学版）2023 年 2 月 JOURNAL OF SOUTHWEST JIAOTONG UNIVERSITY Feb.2023 第 24 卷 （Social Sciences)Vol.24 增刊第 2 期 实验教学 力学实验课混合式教学模式的探索与实践 吴晓蓉，刘 伟，樊久铭，刘彦菊（哈尔滨工业大学 力学国家级实验教学示范中心，哈尔滨 150001)摘 要：为了实现新工科对高等工程教育领域的人才培养目标，促进学生对知识的理解，培养其有效运用知识、技能解决复杂工程问题的能力和创造力，哈尔滨工业大学力学实验中心进行了“工程力学实验”课程混合式教学模式的探索与实践。将信息技术与教学设计、教学活动进行融合，以期实现学生学习的自主性、有效性及创造性，激发学生的学习兴趣，引导学生进行深入的思考并培养其解决实际工程问题的能力。关键词：工程力学实验；混合式教学；新工科 基金项目：黑龙江省高等教育教学改革研究项目（SJGY20200189）作者简介：吴晓蓉(1978)，女，高工，博士，研究方向为复合材料力学，E-mail:。一、引言 哈尔滨工业大学力学学科是国家重点一级学科，A 类国家一流学科，2020 年获批国家基础学科拔尖学生培养计划 2.0 基地，2021 年入选教育部强基计划。哈工大力学实验中心为教育部首批建设的国家级力学实验教学示范中心1,2。当前，我国高等工程教育领域正在大力推进新工科专业建设，就高等工程教育的目的来看，工程教育、实验教学已无法停留在知识和信息的简单传递层面，更重要的是要在此基础上，促进学生对知识的理解，培养其有效运用知识、技能解决复杂工程问题的能力和创造力。受疫情影响，2020 年春学校教学有史以来最大规模地纳入线上教学模式，教育与信息技术融合，引起了一场前所未有的教育变革。信息网络技术的发展极大的便捷了知识和理论的传播，也给高层次工程人才的培养带来了挑战。为了实现新工科对高等工程教育领域的人才培养目标，一方面，需要系统性地改革工程教育教学内容，以满足新技术、新产业和新经济快速发展的需要；另一方面，需要创新工程教育教学方法，充分认识到数字技术、信息化对知识获取方式和传授方式，以及教和学关系带来的革命性影响，利用好信息化的手段辅助工科实验教学，切实提高工科实验教学效果和工程人才培养的质量。混合式教学作为一种融入信息技术手段的创新型教学方法，近年来得到了教育界广泛关注。混合式教学是我国特有的名词，指的是任课教师经过教学设计，使学生发生了混合式学习行为3。混合式教学之所以越来越得到重视，一方面是由于以慕课为代表的在线开放课程等资源的普及，优质教育资增刊第 2 期 13 吴晓蓉 力学实验课混合式教学模式的探索与实践 源逐渐变得不再稀缺。对大多数课程（尤其是基础性、公共性比较强的课程）的教师而言，更优秀的老师已经以更通俗易懂的方式，把我们课堂教学内容讲授得活灵活现，所有人都可以通过网络免费获取，而且学生可以有更加灵活多样的学习时间和场所。这个现状带来了一个越来越尖锐的问题：在优质教育资源得到极大丰富和发展的今天，我们面对面的课堂实验教学今后该如何进行？另一方面，从教师的角度来说，随着自己的教学经验的提升，可能会逐渐形成自己的“理想课堂观”。教师结合自己学校学生的实际情况和需要，根据本门课程在本科教学中的地位和作用，制定课程的学习目标，以及本门课程对学生的培养目标。新课程改革要求老师把“以教定学”转变为“以学定教”的以学生为主的学习模式，而目前大多数以单向知识传授为主要特征的课堂，无法满足新的要求。因此，外部环境的改变和对新工科人才培养目标的追求，是促使教师开展实验教学改革的重要原动力。高等学校人才培养目标的实现，不仅要有与之相对应的课程体系和教学内容，还要采用相应的教学组织形式和教学方式。混合式实验教学提供了一种可能的解决方案。“教学有法，教无定法”，这意味着没有一个现成的、放之四海皆准的混合式实验教学方法可以套用。这恰恰为一线实验教师提供了难得的机会。因此，混合式实验教学的教学方法和教学设计的研究和实践，对于当前如何发挥实验教师最大作用，如何让学生有更好的实验和实践体验、如何引导和促进学生对知识的理解，培养其有效运用知识和技能解决复杂工程问题的能力和创造力，使实验教学实现更好的教学效果和更高的教学水平，适应新工科对工程教育的改革和发展的需求，具有非常重要的研究意义和十分广阔的应用前景。二、混合式教学模式 2016 年中国成为国际本科工程学位互认协议华盛顿协议的正式会员，标志着我国工程教育质量标准实现了国际实质等效，中国工程教育将肩负着为中国乃至世界工业发展提供人才和智力支撑的新责任和新使命。在此背景下，工程认证专业必然对相关课程体系的教学目标、授课内容、支撑的毕业能力要求、达成方式及考核方式等环节提出新的要求，其核心内容是要求符合“产出导向（Outcome-Based Education，简称 OBE）”的教学理念。与传统的“堆砌式”、“填鸭式”、“一言堂”的课程体系与教学模式不同，产出导向（OBE）理念中体现的是以学生为主体，教师为主导的教学模式。“将学生置于教育教学系统的核心”是西方发达国家政府高等教育改革的方向，也是世界一流大学人才培养模式改革的重点4。很多研究型大学的人才培养目标已经从单一的知识传授，逐渐过渡到价值塑造、能力培养和知识传授的“三位一体”。这样就促使越来越多的教师在课堂上主动将自己的定位从学生学习资源的提供者，过渡为学生学习经历的陪伴者和学习成效的激励者。而近年来，慕课、微课程、云端大学等新技术形式的出现促进了在线开放学习的发展，我国高等教育已经或即将进入优质教育资源不再稀缺的时代。当前的大学生获取信息或知识的方式也已经发生了深刻变化，他们习惯于从多个不同渠道，获取碎片化的信息。当前教学模式开始从“以教师为中心”的传统讲授模式转变为“以学生为中心”的自主学习活动。混合式教学作为一种融入信息技术手段的创新型教学方法，为实现“产出导向（OBE）”的核心教学理念提供了一种可能的解决方案5。混合式教学更适合“以学生为中心”的教学模式，来培养既有理论创新能力，又有工程实践能力及其他高阶能力素养的创新型工程科技人才，因此近年来得到了教育界广泛关注。然而，混合式教学改革还处于探索阶段，尚缺乏策略性、方法性研究，教学效果也有待实践检验。14 西南交通大学学报（社会科学版）第 24 卷 三、工程力学实验课程设置 哈工大“工程力学实验”是教务处独立设置的一门校管实验课程，1 学分。根据不同学院专业的学生培养方案和理论力学、材料力学课程设置的不同，实验课程又下分为三门课程，学时不同、授课对象不同，分别是：（一）工程力学实验。共 24 学时，涵盖理论力学和材料力学两门课程共 11 个实验项目。授课对象为校内大多数开设理论力学、材料力学的大二年级的本科生，包括航天学院、机电学院、能源学院、土木学院、交通学院、英才学院等。具体开设的实验项目名称和学时详见表 1。表 1“工程力学实验”（24 学时）实验项目 序号 实验项目名称 实验学时 支撑课程 1 静、动滑动摩擦因数及滚动摩阻系数的测量实验 2 理论力学 2 单自由度振动系统固有频率及阻尼比的测量实验 2 理论力学 3 刚体转动惯量测试实验 2 理论力学 4 刚性转子动平衡实验 2 理论力学 5 金属材料的拉伸和压缩实验 2 材料力学 6 电测法测量材料的弹性模量及泊松比 2 材料力学 7 金属材料圆轴扭转实验 1 材料力学 8 光弹实验或剪切实验任选其一 1 材料力学 9 电测综合实验（3 个子项目任选其一）4 材料力学 10 电测设计实验（4 个子项目任选其一）4 材料力学 11 压杆稳定实验 2 材料力学（二）工程力学实验（材料力学）。共 12 学时，涵盖与材料力学课程相关的共 6 个实验项目。授课对象为校内材料学院三个专业大二年级的本科生，具体开设的实验项目名称和学时详见表 2。表 2“工程力学实验（材料力学）”（12 学时）实验项目 序号 实验项目名称 实验学时 支撑课程 1 金属材料的拉伸和压缩实验 2 材料力学 2 电测法测量材料的弹性模量及泊松比 2 材料力学 3 金属材料圆轴扭转实验 1 材料力学 4 光弹实验或剪切实验任选其一 1 材料力学 5 电测综合实验（3 个子项目任选其一）4 材料力学 6 压杆稳定实验 2 材料力学 增刊第 2 期 15 吴晓蓉 力学实验课混合式教学模式的探索与实践 （三）工程力学实验（少学时）。共 2 学时，实验项目为金属材料的拉伸和压缩实验，授课对象为校内上材料力学少学时（32 学时）的大二年级的本科生。实验不单独设课，实验成绩占材料力学少学时期末成绩 100 分中的 5 分。四、混合式教学模式的实施 从 2020 年春季学期开始，哈工大力学实验教学中心开展了对于力学实验课程的混合式教学模式的教学设计的探索和实践，具体研究内容包括混合式学习和教学目标的设计、混合式教学考核评价的设计、混合式教学活动和教学流程的设计、混合式教学资源和教学工具的整合与设计等。为实现“产出导向（OBE）”的核心教学理念，开展“以学生为中心”的教学模式，开展积极的探索和实践。哈工大力学实验中心组织实验教师录制了各个实验项目的教学视频，包括各实验项目的理论讲解教学视频和实验操作教学视频，并配套编写了各个实验项目的实验要求。学生需要在课前自学教学视频，完成预习报告。为督促学生课前认真完成预习和教学视频的学习，实验教师针对每个实验项目的教学视频内容、实验目的及实验要求，编写了十几个到几十个不等的思考题，课前发布给学生。课上每个实验项目都进行小测，考察学生的预习情况，实验教师课后进行批阅，给出预习测试成绩。各项成绩的权重详见表 3。课前检查学生的预习报告，给出预习成绩。实验教师根据学生课上实验操作的情况，给出实验操作成绩，再结合后期学生提交的实验报告成绩，给出该项实验总成绩。表 3 工程力学实验成绩评定方法 成绩分项 预习测试成绩 预习报告成绩 操做成绩 报告成绩 单项总分 所占权重 20%10%20%50%100 分 实验报告中还设置实验结论一项，鼓励学生对该实验进行分析总结，给出改进的意见或建议等。五、结语 哈工大力学实验中心目前正在积极筹建工程力学实验线上慕课课程，今后我们会继续基于慕课等优质教学资源的建设，将信息技术与教学设计、教学活动进行深度融合，通过混合式教学的研究和实践，实现学生学习的自主性、有效性及创造性，激发学生的学习兴趣，引导学生进行深入的思考并培养其解决实际工程问题的能力。参考文献:1 樊久铭，刘彦菊，刘伟.工程力学实验（第 2 版）M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2019.2 张少实，王春香等.新编材料力学M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2018.3 王青，郭应寿费曼物理学和电动力学混合式线上教学实践物理与工程，2020，30（3）：3-10.4 乔纳森伯格曼，亚伦萨姆斯.翻转课堂与慕课教学：一场正在到来的教育变革M.宋伟，译.北京：中国青年出版社，2014：11.16 西南交通大学学报（社会科学版）第 24 卷 5 林健.面向未来的中国新工科建设J.清华大学教育研究，2017，38（2）：26-35.Exploration and practice of mixed teaching mode in mechanics experiment course WU Xiaorong*,LIU Wei,FAN Jiuming,LIU Yanju（National Experimental Teaching Demonstration Center of Mechanics,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001,China）Abstract:In order to achieve the new technical the talent cultivating target in higher engineering education,promote the students understanding of knowledge,cultivate the effective use of knowledge,skills,ability and creativity,to solve the problem of complicated engineering mechanics experiment center of Harbin Institute of Technology in the mixed teaching pattern of engineering mechanics experiment in the exploration and practice.The integration of information technology with teaching design and teaching activities is expected to realize students autonomy,effectiveness and creativity in learning,stimulate students interest in learning,guide students to think deeply and cultivate their ability to solve practical engineering problems.Key words:Engineering mechanics experiment;Mixed teaching;New engineering education