基于慕课堂和网络直播的力学混合教学实践  

吴杰1，宋向荣1，马一江1，熊仲营1

1. 江苏科技大学 船舶与海洋工程学院，江苏省镇江市 212003

[摘  要]作为高校课堂教学的有力补充，网络授课方式近几年来发展迅猛。利用网络平台和现代应用技术开展教学是工科院校力学学科教育的方式之一。本文以《材料力学》中的“强度校核”内容为例，基于我校在中国慕课网站中该课程的建设，阐述结合网络直播平台（腾讯）开展线上线下混合教学的基本情况。在网络答疑和学生自主学习等多渠道辅助下，取得了较好的教学效果。

[关键词]慕课；混合教学；材料力学；强度校核

[作者简介]吴杰，（1983-），男，江苏泰州人，博士，江苏科技大学工程力学系，讲师，研究方向：结构动力学

[基金项目]2018年，江苏科技大学，校高等教育教改研究立项课题（基础力学教学中的典型结构实体模型和复杂运动可视化开发）（由于是本校校内课题，学校没有编制项目编号。校课题未分配）

[中图分类号]O341    [文献标识码]A    [文章编号]       

1. 引言

力学是高等学校机械类、土建类、交通运输类等大多数工科专业的基础课程，着重培养学生严密的理论基础和科学思维，培养工科基础、力学基础和基本力学方法。力学课程分基础力学课程与专业力学课程两大类。其中，基础力学课程面向大多数工科专业，受众广泛；而专业力学课程适用于力学工作者、研究生等，内容较深，受众较少。

随着中国大学慕课^[1]的建设与推广，线上线下混合教学方式逐步成为高校网络教学的主流。在全球新冠疫情长时间持续的当下，可以让更多学生不出校门也能共享优质课程^[2]。《材料力学》课程是理论性强、学时多、练习要求高的工科基础课^[3]，如何充分利用慕课和网络在线教学工具，实现停课不停学、要求不降低，江苏科技大学《材料力学》课程教学团队开展了混合在线教学的有益实践。

本案例为江苏科技大学船舶与海洋工程专业大二学生开设的64学时《材料力学》课程，每周2次在线授课，计16周。课程基于慕课堂和腾讯直播的方式，利用PowerPoint和外接数位板工具，选择本课程中“失效、许用应力与强度条件”一节作为示例，记录教学实施手段和具体过程。

2. 基于慕课堂和网络直播的混合在线教学方法

2.1. 《材料力学》慕课建设与教学

为进一步开展力学课程网络教学，我校从 2018 年起开始建设《材料力学》在线开放课程。面向普通高校中学习《材料力学》的学生，精讲精练，在教学辅导和教学资源上形成特色。在教学内容上，以教育部基础力学教育指导委员会制定的该门课程内容为基础，适当增加多学时章节；在教学方法上以引导启发为主，课程中以工程和生活案例引导、强调课程知识的应用，另外以在线讨论的形式对工程案例进行分析，同时引导学生进行研究性学习；在教学手段上，辅助大量的教辅资料，如习题和解答、教案和讲稿、大纲和教材、课件和视频等；多方位的结合，使学生能接受到更大量的信息。

教学视频以微课形式，采用片段式教学和知识点的教学方法。对整门课程进行梳理，形成微视频教学体系，涵盖课程的所有重点内容，教材和讲稿作为补充，使学生能利用碎片化的时间学习。教材、讲稿、课件是完整的教学内容，对重点内容的讲解采用微视频、微课件、习题等形式强化，使学生用较少的时间集中学习重点和难点。内容精讲精练、教辅资料形成特色。配合在线课程的建设，形成习题库和习题解、概念题和自测题库、在线讨论和答疑等多种教学资源，在多年积累的基础上，经过长期建设，形成课程在线学习的特色。

图 1 江苏科技大学《材料力学》慕课

我校工程力学系开设的《材料力学》在线开放课程于2020年3月在“中国大学慕课”平台上线，共11个单元，制作涵盖课程全部重点内容的80个教学短视频，配合课件、讲稿、例题、习题、自测、单元测试等，内容及时更新（图 1）。图中内容属于课程的公共资源。开课教师需要建立自己的“慕课堂”，附带所谓“课堂码”。教师通过慕课堂组织教学、设计练习、测试等，也可以发起备课、发起公告、添加讨论、增补练习以及管理学生等操作。

学生加入该慕课后，可以通过观看视频、完成作业、自测等方式学习。同时，学生通过授课教师提供的课堂码加入到具体线上课堂中。所有学生在慕课堂上的所有活动都有记录，包括完成作业、参与讨论和提问、学习进度、学习成绩等。这种公共资源（课程慕课）与“私有”课堂（慕课堂）相结合的线上授课方式较为灵活，可充分发挥教师集体备课和个人授课的各自特长。

2.2. 《材料力学》在线直播教学

中国大学慕课网为高校师生提供了较为便捷而灵活的教学平台。慕课中的教学视频与课件主要具有知识点凝练和作业丰富等特点。这些特点同时会产生一些新问题，主要是知识结构不够系统和学生答疑不够即时等。在线直播教学旨在弥补慕课和慕课堂教学所产生的师生之间的隔阂。当疫情消散，直播教学很可能会被学校课堂教学所取代。从这方面讲，在线直播教学实质上是课堂教学的临时替身^[4]。

我校工程力学系直播时所涉及的工具/软件主要包括：腾讯通讯软件、微软PowerPoint演示软件、外接数位板等。学期开课前，教师建立直播教学群，并通知学生加入。群里不定期发布通知、公告。每次课授课时教师通过语音聊天功能讲解知识、即时互动，解决学生疑问。通过通讯软件“屏幕共享”功能按实际课表安排定期直播教学，利用外接数位板和PPT墨迹书写功能进行板书。对于理论性较强的课堂，板书至关重要，学生能够较自然地跟上教师的分析思路。由于《材料力学》课程有较多理论推导和习题，外接数位板能极大地提高了授课质量。慕课的练习、测试题也可通过“屏幕分享”功能讲解。另外，群作业功能可让教师布置额外作业，学生线下做完上传，教师线上批改作业。学期结束后线上数据真实有效，可导出作为平时成绩打分的依据，整理后成为教学资料的一部分归档。

2.3. 慕课教学与在线直播的互补关系

从技术上讲，学生自主学习和教师直播授课并不存在实施障碍。教师在组织教学与考核的过程中应处理好二者之间的关系。慕课自主学习和腾讯直播授课在教学活动中的基本关系如图 2。

图 2 慕课自主学习与网格直播授课的关系

慕课提供学生自主学习的各类教学资源，学生自主学习、完成在线作业、自测、讨论与答疑；直播课程进行组织教学，布置慕课学习计划和要求、在线讲解重点难点、学情反馈等；慕课的平时成绩、单元测试、期末测试作为线下考核的重要组成部分。直播授课之前，教师可在慕课堂中发布公告，告知学生本节课学习内容。直播过程中，亦可就相关预备知识实时提问，检查学习自主学习情况。这样教师能够做到有目的的教学，重点突出与查漏补缺相结合。

3. 基于慕课堂和网络直播的混合在线教学实践

3.1. 教学设计

慕课视频、课件、讲稿在开课前制作完成，并上传到“中国大学慕课”网站。课前要求学生自主预习，直播课堂上随时提问。本节的教学内容为“失效、许用应力与强度条件”，直播课堂的教学设计如图 3。以工程实例中的强度问题引入本节内容。举例包括著名Tacoma大桥垮塌事故、建筑工地塔吊支臂断裂事故以及生活中常见的强度例子。与学生一起分析这些例子中事故发生的共性原因，即强度不足。让学生认识到本节内容与工程密切相关，从而激发学习兴趣。

由工程强度实例引出所谓强度要求，即最大应力应小于等于材料极限应力。但该要求还需要考虑其它因素，比如不同材、和不同工艺和不同工况等。带领学生思考这些因素在理论校核时应该如何考虑进去，从而引出“安全因数”以及前面章节讲过的塑性材料屈服极限和脆性材料应力极限等概念。对于强度校核，让学生区分看待工程中的这两类材料非常重要，涉及到后续所有强度问题。最终，较自然地建立不同材料的“强度条件”不等式。

图 3 直播课堂知识点时间分配（2学时）

图 4 慕课网站上强度校核例题教学设计

强度校核例题来源可以是慕课上的，也可以是教师直播课之前精心设计的（图 4）。直播课堂教学及板书内容需要包括：建立工程力学中强度条件，确定杆件结构的危险截面，根据强度条件计算最大应力、设计截面尺寸和许用载荷等。结合外接数位板与Office墨迹书写功能进行板书。本节课的练习与测试题在慕课上完成，习题提交截止后公布答案，学生进行互评打分。学习中的疑问通过直播工具讨论和答疑，练习中的疑问也可通过慕课进行讨论。

3.2. 教学实践

我校《材料力学》在线开放课程按照64学时进行教学设计，兼顾知识的全面性和普适性，讲解通俗易懂，学习资料丰富齐全，适宜学生自学和自测。教学内容适用于一般本科院校48~64 学时的难易程度，部分扩展内容不作考核要求，目的在于拓展学生视野和培养科学方法。教师使用该在线课程进行线上线下混合教学，建议学生课前完成在线课程的学习，带着问题和收获进入线下课堂，与线下老师展开充分讨论，将能获得更好的学习效果。

在线开放课程的教学内容，大致按照每周6学时的内容发布，按章发布。一般每周都有学习任务，每章安排单元测试。课程作业占总成绩30%。作业都是主观题，为了适合不同线下课程进度，作业的完成截止时间一般设置为3周。单元测试占总成绩的 30%。单元测试的目的是为了检验同学们的掌握程度，有的题目在随堂测试中已有练习，所以请同学们在学习课程内容时多做练习。课程学习中的讨论占总成绩的5%，讨论的内容紧紧围绕教学知识点，要求每个同学都要参与。

我校慕课团队采用集体备课的方式，制作完成课程教学视频，内容翔实，讲解精炼。本节慕课内容分为2个视频，对应强度条件理论课和习题课。另有课件、讲稿和例题文档等慕课学习资料，拉压杆件强度条件课件示例如图 4。主题讨论由学生课后线上完成，学生全部参与。

直播教学时，利用腾讯语音群聊功能，教师发起直播电话，通过“屏幕分享”开展教学。教师在电脑端屏幕上的所有操作都将展示给学生，主要是课件和板书。教师在微信小程序“慕课堂”中发起“签到”，一般要求10分钟之内线上签到，否则视为迟到或缺课。授课中，要求全员关闭麦克，除非随堂提问。开启屏幕分享功能讲解，结合外接数位板与Office墨迹书写功能实施板书。学生可在语音群聊或文字聊天窗口中提问。授课时善用PPT的批注功能起到强调重点的作用，供学生课后自主消化。学生的学习成绩由平时成绩和卷面分数按学校要求的比例决定。慕课成绩由系统自动计算，作为线下成绩的组成部分纳入总成绩。直播考勤纳入平时成绩。

4. 总结

慕课教学优势在于资源丰富、课前预习、课后答疑以及灵活度高，在线直播优势在于板书、实时。基于慕课堂和腾讯直播的《材料力学》混合在线教学^[5]，具有教学资料丰富齐全，录播与直播结合、理论与应用并重的特色。学生自主学习，答疑手段多样（慕课和学习群），考核方式灵活（线上与线下），充分发挥教师和学生的作用，提高了教学效果。

[参考文献]

[1] 中国大学MOOC：https://www.icourse163.org/

[2] 鲁立强, 帅琴, 李季等. 基于中国大学MOOC、慕课堂和QQ群三结合的分析化学课程在线教学实践[J]. 大学化学, 2020.

[3] 孔祥清, 曲艳东, 李韧等. 材料力学课程教学改革与实践探讨[J]. 实验技术与管理, 2017.

[4] 易国栋. 城乡同堂 携手成长——全日制远程直播教学带来的启示与思考[J]. 人民教育, 2020, 827(8): 76-77.

[5] 林吉红, 汤庸, 刘海,等. 基于学者网课程平台的混合在线教学模式[J]. 软件导刊, 2020, 209(3): 263-266.

The Practice of Mixed Online Teaching in Mechanics of Materials Based on Mu classroom and Webcast

Wu Jie 1, Ma Yijiang 1, Song Xiangrong 1, Xiong Zhongying 1

 School of Ship and Marine Engineering, Jiangsu University of Science and Technology, Zhenjiang 212003

 Absrtact: as a powerful supplement to classroom teaching in colleges and universities, network teaching methods have developed rapidly in recent years. Using network platform and modern application technology to carry out teaching is one of the ways of mechanics education in engineering colleges. Based on the construction of the course in China's Mu-Class website, this paper expounds the basic situation of the online and offline mixed teaching combined with the webcast platform (Tencent), taking the content of "strength checking" in "Mechanics of Materials" as an example. With the help of network answering questions and students' autonomous learning, good teaching results have been obtained.

 Keywords: admiration; mixed teaching; material mechanics; strength check