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智慧教育背景下高校“材料力学”课程混合式教学模式探索

2025-01-22 131 上传者：管理员

摘要：信息技术的不断发展，促使智慧教育成为数字时代的教育新形态。高校“材料力学”课程作为工程教育核心课程之一，其教学需要结合现代信息技术和教学纲要以培养具有创新精神和实践能力的高素质人才为教学目标。因此，本文在智慧教育背景下，通过了解国家智慧教育战略导向和教育政策，明晰混合式教学模式的内涵价值，梳理当前“材料力学”的教学现状，构建基于网络的智慧教育平台以支撑混合式教学模式的实践，构建符合时代背景的教学新模式，以期为“材料力学”教学改革提供新的视角和方式。

关键词：
信息技术
教学改革
智慧教育
材料力学
混合式教学
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信息技术的不断进步,促使智慧教育逐步成为现代教学的发展趋势｡智慧教育通过整合新兴科技技术与教育实践,极大地丰富了教学手段和学习资源｡作为担任着培养创新型人才队伍使命的高校,不仅需要打牢学生的知识理论基础,还要培养学生创造性思维､增强学生自主学习能力｡ “材料力学”作为高校理工类专业的一门基础课程, 其课程内容涉及包括理论力学､高等数学在内的多门学科,需要教师在教学过程中注重教学的系统性､全面性,及时革新教学模式以提升教学质量｡

1、智慧教育持续推动高校课程改革

高校作为国家教育发展的龙头,必须紧跟时代发展步伐,牵头革新教学模式｡伴随着人工智能､大数据､云计算等新兴技术的发展以及其在高等教育领域的应用渗透,高等教育教学的智慧化､智能化已经成为大势所趋｡智慧教育运用新兴技术与传统教学内容结合教授学生专业知识和学习技能,从而实现教师高效率地教和学生高质量的学,构建创新性的教育模式[1] ｡ 2023 年 2 月,《中国智慧教育蓝皮书(2022)》正式发布,文中提及智慧教育将通过科技赋能和数据驱动,将全方位赋能教育变革[2] ｡智慧教育的核心在于利用信息技术,特别是互联网､大数据､人工智能等新一代信息技术,实现教育信息化向智慧教育的转变[3] ｡其目标是提升教育质量和效率,促进学生的个性化学习和发展[4] ｡在国家智慧教育战略导向下,教育部实施了一系列计划,如慕课建设､虚拟教研室建设等,推动信息技术与教育深度融合[5] ,实现教育资源的优化配置和高效利用｡在国家政策指向下,智慧教育将伴随社会经济的飞速发展,迸发出更加鲜活的生机,高校应顺应时势,及时对课程模式进行研究与革新以期实现课程教学质量的提升｡

2、混合式教学模式的内涵与价值

时代背景迭代发展催生出以互联网为基础的各类新兴技术在有效扩展教育时间和空间的同时,其灵活性､精准性､丰富性､趣味性､个性化等优势也受到教育者和学习者的广泛认可[6] ｡随着互联网功能的逐步完善, 以 MOOC､微课等为代表的各类移动学习平台进入公众视野, 并和教师线下教学相结合形成线上线下相结合的混合式教学模式｡

混合式教学模式将传统面对面教学与现代网络化教学的优势相结合,核心在于充分利用网络数字化技术提升教学效果和学习体验｡混合式教学模式在学习主体上,既发挥教师在引导､启发､把控教学过程中的主导作用,又能够体现学生作为学习主体的主动性､积极性与创造性;在学习维度上,打破了时间和空间的限制从而实现了教学空间､时间以及教学方式的混合;在个性化学习方面,混合式教学能够根据学生的不同需求和能力提供较为个性化的反馈学习路径｡混合式教学模式的价值体现在五个方面｡一是提高学习效果｡通过融合在线学习和课堂互动,混合式教学可以显著提高学生的学习效果｡二是促进深度学习｡混合式教学模式有助于学生从浅层次的知识掌握转向深层次的理解和应用,从而实现深度学习[7] ;三是优化教学资源利用｡借助如在线测试等互联网手段,可以更加精确地呈现学生的各项能力水平,并为学生提供及时的学习反馈和调整建议;四是适应多样化需求｡混合式教学能够满足不同学生的需求,灵活调整和安排学习时间及地点;五是推动教育改革｡随着互联网信息技术的蓬勃发展,混合式教学成为基础教育课堂革命的趋势[8] ,是高等教育改革的重要实践方式｡高校应把握时代发展方向,积极运用新兴信息技术到教学过程中以改进教学模式｡

3、智慧教育背景下高校“材料力学”课程教学模式现状

传统的“材料力学”课程过于重视基础理论知识的掌握,而忽视了学生的实践能力培养｡当前“材料力学”课程主要采用讲授法进行课程教学,以教师的教为主的教学模式忽视了学生是学习的主体,导致学生对课程重视程度不够､理解能力和空间想象力较弱,理论教学与实验教学分离的[9] ,使学生无法及时将理论知识转化为实践经验,影响了学生的动手能力和创造性思维的培养,不利于创新型人才的培养｡在智慧教育背景下,混合式教学模式已经成为一种重要的教学方式,这种模式倡导基于 MOOC､SPOC 等数字化网络教学工具开展教学｡高校在“材料力学”课程目前的教学模式以 OBE 理念和 BOPPPS 模型为基础,以线上线下混合式教学作为教学方法,在“材料力学”课程教学中引入复杂工程问题项目从而提升学生解决实际工程问题的能力｡例如在课程教学过程中构建了以课堂教学为本､校内线上教学平台为辅､雨课堂为桥的“三位一体” 的混合式教学模式,利用雨课堂等平台,将课前—课上— 课后各环节有机融合[10] ｡而智慧教育平台在混合式教学中的应用也日益广泛,湖南大学电气与信息工程学院通过采用“慕课+智慧教室” 的线上线下混合式教学研究与实践,构建了基于教育大数据驱动的学习评价模型｡

然而,混合式教学模式也面临一些挑战和困境｡教师对混合式教学模式接受度不高､主动性不足､时间和精力投入不足､线上学习监管困难､互动环节效果不理想等问题[11] ｡这些问题需要通过顶层设计的完善､教学各要素之间的关联协同加强等措施来解决｡智慧教育背景下的混合式教学模式需要直面挑战,以实现更高效和有效的教学目标｡

4、智慧教育背景下“材料力学”课程混合式教学模式设计

4. 1 明晰“材料力学”课程教学目标

在课程教学过程中,“材料力学” 致力于实现教学内容､能力提升和价值观塑造三方面教学目标的和谐统一, 以确保学生在知识掌握､技能应用和个人品质上都能得到全面的发展｡其一为知识传授,“材料力学”是工科专业重要的专业基础课｡向前承接高等数学､大学物理､理论力学等理论性较强的基础课,向后接续各专业的专业课[12] ｡通过本课程学习掌握材料的力学性能､分析构件强度刚度和稳定性的理论基础和计算方法等｡其二为能力培养,培养学生应用强度､刚度及稳定性理论对构件进行校核､截面设计及载荷确定的能力,并具备应用“材料力学”的理论和方法,分析､解决工程实际中力学问题的能力､实验设计能力与创新能力｡其三为价值观塑造,课程应该注重学生工程伦理教育,培养学生精益求精的大国工匠精神,激发学生科技报国的家国情怀和使命担当｡

4. 2 利用网络构建智慧教学平台,提高教学质量

利用网络构建智慧教学平台能够为师生提供更为便捷学习平台｡构建涵盖理论课程学习资源､虚拟现实技术等在内的智慧教育平台,让学生在网络环境中直观感受材料的力学行为,从而深化对力学原理的理解和应用｡同时,利用网络数据分析学生的学习情况并生成相应的教学评价｡此外,结合案例教学,将“材料力学”与国家重大工程项目相结合,激发学生的爱国情怀和专业自豪感,实现知识传授与价值观塑造的有机统一｡

4. 3 利用网络构建智慧教室,把控教学过程

智慧教室是一种新型的教学环境,它通过集成先进的信息技术,如物联网､云计算､大数据和人工智能等,来提升教学互动性､灵活性和个性化学习体验｡完善的智慧教室应该包括智能交互式白板､高清显示屏等用于展示教学内容;学生和教师可以使用个人设备如平板电脑或智能手机, 通过无线网络连接到教室的智能系统;良好的互动学习系统也是不可或缺的,实时反馈系统､在线投票､即时问答等以增强课堂互动性;除此之外,还应该支持课程的录制和直播,方便学生复习和远程学习｡智慧教室的设计旨在通过技术手段提高教学效率和质量,同时为学生提供更加个性化和互动的学习体验｡智慧教室的布局和设计通常需要考虑教学活动的需求､学生的舒适度以及技术的集成性｡

在配备有网络的智慧教室将智慧教育平台作为教室的“神经中枢”,通过网络将各个智能设备串联起来,实现教学管理和教学数据收集分析｡利用智能终端设备进行授课､互动和评估等操作,学生通过智能终端设备进行学习､交流和反馈等操作,在智慧教学环境中可根据所采集到的图像､视频乃至语音文本,分析学生课堂行为,从而进一步完善教学｡同时利用大数据技术对学生的学习行为和成绩进行分析和研究,为教师提供科学的教学决策依据,及时改进教学方法等,同时也为学生提供个性化的指导和反馈｡

5、智慧教育背景下材料力学混合式教学模式实践

以材料力学课程中的应力分析部分为例,进行智慧教育背景下“材料力学”混合式教学模式的实践｡

5. 1 课前准备

学生通过智慧教室平台上的慕课(MOOC)进行预习, 观看由教师制作的视频讲解“材料力学”的基本概念和公式推导｡视频中可以使用动画和云图的方式生动形象地展示应力和变形情况｡此外,学生还可以通过平台上的在线测试和讨论区进行自我检测和交流,以巩固预习内容｡

5. 2 线下课堂

理论讲解｡在智慧教室中,教师利用多媒体设备进行面对面的理论讲解,重点解释复杂的公式推导和应力分析方法｡教师可以借助智慧教室中的物联网､大数据和人工智能技术,实时监控学生的学习状态,并根据需要调整教学进度｡

互动讨论｡通过智慧教室的互动功能,教师可以组织学生进行小组讨论,鼓励他们提出问题并共同探讨解决方案｡这种对话式和启发式教学有助于提高学生的参与度和理解能力｡

案例分析｡教师选取典型的工程案例,引导学生进行案例分析｡例如,利用虚拟仿真实验展示不同材料在不同应力条件下的变形情况,帮助学生更好地理解理论知识的应用｡

5. 3 课后复习

实验结束后,学生利用智慧教室中的数据分析工具对实验数据进行处理和分析,生成应力-应变曲线等图表｡教师可以帮助学生解读数据,进一步加深对理论的理解｡

在线作业｡学生通过智慧教室平台提交课后作业,包括计算题和简答题｡教师可以利用平台的智能评分系统快速批改作业,并提供个性化的反馈｡

在线讨论｡学生可以在平台上继续讨论课程内容,分享学习心得和疑问｡教师也可以定期在线上进行答疑,确保学生能够及时解决学习中的难题｡

通过以上步骤,混合式教学不仅提高了“材料力学”课程的教学效果,还增强了学生的自主学习能力和实践能力｡这种教学模式充分利用了智慧教室的技术优势,实现了线上线下､理论与实践的有机结合｡

6、结语

在智慧教育的背景下,对高校“材料力学”课程混合式教学模式的探索不仅是对传统教学模式的一种创新,也是提升学生综合素质提升水平重要途径｡通过将更加智慧的教育技术手段融入混合式教学模式中,更好地把握课程教学｡智慧教育背景下的“材料力学”课程混合式教学模式的探索是一个复杂而富有挑战的过程,在智慧教育技术的支持下有效地提升学生的学习兴趣和能力素养;同时也要求教师在教学过程中不断探索和创新,需要教师具备高度的专业能力和敏感的社会责任感以适应新时代教育的需求,未来的研究将继续运用新兴教育技术手段,整合教学资源以进一步实现各类工科基础理论知识的有效融合, 促进不同学科之间的交叉与融合,以期为高校“材料力学” 的课程教学改革提供新的参考和帮助｡

参考文献:

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