于玉貞 張丙印

摘要：清華大學(xué)土力學(xué)課程組針對(duì)土木水利大類培養(yǎng)新模式，構(gòu)建了基于混合式教學(xué)的土力學(xué)課程和高等土力學(xué)課程教學(xué)體系，設(shè)計(jì)和制作了多種不同課堂模式的基于混合式教學(xué)和雨課堂的教案，重點(diǎn)介紹了基于MOOC/SPOC和雨課堂的混合式教學(xué)模式及其實(shí)踐。與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，混合式教學(xué)模式增加了學(xué)生預(yù)習(xí)的時(shí)間，減少了課后復(fù)習(xí)和做作業(yè)的時(shí)間，總的學(xué)習(xí)時(shí)間保持不變。研討時(shí)間的增加可幫助學(xué)生深入理解關(guān)鍵內(nèi)容，嚴(yán)格執(zhí)行上述步驟，學(xué)習(xí)效果改善明顯?；旌鲜浇虒W(xué)方法積累的經(jīng)驗(yàn)在疫情期間的遠(yuǎn)程授課中發(fā)揮了重要作用。

關(guān)鍵詞：MOOC;雨課堂;混合式教學(xué);土力學(xué);高等土力學(xué)

中圖分類號(hào)：TU43;G642 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? 文章編號(hào)：1005-2909（2021）06-0001-07

近年來，社會(huì)飛速發(fā)展，專業(yè)、培養(yǎng)方案、課程體系、教學(xué)大綱、教學(xué)手段、教學(xué)模式都隨著時(shí)代的進(jìn)步和科技的發(fā)展發(fā)生了深刻的變化。在變化如此劇烈的時(shí)代，不變的是大家對(duì)教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果的孜孜追求。為此，教育工作者探索了許多行之有效的教學(xué)新模式。其中，依托慕課資源開展的混合式教學(xué)，是對(duì)傳統(tǒng)課堂教學(xué)方法、教師培訓(xùn)方法和學(xué)生學(xué)習(xí)方法的一場(chǎng)革命[1-3]。

與傳統(tǒng)的以教師講授為主的教學(xué)模式相比，基于MOOC/SPOC的混合式教學(xué)有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)自律性、學(xué)習(xí)效率、專注度和團(tuán)隊(duì)合作能力。其中，課堂環(huán)節(jié)主要以師生互動(dòng)討論為主，強(qiáng)化知識(shí)應(yīng)用和能力訓(xùn)練，以此倒逼學(xué)生在課前完成對(duì)知識(shí)的理解和記憶，快速適應(yīng)線下實(shí)體課堂教學(xué)。土力學(xué)相關(guān)課程內(nèi)容抽象、涉及多個(gè)學(xué)科，實(shí)踐性強(qiáng)、知識(shí)層次多、考核難度大，傳統(tǒng)的教學(xué)方法存在直觀展示難、課程時(shí)間緊、理解不夠深入等問題，混合式教學(xué)是解決這些問題的有效手段[4]。

文章以清華大學(xué)本科生課程土力學(xué)和研究生課程高等土力學(xué)為例，介紹基于MOOC和雨課堂的混合式教學(xué)模式。

一、混合式教學(xué)簡(jiǎn)介

基于MOOC和雨課堂的混合式教學(xué)模式授課形式主要有兩種。一是傳統(tǒng)課堂教學(xué)結(jié)合雨課堂的混合式教學(xué)。對(duì)于大部分教學(xué)內(nèi)容，仍然以傳統(tǒng)的基于教師課堂講授的教學(xué)方式為主，講課過程中對(duì)于部分教學(xué)內(nèi)容，可提前讓學(xué)生課前采用MOOC自學(xué)，課堂上通過雨課堂檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果。二是MOOC或SPOC結(jié)合雨課堂的混合式教學(xué)。讓學(xué)生課前通過MOOC平臺(tái)自學(xué)所有的教學(xué)內(nèi)容，課堂上不講新內(nèi)容，而是采用雨課堂的方式與學(xué)生充分互動(dòng)，檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果，加深對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解消化。

從2018年秋開始，清華大學(xué)土力學(xué)教學(xué)組每年均開設(shè)了一個(gè)基于雨課堂的混合式土力學(xué)教學(xué)班，學(xué)生人數(shù)限制在20人左右，并配備專用討論教室。課前，教師通過教務(wù)系統(tǒng)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)進(jìn)行充分了解，特別是力學(xué)和數(shù)學(xué)相關(guān)課程，還要通過輔導(dǎo)員系統(tǒng)了解學(xué)生的性格和學(xué)習(xí)狀態(tài)，然后對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，每組4～5人。文中主要介紹MOOC/SPOC結(jié)合雨課堂的混合式教學(xué)模式，其教學(xué)步驟：（1）注冊(cè)/登錄學(xué)堂在線土力學(xué)MOOC課程或高等土力學(xué)MOOC課程;（2）課前線上學(xué)習(xí)土力學(xué)MOOC或高等土力學(xué)MOOC教學(xué)內(nèi)容;（3）采用研討和講解相結(jié)合的方式進(jìn)行課堂學(xué)習(xí);（4）學(xué)生課內(nèi)或課后完成教師布置的作業(yè)，并鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)教師的講課或教材內(nèi)容大膽質(zhì)疑。

二、基于MOOC/SPOC和雨課堂的混合式教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）過程設(shè)計(jì)

理想的混合式教學(xué)師生互動(dòng)頻繁、學(xué)生思維活躍，因而比傳統(tǒng)的教學(xué)課堂難以掌控。教師要對(duì)混合式教學(xué)過程進(jìn)行精心設(shè)計(jì)、適當(dāng)預(yù)估，設(shè)定好教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)各環(huán)節(jié)的先后順序。

1.課前預(yù)習(xí)

要求學(xué)生務(wù)必進(jìn)入學(xué)堂在線或雨課堂SPOC系統(tǒng)，在線上預(yù)習(xí)教師指定的土力學(xué)MOOC或高等土力學(xué)MOOC課程內(nèi)容，必要的時(shí)候可參考相應(yīng)的教材[6-7]。教師或助教要掌握學(xué)生的預(yù)習(xí)進(jìn)度，并進(jìn)行必要的提醒。建議學(xué)生在預(yù)習(xí)過程中將遇到的問題記錄下來并發(fā)給教師，教師在課堂集中解答或者通過其他方式答疑。

2.開章總覽

在新的一章開始時(shí)，用3分鐘左右的時(shí)間提綱挈領(lǐng)地說明本章目的、本章特點(diǎn)、學(xué)習(xí)要點(diǎn)以及主要難點(diǎn)。以土力學(xué)課程第四章“土的變形特性與地基沉降計(jì)算”為例，本章的學(xué)習(xí)目的：了解土的壓縮變形特性，掌握地基沉降量以及隨時(shí)間變化過程的計(jì)算方法。本章的特點(diǎn)：有一些較嚴(yán)格的理論，同時(shí)有較多經(jīng)驗(yàn)性假設(shè)和公式。學(xué)習(xí)方法要點(diǎn)：強(qiáng)調(diào)重要概念的物理意義以及主要理論在實(shí)際工程中的靈活應(yīng)用，抓住一維壓縮問題這一主線，轉(zhuǎn)變思維方式，對(duì)復(fù)雜的工程問題進(jìn)行合理簡(jiǎn)化。主要難點(diǎn)：應(yīng)力歷史及先期固結(jié)壓力、不同條件下的總沉降量計(jì)算、滲流固結(jié)理論及參數(shù)。

3.場(chǎng)景互動(dòng)

以開課伊始的“圍觀土”為例說明場(chǎng)景互動(dòng)的具體內(nèi)涵，即通過觀摩、交流、討論、點(diǎn)評(píng)的方式幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)“土”。

第一次課前，通知每人帶一份土到課堂上，要求用透明容器盛裝。學(xué)生把帶來的土集中擺在一張大桌子上供大家“圍觀”。在充分觀摩討論的基礎(chǔ)上，教師進(jìn)行總結(jié)和點(diǎn)評(píng)，讓學(xué)生初步感受土的天然性、三相性和碎散性。通過演示說明土的變形特性、強(qiáng)度特性和滲透特性，再進(jìn)一步討論，使學(xué)生將土的力學(xué)特性和土的特點(diǎn)自然聯(lián)系起來。

4.做題和討論

在此環(huán)節(jié)，教師綜合大家反饋的問題集中解惑釋疑。學(xué)生可根據(jù)自己的體會(huì)講解對(duì)相關(guān)問題的理解。通過做題、討論，消化重點(diǎn)、難點(diǎn)和疑點(diǎn)問題。

5.分組競(jìng)技

這類活動(dòng)按組計(jì)分，充分利用學(xué)生看重集體榮譽(yù)、不甘示弱的心理，激發(fā)學(xué)生的積極性，提高學(xué)習(xí)效率。具體形式包括分組做題、組間辯論等。在此環(huán)節(jié)，通過學(xué)生互評(píng)、老師點(diǎn)評(píng)，澄清對(duì)一些關(guān)鍵問題的認(rèn)識(shí)誤區(qū)。

圖1給出了針對(duì)土的物性指標(biāo)而設(shè)計(jì)的課堂習(xí)題分組計(jì)分案例，圖中省略了“3、孔隙含量的指標(biāo)”“4、含水程度的指標(biāo)”“5、土的重度的指標(biāo)”。土的物性指標(biāo)體系具有物理量多、關(guān)系復(fù)雜、屬性多（名稱、符號(hào)、表達(dá)式、常用單位、常見取值范圍）等特點(diǎn)，使得初學(xué)者難以牢記和靈活應(yīng)用。

通過完成該項(xiàng)作業(yè)，在有限的時(shí)間內(nèi)，學(xué)生學(xué)習(xí)一遍、填空一遍、批改一遍、自閱一遍、作業(yè)一遍，每一步都要小心謹(jǐn)慎。結(jié)合三相草圖和物理狀態(tài)的練習(xí)，達(dá)到快速學(xué)習(xí)、牢固掌握、靈活應(yīng)用的目標(biāo)。

6.獎(jiǎng)勵(lì)督促

對(duì)于積極參加討論、成績(jī)優(yōu)秀的學(xué)生，通過課堂紅包、階段發(fā)獎(jiǎng)等方式加以鼓勵(lì)。對(duì)于預(yù)警學(xué)生，通過個(gè)別提醒、共餐交流等方式，幫助學(xué)生找差距、查原因、尋對(duì)策。

（二）題目設(shè)計(jì)

題目設(shè)計(jì)是混合式教學(xué)中一項(xiàng)艱辛的工作。一般流程為一位教師初步設(shè)計(jì)、另一位教師校核、助教試做、課程組討論、課堂應(yīng)用、學(xué)生反饋、再次修改，如此迭代進(jìn)行。為達(dá)到不同的教學(xué)目的，所設(shè)計(jì)的題目也具有不同的特點(diǎn)，體現(xiàn)分層次、設(shè)類型。題目層次包括：一般檢測(cè)、深入理解、靈活運(yùn)用。題目類型包括：填空題、判斷題、單選題、多選題、討論題、投票題、計(jì)算題。課堂操作方式包括：教師出題學(xué)生統(tǒng)一答題、教師對(duì)學(xué)生隨機(jī)提問，等等。

1.一般檢測(cè)層面的多選題/填空題

這類題目的目的是檢測(cè)學(xué)生是否按要求學(xué)習(xí)教師指定的MOOC內(nèi)容并掌握最基本的概念，其特點(diǎn)是簡(jiǎn)單、覆蓋面廣。圖2是一道關(guān)于土的抗剪強(qiáng)度機(jī)理的多選題。圖3是一道關(guān)于土中滲流規(guī)律的填空題。凡是預(yù)習(xí)了指定MOOC內(nèi)容并基本掌握的學(xué)生，正確率約90%。在這類題目設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)覆蓋絕大部分的教學(xué)內(nèi)容。

2.深入理解層面的填空題/討論題

這類題目的目的是促使學(xué)生在理解基本概念、原理和方法的基礎(chǔ)上，能夠?qū)虒W(xué)的難點(diǎn)進(jìn)行深入思考，其特點(diǎn)是難度適中、重點(diǎn)突出。

圖4是一道關(guān)于滲流條件下地基中應(yīng)力分布的填空題。該題實(shí)際上是以填空題形式出現(xiàn)的計(jì)算題，填空的順序也是一般的做題思路。需要深入思考的是一維滲流水頭損失的分配比例，用到的基本理論是達(dá)西定律和伯努利方程，同時(shí)要考慮實(shí)際工程中的合理簡(jiǎn)化，即滲透系數(shù)非常大的粗粒土層中的水頭損失可以忽略。最后一步是利用有效應(yīng)力原理計(jì)算出總應(yīng)力。

圖5是一道高等土力學(xué)中關(guān)于有效應(yīng)力原理運(yùn)用的討論題。需要深入思考的問題是太沙基有效應(yīng)力原理和Skempton孔壓公式的適用條件。對(duì)于土來講，從微觀層面看，顆粒間的接觸屬于點(diǎn)點(diǎn)接觸，實(shí)際接觸面積相對(duì)孔隙面積從工程意義的角度可以忽略不計(jì)。對(duì)于該題所涉及的多孔金屬材料，金屬材料之間的連接不能視為點(diǎn)點(diǎn)接觸，任一斷面上金屬材料的面積相對(duì)于空隙不能忽略不計(jì)，所以太沙基有效應(yīng)力原理和Skempton孔壓公式不適用于這種材料。

3.靈活運(yùn)用層面的計(jì)算題/填空題

這類題的目的是幫助學(xué)生靈活運(yùn)用基本概念、理論和方法解決較復(fù)雜的問題，其特點(diǎn)是難度較大，往往不能直接套公式得出答案。

圖6給出的題目涉及固結(jié)度的計(jì)算，需要根據(jù)固結(jié)度、固結(jié)系數(shù)和時(shí)間因數(shù)的計(jì)算公式，搞清各個(gè)量之間的關(guān)系，尤其是各個(gè)量對(duì)固結(jié)度影響的定量關(guān)系，要用到比例關(guān)系消除未知參數(shù)，表面上看起來是雕蟲小技，實(shí)際反映了學(xué)生對(duì)基本概念和方法的理解和靈活運(yùn)用程度。

圖7給出的題目涉及強(qiáng)度理論參數(shù)的計(jì)算，需要學(xué)生掌握各種強(qiáng)度理論的特點(diǎn)和適用條件，如果能想象各種強(qiáng)度準(zhǔn)則在空間中的形狀，則更容易理解強(qiáng)度理論的本質(zhì)。就本題而言，如果把各種試驗(yàn)的應(yīng)力狀態(tài)與上述要素結(jié)合起來，就能更好地運(yùn)用各種強(qiáng)度理論求解。

三、混合式教學(xué)效果評(píng)價(jià)

在客觀評(píng)價(jià)方面，以2020年秋土力學(xué)期中考試成績(jī)?yōu)槔M(jìn)行比較說明。2020年秋，清華大學(xué)針對(duì)土木和水利專業(yè)開設(shè)了5個(gè)教學(xué)內(nèi)容完全相同的土力學(xué)教學(xué)班，在期中考試前采用了明顯不同的教學(xué)方式，期中考試試卷、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)、批改方式完全相同，因而期中考試成績(jī)具有可比性。表1給出了相關(guān)信息，其中普通1班和普通2班采用教師講、學(xué)生聽的傳統(tǒng)教學(xué)方式;普混1班和普混2班是在傳統(tǒng)教學(xué)方式中融入了基于雨課堂的習(xí)題測(cè)試，與普混1班相比，普混2班有部分內(nèi)容選擇讓學(xué)生預(yù)習(xí)MOOC，然后以課堂習(xí)題討論的方式進(jìn)行鞏固?；旌鲜浇虒W(xué)班則對(duì)所有教學(xué)內(nèi)容采取讓學(xué)生課前通過MOOC自學(xué)，課上完全采用雨課堂的方式做題、討論。從平均分可以看出，隨著混合程度的提高，平均成績(jī)逐漸增加，這反映出混合式教學(xué)可明顯提高教學(xué)效果。

與傳統(tǒng)的教學(xué)方式相比，混合式教學(xué)增加了預(yù)習(xí)的時(shí)間，但大大減少了課后復(fù)習(xí)和做作業(yè)的時(shí)間，總的學(xué)習(xí)時(shí)間保持不變。大量的研討可幫助學(xué)生深入理解教學(xué)中的關(guān)鍵內(nèi)容，明顯改善學(xué)習(xí)效果。對(duì)于學(xué)生提出的不同意見教師應(yīng)給予鼓勵(lì)，對(duì)于一些有創(chuàng)意的質(zhì)疑，教師要樂于接受，并勇于承認(rèn)自己的收獲。反饋顯示，混合式教學(xué)方式教學(xué)效果整體良好，超出預(yù)期。很多學(xué)生表示，通過這樣的培養(yǎng)，自己的交流溝通能力有所提高、發(fā)言的信心和膽量有所增強(qiáng)、質(zhì)疑精神和表達(dá)的條理性明顯進(jìn)步。此外，混合式教學(xué)方法積累的經(jīng)驗(yàn)在疫情期間的遠(yuǎn)程授課中發(fā)揮了重要的作用[8]。

基于MOOC/SPOC和雨課堂的混合式教學(xué)存在的不足：在課程教學(xué)過程設(shè)計(jì)時(shí)，教師和助教的工作量大大增加;對(duì)自制力差的學(xué)生，課前預(yù)習(xí)不充分則會(huì)造成對(duì)知識(shí)掌握的系統(tǒng)性不夠，課堂討論效果欠佳。因此，要明確要求學(xué)生自覺地、認(rèn)真地進(jìn)行課前預(yù)習(xí)。課程結(jié)束后的調(diào)查表明，學(xué)生的收獲感呈兩極分化的特點(diǎn)：凡是嚴(yán)格按上述要求完成學(xué)習(xí)的學(xué)生都反映學(xué)習(xí)成效高于預(yù)期;而沒有認(rèn)真預(yù)習(xí)的學(xué)生，自以為節(jié)省了時(shí)間，但最后成效低于預(yù)期，考試成績(jī)不理想。

四、結(jié)語

清華大學(xué)土力學(xué)課程組針對(duì)土木、水利和海洋大類培養(yǎng)新模式，構(gòu)建了基于混合式教學(xué)的土力學(xué)和高等土力學(xué)課程教學(xué)體系，設(shè)計(jì)和制作了多種不同課堂模式的基于混合式教學(xué)和雨課堂的教案。然而，基于MOOC/SPOC和雨課堂的混合式教學(xué)目前還處于起步和嘗試階段，雖然取得了一些成效，但還需進(jìn)一步檢驗(yàn)和完善。保證課前MOOC預(yù)習(xí)的質(zhì)量是保證教學(xué)效果的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)好教學(xué)過程和討論題目是保證效果的關(guān)鍵。

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Abstract： In view of the new cultivation mode of civil engineering and hydraulic engineering， the soil mechanics course group of Tsinghua University has constructed the teaching system of soil mechanics and advanced soil mechanics based on blended teaching， and designed and produced a variety of teaching plans based on blended teaching and rain classroom in different classroom modes. Emphasis will be placed on blended teaching mode and practice based on MOOC/SPOC and rain classroom. Compared with the traditional teaching method， the blended teaching method increases the time for preview， but greatly reduces the time for reviewing and doing homework after class， so the total learning time will not increase. Because it greatly increases the time of discussion and helps students to understand the key points in depth， the above steps， if strictly followed， can significantly improve the learning effects. The experience gained from blended teaching methods also played a big role in the remote teaching process during the epidemic.

Key words： MOOC; rain classroom; blended teaching; soil mechanics; advanced soil mechanics

（責(zé)任編輯 梁遠(yuǎn)華）