线上线下混合式教学设计研究
——以“土力学”课程为例

袁 冉，富海鹰，何 毅

（西南交通大学 a.土木工程学院；b.地球科学与环境工程学院，四川 成都 610031）

引言

20世纪60年代，罗伯特·加涅（Robert Miles Gagné）创立了教学设计学科，认识到教学设计在有效学习中的重要性。以其为代表的第一代教学设计理论在20 世纪80 至90 年代逐渐成熟［1］。20 世纪90年代初开始，单一主题的教学设计向着致力于将各种单一的教学目标整合为“事业图式”的综合性教学设计转变，以便使教学促进学习迁移的作用得到充分发挥。此后的教学设计越来越关注应用的重要性。理查德·E.迈耶（Richard.E.Mayer）在前人研究的基础上，提出了“多媒体学习模型”和“生成学习模型”，对多媒体条件下如何取得最佳教学效果做了详细的探讨。近年来，随着网络信息技术快速发展，以及客观外在条件的催生，新的教学设计理论与方法必将适应新时代的教学活动［2］。线上线下混合式教学模式正是在现今的时代大背景下异军突起，成为高校专业课程传授的重要手段。

本文基于西南交通大学土木工程学科专业基础课“土力学”案例分析，借鉴BOPPPS教学模式，建设慕课、虚拟仿真实验及实践翻转课堂，以打造线上线下混合式“金课”为目标，对教学内容进行设计，并融入课程思政，不断引入学科最新成果，提升课程的“两性一度”。

一、西南交通大学土力学学科简介

西南交通大学“土力学”课程历史悠久。1939年，时任西南交通大学校长茅以升就在校开设“土力学”课程讲座，开国内讲授“土力学”教学之先河。1950年，吴炳焜教授筹建了土力学实验室、土力学地基及基础工程教研室。作为第七代教学团队的我们，秉承先辈精神，不断开拓创新。“土力学”课程是专业基础课，总学分为3学分，采用线上线下混合式教学模式，安排线下教学48学时，线上教学20学时，其中线下教学包含实验教学8学时，主要面向土木工程、铁道工程等专业学生，年均选课学生近千人。

“土力学”课程教学团队由6人组成，团队成员最长教龄34年，人均教龄16年，于2021年获评四川省首批“课程思政”示范教学团队，团队成员在核心期刊发表多篇教改论文，指导学生参加国家级、省部级结构大赛并获奖十余项。本团队在2019年自主研发了“土的力学性质虚拟仿真实验系统”并荣获四川省虚拟仿真实践示范平台，同年完成在线开放课程资源建设。本课程先后荣获四川省精品课程、四川省首批“课程思政”示范课程、学校“卓越工程师计划”优质示范课程等诸多荣誉，课程所使用教材《土力学》为“九五”“十一五”国家级规划教材。

“土力学”课程采用线上线下混合式的教学模式是近年来新的教学模式与教学理念，基于此，教学团队提出并实践了线上线下混合式教学设计。学生扎实掌握土力学基本原理，获得土工试验专业技能实践训练，具有职业操守和国际视野。为实现以上教学目标，“土力学”课程坚持“以‘学’为中心”的教学理念，按照线上线下混合式教学模式，打造了全新的课堂教学设计。下面以《土的压缩性及地基沉降计算》为例，阐述混合式教学设计的内容及流程。

二、学生能力分析

知识特点：授课对象是大三学生，已经学习了大部分基础课程，具备了一定数学、力学计算方法方面的知识。在此基础上，教师合理使用教具模型、案例引导等教学手段，讲解土作为碎散性材料的力学属性、土的三相性等，易于学生接受全新的知识和概念。

思维特点：大三学生通过三年学习，已逐步从高中阶段的“填鸭式”教学模式走出来，逐渐向汇集众家之长、确立个人见解的方向转变。教学中要摈弃“填鸭式”“灌输式”的教学模式，引导学生阅读国内外教材及专著，启发学生主动思考、举一反三。

心理特点：据观察发现，学生主要分为两类，一类对于全新知识有抵触情绪，学习知识是为了得到更好的考试成绩；另一类有较强的独立意识，迫切要求表达自己的想法。由于《土力学》与其他力学有着很大的区别，且本章知识过于零散、琐碎。因此，课前需要给学生充分的预习；课中给学生充分的话语权；课后鼓励学生探索更多的知识。

三、明确教学重点和难点

教学重点：掌握五个一维压缩指标。

处理方式：采用课堂讲授与学生讨论相结合的方式，帮助学生理解五个一维压缩指标的推导过程、物理意义及相互间的转换关系。

教学难点：理解土的变形特性及其主要表现特征。

处理方式：土的变形特性较为复杂，不但与土的组成及结构等基本性质有关，也与土的受力条件有关（应力水平、变形条件等）。这些概念较为抽象，学生理解上存在困难。如果学生对变形特性及其表现特征认识不清，对于后续一维压缩指标的理解将面临更大的困难。因此，教师在此处采用翻转课堂的形式，让学生课下在中国大学生慕课网站学习土的变形特性等相关知识，在线下课堂上总结、回顾线上课堂知识的重点和难点。

四、明确教学设计重点

设计重点一：通过翻转课堂的形式，确保学生对土的变形特性及其表现特征等概念有充分的理解。

设计依据：学生首次接触土的变形特性及其主要特征，而这一部分内容是《土的压缩性及地基沉降计算》的基础，这一物理概念的把握对于后续的学习至关重要。因此，教师在此处采用翻转课堂的形式，能充分调动学生学习的主观能动性，帮助学生加深对概念的认知和印象。

设计重点二：课堂小组讨论与教师讲解交叉进行。

设计依据：本节将要学习的五个一维压缩指标是本节课的重点。首先，由教师提出相应压缩指标的基本定义，给予学生推导和讨论时间，学生提出问题教师作答；其次，教师引导学生再次巩固推导。期间，教师采用“类比法”帮助学生理解压缩指标含义。最后，教师对五个一维压缩指标的区别和联系、相互间的转化做总结，加深学生印象，避免混淆概念。

五、教学设计流程：以《土的压缩性及地基沉降计算》为例

本小节共计45分钟，其中线上活动设计共计38分2秒，线下活动设计共计45分钟。

（一）线上教学设计

本节课是《土的压缩性及地基沉降计算》中的第一节课。本节课在最新版的教学日历中安排的是2020年10月29日线上学习，2020年11月3日线下讲解。实际情况是学生在2020年10月29日先完成讲授“土的压缩性及一维压缩指标、土的变形模量及测定方法”相关课程的大学生慕课视频学习，视频学习时长为38分2秒（如图1）。然后在2020年11月3日教师首先开展学习研讨，其次进行知识点详解，最后将课堂还予学生，让学生针对相关知识点及案例展开小组讨论，并完成线上单元测试。

图1 向教师提问操作步骤

设计意图：学生进行线上课程预习，熟悉浅层概念和知识点。

学生在视频学习中或单元测试中，遇到问题可通过视频中右上角的按钮“向老师提问”（如图1），任课教师会随时维护网站后台，回答学生的问题。

（二）线下教学设计

教师引导学生回顾上节课知识要点：地基中的附加应力主要分为集中荷载作用下的基本解和分布荷载作用下通过叠加原理得到的解。重点是理解角点法及系数查表确定。

随后总结视频知识要点：土的压缩性定义，土的五个重要压缩性指标及其含义，以及理解应力历史对黏性土压缩性的影响，掌握正常固结土、超固结土及欠固结土的概念。本节线下教学活动主要是帮助学生深层次理解视频教学内容，并实现用所学理论知识分析解决实际工程问题的能力提升。

采用实验室教学与课堂教学相互辅助的方式，加深学生对实验原理理解的同时熟悉试验过程。由简图展示侧限压缩试验仪、三轴试验仪的各部分组成，让学生有个先期的印象。

介绍侧限压缩试验与三轴试验，通过室内试验的对比分析，帮助学生理解土的压缩性。采用现实与虚拟（虚拟仿真试验）相结合的方式，加深学生对试验的认知。

教师采用“类比法”帮助学生理解应力历史。如：“同学们，为什么说土是记忆性的材料，比如大家从出生到现在，可能受过最大的挫折是高考失败。假如你无法想象更大的痛苦，那么将你所有的挫折都和高考失败做比较，如果没有高考失败那么严重，你就可以一直安然战胜。但如果某一天你经受了更大的痛苦，远胜于高考失败，那么你的记忆点就出现了更大的痛苦，你的感受就会和之前高考失败的痛苦一样递增。” 将抽象的应力历史概念用学生生活中的经历类比法讲解，利于学生理解抽象概念并加深印象。

工程算例如图2所示：上海地区某12层高层住宅（1976年），箱形基础，埋深5.65 m，持力层为淤泥质砂质粉土，地下水位在地表以下1 m处。

图2 工程算例分析

针对课堂提出的工程实例，将学生分为14个小组，每个小组进行课堂讨论并给出解答，请每个小组代表陈述各自解答过程，推举代表小组组长到黑板上进行讲解。

结语

线上线下混合式教学模式适应时代的发展应运而生，展现了强大的生命力。本文以“土力学”课程为例，详述了基于BOPPPS的线上线下混合式教学设计方法。以大学生慕课平台与虚拟仿真室内试验平台实现线上教学，线下教学通过动画演示、案例剖析、类比法以及小组讨论展开。线上教学赋予学生浅层次认知，线下教学引导学生深层次理解与掌握，线上线下相结合、互为补充，是教学设计的重要实践。