高等土力学高等土力学 (16).pdf

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1、 高等工程教育研究网络首发论文高等工程教育研究网络首发论文 网络首发网络首发：在编辑部工作流程中，稿件从录用到出版要经历录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿等阶段。录用定稿指内容已经确定，且通过同行评议、主编终审同意刊用的稿件。排版定稿指录用定稿按照期刊特定版式（包括网络呈现版式）排版后的稿件，可暂不确定出版年、卷、期和页码。整期汇编定稿指出版年、卷、期、页码均已确定的印刷或数字出版的整期汇编稿件。录用定稿网络首发稿件内容必须符合出版管理条例和期刊出版管理规定的有关规定；学术研究成果具有创新性、科学性和先进性，符合编辑部对刊文的录用要求，不存在学术不端行为及其他侵权行为；稿件内容应基本符合国家有关

2、书刊编辑、出版的技术标准，正确使用和统一规范语言文字、符号、数字、外文字母、法定计量单位及地图标注等。为确保录用定稿网络首发的严肃性，录用定稿一经发布，不得修改论文题目、作者、机构名称和学术内容，只可基于编辑规范进行少量文字的修改。出版确认出版确认：纸质期刊编辑部通过与中国学术期刊（光盘版）电子杂志社有限公司签约，在中国学术期刊（网络版）出版传播平台上创办与纸质期刊内容一致的网络版，以单篇或整期出版形式，在印刷出版之前刊发论文的录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿。因为中国学术期刊（网络版）是国家新闻出版广电总局批准的网络连续型出版物（ISSN 2096-4188，CN 11-6037/Z），所以

3、签约期刊的网络版上网络首发论文视为正式出版。收稿日期：基金项目：清华大学教改项目和“在线教学”创新案例专项基金作者简介：张丙印、于玉贞，清华大学水利水电工程系教授，工学博士。过程控制与教学效果分析【摘要】通过对本科生课程土力学和研究生课程高等土力学教学内容的重构和课堂过程的分割，提出并实践基于过程控制的在线课堂教学方案。基于雨课堂的后台数据，对在线课堂教学的出勤率和听课保持度、学生学习效果等进行的定量分析表明，学生总体听课纪律良好，在线课堂学习总体达到较好效果。【关键词】在线课堂教学模式过程控制学习效果分析雨课堂 年初暴发的新冠病毒肺炎几乎使社会停止流动。为应对疫情影响，清华大学提出“延期返校

4、、正常教学、发挥优势、保质保量”的十六字指导方针，要求全体师生落实“三位一体”的教育理念，立足学生学习成效，按原定教学计划、依照教学日历，以在线教学形式，按期正式开课，并充分保证远程线上课堂质量。如何实现这一目标，对所有任课教师都是一个突如其来的严峻挑战。一、在线课堂的特点和挑战这种特殊形势下需严格按原课表进行的远程在线课堂，具有既不同于传统线下课堂，也不同于一般线上课程（如 ）的显著特征。与传统线下课堂相比，它没有教室和师生面对面上课的基本课堂形式；与 等为代表的线上课程相比，它不是学生完全自主的在线学习。如果照搬传统课堂或 等教学的内容、节奏、教学方式，就很难保证在线学习与线下课堂教学质量

5、的实质等效。这种特定网上课堂无论是对老师还是对学生都提出了严峻的挑战。对教师来讲，网上授课面对的只有冰冷的电脑屏幕和麦克风，面前没有学生，这和普通课堂在气氛上有十分显著的差别。进行网络授课时，老师无法从课堂气氛、学生表情等得到讲课效果的直接反馈，从而使授课老师产生完全不同的心理体验，甚至完全找不到上课的感觉，造成授课激情严重下降。此外，在这种在线讲课过程中，老师无法直接监控课堂的过程及学生的学 习 状 态。“学 生 们 都 在 听 课 吗？听 懂 了吗？”等疑问会时刻萦绕在老师脑海。对学生来讲，首先没有一个严肃的、个人行为得到强制性约束的集体上课环境 教室。在个人单独环境下，学生个体易受各种外

6、界干扰因素的吸引和影响，易发生走神甚至完全离开课堂等问题。其次，一般认为，学生进行网络上课时，能集中精力听课的时间较短，网络课程比较适合短时段、碎片化授课模式。在线 课 程 的 统 计 发 现，注册学生仅从学习兴趣出发，很多难以有效坚持学业。此外，线上网络授课传到学生端的通常是课程 录屏屏幕、讲课声音转播和窗口很小的教师头像直播。和传统课堂相比，的屏幕和讲课声音可以有好于普通课堂的体验，但老师讲课的肢体语言、表情和情绪渲染等却几乎不会传递给学生，从而造成学生听课氛围的冰冷。二、基于过程控制的在线课堂教学探索上述分析显示，师生面对面教学气氛和温度的缺乏，在线课堂过程有效监控的缺欠，课堂教学效果评

7、估依据的缺少，是在线课堂存在的重要问题。为此，结合清华大学本科生课程土力学和研究生课程高等土力学，以提高在线教学学习成效为总体目标，重点探索了上述问题的解决方案。其中，土力学为国家级本科生精品课；高等土力学为清华大学精品研究生课程。这两门课都是典型的工科专业基础课程。在线授课系统的搭建。在线授课系统包括硬件系统和软件系统两个组成部分。其中，硬件系统是进行网络授课最基础的物理条件。老师讲课的声音和图像能否清晰流畅地传送给学生，是网络课堂能否取得优异效果的先决条件。根据我们的经验，应特别重视网络连接和声音直播系统的质量，尽量采用高带宽有线网络连接和具有良好效果的专业声卡套装等。在线课堂软件系统是授

8、课的工具。在线授课是否能顺畅地进行各种教学活动，依赖于所使用的教学软件的功能。经多次尝试，采用腾讯会议雨课堂嵌套方式进行讲课。腾讯会议等网络会议软件，声像直播稳定流畅，共享屏幕可以给学生提供高质量实时讲课画面。通过雨课堂可实施线上课堂的过程控制、对学生听课过程进行有效监督和管理，且雨课堂后台数据还可对线上课堂的教学效果进行统计分析。基于过程控制的在线课堂教学方案。通过对课程教学内容的重构和课堂过程的分割，提出并实践了基于过程控制的在线课堂教学方案。图是该方案的主要组织图。图基于过程控制的在线课堂教学方案根据学校按课表正常教学的要求，同时为避免课程过度碎片化，仍坚持每节课 分钟的基本模式。同时，

9、为适应网络课程的特点，对每节课的教学内容进行梳理和重构。将每节课的教学内容划分为多个教学区块，区块内的教学内容由个或多个关联主题构成。各区块间不设休息间断时间，而是通过区块总结测试进行区隔。每个区块的讲课时间大致设计在 分钟左右，一般不超过 分钟。必要时，区块内设置讨论、答题等交流互动环节，以降低单个区块连续讲课的时长。这种课程组织模式下，每节课都会在不确定的时间进行、次的互动活动。除具有分割讲课时长的作用之外，在区块间和区块内设置的测试和互动活动还会起到课堂过程控制及课堂教学效果检测的综合作用：贯穿课程全过程的控制。课前会向学生强调，一定要进入雨课堂并务必参加每次答题和互动活动。对未参加答题

10、的同学，老师倾向理解为该同学可能当时未在听课。因而，随机贯穿在课程全过程的互动活动，会给学生构成某种压力，以弥补学生个体听课环境强制性约束差的不足。同时，雨课堂和后端记录会成为老师掌握学生听课参与度和专注度的客观数据。网络教学氛围的改善。对师生双方来讲，缺乏普通课堂的教学氛围是网络授课的重要缺陷之一。贯穿课程全过程的这些答题和互动会增加师生双方的存在感，改善和提高课堂的气氛和温度。课堂教学效果的评估依据。多年使用雨课堂的经验表明，精心设计的即时课堂练习和讨论等互动活动可成为课堂教学效果比较准确的评估依据。在这两门课线上授课中，用区块间总结测试替代了原来讲课中各部分的课程总结部分，主要采用的题目

11、形式为多选题。对区块中的互动，通常针对重要概念或有趣问题进行互动讨论。三、基于雨课堂后台数据的教学效果分析注重学生学习成效是现代化教学模型的主要内容之一。为此，设计有效的学习成效实时检测方法十分重要。截至月 日，土力学讲授了第章和第章共次课总计学时；高等土力学讲授了第章和第章共次课总计 学时。下面结合上述 次课堂取得的雨课堂后台数据进行相关分析。使用雨课堂进行课堂教学的一大优势是可获得课堂出勤率，以及每个学生参加课堂互动和课堂练习的各项详细数据记录，可作为课堂教学过程和教学效果分析的第一手基础数据。这对于普通课堂也十分重要，对于网络课堂其重要性更加突出。网络课程跟踪的数据可让教师更好了解学习者

12、学习行为的特征。表给出了 年月 日第次课由雨课堂后台导出的部分学生数据的示例，包括课堂签到时间、参加课堂互动及每道课堂练习题的回答情况等。下面结合土力学和高等土力学 次课所取得的课程数据进行具体分析。课程出勤率和听课保持度。土力学 选课人数 人，高等土力学 选课人数 人。雨课堂统计数据整理所得课程出勤率和听课保持度情况如表所示。考虑到雨课堂有时会发生一定延时，故统计时以进入课堂晚于分钟记为迟到。可见，次课共有旷课人在线课堂的过程控制与教学效果分析次，迟到 人次，参加答题平均比例为 。出勤率总体优于一般普通课堂。由于课堂答题都是在课程进行中随机进行的，两门课共计 次答题互动中，的平均答题率，说明

13、学生总体听课保持度非常好，绝大多数同学在上课的绝大多数时间段没有离开课堂。表土力学 第一章 挡土墙上的土压力课堂情况 学号 姓名 签到时间 弹幕次数题目信息总分 第题 第题 未答 第题 第题 第题 第题表课程出勤率和听课专注度课程课次日期旷课（人次）迟到（人次）参加答题情况应答总次数未答次数答题占比土力学 月 日 月日 月 日 月 日 高等土力学 月日 月日 月 日 月 日 月 日 月 日 总计 听课系统有回音，重启了系统，导致雨课堂数据混乱，未统计本次迟到情况。学生客观题测验成绩分析。雨课堂在后端详细记录了所有学生课堂客观练习题的所有答案，可用来进行课堂学习效果的分析。课堂练习以多选题为主，

14、一般每节课进行、题的现场测试，每题包括、个选择判断。其中，约 的选项主要用来强调相应区块教学内容的重点概念；另 的选项适当增加了一定难度，包含有一定的推理判断和综合性判断等。总体看，练习题具有一定的广度和难度，且由于没有要求学生进行课前预习，因此，测试结果可作为衡量课堂教学效果的客观依据。对于多选题，当每题选项较多时，可认为是对所给所有选项进行独立判定。因此，统计多选题成绩时，对得分判定方法进行了修改，将多选题每个选项都看作独立的判断题，根据雨课堂记录的学生提交的答案（见表），每个选项正确判别得分。按这种评分方法，土力学中次课满分成绩分别为：分、分、分和 分，共计 分。表给出了统计得到的部分学

15、生百分制测验成绩表。表土力学学生测验百分制成绩表学生编号第次课第次课第次课第次课平均 平均 成绩分布十分合理。其中，分名；分 名；分名；分名；分名，班级总平均 分。课程成绩总体反映了学生个体学习能力和课堂听课的投入程度。需指出的是，使用的练习题具有一定的广度和难度，未要求进行课前预习，且是讲课后立即进行答题的。因此，成绩总体是十分令人满意的。其中，两位成绩较差的 和 同学，二人旷课次，未参与答题次数共计 次，未参与答题次数占全班总数 次的约 。可见，听课投入不够是造成这两位同学成绩差的直接原因。高等土力学中次课共包括 个判断题，满分成绩 分，按同样方法统计，平均成绩为 分，分布总体合理，反映了

16、学生个体学习能力和课堂听课的投入程度。和 学年春季学期相应成绩的对比。在今年进行的课堂多选题练习中，有道题目和 年春季学期普通课堂的练习完全相同。这些课程测验题目没有发给过学生，可认为它们并没有扩散。这道题目得分年度的纵向比较见表。表成绩对比显示，今年道题的平均成绩都明显好于 年。要说明的是，年春季学期只是建议和提倡学生进入雨课堂，未强调一定要参加课堂练习，所以，每次都有一些学生没有参加答题。从一般规律理解，听课认真、学习成绩好的同学参加答题的积极性相对较高。综上分析，可认为今年在线听课效果好于 年的普通课堂，至少教学效果没有降低。我们认为，这和今年的严重疫情激发了同学们的爱国情怀、增强了高等

17、工程教育研究 年第期表学生测验成绩表多选题目 学年答题得分情况本次答题得分情况关于黏性土朗肯土压力理论，下面说法正确的是：在主动状态下，墙背和填土间会发生犣深度的裂缝，犣和黏聚力犮大小成正比；由于存在黏聚力犮，剪切破裂面不再是平面；土压力的合力总是位于墙后填土高度处；破裂面方向不受黏聚力犮的影响，与水平面夹角：主动状态为 ，被动状态为 ；黏聚力犮会减小主动土压力，增大被动土压力。选课总人数 人，进入雨课堂 人，参加答题 人，未答题人。参加答题人平均得分：分。选课 人，进入雨课堂 人，参加答题 人，未答题人。参加答题人平均得分：分。墙背垂直，填土水平的成层无黏性填土中，下面哪种情况下土压力连续？

18、填土的重度不同，内摩擦角相同；填土的重度相同，内摩擦角不同；填土的重度和内摩擦角均相同；填土的重度和内摩擦角相同，但在交界面存在地水下。选课总人数 人，进入雨课堂 人，参加答题 人，未答题人。参加答题人平均得分：分。选课 人，进入雨课堂 人，参加答题 人，未答题人。参加答题人平均得分：分。图学生调查反馈情况共度难关的意识和学习热情有一定的关系。学生反馈调查情况。课程结束前，对课程教学情况进行了调查。为了解学生的真实看法，调查采用雨课堂匿名投票方式进行了个方面的匿名问答，结果见图。调查结果表明，学生认可度总体较高，说明本文基于过程控制的在线课堂教学方案总体达到了预期效果，可为同类课程提供借鉴。但

19、投票的结果也显示，尽管课程采取了诸多过程控制的措施，仍仅有名同学自认可在大于 的时间内集中精力听课，约有 的本科生和 的研究生自认能集中精力听课的时间小于，说明线上授课如何吸引和保持学生听课的注意力，是主要的挑战之一。四、结语广大清华教师积极投身于这场突如其来的网络授课战斗，努力探索和适应新的教学方式。网络线上授课对绝大多数教师都是新生事物，完全适应这种模式还需要进行艰苦的努力和探索。传统课堂是一种群体共同学习，线上课堂则主要为个体学习。构筑有助于团体学习的氛围等，是前一阶段未加重视的问题，后续应重点关注和研究。参考文献清华大学疫情防控教学工作组，教务处，研究生院关于 学年度春季学期教学调整期

20、间教学管理调整有关事宜的通知 罗大兵，张祖涛，潘亚嘉，等慕课与项目式教学相结合的工科类课程教学模式探索高等工程教育研究，（）：梁恩湘，李露露，刘立超，等基于“腾讯会议课堂派”的有机化学课程在线教学实践大学化学，（）：蔡晓东，汪元，赵玉新，等基于“互联网”时代智慧教学的在线课堂的过程控制与教学效果分析课程实践探索高等工程教育研究，（）：金静基于“雨课堂”的混合教学模式计算机时代，（）：梅红，王静静，张俊斌，等 学习感知对学习绩效的影响研究北京工业大学学报（社会科学版），（）：，：，：李薇，黑新宏，王磊学习成果监控与评价机制的探索与实践高等工程教育研究，（）：犜 犺 犲犃 狀 犪 犾 狔 狊 犻 狊狅 犳 狋 犺 犲犘 狉 狅 犮 犲 狊 狊犆 狅 狀 狋 狉 狅 犾 犪 狀 犱犜 犲 犪 犮 犺 犻 狀 犵犗 狌 狋 犮 狅 犿 犲狅 犳犗 狀 犾 犻 狀 犲犆 犾 犪 狊 狊 狉 狅 狅 犿犣 犺 犪 狀 犵犅 犻 狀 犵 狔 犻 狀，犢 狌犢 狌 狕 犺 犲 狀犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋：（），犓 犲 狔狑 狅 狉 犱 狊：；高等工程教育研究 年第期