疫情期间学生线上学习状态与效果分析-以《材料力学》课程学习为例

1、疫情期间学生线上学习状态与效果分析以材料力学课程学习为例摘要：文章以北京航空航天大学材料力学课程的一个平行班2020年春季学期在线学习的数据为基础，对在线教学方 式、学生学习投入、学生学习方式等因素与学习效果之间的关系进行了分析。分析表明，无论是直播还是录播的视频教学对于 知识的深层次理解均有较好帮助;在线教学的方式应根据课程进展过程中内容的难度进行适时的调整；线上学习与线下学习 对学生投入时间的要求没有明显差别；考核指标对于学生投入的引导性明显；线上线下教学方式对学习效果的影响不明显，主 要还是取决于学生个体。关键词：在线学习；学习方式；学习效果Abstract: An investigat

2、ion on the relationships among learning effectiveness and factors such as online teaching mode, students engagement and learning methods is conducted in this paper, which is based on the data collected from one of the parallel classes of Mechanics of Materials in Beihang University during 2020 sprin

3、g semester. The investigation indicates that both live and recorded video teaching are beneficial for a deep understanding of knowledge; specific methods of online teaching should be timely adjusted according to difficulty of contents during the course; requirements on students time engagement exist

4、 no clear distinctions between online learning and offline learning; assessment indicators have an obvious guidance effects on students engagement; learning effectiveness is not significantly affected by adoption of online or offline teaching mode, but mainly depends on student individuals.Keywords：

5、 online teaching; learning methods; learning effectiveness2020年春季学期，突如其来的疫情使得高校春季 开课课程从线下教学模式全部转为网络线上教学模式这些年，虽然中国大学MOOC（慕课）、微课等多种教学 形式,蓬勃发展,积累了大量成果和经验,但一时间所有 课程均采用网络教学的状态，对教师和学生均是挑战。 由于疫情的状态随时变化,返校时间的不确定性会使学 生学习情绪不断发生变化,学期初可能因为学习方式的 变更而产生兴奋，但更多的是孤独和焦虑，这些情绪的 变化对学习效果会产生明显的影响1-2;对于难度较大的 学科，学生也可能因为课程内容过

6、难而产生挫败感，大 二学生由于其所处的年龄阶段，学业韧性总体水平相对 较低叫对于教师,一方面，面临缺乏对学生学习状态、学 习效果的实时感知的手段;另一方面，对于现阶段网络 资源极大丰富的情况下，如何引导正确使用正式课程资 源、）正式主题资源,以及非正式学习资源囹提高学习效 果、如何引导学生在碎片化的信息网络同中构建学科知 识体系、如何根据学生的状态和课程状态开展教学方式 的调整,提高学生的满意度、学业完成率,进而提升终生 学习能力是教师面临的挑战。本文以2020年春季学期讲授的材料力学一个班 （143人）的线上教学数据为基础,分析学生的学习方式 与学习效果之间的关系，以期为线上教学方式的开展、

7、 线上线下混合式教学模式的探索提供有益的支持。一、本课程的特征及线上教学方式我校的材料力学课程是国家精品课、国家精品资 源共享课，慕课尚在建设中,依据学校要求，理论课教师 可以采用直播、）播、共享资料等方式进行线上授课。本课程共80学时,包含64学时理论课和16学时 实验课，面向机类学院的1176名学生，共9个平行班, 学生自选理论课教师。教研组商定的统一授课模式为： 同学们在上课时间观看资源共享课网站上本校开设的 由蒋持平老师讲授的材料力学课程视频;根据课程内容,划分为4个阶段，前3个阶段每阶段结束后有一次 统一的阶段测验，第4阶段学习完成后进行期末考试， 各阶段内容划分见表1;各平行班教师

8、可根据实际情 况,给学生上传自己特色版本的PT等学习资料，供学 生学习，可根据实际情况选择性布置各类型作业，可自 行选择在线答疑方式。表1本课程理论课各阶段内容、学时划分阶段主要内容学时阶段11-4章，绪论、拉压、扭转 14阶段25-7章，弯曲内力、应力、变形 14阶段38-11章，复杂受力状态、稳定（16阶段412-16章，能量法、静不定、动载荷 14注：总复习2学时，清明、五一放彳A 4学时本班共143名学生，学生的专业及人数分布见图1， 其中飞行器设计与工程专业的30名双学籍飞行员班学 生单独划分,重修生24名，由于重修生的计分算法与非 重修学生略有差别，故重修生状况不在本次统计内除遵照

9、统一的授课模式外，本班较为个性化的授课 特征主要包括：设置三种类型的作业题目，将线下课程教学中部 分引导学生进行思考和课内讨论的内容设置成思考题 （简述题,作业类型二），要求学生与课后作业题（作业类 型一）一起上交，为必做项;作业类型三为创新实践类大 作业,可根据自身状况选作，学期末提交，题目可来源于 PPT中布置的类型三作业，也可自选题目，形式为论文。授课形式随各阶段课程内容的难度而适当变 化，除最基本的观看资源共享课视频自学外，适当增加 直播课、随堂总结、随堂测等,具体变化见表2。二、学习效果评价方式与结果为调查学生在各阶段的学习情况，采用常规类型的 评价和针对本次线上授课所做的特殊方式的

10、调研和评 价。常规类型的评价主要是作业，包括课后习题和思考表2各阶段教学方法变化阶段内容特点方式方式说明1较简单II资源共享课视频自学2难度提升I /11II直播讲解重点难点3综合性强I /II/IV田半小时随堂总结4难度较大I /!+)）随堂测题、期末考试、类型三大作业，这些与线下授课时基本相 同；针对线上授课增加的学习效果评价方式主要包括：阶段性测试，与期末考试题型基本相同，每完成 一阶段的学习后进行，采用100分制，限时2小时内完 （，开卷，共进行3次。随堂测，采用问卷星进行在线答题，每次课后有 5-6道题目，全部为选择题,主要考察对基本概念、解题 思路的掌握情况，不需要大量的计算，其中

11、有1-2题对 基本理论的考察，难度与期末考试中的选择题难度相 当，3-4题是需要依据基础理论进行综合分析思考,难 度略大于期末考试中的选择题;随堂测从第三阶段开始 加入,主要考虑从本部分起，课程内容的难度有所提升, 学生也掌握了较多基础知识，可以综合利用作出判断。 共进行了 18次随堂测。不定期问卷调查，在学习过程中，通过问卷星设 计调查问卷，了解学生的学习状态，校历第一周的问卷 主题为材料力学目前上课方法,包括学生对教材的拥 有情况、网上学习硬件条件，对资源共享课网站、课程中 心、北航网盘等共享渠道的熟悉情况等;校历第三周的 问卷主题为对学习方式的适应情况，包括对目前方式 的评价、对比其他课

12、程，希望本门课程的授课方式、目前 个人感觉较好的学习方式、遇到的困难，以及期望的解 决途径、预习和复习的进行情况、对三类作业的想法等; 校历第十周的问卷主题为材料力学学习状态，内容包 括：目前主要学习方式、学习投入时间、第二阶段相比第一阶段所遇到的新困难、是否希望有课堂总结等。此时 已完成了第二阶段课程内容的学习，依据此次调查中学 生反馈的需求,在第三阶段中增加了阶段总结直播课和 随堂测，在第四阶段的学习中，每节课增加了半小时的 随堂总结（直播）和随堂测。由于调查并不要求必须参 加，所以学生的总体参与率大致在46%-75%之间（不包 括重修生）。由于问卷调查多针对学生的学习方式和状态，调查 结

13、果将结合各类型的测试成绩在本文第三部分作详细 分析，以下仅简单给出平时作业、阶段测验和随堂测的 主要结果。平时作业完成情况（提交的及时程度和完成的 质量）比往年好，特别是类型三作业，由于是自愿完成， 额外加分，往年仅有不超过10%的学生选做，而今年有 66%的学生提交了类型三作业，与学生在家做作业的时 间比较宽裕有关，也与今年评分标准中作业占总成绩的 比重略有提升有关,说明学生和掌控时间，以及评价标 ）的引导性，均会对作业完成情况有直接影响。阶段测验的成绩与期末卷面成绩有较强的相关 性，如图2所示，数据基本分布在归一化期末卷面成绩 的2倍标准差之内期末卷面归一化成绩期末卷面归一化成绩图2阶段测

14、验与期末卷面成绩的相关性随堂测的参与情况大致在60%-80%之间，因不 计入平时成绩，仅用于帮助学生理解课程内容,故学生 的参与比例小于作业和阶段测验,说明学生在完成各种 自选动作时有一定的功利性；随堂测的正确率不高，明 显低于期末卷面的选择题得分（图3）。一方面是因为随 堂测题目的难度和深度要略大于期末考试的填空题;另 一方面，学生经过做作业、阶段测、期末系统复习之后， 对理论的理解程度要明显好于刚学完该知识点时候的 理解程度。随堂测正确率期末考试选填题正确率随堂测正确率期末考试选填题正确率学生序号图3随堂测与期末测试填空题正确率比较三、分析与讨论本节的分析主要基于第三次问卷调查数据和阶段

15、测、期末考试的客观成绩的关联性进行分析，获得学时 的学习状态与学习效果之间的关系。（一）学习时间投入与学习效果 问卷调查对学生平时投入学习的时间进行了调查， 包括每周预习时间、复习时间、完成作业时间。本课程理 论课部分为64学时，每周安排4学时，按照往年线下教 学的要求，至少1倍的时间进行课下学习（完成预习、复 习、作业等），即原则上每周学时投入本课程学习的时间 应不少于8学时。通过对问卷数据的调查，获得与学习 投入时间相关的主要结论有：学生周学习时间的投入分布如图4所示，大部 分学生的学习时间满足课程要求，线上教学期间，学生 的自我管理性较好，能投入足够的学习时间。图4学生周学习投入时间统计

16、采用皮尔逊检验，对各类时间之间的相关性进 行统计分析，结果表明预习时间、复习时间、作业时间相 关性显著，说明学生们倾向于在三者中均投入较多时 间，或者均投入较少时间。周总投入学习时间与期末卷面成绩、第三次阶 段测成绩的相关性如图5所示，对成绩中位数进行拟合 （剔除掉只有1个数据的点），可知，周学习时间在6-7 小时（8-9学时）对应的拟合曲线的峰值,故本课程长期 要求的至少1倍学时数用于课下复习的要求是合理的。（a）学习时间与第三次阶段测成绩思堡垣鞍根思堡垣鞍根W图5学习时间投入与学习效果（二）学习方式与学习效果本课程推荐学生采用的学习方式为看资源共享课 网站的视频进行自学，本班教师为提升学生

17、对内容的理 解，考虑学时的压缩（资源共享课视频时针对80学时理 论课教学的,2015版培养方案将理论课学时数压缩为 64学时）、考虑近年来在课程教学中越来越重视对学生 创新能力的培养、重视课程的高阶性、考虑线上自学的 需求，因而对每一次课讲内容准备了新版PPT,包含大 量思考题和对知识的总结,准备了每一章节的学习指导 文件，供学生理解本章节内容的重点、难点、教学要求, 且每一章节的教学目标按照布鲁姆教育目标设置（记 忆、理解、应用、分析、评价、创新6个等级，故希望学生 在看视频的同时，能够看教师提供的PPT和学习指导文 件等材料,深入研读教材，并查找相关资料、自行开展实 验、仿真等分析进行创新

18、实践活动。问卷中对学生采用 的学习方式进行了调研,分成只看视频、只看PPT、看视 频和PPT、看视频和教材、看PPT和教材、看视频+PPT+ 教材共6组,通过各组期末卷面成绩的平均值,对不同 方式的学习效果进行多重对比，结果如表3所示。表3各种学习方式的学习效果比较多重比较（I） 学习方式（J） 学习方式平均值差值 （I-J）显著性PPT1. 550. 852视频&教材-6. 20. 457视频视频&PPT-1. 750. 778教材&PPT4. 80. 468视频&教材&PPT0. 840. 89视频&教材-7. 750. 378PPT-视频&PPT-3. 30. 627教材&PPT3. 2

19、50. 65视频&教材&PPT-0. 710. 915视频&PPT4. 450. 513视频&教材教材&PPT110. 128视频&教材&PPT7. 040.294视频&PPT -教材&PPT6. 550. 151视频&教材&PPT0. 590. 487教材&PPT视频&教材&PPT-3. 960. 365从表3中可以看出:各种学习方式对期末成绩都会有一定影响，但 在0.05的级别下未达到显著。包含看视频项的学习方式（包括只看视频）比不 看视频组平均成绩高，说明教师讲解对于提高学习效果 具有重要作用。看视频和教材、看视频和PPT两组的平均成绩较 其他组的差值均为正，说明文字性的资料是有助于学生

20、 对知识的理解，当然这也因为学生投入了更多的时间。教材、视频和PPT三者全看组的成绩分散性很大, 从不及格到接近满分都有，一方面，由于有学生在问卷调 查中回答问题的随意性造成了数据的偏差；另一方面，也 展示出部分同学对适用于个人的学习方法缺乏认识。（三）课程内容与学习方式 对第一次、第二次、第三次阶段测和期末卷面成绩， 对各阶段学习效果进行比较，采用配对样本检验，检验 结果如表4所示,结合表2中给出的各阶段的教学方式 的变化，可得出主要结论如下：第一阶段成绩与第二阶段成绩有显著差异，第 二阶段成绩与第三阶段成绩有显著差异,第三阶段成绩 与期末成绩没有显著差异。第一、二阶段的教学方法没有差别，第

21、二阶段成 绩相较于第一阶段成绩有明显下降，是由于第一阶段学表4三次阶段测试、期末考试四次的差异性检验平均值差值95%置信区间上限下限P第1阶段-第2阶段7. 2863. 63410. 9370. 000*第2阶段-第3阶段-6. 800-10.095-3. 5050. 000*第3阶段-期末考试0. 671-2. 6754. 0180. 690*在0. 01级别（双尾），存在显著差异习内容较为简单，而第二阶段题目难度上升，学生仅自 学，效果变差。第三阶段学习内容难度与第二阶段相当,综合性 较第二阶段有所提升，第三阶段加入了随堂总结与随堂 测，学生成绩有明显上升,随堂测参与情况与第三阶段相 对第

22、二阶段成绩的变化情况的关联如图6所示，从图中 可以看出,随堂测参与次数与成绩的提升之间正相关。504030-0 12 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 504030-随堂测参加次数图6随堂测参与次数与二、三次阶段测成绩提升的关系（四）学习投入与历史成绩的关联本课程是在学生整个大学的第4学期开设的，选取 学生在1-3学期中其他主要相关课程（包括工科大学物 理1、工科大学物理2、工科数学分析1、工科数学分析2、 理论力学）与本课程进行对比分析，其他课程均采用线 下教学的方式，难度与本课程相当或略大于本课程。（ 用皮尔逊检验法，对成绩的相关性进行分析，结果如表5 所示，从表中可以看

23、出，其他课程的成绩与本课程成绩 有显著的相关性，说明：（1）线上和线下教学的学习效果 与学生个体直接相关;前修课程的成绩对于本课程的 学习具有正向影响。对工科大学物理、工科数学分析和理论力学平均分 高于85分的同学，在线上学习过程中所采用的学习方 法进行统计，他们中有85%以上的同学会选择看视频授 课，这个比例要高于总体学生中看视频的比例（75%） o（五）飞行员班的情况分析双学籍飞行员班的学生与同专业其他学生相比，入 学分数略低,同时他们还需要投入大量时间进行军事训 练，相对投入理论课学习时间被压缩，但他们纪律性很 强，在往年的教学中也发现，他们并非对知识的理解不 够好，通常是对知识运用的熟

24、练程度不够好，导致在期 末考试中，成绩往往低于其他同专业的学生。但2020年 疫情期间,一方面，期末考试的答题时间从2小时增加 到3小时，对知识运用熟练的要求降低;另一方面，他们 的训练任务减少，有更多的时间投入课程学习。双学籍 飞行员学生在本学期平时各项成绩与本班其他学生的 对比分析结果如表6所示,表中同时给出了本学期飞行 员班（2018级）成绩与上一级（2017级）飞行员班学生的 本门课程期末卷面归一化成绩，从表6中可以看出：双学籍飞行员学生完成平时作业的情况好于同专 业其他学生，他们的作业平均成绩比其他学生高出5.1%, 这与他们的纪律性有关。双学籍飞行员学生类型3大作业的得分情况比 其他学生低24.8%（双学籍飞行员的类型三作业参与度 很低），说明他们在创造性的作业方面表现略低,这应该 与基础和学习习惯有一定关系,即喜欢完成规定性动作。双学籍飞行员学生的阶段测试的成绩与其他学 生均值相当,但其他学生成绩的分散性要明显高于双学 籍飞行员学生。2018级双学籍飞行员的材料力学期末卷面成绩 与上一届存在显著差异，本届成绩相较于上一届大幅提 高,这可能是由于疫情期间,有更充分的时间对知识进 行消化吸收整理，同时，延长答题时间对于提高他们的 成绩有显著效果，这验证了熟练程度是影响他们成绩的 重要因素。四、结论与建议通过以上分析，可得如下主要结论：总体来说，线上教学的方式中应包含教