王科盛，凌 丹

(電子科技大學(xué) 機(jī)械電子工程學(xué)院，成都 611731)

國(guó)外公開課資源在理論力學(xué)課堂教學(xué)中的探索

王科盛，凌 丹

(電子科技大學(xué) 機(jī)械電子工程學(xué)院，成都 611731)

國(guó)外名校公開課視頻風(fēng)靡網(wǎng)絡(luò)，對(duì)我國(guó)教育的理念和教育的模式形成了一定的沖擊，如何利用國(guó)外名校的網(wǎng)絡(luò)資源成為一個(gè)值得研究和探索的問題。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)公開課程在大學(xué)理論力學(xué)課堂教學(xué)中的實(shí)踐進(jìn)行探索,文中從分析大學(xué)課堂理論力學(xué)教學(xué)的問題入手，引入了麻省理工學(xué)院的網(wǎng)絡(luò)視頻公開課經(jīng)典力學(xué)的內(nèi)容。并對(duì)教學(xué)效果和教學(xué)體會(huì)進(jìn)行了分析和總結(jié)。

公開課; 理論力學(xué); 課堂教學(xué)；探索

近年來，國(guó)外一些名校公開課在國(guó)內(nèi)網(wǎng)上流行，其中不乏世界頂尖名校的大師級(jí)課程，許多知名網(wǎng)站為其開辟了專門的課程頻道。在有的門戶網(wǎng)站，公開課視頻專區(qū)成為視頻中回訪率最高的部分，甚至超過了影視劇，部分課程的點(diǎn)擊率超過千萬。不必考試，不用花錢，一臺(tái)電腦一根網(wǎng)線，鼠標(biāo)一點(diǎn)就能與全球最頂尖的學(xué)生一道，聆聽麻省、劍橋、哈佛等世界名校的名師傳道授業(yè)[1]。

國(guó)外名校公開課視頻風(fēng)靡網(wǎng)絡(luò)，對(duì)我國(guó)教育的理念和教育的模式形成了一定的沖擊，但這個(gè)沖擊究竟如何作用，能否被我國(guó)的教育工作者合理的利用還很少有相關(guān)的研究報(bào)道。網(wǎng)絡(luò)課程畢竟不同于課堂教學(xué)，受到時(shí)空的限制,所能起到的作用主要還是開闊視野和豐富學(xué)生的知識(shí)面。盡管國(guó)外名校的開放課程愈來愈受熱捧，漸成氣候，但國(guó)內(nèi)眾多高校以及遠(yuǎn)程教育網(wǎng)校都表示其仍難成主流，只是為國(guó)內(nèi)課程提供了借鑒而已[1]。

如此寶貴的資源如果合理地加以利用，在課堂教學(xué)中引入公開課內(nèi)容的精華部分，必定可以使得課堂教學(xué)的效果提升一個(gè)臺(tái)階，增加課堂教學(xué)的國(guó)際化元素，推進(jìn)課堂教學(xué)知識(shí)體系的更新，擴(kuò)大學(xué)生在相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)面和國(guó)際視野。因此，引入國(guó)外名校公開課在課堂教學(xué)中的探索具有重要的實(shí)際意義。

大部分網(wǎng)絡(luò)上的公開課資源是人文社科類課程。理工類公開課程主要是麻省理工學(xué)院所提供的各類專業(yè)公開課。1999年，麻省理工學(xué)院的教務(wù)長(zhǎng)布朗(Robert A. Brown)要求該校教務(wù)委員會(huì)提供關(guān)于麻省理工學(xué)院如何在遠(yuǎn)程和電子教學(xué)環(huán)境中定位的策略指導(dǎo)。該委員會(huì)提出“開放式課程網(wǎng)頁”(或稱開放式課件，open course ware，OCW)的概念，即建立一個(gè)大規(guī)模的、基于網(wǎng)絡(luò)的出版物，供全世界人們免費(fèi)使用，從2003年“開放式課程網(wǎng)頁”正式推出。至今，麻省理工學(xué)院已經(jīng)上線1 800多門課程[2]，為世界范圍內(nèi)對(duì)理工類學(xué)科感興趣的人們，提供了豐富的共享資源，也使得在地球的任何一個(gè)角落隨時(shí)隨地都可以聆聽大師們的講學(xué)。

本文主要討論網(wǎng)絡(luò)公開課程在理論力學(xué)課堂教學(xué)中的實(shí)踐探索,也特別地采用了麻省理工學(xué)院提供的網(wǎng)絡(luò)視頻公開課。但是在討論引入公開課之前，先分析我國(guó)理論力學(xué)教學(xué)存在的問題。

1 理論力學(xué)課堂教學(xué)存在的問題

國(guó)內(nèi)各高校理論力學(xué)教學(xué)各有特點(diǎn)，側(cè)重也有所不同，與歐美的教學(xué)體系和教學(xué)方式相比區(qū)別更為明顯。

從課程結(jié)構(gòu)安排來看，我國(guó)多數(shù)高校理論力學(xué)課程包括了靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)，知識(shí)體系比較完整，學(xué)生學(xué)習(xí)逐層深入。這種模式的缺點(diǎn)是課時(shí)安排比較緊張、各部分內(nèi)容介紹的深度和廣度受到限制，學(xué)生在課程后半段容易產(chǎn)生倦怠情緒，造成整個(gè)課程學(xué)習(xí)的頭重腳輕的現(xiàn)象。歐美高校通常把靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分開，單獨(dú)設(shè)立相應(yīng)的課程。相比而言，每個(gè)知識(shí)體系中所涉及的知識(shí)深度和廣度也就會(huì)比較全面和具體。課程的知識(shí)跨度變小，學(xué)生在學(xué)習(xí)上也不易產(chǎn)生倦怠的情緒。

從課堂教學(xué)方法上來看，我國(guó)的課堂教學(xué)主要以填灌式的教學(xué)為主，當(dāng)然也不乏各種創(chuàng)新和新方法的引入[3]。通常的模式是教師在課堂上講題，學(xué)生在下面緊跟教師的思路學(xué)習(xí)如何解題，這樣培養(yǎng)出來的學(xué)生多數(shù)是具有解決復(fù)雜習(xí)題的能力，但缺乏對(duì)實(shí)際問題的分析和解決的能力。麻省經(jīng)典力學(xué)課程教學(xué)過程中，在課堂中提出問題，分析實(shí)際問題，搭建巧妙的實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)在解決問題和發(fā)現(xiàn)問題中學(xué)習(xí)成為一種主要的知識(shí)傳授手段。

從教學(xué)資源上看，我國(guó)的多數(shù)高校所采用的理論力學(xué)課本經(jīng)過多年的更新和補(bǔ)充，在各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的剖析和說明上愈臻完美，在課后習(xí)題的補(bǔ)充上也越來越全面。然而，與國(guó)外相應(yīng)課程所采用的課本相比，我國(guó)的課本有一個(gè)突出的特點(diǎn)就是理論性很強(qiáng)，習(xí)題中以實(shí)際問題為切入點(diǎn)的題目相對(duì)較少。而國(guó)外課本上的習(xí)題，則多來自實(shí)際問題，多附有相應(yīng)的實(shí)際情況結(jié)構(gòu)圖，需要學(xué)生首先分析實(shí)際情況然后選取相應(yīng)的理論，解決實(shí)際的問題。學(xué)生在習(xí)題的練習(xí)中培養(yǎng)的是對(duì)實(shí)際問題的分析和提煉的能力，而不是確定題型的解題能力。

從教學(xué)模式上來看，我國(guó)許多高校理論力學(xué)教學(xué)仍然沿用若干年的傳統(tǒng)模式，以課堂教學(xué)為主和實(shí)驗(yàn)課程為輔。而國(guó)外的高校在力學(xué)類課程設(shè)置中會(huì)在課堂中引入各種實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中總結(jié)理論和規(guī)律，同時(shí)要求學(xué)生自行設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一些簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)作為其完成課程學(xué)習(xí)的重要組成部分，突出培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。

綜上所述，理論力學(xué)課堂教學(xué)還需要進(jìn)行許多的改革。在課程安排上，需要建立合理的理論力學(xué)知識(shí)跨度，調(diào)整各部分知識(shí)內(nèi)容的授課比例。在課堂教學(xué)模式上，課堂中需要增加提出問題、分析問題和解決實(shí)際問題的授課方式，改變傳統(tǒng)的填灌式講授習(xí)題的教學(xué)方法。在引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)方式上，應(yīng)改變傳統(tǒng)的以習(xí)題為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)方式，增加培養(yǎng)學(xué)生自主性分析和解決實(shí)際問題的學(xué)習(xí)模式。

2 網(wǎng)絡(luò)資源公開課的利用

理論力學(xué)課堂教學(xué)需要諸多方面的改革，其中最突出的是改變傳統(tǒng)的填灌式教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新的意識(shí)。改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式需要花費(fèi)相當(dāng)?shù)木θジ淖兘虒W(xué)思路，改善教學(xué)實(shí)驗(yàn)硬件，提高教師的教學(xué)素質(zhì)。利用網(wǎng)絡(luò)視頻公開課資源，把世界級(jí)的大師請(qǐng)到課堂里來，參與到我們的課堂教學(xué)環(huán)節(jié)當(dāng)中，以最小的代價(jià)獲得豐厚的成果。

以麻省理工學(xué)院經(jīng)典力學(xué)課程為例[4]。首先，該課程并非傳統(tǒng)的理論力學(xué)或工程力學(xué)課程，其課程涵蓋了力學(xué)的各個(gè)分支，可以成為多門課程的共享資源?？梢猿浞掷闷渲欣碚摿W(xué)部分的內(nèi)容。其次，該課程制作了多個(gè)課堂實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，如：小球拋射軌跡實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、氣動(dòng)懸浮楔形塊平臺(tái)、摩擦斜面平臺(tái)、液態(tài)阻尼實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、小球拋射射擊平臺(tái)等。如何把每個(gè)實(shí)驗(yàn)與力學(xué)理論簡(jiǎn)單明了地傳遞給學(xué)生，需要教師多年的積淀和對(duì)問題的深入理解與分析。視頻公開課把這一切都整合在了短短的幾十分鐘的時(shí)間里面，為課堂教學(xué)提供了一個(gè)生動(dòng)而豐富的資源。任課教師只需要提前觀看公開課，根據(jù)課堂教學(xué)的進(jìn)度和內(nèi)容，把最適合課堂播放的部分有針對(duì)性地選擇出來應(yīng)用在課堂教學(xué)當(dāng)中。這不但節(jié)省了制作課堂實(shí)驗(yàn)教具所需要的時(shí)間和費(fèi)用，而且充分利用了國(guó)外頂級(jí)大師對(duì)一些關(guān)鍵問題的闡述，能夠改善課堂教學(xué)中對(duì)一些關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)效果，而且能夠提高教師在教學(xué)方式和教學(xué)內(nèi)容上的認(rèn)識(shí)。

麻省理工學(xué)院經(jīng)典力學(xué)公開課的主講教師是力學(xué)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)泰斗Prof. Walter Lewin，在力學(xué)、物理學(xué)和天文學(xué)方面均有很深的造詣，他的授課可以非常嫻熟地把各種知識(shí)有機(jī)地柔和在一起，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和分析問題的能力。例如：對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在影響定軸轉(zhuǎn)動(dòng)速度問題上的分析，他對(duì)天文學(xué)超新星的形成和實(shí)際觀測(cè)結(jié)果與行星轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的聯(lián)系進(jìn)行了深入淺出的討論，使得學(xué)生對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的概念有了更為深入的理解，同時(shí)增加了對(duì)天文學(xué)的興趣。這些內(nèi)容是普通課堂教學(xué)過程中很難達(dá)到的課堂教學(xué)效果，對(duì)教授者學(xué)術(shù)底蘊(yùn)的要求非常之高。而通過在理論力學(xué)課堂上引入公開課視頻資源，就可以輕松地達(dá)到相應(yīng)的效果。任課教師只需要把視頻課程的內(nèi)容與教學(xué)內(nèi)容結(jié)合分析，深入理解大師的教學(xué)思路，強(qiáng)調(diào)和突出課程要求學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)與視頻公開課的結(jié)合之處，就可以使課堂教學(xué)效果達(dá)到一個(gè)新的層次。

3 教學(xué)內(nèi)容的選擇及實(shí)施

本文針對(duì)理論力學(xué)課程兩個(gè)教學(xué)知識(shí)點(diǎn)，嘗試引入麻省理工學(xué)院經(jīng)典力學(xué)公開課的網(wǎng)絡(luò)資源。

3.1 摩擦斜面實(shí)驗(yàn)及摩擦知識(shí)擴(kuò)展公開課

摩擦是靜力學(xué)部分單獨(dú)的一節(jié)，與前后知識(shí)的關(guān)聯(lián)并不十分緊密，在教學(xué)過程中很容易流于膚淺而一筆帶過，學(xué)生在學(xué)習(xí)結(jié)束后會(huì)覺得大學(xué)的內(nèi)容與高中類似，沒有什么特別的印象。因此，在理論力學(xué)摩擦課堂教學(xué)中引入了15 min麻省理工學(xué)院經(jīng)典力學(xué)公開課中關(guān)于摩擦角斜面實(shí)驗(yàn)和摩擦擴(kuò)展性知識(shí)的介紹[4]。

在公開課視頻中，摩擦斜面實(shí)驗(yàn)使學(xué)生在課堂上直觀地理解摩擦角的概念。摩擦角是學(xué)生在大學(xué)階段接觸的新概念，采用真實(shí)實(shí)驗(yàn)的視頻材料可以有效地強(qiáng)化對(duì)概念的理解。傳統(tǒng)的教學(xué)對(duì)摩擦的擴(kuò)展性知識(shí)多采用引述工程實(shí)例為主，學(xué)生可以輕易地獲得相關(guān)的知識(shí)，而對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)卻缺少力度。而麻省理工學(xué)院經(jīng)典力學(xué)課程對(duì)這一部分內(nèi)容從氣動(dòng)懸浮減小摩擦的角度對(duì)摩擦的本質(zhì)進(jìn)行了新穎的描述。通過馬戲團(tuán)跳蚤拖拉懸浮在快速流動(dòng)著的空氣層上的書本這樣一個(gè)趣味性馬戲演示，轉(zhuǎn)換學(xué)生對(duì)傳統(tǒng)摩擦問題的思維模式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索的精神，從而達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果。因此，這部分內(nèi)容，作為嘗試引入到了實(shí)際的教學(xué)環(huán)節(jié)當(dāng)中。

3.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)速度分解與合成公開課

速度的分解與合成是運(yùn)動(dòng)學(xué)教學(xué)當(dāng)中一個(gè)重要的部分。傳統(tǒng)的教學(xué)通常只是在數(shù)學(xué)公式分析的層面上進(jìn)行分析，學(xué)生對(duì)速度分解過程的理解并不深刻。在教學(xué)中，將麻省理工學(xué)院經(jīng)典力學(xué)課程中關(guān)于速度分解的實(shí)驗(yàn)引入到了課堂教學(xué)當(dāng)中[4]，實(shí)驗(yàn)是彈射小球射擊自由落體小猴子的趣味性實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證在豎直方向上小球的自由落體效應(yīng)與猴子的自由落體效應(yīng)一致，使學(xué)生深入體會(huì)一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的拋物線運(yùn)動(dòng)可以分解成不同方向運(yùn)動(dòng)的合成過程。Prof. Walter Lewin通過風(fēng)趣幽默的解釋以及服裝和道具的聯(lián)合應(yīng)用，把學(xué)生帶領(lǐng)到一個(gè)叢林捕獵的場(chǎng)景當(dāng)中，把理論知識(shí)在詼諧幽默的氣氛當(dāng)中傳達(dá)得淋漓盡致，給學(xué)生留下難忘的印象。因此，在本學(xué)期的課堂教學(xué)當(dāng)中這部分內(nèi)容也作為試點(diǎn)引入到了課堂教學(xué)當(dāng)中。

4 教學(xué)效果分析

我們?cè)陔娮涌萍即髮W(xué)理論力學(xué)課堂教學(xué)當(dāng)中引入了上述兩個(gè)公開課視頻資源，通過與學(xué)生的交流及課堂教學(xué)的體會(huì),現(xiàn)對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行如下分析：

(1)通過引入視頻公開課，增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在觀看完摩擦部分公開課材料后學(xué)生立刻發(fā)起了討論，對(duì)下一屆大學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)大賽的項(xiàng)目提出了自己的大膽設(shè)想。

5 應(yīng)注意的問題

(1)公開課材料的選擇與課堂教學(xué)內(nèi)容的銜接至關(guān)重要。公開課的課程安排和進(jìn)度有其自己的節(jié)奏，并不一定所有部分都適合課堂播放。要求任課教師提前仔細(xì)觀看視頻材料，截取合適的部分輔助教學(xué)。例如，在講述摩擦角概念的時(shí)候，枯燥的數(shù)學(xué)分析顯得蒼白無力，而輔助以摩擦斜面實(shí)驗(yàn)，就把整個(gè)問題活靈活現(xiàn)地展現(xiàn)給學(xué)生，使整個(gè)課堂教學(xué)效果明顯改善。

(2)許多視頻公開課采用的是英語，雖然有中文字幕的翻譯，還是要考慮到中國(guó)學(xué)生的語言領(lǐng)會(huì)能力，在播放視頻材料前先做個(gè)簡(jiǎn)短的介紹，播放后再做個(gè)簡(jiǎn)短的總結(jié)，效果會(huì)更為理想。例如，在本學(xué)期引入運(yùn)動(dòng)分析與合成的公開課過程中，由于沒有事先給學(xué)生大致講解其中的內(nèi)容，有些學(xué)生在聽課的過程中就不能完全把握視頻課程的內(nèi)容。但是，在觀看結(jié)束后，教師對(duì)整個(gè)視頻內(nèi)容進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)同學(xué)們的理解就產(chǎn)生了重要的作用。同時(shí)，在試驗(yàn)教學(xué)中也發(fā)現(xiàn)，公開課視頻由于具有其獨(dú)自的教學(xué)進(jìn)度，與理論力學(xué)教學(xué)的實(shí)際教學(xué)進(jìn)度和教學(xué)內(nèi)容都有許多的差異。因此，并不能作為教學(xué)的主體內(nèi)容，不宜選用過長(zhǎng)的材料，本學(xué)期的公開課視頻采用10～15min的長(zhǎng)度，教學(xué)的效果比較理想。

6 結(jié)束語

在理論力學(xué)課堂中引入公開課資源的實(shí)踐表明,公開課可以明顯提高學(xué)生對(duì)《理論力學(xué)》的學(xué)習(xí)興趣。對(duì)教師來說,引入公開課內(nèi)容的可操作性、選擇的靈活性都比較強(qiáng)。教師可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的變動(dòng)，選擇最合適的部分服務(wù)于課堂教學(xué)。充分利用網(wǎng)絡(luò)公開課資源，對(duì)提高理論力學(xué)課堂教學(xué)效果可以產(chǎn)生積極的推動(dòng)作用，繼續(xù)深入地利用網(wǎng)絡(luò)資源,鼓勵(lì)一線教學(xué)教師對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源授課經(jīng)驗(yàn)的共享和交流,對(duì)提高理論力學(xué)課堂教學(xué)效果具有重要的實(shí)際意義。

感謝:電子科技大學(xué)教育教學(xué)改革重點(diǎn)項(xiàng)目資助。

[1]史傳統(tǒng). 國(guó)外公開視頻課風(fēng)靡網(wǎng)絡(luò)[J]. 教育,2011(11):36.

[2]任帥. 視頻公開課改變學(xué)習(xí)方式[J]. 中國(guó)教育網(wǎng)絡(luò), 2012(3):55-58.

[3]郭易圓, 彭慧蓮, 王琪. 理論力學(xué)探究型教學(xué)模式的探索與實(shí)踐[J]. 力學(xué)與實(shí)踐, 2011(3):70-72.

[4]網(wǎng)易公開課.麻省理工學(xué)院《經(jīng)典力學(xué)》.[EB/OL].[2014-1-16].http://v.163.com/special/opencourse/classicalmechanics.ht ml.

Discussion of Open Course Resources to the Classroom Teaching of Theoretical Mechanics

WANG Kesheng, LING Dan

(School of Mechatronics Engineering， University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 611731, China)

The open course resources are widely available in internet. The impact of this new teaching material to our country’s teaching method becomes a valuable research area for the improvement of teaching effect. This paper is to discuss the effects of this new educational method to the classroom teaching of mechanics. First, a brief discussion on the challenges of mechanics in education is reviewed. Further, a discussion of using MIT open course material-classical mechanics, to real class room teaching is discussed. The teaching effects and experience are finally summarized.

open course; theoretical mechanics; classroom teaching

2013-11-13；修改日期: 2014-02-12

電子科技大學(xué)“985工程”之“優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)支持計(jì)劃(本科生)”子計(jì)劃(A1098521-044)。

王科盛(1978-)，男，博士，副教授，研究方向：振動(dòng)力學(xué)、故障診斷。

G642.0；O31

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.06.033