“金課”建設(shè)背景下《理論力學(xué)》教學(xué)研究與實踐

桑永英 胡敏英 王澤河 李新領(lǐng) 王會強

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院 河北·保定 071000）

在2018年召開的新時代全國高等學(xué)校本科教育工作會議上，陳寶生部長第一次提出了“金課”概念，對大學(xué)生要有效增負，號召教師真正的把“水課”轉(zhuǎn)變成有深度、有難度、有挑戰(zhàn)度的“金課”。隨即教育部專門印發(fā)了《關(guān)于狠抓新時代全國高等學(xué)校本科教育工作會議精神落實的通知》，提出各高校要全面梳理各門課程的教學(xué)內(nèi)容，淘汰“水課”、打造“金課”，切實提高課程教學(xué)質(zhì)量①。為順應(yīng)時代發(fā)展的要求，作為機械類專業(yè)三大力學(xué)之一的《理論力學(xué)》課程在教學(xué)內(nèi)容和方法上必須進行改革。課程是人才培養(yǎng)的核心要素，人才的培養(yǎng)取決于課程建設(shè)的水平②。《理論力學(xué)》課程在機械類專業(yè)中是一門理論性較強的技術(shù)課，也是后續(xù)專業(yè)課的基礎(chǔ)。我們應(yīng)該借此機會，針對目前《理論力學(xué)》在課程建設(shè)中存在的問題，以金課建設(shè)標準為要求，積極探索理論力學(xué)教學(xué)改革方法和改進措施，增加《理論力學(xué)》教學(xué)的“含金量”，切實提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

1 金課的內(nèi)涵和特征

“金課”可以歸結(jié)為“兩性一度”：高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的課。

其一，高階性。就是知識、能力、素質(zhì)有機融合，是要培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的綜合能力和高級思維。在課程設(shè)計中，我們首先要確定教學(xué)目標，然后確定教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)活動。高階性的教學(xué)目標才能讓課程達到“金課”的要求。

其二，創(chuàng)新性。是指課程內(nèi)容要反映前沿性和時代性，教學(xué)形式呈現(xiàn)先進性和互動性，學(xué)習(xí)結(jié)果具有探究性和個性化。課程教學(xué)活動設(shè)計應(yīng)符合以學(xué)生為中心的課程教學(xué)改革方向，注重激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)志趣和潛能，增強學(xué)生的社會責任感、創(chuàng)新精神和實踐能力。在今天，老師們可以充分將信息技術(shù)與教育教學(xué)融合，課程應(yīng)用與課程服務(wù)相融通以適合在線學(xué)習(xí)、翻轉(zhuǎn)課堂以及線上線下混合式拓展性學(xué)習(xí)。有針對性地解決當前教育教學(xué)中存在的問題，充分利用和發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)教學(xué)優(yōu)勢，各教學(xué)環(huán)節(jié)充分、有效，滿足學(xué)生的在線學(xué)習(xí)的訴求，不是傳統(tǒng)課堂的簡單翻版。

其三，挑戰(zhàn)度。金課”相對于“水課”而言，就是對學(xué)生的考核要求提高了，不是在課堂中輕松學(xué)習(xí)就可以“混學(xué)分”的課程。而是課程有一定難度，考試有一定的挑戰(zhàn)度，而這個挑戰(zhàn)度的設(shè)計并非故意“刁難”學(xué)生，而是針對教學(xué)設(shè)計的目標分別設(shè)計相應(yīng)的考核要求及題目。

要打造《理論力學(xué)》金課，應(yīng)該充分重視課堂教學(xué)這一主陣地，利用好有限學(xué)時，努力營造好的課堂教學(xué)氛圍，始終堅持以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時做到豐富授課形式和授課內(nèi)容，合理運用好現(xiàn)代信息技術(shù)手段，比如雨課堂、學(xué)習(xí)通等線上教學(xué)平臺，落實《理論力學(xué)》課程的金課建設(shè)。

2 《理論力學(xué)》課程背景

2.1 課程性質(zhì)和特點

《理論力學(xué)》是研究物體的機械運動及物體間相互機械作用的一般規(guī)律的學(xué)科，理論性較強。該課程的任務(wù)是使學(xué)生初步學(xué)會應(yīng)用力學(xué)基本理論和基本方法來分析和計算從工程實際中簡化出來的力學(xué)模型，從而掌握解決工程實際問題的能力，同時培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力、抽象化能力、數(shù)字計算能力等科學(xué)素質(zhì)，為后續(xù)課程打下堅實的基礎(chǔ)。目前課程知識體系如圖1所示。

2.2 課程存在問題

理論力學(xué)對于很多學(xué)生來講是一門比較枯燥和難懂的課程，在同學(xué)們的印象中是比較難學(xué)的一門課程，其中比較突出的問題包含以下幾個方面。

（1）該課程理論性強，內(nèi)容抽象，比較難激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

（2）學(xué)生的學(xué)習(xí)處于被動的模式，學(xué)生課堂參與度不夠，師生交流不足，以至于問題越積越多，導(dǎo)致課堂教學(xué)質(zhì)量不高。

（3）課后作業(yè)練習(xí)少，大多數(shù)學(xué)生僅限于完成教師在課堂上布置的習(xí)題，導(dǎo)致考試成績不是很理想。

（4）課本上例題大部分具有工程背景，但同時缺乏與實際工程相結(jié)合，因此大部分學(xué)生的學(xué)習(xí)目標是如何應(yīng)對考試，導(dǎo)致知識面狹窄。

3 《理論力學(xué)》教學(xué)改革與實踐

針對當前理論力學(xué)課程存在問題，以金課建設(shè)為目標，為了提高理論力學(xué)課程含金量，提高教學(xué)質(zhì)量，在教學(xué)過程中提出以下教學(xué)改革的探索。

3.1 轉(zhuǎn)變教學(xué)理念

對于教學(xué)的傳統(tǒng)觀念是“教師把知識傳授給學(xué)生的過程”，這個過程是以教為中心，以老師為主體。這種單向的灌輸式教學(xué)模式其實偏離了教學(xué)的本質(zhì)的。那么教學(xué)的本質(zhì)是什么？簡單地說就是“教學(xué)生學(xué)”，教學(xué)生“樂學(xué)、會學(xué)、學(xué)會”工程認證的核心理念是以學(xué)生為中心，教師在進行教學(xué)設(shè)計和教學(xué)實施過程中，要以學(xué)生接受教育后所取得的學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，進行能力導(dǎo)向教育，因此教師的教學(xué)理念要以教師的“教”為中心向以學(xué)生的“學(xué)”為中心進行轉(zhuǎn)變，引導(dǎo)學(xué)生去主動思考問題，充分發(fā)揮學(xué)在學(xué)習(xí)中的自主性、能動性和創(chuàng)造性。

圖1：理論力學(xué)知識體系

圖2：《理論力學(xué)》混合式教學(xué)改革與實踐設(shè)計

3.2 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

由于課程本身難度較高，在目前64個學(xué)時的教學(xué)過程中不可能完成靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)所有知識的學(xué)習(xí)，不但是對任課教師如何把握講課速度與深度是一個很大的挑戰(zhàn)，更不能確保學(xué)生能夠?qū)W會、理解并應(yīng)用理論力學(xué)中的重點和難點知識。因此，在課程內(nèi)容方面要盡量做到優(yōu)化。

（1）講重點，少重復(fù)。比如對于靜力學(xué)部分的受力分析、摩擦和動力學(xué)部分機械能守恒等知識，與物理課程重復(fù)較多的知識點，在課程中盡量避開不講或者少講，而是重點講解理論力學(xué)體系下的知識內(nèi)容。

（2）重應(yīng)用，少推導(dǎo)。理論力學(xué)中定理多，公式多，不可能在有限的課堂學(xué)時內(nèi)把全部公式推導(dǎo)出來，比如在點的合成運動這一章節(jié)，在講解三種運動的概念和加速度合成定理時，可以重點講解定理在工程實踐中的應(yīng)用，減少繁瑣公式的推導(dǎo)過程，讓學(xué)生在解決工程案例過程中學(xué)到知識點，應(yīng)該可以達到事半功倍效果。

3.3 轉(zhuǎn)變教學(xué)模式

課程內(nèi)容不應(yīng)該僅僅局限在教材上，要充分利用線上慕課視頻、國家在線仿真平臺等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源。課程設(shè)計也不僅僅只包含PPT和板書，要充分利用動畫、視頻、聲音、文字等傳播媒介，這種線上線下混合式教學(xué)模式，使得教師可以全程“干預(yù)”學(xué)生學(xué)習(xí)的全過程。以章節(jié)為基本單位列出學(xué)生應(yīng)掌握的學(xué)習(xí)內(nèi)容及學(xué)習(xí)方式，以及課堂組織方式（如大班課程、小班討論等）。具體實施路徑如圖2所示。

3.3.1 課前發(fā)布

教師根據(jù)《理論力學(xué)》知識體系將課程分成靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)三個系統(tǒng)教學(xué)模塊。靜力學(xué)研究的是物體平衡時所受的力應(yīng)該滿足的條件，還研究物體受力的分析方法及力系簡化，但是沒有討論如果受到的力系平衡的話，剛體或者剛體系統(tǒng)將有什么樣的運動；運動學(xué)僅僅從幾何的角度來研究點或剛體的運動規(guī)律，比如軌跡、速度、加速度，而沒有研究引起運動的原因；動力學(xué)是把運動和它受到的力聯(lián)系起來，研究運動和受力之間的關(guān)系。所以三大模塊內(nèi)容互相關(guān)聯(lián)，有機結(jié)合。對重點和難點知識點可以借助網(wǎng)上優(yōu)質(zhì)的MOOC資源或者教師自己錄制相關(guān)視頻，便于學(xué)生重復(fù)觀看和學(xué)習(xí)。教學(xué)設(shè)計方面，教師在課前進行任務(wù)布置，提出問題和任務(wù)，讓學(xué)生帶著任務(wù)、有目的的進行預(yù)習(xí)，它是線上學(xué)習(xí)的引擎。對于學(xué)生而言，在課前先了解學(xué)習(xí)目標，了解學(xué)習(xí)中需要解決的問題并思考解決的方法，為線下課堂教學(xué)埋設(shè)學(xué)習(xí)需求。

3.3.2 課中實施

設(shè)置點名簽到系統(tǒng)，管理學(xué)生出勤信息，節(jié)約原先點名所浪費的時間。在課堂教學(xué)中，在關(guān)鍵知識點和難點設(shè)置問題搶答、必答等環(huán)節(jié)，如：靜力學(xué)中主矢、合力、摩擦角、摩擦自鎖的概念及應(yīng)用、空間任意力系四種簡化結(jié)果分析；運動學(xué)中剛體的平移和剛體的平面運動的區(qū)分、牽連運動和牽連點的定義、剛體平面運動中求速度的方法以及各自的優(yōu)點；動力學(xué)中剛體在不同運動形式下的動量矩、動能、慣性力的計算等，讓學(xué)生真正參與到教學(xué)環(huán)境中來，成為課堂教學(xué)的中心。同時根據(jù)平臺大數(shù)據(jù)實時分析結(jié)果，將學(xué)生沒有掌握或掌握得不理想的知識點進行重點分析，從而達到更好的教學(xué)效果。

3.3.3 課后鞏固

理論力學(xué)概念聽起來簡單，但題目難解。老師在學(xué)習(xí)通平臺上布置課后作業(yè)，學(xué)生可以通過移動平臺在線上交流，協(xié)同完成任務(wù)，并可以發(fā)布問題貼。教師可以在線答疑，實現(xiàn)隨時隨地教學(xué)，解決原先時間和空間上的不便，同時通過學(xué)生作業(yè)情況掌握本節(jié)課授課效果，以便實時調(diào)整教學(xué)進度和難易程度。

3.3.4 課程考核及評價

原課程規(guī)范中，理論力學(xué)的平時成績只占20%，期末測試成績占80%，其中平時成績是由課堂點名和隨堂作業(yè)組成，這種評價和考核形式非常注重期末考試。線上線下混合教學(xué)模式，教師可以根據(jù)學(xué)生課前預(yù)習(xí)情況、課堂參與度、課下任務(wù)完成情況以及平臺活躍度等課程教學(xué)過程中各個環(huán)節(jié)的考查，來客觀評價平時成績，注重對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的考核，減少以期末閉卷考試為主單一決定學(xué)生期末成績的弊端，使得學(xué)生的成績評價更加的多元化、合理化，有利于學(xué)生不斷調(diào)整學(xué)習(xí)態(tài)度，提高自我學(xué)習(xí)能力和自覺性。

3.3.5 教學(xué)活動延伸與拓展

教師通過學(xué)生在平臺上的綜合反饋，可以對學(xué)習(xí)有困難的學(xué)生進行單獨輔導(dǎo)和強化，解決他們學(xué)習(xí)中實際存在的困難。還可以挑選出優(yōu)秀的學(xué)生，進行課外提升。由于理論力學(xué)是很多高校機械專業(yè)的考研課程，對于這部分同學(xué)而言，需要對課堂內(nèi)容的深度和廣度進行提升。同時鼓勵優(yōu)秀的學(xué)生積極參加力學(xué)競賽和其他創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，提升邏輯思維以及綜合解決科學(xué)問題的能力。

4 結(jié)束語

在新工科建設(shè)的思想指導(dǎo)下，《理論力學(xué)》課程構(gòu)建“以學(xué)生為中心”線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式，來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；以課前自學(xué)、課堂討論、課后復(fù)習(xí)的方式使得學(xué)生從傳統(tǒng)的聽取變?yōu)橹鲃蛹橙『驼莆照n程知識，有效提高分析問題能力、解決問題的能力；增加實踐環(huán)節(jié)，促進學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、工程實踐能力和綜合素質(zhì)培養(yǎng)?！独碚摿W(xué)》課程改革是一個持續(xù)的探索過程，在這個過程中要不斷的更新教學(xué)理念，不斷進行教與學(xué)的改革實踐，打造“兩性一度”的《理論力學(xué)》課程，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

注釋

① https：//www.sohu.com/a/280162124_657974

② http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/moe_745/201811/t20181129_361868.html