理論力學(xué)混合式教學(xué)改革與實(shí)踐

鄒君 解江　

［摘 要］目前，我國(guó)教育教學(xué)將率先全面進(jìn)入線(xiàn)上教學(xué)與線(xiàn)下教學(xué)共存共生的時(shí)代。理論力學(xué)課程是高等院校力學(xué)相關(guān)專(zhuān)業(yè)中的核心專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，同時(shí)是后續(xù)多門(mén)專(zhuān)業(yè)課程的重要基礎(chǔ)。文章結(jié)合理論力學(xué)課程特點(diǎn)，分析了線(xiàn)下教學(xué)、線(xiàn)上教學(xué)的優(yōu)缺點(diǎn)，以培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)能力為導(dǎo)向，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、教學(xué)方式、考核方式等方面提出并實(shí)踐多項(xiàng)課程混合教學(xué)改革措施，以期為理論力學(xué)課程線(xiàn)上線(xiàn)下混合式教學(xué)改革提供參考。

［關(guān)鍵詞］理論力學(xué)；在線(xiàn)教學(xué)；混合式教學(xué)；主動(dòng)學(xué)習(xí)能力

［中圖分類(lèi)號(hào)］ G642 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 2095-3437（2023）04-0066-03

理論力學(xué)課程是眾多理工科專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，是一門(mén)對(duì)工程對(duì)象進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析的技術(shù)基礎(chǔ)課，在諸多工程技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。理論力學(xué)課程的任務(wù)是使學(xué)生掌握機(jī)械運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律及其研究方法，為后續(xù)有關(guān)課程的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。同時(shí)，要求學(xué)生應(yīng)用理論力學(xué)理論和方法分析解決一些簡(jiǎn)單的工程實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的建模、分析和工程應(yīng)用能力[1]。理論力學(xué)是一門(mén)經(jīng)典的力學(xué)課程，其體系與內(nèi)容已較為完善，但由于課程內(nèi)容比較抽象，學(xué)生學(xué)習(xí)較困難、不及格率偏高，難以實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

當(dāng)前，信息技術(shù)已經(jīng)改變了人們的工作和學(xué)習(xí)方式，在教學(xué)改革中將新技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)是建設(shè)一流課程的重要要求?！督逃筷P(guān)于加強(qiáng)“三個(gè)課堂”應(yīng)用的指導(dǎo)意見(jiàn)》指出，要積極促進(jìn)信息技術(shù)與教育教學(xué)融合應(yīng)用，探索信息化背景下育人方式和教研模式，推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+教育”發(fā)展[2]。線(xiàn)上教學(xué)方式靈活，具有很多線(xiàn)下教學(xué)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)的理論力學(xué)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段已難以滿(mǎn)足線(xiàn)上教學(xué)需求。此外，理論力學(xué)課程理論性較強(qiáng)，線(xiàn)上教學(xué)很難取得滿(mǎn)意的教學(xué)效果，線(xiàn)下教授仍是不可缺少的一環(huán)。因此，在加強(qiáng)“三個(gè)課堂”建設(shè)和線(xiàn)上教學(xué)大背景下，本文首先分析了理論力學(xué)課程的主要特點(diǎn)，隨后進(jìn)行了理論力學(xué)課程線(xiàn)上、線(xiàn)下教學(xué)的優(yōu)缺點(diǎn)分析，最后以學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展為中心，以培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)能力為導(dǎo)向，有針對(duì)性地提出并實(shí)踐了多項(xiàng)理論力學(xué)課程混合式教學(xué)改革措施。

一、理論力學(xué)課程主要特點(diǎn)分析

（一）教學(xué)內(nèi)容系統(tǒng)性較強(qiáng)

理論力學(xué)的理論體系和思維方法十分嚴(yán)密，具有較強(qiáng)的系統(tǒng)性和邏輯性，需要學(xué)生通過(guò)充分思考與練習(xí)才能理解和掌握相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。此外，不同章節(jié)之間的內(nèi)容相互關(guān)聯(lián)，且難度隨著課程教學(xué)進(jìn)度逐漸增加，綜合應(yīng)用較多。學(xué)生如果未及時(shí)掌握部分知識(shí)點(diǎn)，那么對(duì)后續(xù)課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)就很難跟上，不少學(xué)生因此中途選擇放棄[3-4]。與普通力學(xué)、大學(xué)物理等課程相比，該課程內(nèi)容更加抽象和復(fù)雜，部分學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中感到吃力、枯燥乏味，存在懼學(xué)、厭學(xué)的情緒。

（二）傳統(tǒng)教學(xué)方式比較單一

理論力學(xué)課程的傳統(tǒng)教學(xué)方式比較單一，典型的教學(xué)過(guò)程就是首先介紹概念，然后推導(dǎo)公式，最后學(xué)生做習(xí)題。由于概念介紹部分通常比較抽象，學(xué)生對(duì)其難以理解或重視不足。公式推導(dǎo)過(guò)程往往十分復(fù)雜，加上并非考試內(nèi)容，學(xué)生難以提起興趣。由于在習(xí)題、考試中大部分只用到推導(dǎo)的結(jié)論，學(xué)生熱衷采用刷題的方式通過(guò)期末考試，并沒(méi)有真正掌握相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，致使教學(xué)目標(biāo)難以實(shí)現(xiàn)。

（三）學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性不高

目前學(xué)生對(duì)理論力學(xué)學(xué)習(xí)普遍缺乏主動(dòng)性，教師難以培養(yǎng)學(xué)生的終身學(xué)習(xí)能力，主要原因是不同專(zhuān)業(yè)學(xué)生均采用相同的教材，教學(xué)內(nèi)容沒(méi)有與學(xué)生專(zhuān)業(yè)背景、日常生活相結(jié)合。教學(xué)內(nèi)容局限于經(jīng)典理論力學(xué)體系，導(dǎo)致學(xué)生視野不夠開(kāi)闊。

二、線(xiàn)上教學(xué)優(yōu)缺點(diǎn)分析

線(xiàn)上教學(xué)不受時(shí)間、空間限制，且教學(xué)內(nèi)容更加豐富、教學(xué)方式更加靈活。然而通過(guò)實(shí)踐與調(diào)研發(fā)現(xiàn)，由于理論力學(xué)課程自身的特點(diǎn)，其線(xiàn)上教學(xué)的效果很難達(dá)到與線(xiàn)下教學(xué)一樣。針對(duì)理論力學(xué)課程，以下從多個(gè)方面分析線(xiàn)上、線(xiàn)下教學(xué)的優(yōu)缺點(diǎn)，如表1所示。

三、理論力學(xué)混合式教學(xué)改革措施

“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代教學(xué)的基本要求是以學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展為中心[5]，從教師“傳授模式”向?qū)W生“學(xué)習(xí)模式”轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)能力，使學(xué)生的知識(shí)、能力和素質(zhì)獲得全面提升。由以上分析可知，理論力學(xué)課程采用單一的教學(xué)方式和工具難以實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。因此，結(jié)合理論力學(xué)課程線(xiàn)上、線(xiàn)下教學(xué)優(yōu)缺點(diǎn)，提出以下混合式教學(xué)改革措施。

（一）讓課堂內(nèi)容接地氣

1.與專(zhuān)業(yè)背景相結(jié)合

在教學(xué)內(nèi)容中增加與學(xué)生專(zhuān)業(yè)背景相關(guān)的內(nèi)容，有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使他們從“要我學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”。比如，面對(duì)空管應(yīng)用氣象學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)生，應(yīng)針對(duì)航空專(zhuān)業(yè)背景，結(jié)合動(dòng)畫(huà)，分析不同操縱面產(chǎn)生的力及其向重心的簡(jiǎn)化結(jié)果，并與產(chǎn)生的操縱效果聯(lián)系起來(lái)；可介紹計(jì)算流體力學(xué)在天氣預(yù)報(bào)中的應(yīng)用等。

2.與日常生活相結(jié)合

理論力學(xué)與生活息息相關(guān)。一些日常生活現(xiàn)象或技巧用理論力學(xué)解釋不僅生動(dòng)有趣，能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，還可培養(yǎng)學(xué)生正確的世界觀(guān)，使課堂所學(xué)知識(shí)的影響更加深遠(yuǎn)。比如，教學(xué)作用力與反作用力知識(shí)點(diǎn)時(shí)，可結(jié)合動(dòng)畫(huà)，通過(guò)受力分析與學(xué)生探討武俠小說(shuō)的功夫?yàn)槭裁词遣豢赡艿?；教學(xué)自然法描述點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)知識(shí)點(diǎn)時(shí)，可結(jié)合過(guò)山車(chē)向?qū)W生解釋密切面、法平面概念；教學(xué)質(zhì)點(diǎn)系相對(duì)于質(zhì)心的動(dòng)量矩定理知識(shí)點(diǎn)時(shí)，可與學(xué)生探討花樣滑冰、跳水運(yùn)動(dòng)員姿態(tài)控制背后的原理；教學(xué)剛體平面運(yùn)動(dòng)微分方程知識(shí)點(diǎn)時(shí)，可與學(xué)生探討在電影《流浪地球》中，讓地球停止自轉(zhuǎn)和加速前往木星的階段行星發(fā)動(dòng)機(jī)位置應(yīng)如何設(shè)計(jì)等?？梢?jiàn)，生活中處處皆力學(xué)，作為教師，在平時(shí)要注意搜集素材。無(wú)論是采用線(xiàn)上還是線(xiàn)下教學(xué)方式，生動(dòng)有趣的教學(xué)內(nèi)容都更容易吸引學(xué)生的注意力。

（二）豐富教學(xué)手段

1.靈活采用多種教學(xué)手段

多媒體教學(xué)、在線(xiàn)教學(xué)均可采用多種方法豐富教學(xué)內(nèi)容。如，教學(xué)抽象模型時(shí)可結(jié)合相關(guān)動(dòng)畫(huà)、視頻，使學(xué)生更易理解。又如，在講授動(dòng)量知識(shí)點(diǎn)時(shí)可播放鳥(niǎo)撞飛機(jī)、巨輪碰撞的視頻，以加深學(xué)生印象。此外，理論力學(xué)課程需要通過(guò)板書(shū)展示分析過(guò)程，在線(xiàn)教學(xué)可采用數(shù)位繪圖板等工具，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用能力。

2.充分利用在線(xiàn)教學(xué)優(yōu)勢(shì)

利用在線(xiàn)平臺(tái)有助于提高課堂效率，延長(zhǎng)學(xué)習(xí)時(shí)間、拓展學(xué)習(xí)空間。如，在交流群中推送相關(guān)文章、學(xué)習(xí)素材等，幫助學(xué)生理解課程內(nèi)容；鼓勵(lì)學(xué)生在交流群中提問(wèn)，與大家一起討論、解答；開(kāi)課前后將學(xué)習(xí)資源上傳到教學(xué)平臺(tái)。再如，借助“雨課堂”等平臺(tái)，通過(guò)在線(xiàn)答題及時(shí)掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況，進(jìn)而有針對(duì)性地講解和調(diào)整內(nèi)容，以提高學(xué)生的注意力。此外，通過(guò)在線(xiàn)教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生在課后還能重現(xiàn)教學(xué)過(guò)程，加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。

（三）豐富教學(xué)方式

1.重視概念教學(xué)

只有在充分掌握、理解概念的基礎(chǔ)上才能靈活運(yùn)用理論力學(xué)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。因此，要采用多種教學(xué)方式增強(qiáng)學(xué)生對(duì)概念的理解。在概念講解環(huán)節(jié)可增加通俗易懂、有趣的內(nèi)容，幫助學(xué)生理解相關(guān)概念。如，通過(guò)與學(xué)生探討如何跑得比高鐵快解釋速度合成概念；通過(guò)棒球棒與指針形狀之間的差異說(shuō)明轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的概念。此外，還可布置思考題與學(xué)生進(jìn)行課堂討論，以增強(qiáng)概念理解。

2.加強(qiáng)基本功練習(xí)

做習(xí)題是學(xué)生掌握理論力學(xué)知識(shí)的重要方式，也是較好的基本功練習(xí)方式。對(duì)于課堂練習(xí)，可隨機(jī)點(diǎn)名讓學(xué)生在黑板上展示分析過(guò)程，教師指導(dǎo)并監(jiān)督臺(tái)下學(xué)生動(dòng)筆練習(xí)，最后教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和講解。對(duì)于課后作業(yè)，可通過(guò)在線(xiàn)平臺(tái)布置，后臺(tái)可自動(dòng)分析學(xué)生做習(xí)題的數(shù)據(jù)，提高作業(yè)批改效率。當(dāng)然，也可采用傳統(tǒng)的方式布置計(jì)算分析題，以了解學(xué)生知識(shí)點(diǎn)掌握和應(yīng)用情況。

3.適度采用翻轉(zhuǎn)課堂

目前各學(xué)習(xí)平臺(tái)具有豐富的理論力學(xué)在線(xiàn)課程資源，對(duì)部分內(nèi)容采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，可實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)模式由“先教后學(xué)”向“先學(xué)后教”轉(zhuǎn)變。如，對(duì)于約束和約束力、剛體平面運(yùn)動(dòng)分解和自然法等較抽象、易混淆的概念型知識(shí)點(diǎn)，可讓學(xué)生提前學(xué)習(xí)在線(xiàn)資源，然后在課堂上講解、討論。翻轉(zhuǎn)課堂有助于學(xué)生完成知識(shí)吸收和有效內(nèi)化，幫助教師識(shí)別出難點(diǎn)內(nèi)容。值得注意的是，翻轉(zhuǎn)課堂對(duì)學(xué)生的自我約束能力和學(xué)習(xí)能力要求較高，需要結(jié)合學(xué)生情況適度采用。

（四）改進(jìn)考核方式

針對(duì)課堂上學(xué)生注意力不集中、期末突擊復(fù)習(xí)的現(xiàn)象，可采取全過(guò)程考核模式，增加平時(shí)成績(jī)比例。全過(guò)程考核包括課堂表現(xiàn)考核、作業(yè)考核、期末考試。課堂表現(xiàn)考核成績(jī)由主講教師根據(jù)出勤情況、在線(xiàn)平臺(tái)答題情況給出。課堂表現(xiàn)考核有助于教師實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和注意力。期末考試在總成績(jī)中所占比重應(yīng)相應(yīng)減少，以減輕學(xué)生“突擊考試”的心態(tài)[6]，促使學(xué)生注重平時(shí)積累的學(xué)習(xí)方式。

四、混合式教學(xué)模式實(shí)施評(píng)價(jià)

筆者選取2019級(jí)空管應(yīng)用氣象學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)生進(jìn)行了課程改革實(shí)踐，之后對(duì)學(xué)生進(jìn)行了訪(fǎng)談和調(diào)研，對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行了分析。在教學(xué)效果方面，將學(xué)生的專(zhuān)業(yè)背景和日常生活相結(jié)合，使課堂氣氛更加活躍，課堂互動(dòng)和“抬頭率”顯著增加；學(xué)生對(duì)理論力學(xué)的興趣增強(qiáng)，學(xué)生課后提問(wèn)明顯增多。通過(guò)加強(qiáng)學(xué)生的基本功練習(xí)，學(xué)生對(duì)課堂習(xí)題更加重視，課后抄作業(yè)現(xiàn)象減少，答題也更加規(guī)范。通過(guò)對(duì)部分內(nèi)容實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂，學(xué)生提問(wèn)深度明顯增加，課堂討論效果良好。

為分析混合式教學(xué)學(xué)習(xí)效果，將理論力學(xué)課程學(xué)習(xí)班級(jí)分為混合式教學(xué)組和傳統(tǒng)教學(xué)組。兩組的分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)如表2所示，各分?jǐn)?shù)段統(tǒng)計(jì)分析如圖1所示。從表2可見(jiàn)，混合式教學(xué)組的平均成績(jī)、優(yōu)秀率、不及格率均優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)組。從圖1可見(jiàn)，采用混合式教學(xué)成績(jī)良好以上的人數(shù)比例要優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)方式?？梢?jiàn)，采用混合式教學(xué)有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性，教學(xué)效果也更為顯著。

五、結(jié)語(yǔ)

在加強(qiáng)“三個(gè)課堂”建設(shè)和線(xiàn)上、線(xiàn)下教學(xué)共存共生背景下，文章探索了理論力學(xué)課程混合式教學(xué)模式的實(shí)踐。結(jié)合理論力學(xué)課程線(xiàn)上、線(xiàn)下教學(xué)的優(yōu)缺點(diǎn)，有針對(duì)性地提出并實(shí)踐多項(xiàng)理論力學(xué)混合式教學(xué)改革措施。具體而言，教學(xué)內(nèi)容上與學(xué)生的專(zhuān)業(yè)背景和日常生活相結(jié)合，教學(xué)手段上靈活采用多種教學(xué)手段和工具，教學(xué)方式上重視概念和基本功練習(xí)，并適度采用翻轉(zhuǎn)課堂提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，考核方式上采用全過(guò)程考核方式。理論力學(xué)課程混合式教學(xué)有助于培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)能力，使學(xué)生的知識(shí)、能力和素質(zhì)獲得全面提升。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

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［責(zé)任編輯：鐘 嵐］