“互聯(lián)網+”背景下理論力學課程教學優(yōu)化與創(chuàng)新思維培養(yǎng)

花海燕 林華

[摘 要]文章針對機械類專業(yè)應用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標，提出“互聯(lián)網+”背景下面向機械創(chuàng)新思維培養(yǎng)的理論力學課程教學模式優(yōu)化策略，設計了四維度教學內容組織結構，采取由“教師主動、師生互動”向“學生主動、教師導向”拓展的教學模式改革方案并應用于教學實踐。學生利用網絡教學資源，開展知識拓展學習以及工程實踐與創(chuàng)新活動，增加了學習的自由度，提高了自主學習與實踐創(chuàng)新的能力。文章還通過教學目標達成度分析，總結教學模式持續(xù)改進的方向。

[關鍵詞]應用型創(chuàng)新人才；創(chuàng)新思維；教學模式；自主學習；導向教學

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）11-0008-05

○、引言

理論力學是機械專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎課，其知識滲透到后續(xù)的專業(yè)學習和工作之中，在機械產品設計研發(fā)中起著重要作用。但理論力學課程教學效果不理想的現象在許多高校中普遍存在。隨著學生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)需求的發(fā)展，許多高校紛紛出現了壓縮專業(yè)基礎課程學時、增加實踐課程的情況，這無疑給理論力學課程教學帶來了更大的挑戰(zhàn)，如何與時俱進地優(yōu)化教學模式，提高教學效果，成為理論力學課程教學必須面對的問題。

通過對理論力學及同類型課程的教學改革現狀進行分析與歸納發(fā)現，改革著眼點主要集中在以下兩個方面：（1）合理編排并豐富教學內容。理論力學課程內容多，如何更緊湊地編排并豐富教學內容，是教學改革的重要著眼點之一。對課程的知識結構體系進行編排重組[1]，騰出學時用以增加工程案例、科研前沿問題等力學專題[2]，通過激發(fā)學生學習興趣的方式提高教學效果。（2）改變刻板的教學模式，豐富教學手段。教師課堂面授為主的教學模式往往使學生被動接收信息，出現理論知識應用能力差、面對工程問題無從下手的現象。開展翻轉課堂[3]，采用自主學習與翻轉課堂相結合的混合教學模式[4]，甚至采取多種教學模式混合的方法[5]，提高學生在教學中的參與度，以此改善教學效果。

隨著“互聯(lián)網+”時代的到來，推進網絡精品課程建設，利用網絡資源促進學生個性化學習，成為教學模式發(fā)展新趨勢[6-7]。在此時代背景下，筆者以機械類專業(yè)應用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)為目標，實施理論力學課程的教學模式優(yōu)化與教學實踐。

一、理論力學課程問卷調查與問題剖析

（一）理論力學課程學生學習體會問卷調查

切實把握學生的學習體會與需求是教學模式優(yōu)化的首要任務，也是設計教學環(huán)節(jié)，選擇教學手段和方法的重要依據。為了使理論力學課程教學更契合人才培養(yǎng)目標，筆者通過網絡發(fā)布調查問卷，在本院已學過和正在學習理論力學課程的學生中進行問卷調查，回收有效問卷134份，現將其中的關鍵性問題調查結果歸納如下。

1.課程學習難易體會與教學過程存在問題調查

針對理論力學課程教學效果達成度不高的現象，對學生課程學習難易體會和學習難點進行調查，調查結果如圖1、圖2所示。調查發(fā)現，對于該課程理論內容，僅有11.19%的學生認為學習輕松；69.4%的學生感覺略有難度，對部分理論知識理解不夠透徹；14.93%的學生感到后階段學習較有難度；4.48%的學生則認為從剛開始學習就很吃力。針對教學過程中的存在問題，高達41.79%的學生認為缺乏實驗和實踐環(huán)節(jié)，工程案例太少，學了理論卻不知如何應用于工程實際；有26.87%的學生認為內容多，學時短，上課講授進度快，是造成課程難以理解、吸收的主要原因；而有14.93%的學生認為課程內容太抽象是主要難點。

2.課程學習期望調查

針對“通過學習理論力學，最期望得到什么收獲？”問題，調查結果見圖3所示。學生選擇“B.最希望能熟練運用理論力學知識分析及求解工程實際問題”選項最多，占48.51%，其次是選擇“A.最希望能較好掌握理論知識、各種定理、公式推導，為后續(xù)專業(yè)學習打下更堅實的基礎”選項的占39.55%，選“C.最希望能掌握力學分析軟件的應用”選項的占11.94%。這說明大多數學生更重視工程實踐的力學問題分析，而不是單純的軟件應用方法。

針對“如果增加理論力學互聯(lián)網學習環(huán)節(jié)，最期望增加以下哪個模塊？”問題，調查結果見圖4所示。結果顯示，對“課程習題與模擬卷”“工程實踐案例”“創(chuàng)新實踐”和“實驗視頻與虛擬實驗仿真觀摩”四個方面的期望人數比較接近，其中29.85%的學生最期望增加“工程實踐案例”，僅比最低比例的“創(chuàng)新實踐”高7.46%?？梢?，在優(yōu)化教學模式時，有必要從滿足學生的不同需求出發(fā)，進行教學方法和內容結構的設計。

3.工程案例教學環(huán)節(jié)與教學方法期望調查

針對“如果增加工程案例教學環(huán)節(jié)，最希望增加哪類型教學內容和采用哪種教學方式？”問題，其調查結果分別見圖5和圖6所示。

由圖5、圖6可見，“工程案例虛擬仿真實踐”相對而言是學生比較感興趣的環(huán)節(jié)，53.73%的學生有參與案例實踐的意愿，但比較期望以小組的形式開展，而有17.16%的學生期望以個人為中心的實踐與自我表現。

（二）理論力學課程現存教學問題剖析

通過分析學生的問卷調查結果，結合近年來任課班級該課程的達成度以及國內高校理論力學課程改革發(fā)展現狀，總結教學過程中存在的問題和學生的薄弱環(huán)節(jié)，提出理論力學教學模式優(yōu)化方向：（1）以應用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)為目標的教學內容組織結構優(yōu)化。培養(yǎng)高素質應用型創(chuàng)新人才是應用型本科高校當前的發(fā)展目標，需建立與該目標相適應的教學內容組織結構。（2）課程理論性強，工程實踐性鮮明，應增加學生在教學中的參與度。作為應用型本科高校，應更加重視學生工程實踐與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，進行教學環(huán)節(jié)、教學方式的優(yōu)化。（3）學生與教師在教學環(huán)節(jié)中的主體與角色應多元化發(fā)展。學生在教學中主體地位的提高日益受到重視，但不能極端化地顛覆教師在教學中的主導作用，應尋求兩者之間的平衡點。提倡發(fā)展多元化的教學環(huán)節(jié)，既發(fā)揮教師的主導作用，確保理論知識傳授的系統(tǒng)性，又要充分發(fā)揮學生的主觀能動性，滿足學生的不同需求。

二、面向創(chuàng)新思維培養(yǎng)的教學優(yōu)化

（一）四維度教學內容組織結構設計

采取“教學形式多樣化、教學內容可配置”的差異教學方式，在不增加課堂面授課時情況下，以發(fā)展學生自學能力、分析解決問題能力和創(chuàng)新思維能力，滿足不同程度學生需求為目標，制定“1+3”四維度教學內容組織架構，如圖7所示，包含“1個維度”限定課時的面授內容和“3個維度”不限課時的“互聯(lián)網+自主學習實踐”。

第一維度：面授基礎層。課堂面授采取“模塊化”的形式，面授理論力學課程中靜力學、運動學和動力學的基本概念、基本定理、基本方法、典型例題/案例等內容。

第二維度：互聯(lián)網+鞏固拓展層。與第一維度比較，這一維度有明顯的學習“自主性”培養(yǎng)特性。學生自主選取薄弱環(huán)節(jié)或感興趣的內容，進行習題鞏固、知識片段拓展強化、工程案例專題學習和力學仿真技能學習。

第三維度：工程實踐層。與前兩個維度相比，這一維度有明顯的學習“實踐性”培養(yǎng)特性，以實踐培養(yǎng)為主，兼顧創(chuàng)新培養(yǎng)。該維度包含“案例分析實踐”和“虛擬仿真分析”這兩個教學模塊，一方面培養(yǎng)學生的文獻閱讀與復雜工程問題剖析能力，另一方面引入虛擬仿真技術，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力和力學仿真的實踐能力。

第四維度：創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)層。與第三維度比較，這一維度除了自主學習與實踐能力培養(yǎng)外，有明顯的學習“創(chuàng)新性”培養(yǎng)特性。將有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意愿的學生進行分組培育，圍繞創(chuàng)新大賽或創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目主題，開展創(chuàng)新設計、虛擬建模與力學仿真分析、制作實物模型、參與創(chuàng)新競賽等活動。

為避免學生學習的盲目性，創(chuàng)建了理論力學知識網絡拓撲引導圖，不僅便于學生了解本課程知識點之間的關系，還可為學生自主學習提供引導。整個教學內容組織結構，既確保學生能夠掌握力學基礎知識，又兼顧學生專業(yè)、個人特性需求，體現了個性化的特征，學生可根據自身興趣、能力和基礎的不同選擇不同的內容，使其個人的特長與主觀能動性得以發(fā)揮，從而實現力學理論與機械創(chuàng)新思維的交叉與相互促進，使知識得到回溯鞏固，提高學生學習效果。

（二）由“教師主動、師生互動”向“學生主動、教師導向”拓展的教學模式改革

改變以教師面授為主的單調教學模式，在確保系統(tǒng)性理論教學的前提下，提高學生參與度，推動學生思維創(chuàng)新，提高學生工程應用與創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)，是本次理論力學課程教學模式改革的重要著眼點。為此，制定了“教師主動、師生互動”向“學生主動、教師導向”拓展的多元化教學環(huán)節(jié)，如圖8所示。整個教學過程包含四個教學環(huán)節(jié)，對應“1+3”四維度教學內容?！罢n堂面授”采用“教師主動、師生互動”模式，其余環(huán)節(jié)均采用“學生主動、教師導向”模式。

一是課堂面授。課堂教學確保了理論知識的系統(tǒng)傳授，包括傳授新知識和鞏固知識兩個子環(huán)節(jié)。為了使學生更明確學習對象和目標，在面授的導入環(huán)節(jié)增加了“引導圖導入”，通過“知識網絡拓撲引導圖”，使學生明確當前授課環(huán)節(jié)以及與已學知識點的關聯(lián)，再結合“工程案例導入”“問題導入”等方式，多元化引入授課內容。教師在該環(huán)節(jié)中占據主導地位，師生之間通過課堂互動進行交流，通過習題討論鞏固知識。

二是鞏固拓展。鞏固拓展環(huán)節(jié)是以學生占據主體地位、教師起導向作用的線上教學環(huán)節(jié)。學生在線上自主學習時，根據教師編制的“知識網絡拓撲引導圖”進行學習，師生之間通過網絡留言和實時交流方式進行互動討論。

三是工程實踐。為了培養(yǎng)學生的工程問題分析與理論應用能力，實質性地改變教學內容與科技發(fā)展脫節(jié)的現狀，采取“線上線下”相結合的方式，進行工程案例分析實踐和虛擬仿真分析實踐。工程案例分析實踐環(huán)節(jié)以學生個體為單位，進行復雜工程實際案例中的力學問題剖析并撰寫分析報告；虛擬仿真分析環(huán)節(jié)則以小組形式開展，教師引導學生認知已有設計特征，舉一反三，通過產品機構結構特征分析與繁衍創(chuàng)新、虛擬樣機建模、力學仿真與問題剖析等教學活動，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維，提高學生的實踐能力。

四是創(chuàng)新活動。為培養(yǎng)符合社會需求的高素質應用型創(chuàng)新人才，在教學過程中，以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目或者創(chuàng)新競賽為契機，由教師進行創(chuàng)新引導與項目培育。采取線上線下相結合的方式，進行創(chuàng)新設計與實踐，解決其中的力學問題，并通過撰寫專利和科技論文，參加創(chuàng)新大賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，鍛煉學生的綜合素質。

三、創(chuàng)新思維培養(yǎng)策略及實施效果分析

（一）創(chuàng)新思維培養(yǎng)實施方案

在理論力學課程教學中實施多元化教學環(huán)節(jié)，通過“工程案例創(chuàng)新實踐”和“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”這兩個環(huán)節(jié)培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維。

1.“工程案例創(chuàng)新實踐”環(huán)節(jié)實施方案

面向教學班全體學生，采取“教師引導—學生課后實踐—回歸課堂”的實施策略，實施流程如圖9所示。教師在網絡發(fā)布典型工程案例，讓學生了解理論力學在機械工程中的應用和工程虛擬仿真方法，并擬定若干機械工程案例問題，組織學生選題，引導學生思考；學生根據選題，以個人為單位進行案例分析實踐，剖析復雜工程中的力學問題并提出解決方案，或以小組的形式進行“虛擬仿真分析”，實現結構創(chuàng)新與力學仿真對比論證；最后回歸課堂展示實踐結果和答辯。

2.“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”環(huán)節(jié)實施方案

教師對有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意愿的學生進行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)組隊培育，實施流程如圖10所示。首先，教師指導學生進行創(chuàng)新活動選題，學生通過互聯(lián)網查閱文獻與資料，而后進入“腦力激蕩”環(huán)節(jié)，引導學生在一定時間內就所選題目進行創(chuàng)新性思考，大膽提出構想，尋找創(chuàng)新突破口與解決方案。在確定方案后，學生自主進行創(chuàng)新設計、建模、力學分析、實物制作，實現從產品設計到制造過程的系統(tǒng)性實踐。最后，學生參與相關創(chuàng)新競賽或創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，并撰寫設計說明書、專利和論文等。

希望通過上述實施方案，使學生提高自主學習與創(chuàng)新的積極性，促進思維創(chuàng)新，增強問題探索與解決能力及團隊協(xié)作能力等。因此，制定了工程實踐與創(chuàng)新能力評價指標見表1所示，“互聯(lián)網+”自主學習能力評價指標見表2所示。

（二）創(chuàng)新思維培養(yǎng)策略實施效果分析

以機械類專業(yè)121個學生組成的30個小組為評定對象，其中包含2個創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)小組。設定折疊式機械、伸縮式機械和多桿系統(tǒng)這3個主題，開展“工程案例創(chuàng)新實踐”和“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”環(huán)節(jié)教學。按表1進行工程實踐與創(chuàng)新能力評價，每個指標的達成度均以百分制計，評價結果見圖11所示。

通過“工程案例創(chuàng)新實踐”環(huán)節(jié)，對學生虛擬樣機建模技能和力學仿真分析技能培養(yǎng)的達成度達到良好以上的組數較多，效果比較理想。設計創(chuàng)新性指標達成度80分以上達到10個小組，但仍有10個小組創(chuàng)新較少，有待持續(xù)增強。而對于力學問題的剖析深度與對比分析論證能力培養(yǎng)的達成度還不夠理想，在未來教學中有待進一步采取措施加強。

按表2的評價指標進行學生自主學習能力評價，評價結果見圖12所示。通過實踐，學生的文獻檢索與資料收集能力、自學能力和學習主動性培養(yǎng)的達成度較高，其發(fā)展對創(chuàng)新能力的進一步培養(yǎng)十分重要。通過實踐也發(fā)現，有些小組的團隊組織和協(xié)作能力不理想，部分組員參與度較低，實踐與創(chuàng)新積極性沒有得到調動，需持續(xù)改進。

四、結語

通過四維度教學組織結構的創(chuàng)新，突破了枯燥的學習模型，增大了專業(yè)基礎課的學習自由度，學生的學習自主性得到提高，創(chuàng)新積極性得到調動。然而，在專業(yè)基礎課程教學中融入創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，優(yōu)化教學模式并不是一朝一夕的事，需循序漸進地改革創(chuàng)新，以便達到更好的教學效果。

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[責任編輯：龐丹丹]