《理論力學(xué)》課程線上線下混合式教學(xué)模式實(shí)踐研究

崔紅光 朱公志 張本華 姜迎春 王京 江紅霞 徐燕

摘? 要：根據(jù)新工科背景下提出的教學(xué)高階性和創(chuàng)新性要求，加強(qiáng)理論與實(shí)踐相結(jié)合，提高學(xué)生創(chuàng)新能力和解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)，沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)的《理論力學(xué)》課程采用了基于跨校修讀學(xué)分的線上線下混合式教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)，節(jié)省了理論教學(xué)時(shí)間，增加了實(shí)踐與翻轉(zhuǎn)課堂時(shí)間，通過期末成績對(duì)比分析，采用混合教學(xué)模式的學(xué)生成績均高于傳統(tǒng)教學(xué)組。該教學(xué)模式可以為開展線上線下混合式教學(xué)模式教學(xué)工作提供有益的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：理論力學(xué);跨校修讀學(xué)分;混合式教學(xué)模式;理論與實(shí)踐結(jié)合;翻轉(zhuǎn)課堂

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2019）23-0008-04

Abstract： It put forward the advanced and innovative teaching requirements， strengthening the combination of theory and practice to improve students' innovation ability and the solution actual problem ability under the background of the new engineering. The "theoretical mechanics" course of Shenyang Agricultural University usedmixed-teaching mode uniting online and offline based on cross-school credit. The online and offline mixed teaching mode is taught， which saves the theoretical teaching time， increases the practice and flips the classroom time， and compares and analyzes the final results. The students who adopt the mixed teaching mode scores higher than the traditional teaching group. The teaching mode can provide a useful reference for the teaching of online and offline mixed teaching mode.

Keywords： theoretical mechanics; cross-schoolcredits; mixed-teaching mode; combining theory with practice; flipped classroom

《理論力學(xué)》作為本科專業(yè)一門理論性較強(qiáng)的學(xué)科基礎(chǔ)課，是各門力學(xué)的基礎(chǔ)，并在許多工程技術(shù)領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。在培養(yǎng)計(jì)劃及教學(xué)大綱中，要求學(xué)生具備比較熟練的計(jì)算能力、一定的分析問題和解決問題的能力，學(xué)會(huì)應(yīng)用理論力學(xué)的理論和方法分析、解決一些簡單的工程實(shí)際問題。該課程強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐相結(jié)合，通過理論進(jìn)行實(shí)踐，可以更好地解決工程中繁復(fù)的實(shí)際問題。目前在各高校的教學(xué)中，該課程一直沿用課堂面對(duì)面的傳統(tǒng)教學(xué)，在教學(xué)時(shí)間的限制下，在基礎(chǔ)理論理解與學(xué)習(xí)上需要占用大量的學(xué)時(shí)，而將理論應(yīng)用于實(shí)際問題當(dāng)中的時(shí)間就較少甚至于沒有。這樣的學(xué)生只是學(xué)到了解題的方法并且用于考試，并沒有培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新的能力。在新工科的教育背景下，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力是重要目標(biāo)，因此目前的理論力學(xué)的教學(xué)模式需要改進(jìn)。

跨校修讀學(xué)分課程、高等學(xué)校間互認(rèn)學(xué)分的學(xué)習(xí)方式和教學(xué)管理制度，是促進(jìn)高等院校間優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的共建共享，提高教學(xué)水平和人才培養(yǎng)質(zhì)量的一種教學(xué)模式。遼寧省教育廳自2014年起在部分高校開展普通本科高校大學(xué)生在線學(xué)習(xí)、跨校修讀學(xué)分試點(diǎn)工作，通過多年應(yīng)用，省級(jí)精品開放課程資源得到了充分利用，它在一定程度上改變了傳統(tǒng)教學(xué)模式，以學(xué)生為主體，滿足學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)需求，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新能力。

沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)作為首批跨校修讀學(xué)分試點(diǎn)工作單位，學(xué)校教務(wù)處從教師、設(shè)備、教室等多方面投入，全力保障此工作的順利進(jìn)行。沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)以此為契機(jī)，與大連海事大學(xué)理論力學(xué)精品資源共享建設(shè)團(tuán)隊(duì)自2016年起連續(xù)三年進(jìn)行基于跨校修讀學(xué)分的混合式教學(xué)實(shí)踐。將傳統(tǒng)理論力學(xué)的教與學(xué)轉(zhuǎn)變成實(shí)踐與理論相互促進(jìn)的混合式教學(xué)模式。

一、《理論力學(xué)》課程線上線下混合式教學(xué)準(zhǔn)備

沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)理論力學(xué)課程于1999年從工程力學(xué)中獨(dú)立出來為90學(xué)時(shí)，于2003級(jí)學(xué)生開始作為學(xué)科基礎(chǔ)必修課設(shè)置了工科專業(yè)的72學(xué)時(shí)（包括靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)）及近工科專業(yè)的36學(xué)時(shí)（包括靜力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)）。從2012級(jí)開始調(diào)整教學(xué)計(jì)劃，在理論內(nèi)容不變的情況下將課時(shí)分別改為64學(xué)時(shí)和32學(xué)時(shí)。《理論力學(xué)》課程自2005年起，連續(xù)三屆被評(píng)為沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)精品課，每屆有效時(shí)間為四年。

遼寧省精品資源共享課《理論力學(xué)》課程為例，課程建設(shè)方為大連海事大學(xué)，課程使用方為沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)，使用超星爾雅公司的泛雅MOOCs在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，課程建設(shè)方與課程使用方老師組建教學(xué)團(tuán)隊(duì)，共同討論確定教學(xué)方式。根據(jù)本課程的特點(diǎn)及使用經(jīng)驗(yàn)積累，采用混合式教學(xué)模式組織教學(xué)，探索理論類課程與實(shí)踐結(jié)合有效結(jié)合的教學(xué)方式。在課程內(nèi)容管理、考核方式制定及MOOCs平臺(tái)使用等方面進(jìn)行交流與討論，為該課程跨校修讀學(xué)分的實(shí)施做好前期準(zhǔn)備工作。

（一）課程內(nèi)容管理

《理論力學(xué)》作為各高校工科專業(yè)的基礎(chǔ)課程，具有統(tǒng)一的理論體系。大連海事大學(xué)錄制的遼寧省精品資源共享課《理論力學(xué)》，課程資源完整、教學(xué)內(nèi)容豐富、理論講解細(xì)致?？梢杂糜谏蜿栟r(nóng)業(yè)大學(xué)該課程的理論教學(xué)中。由于不同學(xué)校的學(xué)生專業(yè)不同，相關(guān)案例與習(xí)題有所區(qū)別，因此在課程內(nèi)容管理上，適當(dāng)刪除原來課程中的習(xí)題內(nèi)容，增加本校專業(yè)的案例與習(xí)題。

（二）制定考核方式

由于采用的是理論與實(shí)踐相結(jié)合的混合式教學(xué)模式，在原有的試卷筆試考核的基礎(chǔ)上，增加實(shí)踐操作和過程考核環(huán)節(jié)權(quán)重，實(shí)施“全過程考核”模式。

（三）MOOCs平臺(tái)使用

建課方將理論課程講解全部建設(shè)于超星爾雅公司的泛雅MOOCs在線學(xué)習(xí)平臺(tái)上，供學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)使用。用課方教師將本學(xué)校專業(yè)的典型例題講解錄制后上傳到沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)易爾思MOOCs平臺(tái)供本校學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)題時(shí)使用。在課堂教學(xué)中采用超星公司的“學(xué)習(xí)通app”進(jìn)行隨堂簽到、選人答題、進(jìn)行課堂互動(dòng)等課堂學(xué)生管理。

二、《理論力學(xué)》課程線上線下混合式教學(xué)模式實(shí)施

《理論力學(xué)》課程建設(shè)方和使用方的主講教師組建跨校修讀課程組，沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)每學(xué)期任選一個(gè)專業(yè)的學(xué)生作為該學(xué)年跨校修讀學(xué)習(xí)組，其余專業(yè)繼續(xù)采用傳統(tǒng)教學(xué)?；旌鲜浇虒W(xué)實(shí)施環(huán)節(jié)包括網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)學(xué)習(xí)、面對(duì)面課堂教學(xué)、實(shí)踐操作和翻轉(zhuǎn)課堂四種學(xué)習(xí)方式。

（一）網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)學(xué)習(xí)

《理論力學(xué)》課程組教師組建教學(xué)團(tuán)隊(duì)，用課方與建課方教師進(jìn)行溝通，明確理論學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)與重點(diǎn)內(nèi)容，根據(jù)本校的教學(xué)大綱和教學(xué)任務(wù)，在教學(xué)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行任務(wù)點(diǎn)的發(fā)布，制定學(xué)習(xí)進(jìn)度和學(xué)習(xí)計(jì)劃。雙方教師負(fù)責(zé)線上知識(shí)點(diǎn)講解，布置線上練習(xí)題，使學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源進(jìn)行學(xué)習(xí)、完成練習(xí)題、查看課外資料等。用課方主講教師通過檢查學(xué)生的視頻觀看進(jìn)度等，及時(shí)了解學(xué)生對(duì)各章節(jié)的掌握情況。用課方教師建立專用的QQ群，方便和學(xué)生及時(shí)進(jìn)行溝通。

（二）面對(duì)面課堂教學(xué)

用課方教師在課堂中進(jìn)行知識(shí)的梳理，不在重復(fù)講解基本理論等內(nèi)容，而是針對(duì)該課程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)及學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)學(xué)習(xí)中遇到的困難和疑問，并根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)的具體情況，對(duì)課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行歸納和總結(jié)、組織學(xué)生分組討論、進(jìn)行案例分析以及復(fù)習(xí)答疑等工作。

（三）實(shí)踐操作

為了讓學(xué)生能把理論與實(shí)踐相結(jié)合，不僅能了解各知識(shí)點(diǎn)在工程中的應(yīng)用，還能將知識(shí)點(diǎn)用于實(shí)踐中。本次教學(xué)中圍繞《理論力學(xué)》的三大理論核心提出三個(gè)任務(wù)由學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐操作。分別是：

1. 靜力學(xué)實(shí)踐。書上有很多重物提升裝置和壓榨裝置的力學(xué)圖形，給學(xué)生布置的任務(wù)是，到生活中尋找或者借助于網(wǎng)絡(luò)查找重物起吊裝置或壓榨裝置的實(shí)例，拍攝或下載相關(guān)的圖片與視頻，并根據(jù)學(xué)過的靜力學(xué)中有關(guān)約束、力系和受力分析等相關(guān)知識(shí)，將實(shí)物簡化成力學(xué)模型，并分析及講解其機(jī)構(gòu)工作原理及應(yīng)用。如圖1所示，教材中平面圖形（a）與學(xué)生查找到的實(shí)物圖片（b）。通過實(shí)踐觀察，分析實(shí)物與力學(xué)模型的關(guān)系。

2. 運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)踐。運(yùn)動(dòng)學(xué)的重點(diǎn)及難點(diǎn)內(nèi)容為點(diǎn)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)及平面運(yùn)動(dòng)，教材及參考書中皆為二維靜態(tài)圖形，由學(xué)生自選書中的圖形，應(yīng)用建模仿真軟件對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)過程的動(dòng)畫制作。本環(huán)節(jié)需要學(xué)生具有一定的軟件基礎(chǔ)，不作強(qiáng)制要求，以興趣為主導(dǎo)去完成對(duì)應(yīng)建模與動(dòng)畫仿真。如圖2所示，教材中平面圖形（a）與學(xué)生應(yīng)用SolidWork軟件建模并動(dòng)畫仿真的三維圖（b）。學(xué)生在應(yīng)用軟件進(jìn)行建模過程中，首先需要確定各構(gòu)件的長度，必要的時(shí)候需要調(diào)整構(gòu)件的形狀以滿足運(yùn)動(dòng)需求;在進(jìn)行動(dòng)畫仿真過程中，需要確定主動(dòng)件和從動(dòng)件之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)完整運(yùn)動(dòng)。

3. 動(dòng)力學(xué)實(shí)踐。以書中力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)所有的圖形為基礎(chǔ)，用慧魚組件進(jìn)行拼建模型，并鼓勵(lì)學(xué)生在運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上拓展其應(yīng)用范圍，進(jìn)行創(chuàng)新。如圖3所示，教材中平面圖形（a）與學(xué)生選取慧魚組件進(jìn)行拼搭的模型 （b）。學(xué)生在進(jìn)行拼搭過程中，需要恰當(dāng)選取實(shí)物零件，如采用偏心輪結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)曲柄OA的定軸轉(zhuǎn)動(dòng);需要適當(dāng)改變?cè)瓐D形的結(jié)構(gòu)，如圖（a）中定軸轉(zhuǎn)動(dòng)在平動(dòng)篩外側(cè)，通過實(shí)踐操作，學(xué)生發(fā)現(xiàn)要實(shí)現(xiàn)曲柄的整圈轉(zhuǎn)動(dòng)，需要將定軸轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)調(diào)整到平動(dòng)篩內(nèi)側(cè)才行。

（四）翻轉(zhuǎn)課堂

翻轉(zhuǎn)課堂是混合式教學(xué)模式中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，它的主要執(zhí)行方式是學(xué)生站在講臺(tái)上講解，老師和其它學(xué)生對(duì)講解內(nèi)容進(jìn)行提問及討論。根據(jù)本課程布置的任務(wù)，主要進(jìn)行以下兩方面的翻轉(zhuǎn)課堂內(nèi)容：

1. 習(xí)題討論與講解。教師提前布置本課程的重、難點(diǎn)章節(jié)（靜力學(xué)物系平衡、點(diǎn)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力學(xué)定理應(yīng)用等）的對(duì)應(yīng)習(xí)題，把學(xué)生分成若干小組，每個(gè)學(xué)習(xí)小組針對(duì)各自的任務(wù)，在課堂外時(shí)間利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)觀看相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的視頻在線學(xué)習(xí)之后，進(jìn)行習(xí)題討論，然后選該組代表在課堂上進(jìn)行小組匯報(bào)，向所有學(xué)生進(jìn)行習(xí)題的講解，要求講解過程中，詳細(xì)講解解題思路和分析過程。在小組代表匯報(bào)過程中，如果出現(xiàn)錯(cuò)誤或者解釋不清的情況，可以由同組其它同學(xué)進(jìn)行補(bǔ)充講解。匯報(bào)后，學(xué)習(xí)小組提出學(xué)習(xí)過程中的疑問，由老師組織全班同學(xué)進(jìn)行討論。

2. 實(shí)踐講解與討論。在已經(jīng)布置的三次實(shí)踐操作環(huán)節(jié)中，學(xué)生們自發(fā)組成小組選擇題目及圖形，完成了相關(guān)文字材料、動(dòng)畫仿真、作品模型、視頻剪輯及PPT。匯報(bào)者在翻轉(zhuǎn)課堂上進(jìn)行成果匯報(bào)講演，聽講者根據(jù)自己的理解提出問題，教師對(duì)所匯報(bào)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)點(diǎn)評(píng)，指出作品的特色、不足及改進(jìn)建議，促進(jìn)學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解，讓學(xué)生“理論聯(lián)系實(shí)踐”，明白“理論力學(xué)主要是學(xué)什么，能用來做什么，以及怎么用”。優(yōu)秀的學(xué)生作品上傳至沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)易爾思平臺(tái)。

通過翻轉(zhuǎn)課堂環(huán)節(jié)，學(xué)生能把自己的作品，組織好語言進(jìn)行講解，加深了對(duì)理論的理解，激發(fā)了學(xué)習(xí)熱情。同時(shí)教師也能發(fā)現(xiàn)學(xué)生潛在的問題，進(jìn)一步完善和調(diào)整網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)資源。

三、《理論力學(xué)》課程線上線下混合式教學(xué)模式考核

改變傳統(tǒng)的期末考核模式，實(shí)施“全過程考核”模式。教學(xué)考核方式有：網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)考核、翻轉(zhuǎn)課堂考核、課堂表現(xiàn)考核、紙質(zhì)作業(yè)考核、期末考試考核。其中，網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)考核由系統(tǒng)依據(jù)學(xué)生完成視頻、任務(wù)點(diǎn)、參與討論情況自動(dòng)進(jìn)行評(píng)分，較為客觀;翻轉(zhuǎn)課堂考核中，教師通過各小組組員參與教學(xué)任務(wù)的程度，根據(jù)學(xué)生在翻轉(zhuǎn)課堂中的匯報(bào)效果及表現(xiàn)，給出翻轉(zhuǎn)課堂成績;課堂表現(xiàn)考核中，主講教師根據(jù)日常教學(xué)過程中，學(xué)生出勤情況、課堂回答問題情況的記錄給出課堂表現(xiàn)成績;作業(yè)考核環(huán)節(jié)，教師布置紙質(zhì)作業(yè)，通過學(xué)生提交作業(yè)，根據(jù)學(xué)生作業(yè)完成的認(rèn)真程度、對(duì)錯(cuò)情況給出成績;期末考試為閉卷筆試，按照課程教學(xué)大綱設(shè)置考試題目，百分制為滿分?？偝煽?期末卷面考試成績（50%）+在線學(xué)習(xí)成績（30%）+翻轉(zhuǎn)課程、作業(yè)等（20%）。

這種考核方式可以讓學(xué)生把期末突擊復(fù)習(xí)方式變成平時(shí)的學(xué)習(xí)方式，期末筆試考試沒有舍棄，只是在總成績中所占比重相應(yīng)減少，減小了“突擊考試”的學(xué)生心態(tài)?？缧Ｐ拮x學(xué)分課程組織中的考核評(píng)價(jià)的方式更側(cè)重于學(xué)生的平時(shí)學(xué)習(xí)積累和動(dòng)手、動(dòng)腦能力的培養(yǎng)，比傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方式更符合現(xiàn)代教學(xué)培養(yǎng)模式和人才培養(yǎng)需求。用課方學(xué)生取得的成績錄入系統(tǒng)后，傳至建課方，雙方學(xué)校教務(wù)管理部門進(jìn)行學(xué)分互認(rèn)。

四、《理論力學(xué)》課程線上線下混合式教學(xué)模式實(shí)施效果

為了對(duì)比混合式教學(xué)的學(xué)習(xí)效果，將本學(xué)期理論力學(xué)課程學(xué)習(xí)的班級(jí)分為混合式教學(xué)組和傳統(tǒng)教學(xué)組。兩種教學(xué)方式的分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)如表1所示，各分?jǐn)?shù)段分析如圖4所示。

從表1可見，混合式教學(xué)組平均成績，優(yōu)秀率，及格率均高于傳統(tǒng)教學(xué)組。從圖4可見，各教學(xué)班級(jí)成績均符合正態(tài)分布，其中混合式教學(xué)組高分人數(shù)多于傳統(tǒng)教學(xué)組。由以上數(shù)據(jù)及分析可見，“網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)學(xué)習(xí)+面對(duì)面課堂教學(xué)+實(shí)踐操作+翻轉(zhuǎn)課程”的混合式教學(xué)模式，可很好地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)生的成績。

跟蹤三個(gè)年度采用跨校修讀學(xué)分進(jìn)行混合式教學(xué)模式學(xué)習(xí)的學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力，在用課方教師指導(dǎo)下參加機(jī)械設(shè)計(jì)類競賽均取得較好成績，如2017級(jí)機(jī)化閆卓宇等學(xué)生獲得2019年中國服務(wù)機(jī)器人大賽授花粉機(jī)器人專項(xiàng)賽二等獎(jiǎng)，2016級(jí)機(jī)制黃開智等學(xué)生獲得2018年遼寧省大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽慧魚組二等獎(jiǎng)，2017級(jí)機(jī)化蘇振華等學(xué)生獲得2018年沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)大賽一等獎(jiǎng)。

五、結(jié)束語

在新工科教育背景下，理論力學(xué)教學(xué)需要突出學(xué)生解決實(shí)際問題能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，提高學(xué)生理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力。針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)中學(xué)時(shí)較少，理論講解占用大量時(shí)間而實(shí)踐不足的普遍現(xiàn)象，采用基于跨校修讀學(xué)分的線上線下混全式教學(xué)模式，遵循以“學(xué)生為中心，理論實(shí)踐相結(jié)合，實(shí)踐促理論學(xué)習(xí)，全過程考核”的教學(xué)觀念，對(duì)進(jìn)一步提高教學(xué)水平和人才綜合能力培養(yǎng)具有積極的推動(dòng)作用。

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