工科類專業(yè)理論力學(xué)混合式教學(xué)改革與實(shí)踐★

徐小麗 金春花

(南通大學(xué)交通與土木工程學(xué)院，江蘇 南通 221069)

0 引言

理論力學(xué)作為普通高校很多工科專業(yè)(如土木工程、工程管理、建筑學(xué)、機(jī)械工程、環(huán)境工程等)的專業(yè)基礎(chǔ)理論課，其學(xué)習(xí)效果直接關(guān)系到后續(xù)課程(如土木工程專業(yè)的材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、土力學(xué)、混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等)的學(xué)習(xí)。理論力學(xué)作為第一門力學(xué)課程，需要較好的高等數(shù)學(xué)和大學(xué)物理基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備，其教學(xué)內(nèi)容多，概念性、理論性較強(qiáng)，學(xué)生學(xué)習(xí)容易枯燥。很多同學(xué)反映該課程知識(shí)點(diǎn)聽懂容易，但做題時(shí)缺乏解題思路，有時(shí)甚至無從下手。對(duì)南通大學(xué)2018級(jí)土木工程專業(yè)期末理論力學(xué)課程考試情況分析，只有3%的學(xué)生達(dá)到了優(yōu)秀，22%的學(xué)生未能及格。

通過對(duì)學(xué)生座談，發(fā)現(xiàn)主要原因在于：1)理論力學(xué)教材中的一些概念與大學(xué)物理有重疊，譬如動(dòng)量、動(dòng)量矩、動(dòng)能的概念等，學(xué)生似懂非懂；2)理論力學(xué)知識(shí)點(diǎn)聽起來簡(jiǎn)單，但實(shí)際做題無從下手。實(shí)際上，理論力學(xué)很多題目可以一題多解。譬如考慮摩擦的平衡問題，可以采用平衡方程求解，也可以采用更為簡(jiǎn)便的摩擦角繪圖求解；對(duì)于動(dòng)力學(xué)題目，有時(shí)可以采用動(dòng)量矩定理、動(dòng)能定理以及達(dá)朗貝爾原理求解，這就要求學(xué)生清楚這些定理各自的優(yōu)越性；3)理論力學(xué)課程概念較多，比較枯燥，缺乏與工程的實(shí)際結(jié)合，學(xué)生不知所學(xué)為所用，絕大多數(shù)學(xué)生將學(xué)習(xí)重心放在應(yīng)對(duì)期末考試上；4)大多數(shù)力學(xué)教師仍沿用傳統(tǒng)板書與多媒體教學(xué)簡(jiǎn)單結(jié)合，教學(xué)過程枯燥?？傮w而言，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高，有些學(xué)生還會(huì)產(chǎn)生厭學(xué)情緒，一上課就想睡覺。

1 理論力學(xué)混合式教學(xué)的特色和亮點(diǎn)

隨著現(xiàn)代化教學(xué)、移動(dòng)學(xué)習(xí)的快速發(fā)展，將傳統(tǒng)的《理論力學(xué)》專業(yè)課程授課方式與超星學(xué)習(xí)通線上互動(dòng)反饋相結(jié)合，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況，并有針對(duì)性的輔導(dǎo)和講解以達(dá)到授課目的，已經(jīng)成為現(xiàn)代化教學(xué)的必然趨勢(shì)。混合式教學(xué)有如下特色和亮點(diǎn)：

1)隨時(shí)隨地的學(xué)習(xí)：超星學(xué)習(xí)通是一款課堂互動(dòng)的教學(xué)APP軟件，不管是課前預(yù)習(xí)、課堂學(xué)習(xí)，還是課后復(fù)習(xí)鞏固知識(shí)內(nèi)容，都能隨時(shí)隨地的學(xué)習(xí)，做到個(gè)性化、實(shí)時(shí)化的學(xué)習(xí)，可以充分利用學(xué)生的碎片化時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)。

2)輕松教學(xué)：老師可以在課前預(yù)先發(fā)布教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)視頻等。在上課的整個(gè)進(jìn)程中，可以輕松愉悅的管理教學(xué)，除了能實(shí)時(shí)方便地展示教學(xué)資料，還能實(shí)時(shí)點(diǎn)名、隨時(shí)發(fā)送通知、開展課堂活動(dòng)等。

3)愉快學(xué)習(xí)：學(xué)生與老師的互動(dòng)過程中，每次都能獲取經(jīng)驗(yàn)值，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、參與感和成就感，在愉悅的互動(dòng)中完成學(xué)習(xí)內(nèi)容。

4)增強(qiáng)課堂互動(dòng)：傳統(tǒng)的教學(xué)互動(dòng)很少且形式單一，通過學(xué)生BYOD開展頭腦風(fēng)暴、投票問卷、討論答疑、隨堂測(cè)試和分組任務(wù)等豐富的課堂活動(dòng)，使學(xué)生想學(xué)、愿意學(xué)，真正成為學(xué)習(xí)的主人。

5)大數(shù)據(jù)與學(xué)情分析：超星學(xué)習(xí)通智能服務(wù)平臺(tái)能詳盡記錄每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為，可以進(jìn)行可視化分析報(bào)告，一鍵匯總生成過程性評(píng)價(jià)結(jié)果，并結(jié)合知識(shí)樹，形象地展現(xiàn)出學(xué)生的學(xué)習(xí)掌握情況，便于老師有的放矢地展開相關(guān)教學(xué)活動(dòng)。

6)人工智能：運(yùn)用大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，可以幫助學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)過程中高效完成學(xué)習(xí)，并輔助老師輕松教學(xué)。

2 理論力學(xué)混合式教學(xué)的實(shí)施過程

將學(xué)習(xí)通引入傳統(tǒng)教學(xué)課堂，使得教師可以全程“干預(yù)”學(xué)生學(xué)習(xí)的全過程，實(shí)現(xiàn)“靶向式”教學(xué)。具體實(shí)施過程如下：

1)課前發(fā)布。

教師根據(jù)理論力學(xué)課程體系特點(diǎn)將課程分成靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)三大系統(tǒng)教學(xué)包。其中靜力學(xué)包括靜力學(xué)公理和物體的受力分析、平面力系、空間力系和摩擦；運(yùn)動(dòng)學(xué)包括點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、剛體的簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)、點(diǎn)的合成運(yùn)動(dòng)和剛體的平面運(yùn)動(dòng)；動(dòng)力學(xué)包括質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)的基本方程、動(dòng)量定理、動(dòng)量矩定理、動(dòng)能定理、達(dá)朗貝爾原理和虛位移原理。對(duì)重點(diǎn)和難點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)錄制相關(guān)微視頻，便于學(xué)生重復(fù)觀聽講解。教師可在課前進(jìn)行任務(wù)布置，讓學(xué)生可以有目的帶著任務(wù)進(jìn)行體驗(yàn)式預(yù)習(xí)。

2)課中實(shí)施。

設(shè)置點(diǎn)名系統(tǒng)，管理學(xué)生出勤信息，節(jié)約原先點(diǎn)名所浪費(fèi)的時(shí)間。在課堂教學(xué)中，在關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)和難點(diǎn)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(jiǎn)化結(jié)果分析；運(yùn)動(dòng)學(xué)中剛體平行移動(dòng)和平面運(yùn)動(dòng)的區(qū)分、牽連運(yùn)動(dòng)和牽連點(diǎn)的定義、剛體平面運(yùn)動(dòng)中速度基點(diǎn)法、速度投影法和速度瞬心法各自的優(yōu)點(diǎn)；動(dòng)力學(xué)中剛體在不同運(yùn)動(dòng)形式下的動(dòng)量矩、動(dòng)能、慣性力的計(jì)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(shí)根據(jù)平臺(tái)大數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析結(jié)果，將學(xué)生沒有掌握或掌握得不理想的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)分析，從而達(dá)到更好的教學(xué)效果。

3)課后鞏固。

理論力學(xué)概念聽起來簡(jiǎn)單，但題目難解。教師在平臺(tái)上發(fā)布課后作業(yè)，學(xué)生可以通過移動(dòng)平臺(tái)在線交流，協(xié)同完成項(xiàng)目作業(yè)，并可以發(fā)布問題貼。教師可以在線答疑，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地教學(xué)，解決原先時(shí)間和空間上的不便，同時(shí)通過學(xué)生作業(yè)情況掌握理論力學(xué)本節(jié)課授課效果，以便及時(shí)調(diào)整教學(xué)難易程度和教學(xué)進(jìn)度。

4)課程考核及評(píng)價(jià)。

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(tái)活躍度等客觀評(píng)價(jià)平時(shí)成績(jī)，減少以期末閉卷考試為主單一決定學(xué)生期末成績(jī)的弊端，使評(píng)價(jià)主體多元化、合理化。

5)拓展及輻射。

教師通過學(xué)生在平臺(tái)上的綜合反饋，可以對(duì)學(xué)習(xí)有困難的學(xué)生進(jìn)行單獨(dú)輔導(dǎo)和強(qiáng)化，解決他們學(xué)習(xí)中實(shí)際存在的困難。還可以挑選出優(yōu)秀的學(xué)生，進(jìn)行課外提升。由于理論力學(xué)是很多高校力學(xué)專業(yè)、土木專業(yè)、航空專業(yè)、機(jī)械專業(yè)的考研課程，對(duì)于這部分同學(xué)而言，需要對(duì)課堂內(nèi)容的深度和廣度進(jìn)行提升。同時(shí)鼓勵(lì)優(yōu)秀學(xué)生參加全國大學(xué)生周培源力學(xué)競(jìng)賽和大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，提升學(xué)生邏輯思維以及綜合解決科學(xué)問題的能力。具體實(shí)施路徑如圖1所示。

3 結(jié)語

通過超星網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)和智慧課堂，組織《理論力學(xué)》課上與課下、線上與線下相結(jié)合的移動(dòng)教學(xué)模式，通過開展課堂主題討論、小組研究學(xué)習(xí)、搶答、選人、測(cè)驗(yàn)、投票、問卷等多種多樣妙趣橫生的教學(xué)活動(dòng)，可以使學(xué)生非?？鞓返厝谌氲秸n程的學(xué)習(xí)中來，成為學(xué)習(xí)的主人。相信通過該種教學(xué)模式的改革，可以多方面培養(yǎng)學(xué)生的勤于思考、善于思辨、綜合表達(dá)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、創(chuàng)新思維等專業(yè)素質(zhì)和能力，獲得良好的教學(xué)效果。隨著超星泛雅“一平三端”技術(shù)的不斷完善和提高，相信必將會(huì)給智慧課堂插上騰飛的翅膀，帶動(dòng)我國高校教育教學(xué)水平越飛越高。