基于微課理念的機(jī)械類專業(yè)工程力學(xué)教學(xué)模式設(shè)計(jì)與思考

岳桂杰，保承軍

（蘭州城市學(xué)院 培黎機(jī)械工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

0 引言

“工程力學(xué)”是高等本科學(xué)校、高職院校及中等學(xué)校工科類專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，在交通運(yùn)輸、機(jī)械工程、能源、土木、焊接等專業(yè)都有著廣泛的應(yīng)用，是一門典型的理論與實(shí)踐結(jié)合較緊密的課程。其特點(diǎn)是理論性強(qiáng)、學(xué)習(xí)強(qiáng)度及難度大、課時(shí)有限等，難度大的原因主要有2個(gè)方面：（1）工程力學(xué)內(nèi)容包括靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和材料力學(xué)四大模塊，內(nèi)容多，但學(xué)時(shí)有限，學(xué)生僅憑教師的課堂教學(xué)無(wú)法完全理解教學(xué)內(nèi)容；（2）工程力學(xué)教學(xué)內(nèi)容與前面先修課程聯(lián)系緊密，尤其要求學(xué)生對(duì)高等數(shù)學(xué)與物理知識(shí)掌握熟練。而且工程力學(xué)學(xué)習(xí)的好壞直接影響了學(xué)生對(duì)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)，甚至對(duì)學(xué)生畢業(yè)后從事的設(shè)計(jì)類工作也有著直接影響。目前，微課、慕課、翻轉(zhuǎn)課堂、直播課堂等應(yīng)運(yùn)而生，電子白板、智慧教室等設(shè)備不斷更新，多媒體技術(shù)的迅速發(fā)展對(duì)教育教學(xué)產(chǎn)生了巨大影響，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與手段等方面必須緊跟信息技術(shù)發(fā)展步伐與趨勢(shì)，進(jìn)一步開(kāi)展課程建設(shè)和教改活動(dòng)[1]。但隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，教學(xué)模式雖然有了很大突破，但也暴露了一定的缺陷與不足，比如有些教師以宣讀PPT作為主要教學(xué)方式，對(duì)學(xué)生進(jìn)行滿堂灌，導(dǎo)致學(xué)生在PPT中找不到教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)；另外，傳統(tǒng)的面對(duì)面教學(xué)，學(xué)生不能重復(fù)學(xué)習(xí)老師強(qiáng)調(diào)的重要知識(shí)點(diǎn)；教師疲于45 min課堂講解，與學(xué)生缺乏有效互動(dòng)，課后也缺乏交流。所以，迫切需要教師組織一些時(shí)間簡(jiǎn)短、主題明確、能詳細(xì)展示教學(xué)難點(diǎn)與重點(diǎn)的多媒體片段及課下學(xué)生能自主學(xué)習(xí)的互動(dòng)平臺(tái)來(lái)加強(qiáng)鞏固教學(xué)內(nèi)容。

把微課引入到工程力學(xué)教學(xué)中，新穎多樣的教學(xué)方式可以極大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)方法的更新也使得學(xué)生學(xué)習(xí)的注意力更加專注，微課教學(xué)也可以做到因材施教，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)。在做微課視頻時(shí)，要求時(shí)長(zhǎng)在10 min左右，內(nèi)容著重于教材上的重點(diǎn)和難點(diǎn)，對(duì)學(xué)生在課堂上無(wú)法理解的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行排查與掃盲，微課時(shí)長(zhǎng)一定做到短小精悍、主題突出，一次微課可以針對(duì)某一個(gè)知識(shí)點(diǎn)或教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行。另外，要求微課視頻交互性好、應(yīng)用面廣，這樣不僅可以滿足學(xué)生個(gè)性化需求，也可以加強(qiáng)深化教學(xué)內(nèi)容。總之，微課視頻引入工程力學(xué)教學(xué)在國(guó)內(nèi)外教育領(lǐng)域具有不可低估的作用。

但是，目前大多數(shù)微課資源是為參加微課比賽而設(shè)計(jì)，以參加比賽為目的，微課資源沒(méi)有做到學(xué)科資源系統(tǒng)化與專題化，甚至某單一知識(shí)點(diǎn)也是零零散散，這是微課中存在的不容忽視的問(wèn)題[2]。學(xué)生看過(guò)視頻后，只知其一，不知其二，難以形成完整的知識(shí)鏈。在目前信息技術(shù)大力發(fā)展的今天，完全可以以“某一門課”或“某一學(xué)科”為系統(tǒng)來(lái)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)微課資源，這樣既有利于教學(xué)資源系統(tǒng)化，也便于學(xué)生更好地掌握專業(yè)學(xué)科知識(shí)。

1 教學(xué)改革思路

研究如何將微課應(yīng)用于傳統(tǒng)的工程力學(xué)面授教學(xué)，探索傳統(tǒng)教學(xué)與微課的融合方式及方法，制訂更加適合應(yīng)用型本科學(xué)生的工程力學(xué)課程體系及教學(xué)模式，促進(jìn)教師教學(xué)方法改革與創(chuàng)新，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率與學(xué)習(xí)的積極性，進(jìn)一步提高工程力學(xué)教學(xué)效果與教學(xué)質(zhì)量。

1.1 建立課程知識(shí)點(diǎn)體系

現(xiàn)在本科院校機(jī)械類專業(yè)應(yīng)用的“工程力學(xué)”教材包含內(nèi)容較多，包括四大模塊：靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)與材料力學(xué)，但我校焊接技術(shù)與工程專業(yè)只需掌握靜力學(xué)與材料力學(xué)兩大模塊內(nèi)容即可，為適應(yīng)我校焊接專業(yè)學(xué)生的特點(diǎn)，急需建立符合焊接專業(yè)學(xué)生的工程力學(xué)教學(xué)體系及教材。我校工程力學(xué)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)編寫(xiě)了適合本校使用的“工程力學(xué)”教材。

該教材內(nèi)容主要分為靜力學(xué)和材料力學(xué)兩大模塊內(nèi)容，每個(gè)模塊又包含若干分支內(nèi)容，具體知識(shí)體系框架如圖1所示。其中受力分析與力系平衡問(wèn)題是工程力學(xué)的基礎(chǔ)，材料力學(xué)是解決工程實(shí)際問(wèn)題的方法與手段。兩部分內(nèi)容缺一不可，銜接緊密。在教學(xué)中，首先要讓學(xué)生清楚該門課的知識(shí)體系框架，這樣讓學(xué)生一開(kāi)始就有明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)及學(xué)習(xí)興趣。

圖1 工程力學(xué)知識(shí)體系

1.2 確定微課視頻的內(nèi)容

在明確了工程力學(xué)知識(shí)體系的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步建立微課視頻內(nèi)容。建立的基本原則如下：

（1）基礎(chǔ)與自學(xué)內(nèi)容。主要包括一些淺顯易懂、非重點(diǎn)部分內(nèi)容，這部分內(nèi)容多數(shù)學(xué)生通過(guò)自學(xué)就可以學(xué)會(huì)，可以不用在課堂上講授，但又是不可或缺的內(nèi)容，同時(shí)該部分內(nèi)容也可以作為基礎(chǔ)較差的同學(xué)的復(fù)習(xí)資料。如工程力學(xué)教材中的重心、平面圖形的幾何性質(zhì)等[3]。

（2）重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容。如工程力學(xué)中剪力圖與彎矩圖的做法，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、彎曲正應(yīng)力公式的推導(dǎo)，這部分內(nèi)容學(xué)生聽(tīng)完教師講授之后，做題時(shí)仍然感覺(jué)無(wú)從下手，對(duì)知識(shí)點(diǎn)仍舊一知半解，所以這部分應(yīng)該加強(qiáng)習(xí)題講解，但課堂上沒(méi)有時(shí)間，即可以通過(guò)做微課視頻來(lái)加強(qiáng)鞏固[4]。

如通過(guò)微課講解利用載荷集度、剪力和彎矩之間的微分關(guān)系做剪力圖和彎矩圖為例，可以先復(fù)習(xí)利用剪力方程和彎矩方程作圖時(shí)總結(jié)出的4條規(guī)律：①q=0時(shí)，剪力圖為平行于x軸的水平線，彎矩圖為斜直線；②q≠0時(shí)，剪力圖為斜直線，彎矩圖為拋物線；③在有集中力作用處，剪力圖發(fā)生突變，突變方向與集中力方向一致，突變高度等于集中力的大??；④在有力偶作用處，彎矩圖有突變，突變高度等于集中力偶矩的大小。然后通過(guò)分析講解典型例題，講解四條規(guī)律的應(yīng)用。因微課視頻時(shí)長(zhǎng)有限，講解的例題數(shù)量不宜過(guò)多，分析一道典型例題即可。選擇的例題最好包含上述4條規(guī)律。

（3）拓展和延伸部分內(nèi)容。該部分包括教材中的選學(xué)內(nèi)容及講解較深的內(nèi)容。這些內(nèi)容往往在課堂講授中被一語(yǔ)帶過(guò)，沒(méi)有深入探討，在考試中也沒(méi)有涉及，但對(duì)學(xué)有余力的同學(xué)拓展知識(shí)面很有幫助。比如工程力學(xué)教材中關(guān)于彎曲理論的假設(shè)、縱橫彎曲、復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下關(guān)于應(yīng)變能的理論等[5]。

在進(jìn)行微課設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意：（1）應(yīng)根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)程度的差異把學(xué)生群體設(shè)定為不同的層次化教學(xué)，為學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的學(xué)生提供較難的工程力學(xué)知識(shí)教學(xué)內(nèi)容，而為學(xué)習(xí)能力一般的學(xué)生提供比較基礎(chǔ)的知識(shí)教學(xué)，使得層次分化能夠最終因人而異；（2）研究微課與面授教學(xué)的融合方式與方法，研究微課與課堂面授如何銜接與互補(bǔ)。

1.3 了解學(xué)生觀看微課后效果

在學(xué)生觀看微課后，發(fā)放調(diào)查問(wèn)卷，問(wèn)卷內(nèi)容不宜過(guò)于復(fù)雜，主要著重于對(duì)微課觀看的興趣、對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)是否有幫助、能否提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率等。調(diào)查的目的主要是了解微課與傳統(tǒng)課堂融合的效果，以利于更好地篩選微課視頻，使微課更加貼近于生活實(shí)際，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

如圖2、3、4所示是在“工程力學(xué)”融入微課教學(xué)之后進(jìn)行的部分調(diào)研結(jié)果，從調(diào)研結(jié)果可以看出：學(xué)生對(duì)微課教學(xué)還是很認(rèn)可的。

圖2 微課內(nèi)容設(shè)計(jì)調(diào)查結(jié)果

圖3 微課興趣調(diào)查結(jié)果

圖4 課程整體滿意度調(diào)查結(jié)果

2 微課教學(xué)實(shí)施與效果分析

2.1 教學(xué)實(shí)施步驟

“工程力學(xué)”是一門專業(yè)基礎(chǔ)課，在焊接技術(shù)與工程、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)、汽車服務(wù)、智能制造等專業(yè)中起著承上啟下的作用，但學(xué)生還沒(méi)有學(xué)習(xí)到專業(yè)知識(shí)，對(duì)力學(xué)中遇到的力學(xué)簡(jiǎn)圖很難理解，微課的融入就起到了很好的作用，對(duì)于微課的實(shí)施主要采取以下3個(gè)階段：

（1）課前實(shí)施：在講新課前，引入工程實(shí)例，注重多媒體技術(shù)和學(xué)科教學(xué)的融合，把課堂中有關(guān)的力學(xué)簡(jiǎn)圖原結(jié)構(gòu)通過(guò)微視頻或微課的形式給同學(xué)做展示，以便于學(xué)生能更好地理解教學(xué)內(nèi)容。

（2）課中實(shí)施：課中主要針對(duì)例題中的疑難點(diǎn)進(jìn)行，時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。

（3）課后實(shí)施：課后通過(guò)習(xí)題解惑答疑，更好地鞏固教學(xué)效果。

2.2 教學(xué)實(shí)施范圍

微課設(shè)計(jì)、制作、實(shí)施在我校省級(jí)重點(diǎn)專業(yè)-焊接技術(shù)與工程中進(jìn)行，進(jìn)而可以推廣到機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)、汽車服務(wù)、智能制造等專業(yè)。

2.3 學(xué)生受益分析

（1）通過(guò)微課教學(xué)改革，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。用創(chuàng)造發(fā)明故事激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造發(fā)明熱情，樹(shù)立創(chuàng)新意識(shí)；通過(guò)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)技巧方法教育，增加機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)訓(xùn)練項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力；通過(guò)改進(jìn)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容，設(shè)計(jì)大作業(yè)、參加創(chuàng)新設(shè)計(jì)比賽、給定或?qū)W生自選項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力；通過(guò)舉辦論文、制作、專題創(chuàng)新設(shè)計(jì)比賽，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。通過(guò)以上種種措施，學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)明顯增強(qiáng)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力顯著提升[6]。

（2）在傳統(tǒng)教學(xué)中加入微課教學(xué)，讓學(xué)生在課前完成“知識(shí)傳遞”過(guò)程，在課內(nèi)通過(guò)聽(tīng)講解、參與工程實(shí)例討論，完成“知識(shí)內(nèi)化”過(guò)程。學(xué)生從被動(dòng)的知識(shí)接受者變?yōu)榉e極主動(dòng)的學(xué)習(xí)者，學(xué)習(xí)的積極性和學(xué)習(xí)效率可以顯著提升。另外，學(xué)生把知識(shí)學(xué)活了，通過(guò)“手腦并用，創(chuàng)造分析”實(shí)踐鍛煉，應(yīng)用理論解決問(wèn)題的能力可以明顯提高。

（3）微課模式教學(xué)克服以往單純以老師為主的教學(xué)方法，以學(xué)生理解與應(yīng)用知識(shí)為目標(biāo)，理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、應(yīng)用分析和學(xué)生課外實(shí)踐能力培養(yǎng)相結(jié)合，提高學(xué)生綜合應(yīng)用系統(tǒng)知識(shí)的能力。盡量從實(shí)際問(wèn)題引入新內(nèi)容，啟發(fā)學(xué)生深入思考，引導(dǎo)學(xué)生積極討論，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，而不是被動(dòng)接受、理解和記憶。

（4）通過(guò)開(kāi)展“工程力學(xué)”微課教學(xué)模式的研究與探索，可以使學(xué)生更加牢固地掌握工程力學(xué)知識(shí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使教學(xué)過(guò)程更加多樣化、趣味化，從而提高教學(xué)質(zhì)量。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)開(kāi)展“工程力學(xué)”微課教學(xué)模式的研究與探索，可以使學(xué)生更加牢固地掌握工程力學(xué)知識(shí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使教學(xué)過(guò)程更加多樣化、趣味化，從而提高教學(xué)質(zhì)量。