“互聯(lián)網(wǎng)+”結(jié)合對分課堂對《理論力學(xué)》教學(xué)方法探討

劉靜?何秀權(quán)?朱宗曉

摘要：經(jīng)過多年教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，本科生在學(xué)習(xí)過程中通常認(rèn)為理論力學(xué)概念通俗易懂，但習(xí)題難做，逐漸降低學(xué)習(xí)興趣。本文利用“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，結(jié)合“學(xué)習(xí)通”智慧教學(xué)應(yīng)用工具，將理論力學(xué)教學(xué)課程進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，分為課前預(yù)習(xí)、對分課堂教學(xué)和課后學(xué)習(xí)三個(gè)環(huán)節(jié)，重視學(xué)生參與積極性，加強(qiáng)知識(shí)內(nèi)化過程，強(qiáng)化教學(xué)反饋機(jī)制，提高理論力學(xué)教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，為本科院校機(jī)械專業(yè)理論力學(xué)課程建言獻(xiàn)策。

關(guān)鍵詞：理論力學(xué)；機(jī)械類專業(yè)；學(xué)習(xí)通；對分課堂

伴隨著我國的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型與升級(jí)，需要加快培育制造業(yè)發(fā)展的應(yīng)用型人才，提升我國綜合國力、保障國家安全[1]。根據(jù)機(jī)械類專業(yè)對本科生人才培養(yǎng)的要求，“理論力學(xué)”被列為該專業(yè)的核心技術(shù)基礎(chǔ)課程之一。如何提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力、設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力和自主創(chuàng)新能力，加強(qiáng)重視基礎(chǔ)技術(shù)和知識(shí)的消化吸收，成為亟待解決問題之一[2]。

一、理論力學(xué)課程特點(diǎn)和教學(xué)現(xiàn)狀

理論力學(xué)屬于古典力學(xué)范疇，其結(jié)構(gòu)體系、理論框架和基本物理概念十分完備，邏輯性較強(qiáng)。該課程的任務(wù)是從靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)三方面分析物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。課程特點(diǎn)是物理概念抽象，數(shù)學(xué)計(jì)算公式復(fù)雜；三大板塊關(guān)聯(lián)度大，不易把握；重理論輕應(yīng)用，與新時(shí)代發(fā)展脫節(jié)。對學(xué)生而言，第一模塊靜力學(xué)內(nèi)容與大學(xué)物理、高中物理有相似之處，導(dǎo)致他們在課堂上，食之無味，棄之可惜，上課積極性不高。然而，隨著運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模塊難度逐步增大時(shí)，學(xué)生認(rèn)為理論淺顯易懂，但遇到作業(yè)和實(shí)際工程例題，無從下手。為了提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能動(dòng)性，學(xué)校將理論力學(xué)課時(shí)已逐步削減為56學(xué)時(shí)甚至更低。對于教師而言，課時(shí)壓縮較多，教學(xué)節(jié)奏過快。因此將教學(xué)向課外延伸，加強(qiáng)開發(fā)課前和課后環(huán)節(jié)，改革教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，提出教改措施，培養(yǎng)學(xué)生興趣點(diǎn)和積極性，勢在必行。

二、新型教學(xué)模式——“互聯(lián)網(wǎng)+”和對分課堂

如何提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力、吸收知識(shí)并內(nèi)化能力，是推進(jìn)高校課堂教學(xué)改革重要問題之一。目前，大量的教學(xué)研究人員經(jīng)過實(shí)踐和理論驗(yàn)證，提出了許多新型教學(xué)模式，如慕課（MOOC）、翻轉(zhuǎn)課堂、混合式教學(xué)法、在線教學(xué)、對分課堂等[3-6]。目前，慕課通過免費(fèi)開放各類型教學(xué)課程，整合高校的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，突破了傳統(tǒng)課程人數(shù)和地理限制，提供了新的知識(shí)獲取路徑，但慕課需要學(xué)生有較強(qiáng)的自律才能完成課程內(nèi)容，因此它更適用于學(xué)生對教學(xué)課程進(jìn)行補(bǔ)充學(xué)習(xí)，彌補(bǔ)課堂教學(xué)不足。翻轉(zhuǎn)課堂要求學(xué)生在課前，通過自主學(xué)習(xí)方式，對視頻、教學(xué)課件等教學(xué)資源完成知識(shí)的獲取，再通過課堂討論和交流，加深對知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用，對學(xué)生數(shù)量少的課堂較為合適，針對機(jī)械專業(yè)超過50人的大班上課不太合適。相較而言，對分課堂，既不缺失傳統(tǒng)的教師講授過程，又增進(jìn)學(xué)生和教師的討論交流。同時(shí)，“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)的發(fā)展，突破了授課時(shí)間和空間的限制，革故鼎新。兩者的結(jié)合，促進(jìn)教的目的，完成學(xué)的內(nèi)容，相對而言更適合大班授課[7-8]?；诖吮尘?，本論文結(jié)合“學(xué)習(xí)通”智慧教學(xué)應(yīng)用工具，將對分課堂引入教學(xué)設(shè)計(jì)中，注重學(xué)生自我表達(dá)，重視鍛煉學(xué)生思考能力和工程創(chuàng)新能力，為推進(jìn)教育改革和培養(yǎng)創(chuàng)新技術(shù)人才提供新思路。

對分課堂教學(xué)模式分成三部分，分別是課前預(yù)習(xí)、課堂教學(xué)實(shí)施和課后學(xué)習(xí)，見圖1。利用“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，將教學(xué)過程向課外延伸，將課程知識(shí)的獲取一部分轉(zhuǎn)為線上，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)預(yù)習(xí)，完成教學(xué)啟蒙。在課堂上，教師講解傳授重點(diǎn)和難點(diǎn)問題，加強(qiáng)學(xué)生固化知識(shí)點(diǎn)，增強(qiáng)師生互動(dòng)，提高學(xué)生的積極性。在課后學(xué)習(xí)中，學(xué)生對照課件、課本和視頻，查漏補(bǔ)缺，完成課后作業(yè)。在智慧教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，繼續(xù)延伸學(xué)習(xí)和探討問題，繼承啟發(fā)。

（一）基于“學(xué)習(xí)通”平臺(tái)的教師教學(xué)準(zhǔn)備和學(xué)生課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)

基于“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，在課前，教師通過“學(xué)習(xí)通”發(fā)布教學(xué)教案和相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)資源，準(zhǔn)備經(jīng)典例題和限時(shí)習(xí)題；學(xué)生觀看教學(xué)教案并在限定時(shí)間內(nèi)回答相應(yīng)的問題。教師在“學(xué)習(xí)通”平臺(tái)上可收集學(xué)生預(yù)習(xí)數(shù)據(jù)，根據(jù)學(xué)生的反饋情況，對課堂教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)，去粗取精。針對簡單的定理和運(yùn)動(dòng)形式，如靜力學(xué)公理和點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)等，學(xué)生課前自學(xué)即可掌握，教師在課堂上不需要深度講解。針對一些復(fù)雜結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析，如復(fù)雜剛體平面運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)綜合應(yīng)用這部分內(nèi)容，學(xué)生不知如何突破，理解問題和運(yùn)動(dòng)過程較為困難，教師提前在“學(xué)習(xí)通”中上傳對應(yīng)的學(xué)習(xí)資料或者視頻，幫助學(xué)生構(gòu)建運(yùn)動(dòng)模型，后續(xù)在課堂上進(jìn)行點(diǎn)撥，加深理解。同時(shí)，在“學(xué)習(xí)通”平臺(tái)上提供討論空間，學(xué)生可提出疑問，進(jìn)行討論。

（二）對分課堂的教學(xué)實(shí)施

在傳統(tǒng)課堂上，教師講授力求完整詳盡，學(xué)生課堂表現(xiàn)機(jī)會(huì)較少，趨向被動(dòng)接受。而在對分課堂上，由于有課前預(yù)習(xí)內(nèi)容，教師在課堂上有引導(dǎo)，不窮盡內(nèi)容，整體有側(cè)重，講授重點(diǎn)和難點(diǎn)問題，留給學(xué)生消化和主動(dòng)探索的時(shí)間和空間。當(dāng)堂對分課堂（90分鐘）分為以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：教師講授（30分鐘）、學(xué)習(xí)思考和討論（30分鐘）和全班交流和教師點(diǎn)評（30分鐘），可參考圖2。

1.教師講授環(huán)節(jié)，支架式導(dǎo)入和問題情境引入，吸納知識(shí)點(diǎn)和激發(fā)學(xué)生興趣

以平面力對點(diǎn)之矩·平面力偶知識(shí)點(diǎn)為例，在課前預(yù)習(xí)階段，教師將在“學(xué)習(xí)通”平臺(tái)上介紹了力矩和力偶概念，預(yù)留限時(shí)學(xué)習(xí)任務(wù)；在課堂上，教師提綱攜領(lǐng)地講解教學(xué)目標(biāo)，突出重點(diǎn)和難點(diǎn)問題，再以具體的工程化案例進(jìn)行引導(dǎo)學(xué)生剖析，如播放鉗工作業(yè)視頻（如切削加工、攻螺紋、鉆孔和鉸削等），體會(huì)力矩和力偶的區(qū)別，以及兩者結(jié)合使用的效果和影響。以消防水栓的蝶閥手輪為例，引導(dǎo)學(xué)生討論力偶的方向、大小、位置，對消防水栓的作用效果，對施加力的大小、方向和作用位置進(jìn)行計(jì)算。

2.學(xué)生思考和討論環(huán)節(jié)，對應(yīng)用實(shí)例分析，科學(xué)解決問題

在學(xué)生討論環(huán)節(jié)，以“學(xué)生為主導(dǎo)”，對具體案例進(jìn)行思考。同時(shí)學(xué)生自主選擇以小組形式學(xué)習(xí)，或先獨(dú)立思考后小組討論形式學(xué)習(xí)，相互協(xié)助建立力學(xué)模型，畫受力圖、列方程，展現(xiàn)完整的演算過程，逐步錘煉學(xué)生分析問題，加強(qiáng)邏輯思維能力，和培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。教師不局限于講臺(tái)，實(shí)時(shí)關(guān)注學(xué)生的課堂表現(xiàn)和反饋，記錄有亮點(diǎn)的論據(jù)，為答疑解惑做鋪墊。

3.全班討論交流和教師點(diǎn)評環(huán)節(jié)，學(xué)生討論和交流，拓展和思考

在全班討論交流和教師點(diǎn)評環(huán)節(jié)，教師隨機(jī)點(diǎn)名，讓學(xué)生展示團(tuán)隊(duì)成果，在整個(gè)教學(xué)過程中，盡量覆蓋到全班同學(xué)，有意識(shí)地提升學(xué)生的語言表達(dá)能力。與此同時(shí)，教師借助“學(xué)習(xí)通”平臺(tái)設(shè)計(jì)一些及時(shí)檢查學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)和成果的環(huán)節(jié)，如問卷、測驗(yàn)、任務(wù)卡等，學(xué)生通過手機(jī)APP進(jìn)行教學(xué)成果反饋。教師依據(jù)學(xué)生課堂表現(xiàn)、答題情況和答題時(shí)長反饋，檢驗(yàn)學(xué)生對該課堂知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，并實(shí)時(shí)調(diào)整難易進(jìn)度，細(xì)化深入難點(diǎn)問題，最后總結(jié)本堂課所學(xué)知識(shí)點(diǎn)，并對學(xué)生進(jìn)行點(diǎn)評。立足機(jī)械類專業(yè)實(shí)際，在課堂結(jié)束時(shí)，進(jìn)一步思考消防水栓的蝶閥手輪的盤面為什么常用尺寸是160mm，引發(fā)學(xué)生討論，作為課后討論題。教師在學(xué)生相互討論過程中，原則上不直接回答問題，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考，用科學(xué)方法解決問題，但需要記錄學(xué)生共性問題，留在下次課堂上集中討論。

此外，對一些比較復(fù)雜推導(dǎo)過程的定理，如：點(diǎn)的加速度合成定理知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，淡化對點(diǎn)的加速度合成定理的推導(dǎo)過程，刪繁就簡，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)使用定理分析物理現(xiàn)象和解決具體工程實(shí)例問題。從問題情境引入，用真實(shí)生活現(xiàn)象或者科學(xué)前沿問題，激發(fā)學(xué)生興趣。如，借助多媒體，介紹和演示傅科擺實(shí)驗(yàn)，觀察重型擺錘擺動(dòng)時(shí)，遺留在下方沙盤上的軌跡。人們起初認(rèn)為，擺錘應(yīng)在沙盤上畫出一條直線。然而實(shí)驗(yàn)結(jié)果是，當(dāng)擺錘每來回震蕩一次，在沙盤上留下的軌跡均與原軌跡有一點(diǎn)偏離，說明還有其他的力指引著擺錘的運(yùn)動(dòng)。引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)解決問題，讓學(xué)生對擺錘進(jìn)行受力分析，讓學(xué)生討論擺錘的運(yùn)動(dòng)屬于何種運(yùn)動(dòng)，建立起與已有知識(shí)的聯(lián)系；思考為什么擺錘會(huì)偏離原來軌跡。學(xué)生們對問題具體分析，構(gòu)建運(yùn)動(dòng)規(guī)律和科氏加速度之間的聯(lián)系，佐證所觀察的現(xiàn)象，提升認(rèn)知深度。教師助力學(xué)生思考科氏加速度意義和來源，驗(yàn)證地球自轉(zhuǎn)。此外，指引學(xué)生自主從互聯(lián)網(wǎng)上搜索資源，如科氏加速度的生活應(yīng)用，加深鞏固知識(shí)，提升知識(shí)遷移能力。

“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)和對分課堂教學(xué)設(shè)計(jì)，注重培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)能力，激發(fā)學(xué)生興趣，從具體案例中提煉科學(xué)問題，引導(dǎo)學(xué)生把理論學(xué)習(xí)與生活實(shí)踐緊密結(jié)合起來。

（三）課后學(xué)習(xí)

學(xué)生課后自主學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)是知識(shí)內(nèi)化學(xué)習(xí)的關(guān)鍵，是體現(xiàn)“學(xué)生主體型”的重要時(shí)間段。學(xué)生根據(jù)教材和課件，或者慕課、視頻等資源，對該堂課的知識(shí)脈絡(luò)、重點(diǎn)難點(diǎn)等進(jìn)行細(xì)化學(xué)習(xí)。例如，“剛體的平面運(yùn)動(dòng)”，由于課上講授時(shí)間壓縮，大部分學(xué)生很難完全掌握，如選擇何種相對運(yùn)動(dòng)降低計(jì)算和分析難度等內(nèi)容。因此，需要拓展課后學(xué)習(xí)，對照課件、課本和視頻，查漏補(bǔ)缺。此外，推薦學(xué)生課后通過觀看視頻，觀察物理現(xiàn)象和應(yīng)用（螺旋槳飛機(jī)、熱帶氣旋、陀螺儀等），慢慢體會(huì)并掌握其中的概念。完成課后作業(yè)是檢驗(yàn)學(xué)生掌握知識(shí)點(diǎn)的重要環(huán)節(jié)。在設(shè)計(jì)課后習(xí)題時(shí)，習(xí)題在于精不在于多，貼近于生活實(shí)踐，如拉鏈嚙合、盤山公路、螺旋千斤頂?shù)?，增加?xí)題的趣味性和綜合性。教師根據(jù)課后作業(yè)完成的情況，分析學(xué)生存在的問題并記錄，為課堂討論作準(zhǔn)備。在課后復(fù)習(xí)過程中，教師鼓勵(lì)學(xué)生遇到疑難問題進(jìn)行討論，如組織小組成員面對面討論，或通過企業(yè)微信群、學(xué)習(xí)通平臺(tái)等進(jìn)行討論，對提出有效問題和正確回答問題的同學(xué)予以計(jì)分，計(jì)入平時(shí)成績中。這種類型的教學(xué)活動(dòng)和考核設(shè)計(jì)注重評價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力，幫助教師改變期末突擊考查的現(xiàn)象。

三、結(jié)束語

理論力學(xué)在機(jī)械類課程體系中占據(jù)著承上啟下的作用，枯燥的理論知識(shí)無法教會(huì)學(xué)生使用理論力學(xué)原理解決實(shí)際問題。因此本文結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”學(xué)習(xí)通智慧教學(xué)應(yīng)用工具，借鑒對分課堂教學(xué)改革模式，整合教學(xué)平臺(tái)和教學(xué)資源。在課前利用學(xué)習(xí)通進(jìn)行教學(xué)啟蒙；在課堂上以學(xué)生為主導(dǎo)，從實(shí)際工程案例中，建立模型，引出知識(shí)點(diǎn)和規(guī)律；在課后重視學(xué)生知識(shí)的“吸收內(nèi)化”，為培養(yǎng)自律、創(chuàng)新、獨(dú)立思考、解決實(shí)際工程問題的工程技術(shù)人才打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

作者單位：劉靜 何秀權(quán) 朱宗曉 中南民族大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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基金：湖北高校省級(jí)教學(xué)研究項(xiàng)目資助（2018219），國家自然科學(xué)基金（11804399），中南民族大學(xué)中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助（CZQ20018），中南民族大學(xué)教師教學(xué)發(fā)展中心教學(xué)改革專題研究項(xiàng)目資助（JGZX202007）。

劉靜（1990.06-），女，漢族，湖北武漢，博士，講師，研究方向：微球動(dòng)力學(xué)研究；

何秀權(quán)，男，漢族，湖北，碩士研究生，工程師，研究方向：機(jī)電一體化設(shè)備設(shè)計(jì)和激光加工技術(shù)；

朱宗曉（1978.08-），男， 漢族，湖北武漢，博士，副教授，研究方向：計(jì)算機(jī)視覺、高等工程教育。