《理論力學》課程線上線下混合式教學模式實踐研究

崔紅光 朱公志 張本華 姜迎春 王京 江紅霞 徐燕

摘? 要：根據新工科背景下提出的教學高階性和創新性要求，加強理論與實踐相結合，提高學生創新能力和解決實際問題能力的培養，沈陽農業大學的《理論力學》課程采用了基于跨校修讀學分的線上線下混合式教學模式進行教學，節省了理論教學時間，增加了實踐與翻轉課堂時間，通過期末成績對比分析，采用混合教學模式的學生成績均高于傳統教學組。該教學模式可以為開展線上線下混合式教學模式教學工作提供有益的參考依據。

關鍵詞：理論力學;跨校修讀學分;混合式教學模式;理論與實踐結合;翻轉課堂

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：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》作為本科專業一門理論性較強的學科基礎課，是各門力學的基礎，并在許多工程技術領域中有著廣泛的應用。在培養計劃及教學大綱中，要求學生具備比較熟練的計算能力、一定的分析問題和解決問題的能力，學會應用理論力學的理論和方法分析、解決一些簡單的工程實際問題。該課程強調理論與實踐相結合，通過理論進行實踐，可以更好地解決工程中繁復的實際問題。目前在各高校的教學中，該課程一直沿用課堂面對面的傳統教學，在教學時間的限制下，在基礎理論理解與學習上需要占用大量的學時，而將理論應用于實際問題當中的時間就較少甚至于沒有。這樣的學生只是學到了解題的方法并且用于考試，并沒有培養學生創新的能力。在新工科的教育背景下，培養學生的創新能力是重要目標，因此目前的理論力學的教學模式需要改進。

跨校修讀學分課程、高等學校間互認學分的學習方式和教學管理制度，是促進高等院校間優質教學資源的共建共享，提高教學水平和人才培養質量的一種教學模式。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生在線學習、跨校修讀學分試點工作，通過多年應用，省級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教學模式，以學生為主體，滿足學生個性化學習需求，提高學生的自主學習能力，培養學生自主創新能力。

沈陽農業大學作為首批跨校修讀學分試點工作單位，學校教務處從教師、設備、教室等多方面投入，全力保障此工作的順利進行。沈陽農業大學理論力學教學團隊以此為契機，與大連海事大學理論力學精品資源共享建設團隊自2016年起連續三年進行基于跨校修讀學分的混合式教學實踐。將傳統理論力學的教與學轉變成實踐與理論相互促進的混合式教學模式。

一、《理論力學》課程線上線下混合式教學準備

沈陽農業大學理論力學課程于1999年從工程力學中獨立出來為90學時，于2003級學生開始作為學科基礎必修課設置了工科專業的72學時（包括靜力學、運動學和動力學）及近工科專業的36學時（包括靜力學和運動學）。從2012級開始調整教學計劃，在理論內容不變的情況下將課時分別改為64學時和32學時。《理論力學》課程自2005年起，連續三屆被評為沈陽農業大學精品課，每屆有效時間為四年。

遼寧省精品資源共享課《理論力學》課程為例，課程建設方為大連海事大學，課程使用方為沈陽農業大學，使用超星爾雅公司的泛雅MOOCs在線學習平臺，課程建設方與課程使用方老師組建教學團隊，共同討論確定教學方式。根據本課程的特點及使用經驗積累，采用混合式教學模式組織教學，探索理論類課程與實踐結合有效結合的教學方式。在課程內容管理、考核方式制定及MOOCs平臺使用等方面進行交流與討論，為該課程跨校修讀學分的實施做好前期準備工作。

（一）課程內容管理

《理論力學》作為各高校工科專業的基礎課程，具有統一的理論體系。大連海事大學錄制的遼寧省精品資源共享課《理論力學》，課程資源完整、教學內容豐富、理論講解細致。可以用于沈陽農業大學該課程的理論教學中。由于不同學校的學生專業不同，相關案例與習題有所區別，因此在課程內容管理上，適當刪除原來課程中的習題內容，增加本校專業的案例與習題。

（二）制定考核方式

由于采用的是理論與實踐相結合的混合式教學模式，在原有的試卷筆試考核的基礎上，增加實踐操作和過程考核環節權重，實施“全過程考核”模式。

（三）MOOCs平臺使用

建課方將理論課程講解全部建設于超星爾雅公司的泛雅MOOCs在線學習平臺上，供學生進行學習使用。用課方教師將本學校專業的典型例題講解錄制后上傳到沈陽農業大學易爾思MOOCs平臺供本校學生學習習題時使用。在課堂教學中采用超星公司的“學習通app”進行隨堂簽到、選人答題、進行課堂互動等課堂學生管理。

二、《理論力學》課程線上線下混合式教學模式實施

《理論力學》課程建設方和使用方的主講教師組建跨校修讀課程組，沈陽農業大學每學期任選一個專業的學生作為該學年跨校修讀學習組，其余專業繼續采用傳統教學。混合式教學實施環節包括網絡平臺學習、面對面課堂教學、實踐操作和翻轉課堂四種學習方式。

（一）網絡平臺學習

《理論力學》課程組教師組建教學團隊，用課方與建課方教師進行溝通，明確理論學習知識點與重點內容，根據本校的教學大綱和教學任務，在教學網絡中進行任務點的發布，制定學習進度和學習計劃。雙方教師負責線上知識點講解，布置線上練習題，使學生利用網絡教學資源進行學習、完成練習題、查看課外資料等。用課方主講教師通過檢查學生的視頻觀看進度等，及時了解學生對各章節的掌握情況。用課方教師建立專用的QQ群，方便和學生及時進行溝通。

（二）面對面課堂教學

用課方教師在課堂中進行知識的梳理，不在重復講解基本理論等內容，而是針對該課程中的重點、難點及學生在網絡平臺學習中遇到的困難和疑問，并根據學生學習的具體情況，對課程的知識結構進行歸納和總結、組織學生分組討論、進行案例分析以及復習答疑等工作。

（三）實踐操作

為了讓學生能把理論與實踐相結合，不僅能了解各知識點在工程中的應用，還能將知識點用于實踐中。本次教學中圍繞《理論力學》的三大理論核心提出三個任務由學生進行實踐操作。分別是：

1. 靜力學實踐。書上有很多重物提升裝置和壓榨裝置的力學圖形，給學生布置的任務是，到生活中尋找或者借助于網絡查找重物起吊裝置或壓榨裝置的實例，拍攝或下載相關的圖片與視頻，并根據學過的靜力學中有關約束、力系和受力分析等相關知識，將實物簡化成力學模型，并分析及講解其機構工作原理及應用。如圖1所示，教材中平面圖形（a）與學生查找到的實物圖片（b）。通過實踐觀察，分析實物與力學模型的關系。

2. 運動學實踐。運動學的重點及難點內容為點的復合運動及平面運動，教材及參考書中皆為二維靜態圖形，由學生自選書中的圖形，應用建模仿真軟件對其進行運動過程的動畫制作。本環節需要學生具有一定的軟件基礎，不作強制要求，以興趣為主導去完成對應建模與動畫仿真。如圖2所示，教材中平面圖形（a）與學生應用SolidWork軟件建模并動畫仿真的三維圖（b）。學生在應用軟件進行建模過程中，首先需要確定各構件的長度，必要的時候需要調整構件的形狀以滿足運動需求;在進行動畫仿真過程中，需要確定主動件和從動件之間的運動關系，以實現完整運動。

3. 動力學實踐。以書中力學、運動學所有的圖形為基礎，用慧魚組件進行拼建模型，并鼓勵學生在運動機構基礎上拓展其應用范圍，進行創新。如圖3所示，教材中平面圖形（a）與學生選取慧魚組件進行拼搭的模型 （b）。學生在進行拼搭過程中，需要恰當選取實物零件，如采用偏心輪結構實現曲柄OA的定軸轉動;需要適當改變原圖形的結構，如圖（a）中定軸轉動在平動篩外側，通過實踐操作，學生發現要實現曲柄的整圈轉動，需要將定軸轉動結構調整到平動篩內側才行。

（四）翻轉課堂

翻轉課堂是混合式教學模式中非常重要的一個環節，它的主要執行方式是學生站在講臺上講解，老師和其它學生對講解內容進行提問及討論。根據本課程布置的任務，主要進行以下兩方面的翻轉課堂內容：

1. 習題討論與講解。教師提前布置本課程的重、難點章節（靜力學物系平衡、點的復合運動、動力學定理應用等）的對應習題，把學生分成若干小組，每個學習小組針對各自的任務，在課堂外時間利用網絡平臺觀看相關知識點的視頻在線學習之后，進行習題討論，然后選該組代表在課堂上進行小組匯報，向所有學生進行習題的講解，要求講解過程中，詳細講解解題思路和分析過程。在小組代表匯報過程中，如果出現錯誤或者解釋不清的情況，可以由同組其它同學進行補充講解。匯報后，學習小組提出學習過程中的疑問，由老師組織全班同學進行討論。

2. 實踐講解與討論。在已經布置的三次實踐操作環節中，學生們自發組成小組選擇題目及圖形，完成了相關文字材料、動畫仿真、作品模型、視頻剪輯及PPT。匯報者在翻轉課堂上進行成果匯報講演，聽講者根據自己的理解提出問題，教師對所匯報內容進行適當點評，指出作品的特色、不足及改進建議，促進學生對相關知識點的理解，讓學生“理論聯系實踐”，明白“理論力學主要是學什么，能用來做什么，以及怎么用”。優秀的學生作品上傳至沈陽農業大學易爾思平臺。

通過翻轉課堂環節，學生能把自己的作品，組織好語言進行講解，加深了對理論的理解，激發了學習熱情。同時教師也能發現學生潛在的問題，進一步完善和調整網絡平臺資源。

三、《理論力學》課程線上線下混合式教學模式考核

改變傳統的期末考核模式，實施“全過程考核”模式。教學考核方式有：網絡平臺考核、翻轉課堂考核、課堂表現考核、紙質作業考核、期末考試考核。其中，網絡平臺考核由系統依據學生完成視頻、任務點、參與討論情況自動進行評分，較為客觀;翻轉課堂考核中，教師通過各小組組員參與教學任務的程度，根據學生在翻轉課堂中的匯報效果及表現，給出翻轉課堂成績;課堂表現考核中，主講教師根據日常教學過程中，學生出勤情況、課堂回答問題情況的記錄給出課堂表現成績;作業考核環節，教師布置紙質作業，通過學生提交作業，根據學生作業完成的認真程度、對錯情況給出成績;期末考試為閉卷筆試，按照課程教學大綱設置考試題目，百分制為滿分。總成績=期末卷面考試成績（50%）+在線學習成績（30%）+翻轉課程、作業等（20%）。

這種考核方式可以讓學生把期末突擊復習方式變成平時的學習方式，期末筆試考試沒有舍棄，只是在總成績中所占比重相應減少，減小了“突擊考試”的學生心態。跨校修讀學分課程組織中的考核評價的方式更側重于學生的平時學習積累和動手、動腦能力的培養，比傳統的評價方式更符合現代教學培養模式和人才培養需求。用課方學生取得的成績錄入系統后，傳至建課方，雙方學校教務管理部門進行學分互認。

四、《理論力學》課程線上線下混合式教學模式實施效果

為了對比混合式教學的學習效果，將本學期理論力學課程學習的班級分為混合式教學組和傳統教學組。兩種教學方式的分數統計如表1所示，各分數段分析如圖4所示。

從表1可見，混合式教學組平均成績，優秀率，及格率均高于傳統教學組。從圖4可見，各教學班級成績均符合正態分布，其中混合式教學組高分人數多于傳統教學組。由以上數據及分析可見，“網絡平臺學習+面對面課堂教學+實踐操作+翻轉課程”的混合式教學模式，可很好地調動學生學習的積極性，提高學生的成績。

跟蹤三個年度采用跨校修讀學分進行混合式教學模式學習的學生創新實踐能力，在用課方教師指導下參加機械設計類競賽均取得較好成績，如2017級機化閆卓宇等學生獲得2019年中國服務機器人大賽授花粉機器人專項賽二等獎，2016級機制黃開智等學生獲得2018年遼寧省大學生機械創新設計大賽慧魚組二等獎，2017級機化蘇振華等學生獲得2018年沈陽農業大學機械產品數字化設計大賽一等獎。

五、結束語

在新工科教育背景下，理論力學教學需要突出學生解決實際問題能力和創新能力的培養，提高學生理論與實踐相結合的能力。針對傳統教學中學時較少，理論講解占用大量時間而實踐不足的普遍現象，采用基于跨校修讀學分的線上線下混全式教學模式，遵循以“學生為中心，理論實踐相結合，實踐促理論學習，全過程考核”的教學觀念，對進一步提高教學水平和人才綜合能力培養具有積極的推動作用。

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