《理論力學》課程團隊在線教學的應用實踐

李世遠 彭 巖 李 妍 程 麗 朱智瑩

（中國石油大學（北京）石油工程學院 北京 102249）

理論力學是研究物體機械運動的基本規律的學科。力學的一個分支。它是一般力學各分支學科的基礎[1]。理論力學課程是石油工程學院面向石油工程專業及海洋油氣工程專業大一學生開設的必修課程，共40學時。本課程為專業基礎課，是后續專業課程的基礎，并在許多工程技術領域中有著廣泛的應用。通過理論力學的學習，使學生掌握質點、質點系和剛體平衡和機械運動的基本規律和研究方法，使學生初步學會應用理論力學的理論和分析方法、解決一些簡單的工程實際問題[2][3]。課程概念抽象化多、解析計算性強、工程應用性廣，如何通過在線教學解決這個問題是關鍵所在。教學團隊通過形象化、多樣化和協同化在線教學模式，提升課程教學和學習效果。

1 課程教學設計

以圖文注釋、電子板書、在線測試、模擬教室環境等多種方式，增加基礎課程講解的形象化、互動化，達到接受知識點、理解知識點并掌握知識點的教學效果。第一，在線問卷了解動態。首先，通過騰訊會議和雨課堂的方式，授課實現了較為穩定的在線教學模式。在上課前，教師進入騰訊會議做好準備，通過問卷調查了解學生對騰訊會議使用的熟悉程度。在線上課程中，教師通過問卷調查了解學生對聽課思考、出現網絡卡頓現象、克服困難聽課等問題的反饋。通過學生反饋情況，教師隨時了解學生想法，并動態調整教學方式和在線教學模式。

第二，電子板書圖畫講解。教師通過調整PPT課件字體滿足在線教學中屏幕觀看的需求，同時運用電子板書在PPT講解中增加文字和圖畫注釋。此外，引入研究性問題，引導學生對抽象概念的理解。將黑板上的板書變為屏幕上的實時批注，與教師的語言表達相配合，能更好的將知識傳達到每個學生面前。傳統課堂中，坐在后面的同學因為距離黑板較遠，有時不能清楚的看到板書的過程，學習效果受到影響。在線板書很好的解決了這個問題，保證了每個課程參與者的清晰觀看。此外，通過形象化的圖畫講解力學模型，通過學生喜聞樂見的形式以簡筆畫的風格展現出來，促進了學生的學習積極性和創造性。

第三，課題研討聯系實際。課程教學中對實際問題進行力學分析、計算時，都將其抽象成為力學模型，初學者往往對于力學模型很熟悉，但對于這些模型背后的實際問題知之甚少。在《理論力學》的教學中，將受力分析的例題對應工程問題，密切結合實際，例如機構中構件受力分析。不但講解受力分析過程，而且延伸到一般模型分析。從而幫助學生更好的理解原理，培養科學研究的方法和興趣。

第四，教室環境真實模擬。課程授課過程中，教師在不斷探索居家模擬真實課堂環境，進行實時直播并在線互動。通過這種方式，讓學生獲得教室授課的儀式感，從而能夠提升自我約束并投入學習狀態。

第五，在線習題分工編寫。課程團隊按授課內容分工，各自編寫不同章節的在線試題庫。充分發揮雨課堂客觀題的作用，將課程易錯點、重難點通過選擇題、投票題等形式發出，學生完成后可及時看到答案解析，做到學習效果的自動檢測，小誤差的自動糾正，盡量使每一位學生都能跟上講課的節奏。

第六，慕課回顧鞏固理解。在線課程內容講授之后，通過學校教務處組織的學堂云平臺，為班級學生綁定身份，進一步安排學生學習慕課，并通過課堂討論區實施交流，回答學生問題。選取的慕課是課程教材編寫單位和編者的慕課，學生可以有種“原汁原味”的體驗。

2 課程目標與學情分析

本課程的課程目標要求學生能對常見工程約束進行簡化、分析受力和畫示力圖。熟練掌握力的投影、對點的矩和對軸的矩的計算。對工程中的各種力系（匯交力系、力偶系、任意力系和分布力系）能進行簡化。熟練掌握各力系的平衡方程及應用，對工程靜定結構能進行平衡分析。理解點和剛體的簡單運動。理解動力學基本定律，熟練建立運動微分方程，掌握動量定理及動能定理及其綜合應用。

結合雨課堂或騰訊課堂，每次課后進行學習情況統計，即每位學生觀看直播以及觀看回放時長。同時統計在線授課過程中，每道在線習題的答題情況，便于及時了解學生學習情況，總結分析并進一步改進課堂設計環節。

課后答疑隨時互動。檢驗教學效果的重要方式，就是課后學生提問、教師答疑解惑。在這個過程中，教師隨時了解學生對知識點的掌握情況。同時，進一步對課程進行回顧、總結和鞏固。

學生作業在線批改。檢驗教學效果的另一個重要方式，就是學生作業。通過雨課堂進行作業發布，并在線批改作業，運用電子板書進行批改注釋，并給出鼓勵性的評語，激發學術學習主觀能動性，實現教師和學生作業交流的在線互動。

隨著新時代和新工科教育的不斷發展，作為工科基礎課的教師，信息化及在線教學已逐步發展為授課模式的必備要求。在線教學的優勢包括教材和課件載體更加清晰地呈現在學生面前，結合圖文并茂的繪畫和注釋講解、電子板書、在線測試和在線作業批改等都有助于學生的理解和掌握。雨課堂、騰訊課堂等教學工具可以通過各種數據隨時讓老師和學生了解到教學效果。定期互動交流這種形式，使得現實課堂上不愿意發言的學生會更加積極踴躍地通過鍵盤提出自己的想法。

3 理論力學中的課程思政

通過網絡環境載體，教師對學生們開展課程思政，包括表達對學生的關愛和勉勵，介紹力學概念在生活中的應用例如火神山和雷神山醫院建筑結構的靜力學平衡等。大國重器當中的課程思政，通過多個案例給予介紹。例如“藍鯨1號”的鉆井平臺結構，主要結合理論力學中的靜定與超靜定問題的重要概念。特殊時期的北京鼓樓饅頭店，利用了“斜面”保證饅頭傳遞到顧客手里，而通過無人機和京東美團的無人配送把蔬菜食品送到千家萬戶。

科學原理與科學家精神融入到具體工程案例當中，2020年是“東方紅一號”衛星成功發射50周年。衛星按設計要求準確進入預定軌道，地面對其實施精準測控，數十萬中國人仰望星空觀看衛星過境，一曲嘹亮的《東方紅》響徹寰宇、震動世界。結合衛星發射，講授動量矩守恒定律。我們分析質點在有心力作用下的運動，由于動量矩是恒矢量，這里有兩個不變，第一個是恒矢量的方向不變，代表了右手螺旋定則的大拇指方向不變，也就是質點在有心力作用下運動的軌跡是平面曲線。第二個是恒矢量的大小不變，即面積速度不變。由此定理可知，當人造衛星繞地球運動時，離地心近時速度大，離地心遠時速度小?！皷|方紅一號”人造地球衛星已經發射五十年了，并且仍在軌道上運行，滿足動量矩守恒定理。對于動量矩守恒定理，最直觀的就是平面曲線軌跡和速度“近大遠小”的特點。

以衛星發射為標志性工程，我國航天事業進入空間站時代。再過去的五十年以及更長的實踐中，不能忘記以孫家棟為代表的老一輩航天人的貢獻，他們讓中國的空間科學事業從無到有、從弱到強、從小到大?；鹦翘綔y、“嫦娥”奔月如今都已成為現實。正是老一輩科學家甘于奉獻、隱姓埋名，幾十年的艱苦奮斗干出了驚天偉業。我們國家的各個行業都有著這么一大批的奮斗者，才取得今天的巨大成就。工科基礎課在傳授學生專業知識的同時，還要講標志性的成果和精神品質給學生們做好傳授。

本文列舉了石油工程專業本科理論力學課程團隊教師共同努力下的在線教學實踐。面對突如其來的教學要求，不論是教學多年經驗豐富的教師還是青年教師基本都沒有在線直播教學的經歷，這就更加促進了團隊協作、資源共享的需求。教學團隊通過在線研討、分工配合、共享成果，迅速形成了石油工程學院《理論力學》課程的教學設計、教學模式和在線習題庫等在線教學的有形化支撐，并通過多位主講教師幾周的教學實踐逐步進行測試、反饋和改進。發揮名師引領、運用團隊優勢力量，打贏基礎課教學促進學生理解、提高教學效果的這場實戰！