基于微課理念的機械類專業工程力學教學模式設計與思考

岳桂杰，保承軍

（蘭州城市學院 培黎機械工程學院，甘肅 蘭州 730070）

0 引言

“工程力學”是高等本科學校、高職院校及中等學校工科類專業必修的一門專業基礎課，在交通運輸、機械工程、能源、土木、焊接等專業都有著廣泛的應用，是一門典型的理論與實踐結合較緊密的課程。其特點是理論性強、學習強度及難度大、課時有限等，難度大的原因主要有2個方面：（1）工程力學內容包括靜力學、運動學、動力學和材料力學四大模塊，內容多，但學時有限，學生僅憑教師的課堂教學無法完全理解教學內容；（2）工程力學教學內容與前面先修課程聯系緊密，尤其要求學生對高等數學與物理知識掌握熟練。而且工程力學學習的好壞直接影響了學生對后續課程的學習，甚至對學生畢業后從事的設計類工作也有著直接影響。目前，微課、慕課、翻轉課堂、直播課堂等應運而生，電子白板、智慧教室等設備不斷更新，多媒體技術的迅速發展對教育教學產生了巨大影響，在教學內容、教學方法與手段等方面必須緊跟信息技術發展步伐與趨勢，進一步開展課程建設和教改活動[1]。但隨著多媒體技術的發展，教學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作為主要教學方式，對學生進行滿堂灌，導致學生在PPT中找不到教學內容的重點和難點；另外，傳統的面對面教學，學生不能重復學習老師強調的重要知識點；教師疲于45 min課堂講解，與學生缺乏有效互動，課后也缺乏交流。所以，迫切需要教師組織一些時間簡短、主題明確、能詳細展示教學難點與重點的多媒體片段及課下學生能自主學習的互動平臺來加強鞏固教學內容。

把微課引入到工程力學教學中，新穎多樣的教學方式可以極大提高學生的學習興趣，教學方法的更新也使得學生學習的注意力更加專注，微課教學也可以做到因材施教，實現個性化教學。在做微課視頻時，要求時長在10 min左右，內容著重于教材上的重點和難點，對學生在課堂上無法理解的教學內容進行排查與掃盲，微課時長一定做到短小精悍、主題突出，一次微課可以針對某一個知識點或教學環節進行。另外，要求微課視頻交互性好、應用面廣，這樣不僅可以滿足學生個性化需求，也可以加強深化教學內容。總之，微課視頻引入工程力學教學在國內外教育領域具有不可低估的作用。

但是，目前大多數微課資源是為參加微課比賽而設計，以參加比賽為目的，微課資源沒有做到學科資源系統化與專題化，甚至某單一知識點也是零零散散，這是微課中存在的不容忽視的問題[2]。學生看過視頻后，只知其一，不知其二，難以形成完整的知識鏈。在目前信息技術大力發展的今天，完全可以以“某一門課”或“某一學科”為系統來開發設計微課資源，這樣既有利于教學資源系統化，也便于學生更好地掌握專業學科知識。

1 教學改革思路

研究如何將微課應用于傳統的工程力學面授教學，探索傳統教學與微課的融合方式及方法，制訂更加適合應用型本科學生的工程力學課程體系及教學模式，促進教師教學方法改革與創新，提高學生學習效率與學習的積極性，進一步提高工程力學教學效果與教學質量。

1.1 建立課程知識點體系

現在本科院校機械類專業應用的“工程力學”教材包含內容較多，包括四大模塊：靜力學、運動學、動力學與材料力學，但我校焊接技術與工程專業只需掌握靜力學與材料力學兩大模塊內容即可，為適應我校焊接專業學生的特點，急需建立符合焊接專業學生的工程力學教學體系及教材。我校工程力學課程教學團隊編寫了適合本校使用的“工程力學”教材。

該教材內容主要分為靜力學和材料力學兩大模塊內容，每個模塊又包含若干分支內容，具體知識體系框架如圖1所示。其中受力分析與力系平衡問題是工程力學的基礎，材料力學是解決工程實際問題的方法與手段。兩部分內容缺一不可，銜接緊密。在教學中，首先要讓學生清楚該門課的知識體系框架，這樣讓學生一開始就有明確的學習目標及學習興趣。

圖1 工程力學知識體系

1.2 確定微課視頻的內容

在明確了工程力學知識體系的基礎上，進一步建立微課視頻內容。建立的基本原則如下：

（1）基礎與自學內容。主要包括一些淺顯易懂、非重點部分內容，這部分內容多數學生通過自學就可以學會，可以不用在課堂上講授，但又是不可或缺的內容，同時該部分內容也可以作為基礎較差的同學的復習資料。如工程力學教材中的重心、平面圖形的幾何性質等[3]。

（2）重點和難點內容。如工程力學中剪力圖與彎矩圖的做法，扭轉應力、彎曲正應力公式的推導，這部分內容學生聽完教師講授之后，做題時仍然感覺無從下手，對知識點仍舊一知半解，所以這部分應該加強習題講解，但課堂上沒有時間，即可以通過做微課視頻來加強鞏固[4]。

如通過微課講解利用載荷集度、剪力和彎矩之間的微分關系做剪力圖和彎矩圖為例，可以先復習利用剪力方程和彎矩方程作圖時總結出的4條規律：①q=0時，剪力圖為平行于x軸的水平線，彎矩圖為斜直線；②q≠0時，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小；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。然后通過分析講解典型例題，講解四條規律的應用。因微課視頻時長有限，講解的例題數量不宜過多，分析一道典型例題即可。選擇的例題最好包含上述4條規律。

（3）拓展和延伸部分內容。該部分包括教材中的選學內容及講解較深的內容。這些內容往往在課堂講授中被一語帶過，沒有深入探討，在考試中也沒有涉及，但對學有余力的同學拓展知識面很有幫助。比如工程力學教材中關于彎曲理論的假設、縱橫彎曲、復雜應力狀態下關于應變能的理論等[5]。

在進行微課設計時，應注意：（1）應根據學生學習程度的差異把學生群體設定為不同的層次化教學，為學習能力較強的學生提供較難的工程力學知識教學內容，而為學習能力一般的學生提供比較基礎的知識教學，使得層次分化能夠最終因人而異；（2）研究微課與面授教學的融合方式與方法，研究微課與課堂面授如何銜接與互補。

1.3 了解學生觀看微課后效果

在學生觀看微課后，發放調查問卷，問卷內容不宜過于復雜，主要著重于對微課觀看的興趣、對學生的學習是否有幫助、能否提高學生的學習效率等。調查的目的主要是了解微課與傳統課堂融合的效果，以利于更好地篩選微課視頻，使微課更加貼近于生活實際，提高學生的學習興趣。

如圖2、3、4所示是在“工程力學”融入微課教學之后進行的部分調研結果，從調研結果可以看出：學生對微課教學還是很認可的。

圖2 微課內容設計調查結果

圖3 微課興趣調查結果

圖4 課程整體滿意度調查結果

2 微課教學實施與效果分析

2.1 教學實施步驟

“工程力學”是一門專業基礎課，在焊接技術與工程、機械設計制造及其自動、汽車服務、智能制造等專業中起著承上啟下的作用，但學生還沒有學習到專業知識，對力學中遇到的力學簡圖很難理解，微課的融入就起到了很好的作用，對于微課的實施主要采取以下3個階段：

（1）課前實施：在講新課前，引入工程實例，注重多媒體技術和學科教學的融合，把課堂中有關的力學簡圖原結構通過微視頻或微課的形式給同學做展示，以便于學生能更好地理解教學內容。

（2）課中實施：課中主要針對例題中的疑難點進行，時間不宜過長。

（3）課后實施：課后通過習題解惑答疑，更好地鞏固教學效果。

2.2 教學實施范圍

微課設計、制作、實施在我校省級重點專業-焊接技術與工程中進行，進而可以推廣到機械設計制造及其自動、汽車服務、智能制造等專業。

2.3 學生受益分析

（1）通過微課教學改革，培養學生的創新意識與創新設計能力。用創造發明故事激發學生創造發明熱情，樹立創新意識；通過進行創新設計技巧方法教育，增加機構創新設計訓練項目，培養學生創新設計能力；通過改進課程設計內容，設計大作業、參加創新設計比賽、給定或學生自選項目驅動，培養學生的創新設計能力；通過舉辦論文、制作、專題創新設計比賽，鍛煉學生的創新設計能力。通過以上種種措施，學生創新意識明顯增強，創新設計能力顯著提升[6]。

（2）在傳統教學中加入微課教學，讓學生在課前完成“知識傳遞”過程，在課內通過聽講解、參與工程實例討論，完成“知識內化”過程。學生從被動的知識接受者變為積極主動的學習者，學習的積極性和學習效率可以顯著提升。另外，學生把知識學活了，通過“手腦并用，創造分析”實踐鍛煉，應用理論解決問題的能力可以明顯提高。

（3）微課模式教學克服以往單純以老師為主的教學方法，以學生理解與應用知識為目標，理論教學、實驗教學、應用分析和學生課外實踐能力培養相結合，提高學生綜合應用系統知識的能力。盡量從實際問題引入新內容，啟發學生深入思考，引導學生積極討論，充分調動學生的主觀能動性，而不是被動接受、理解和記憶。

（4）通過開展“工程力學”微課教學模式的研究與探索，可以使學生更加牢固地掌握工程力學知識，提高學生學習興趣，使教學過程更加多樣化、趣味化，從而提高教學質量。

3 結語

通過開展“工程力學”微課教學模式的研究與探索，可以使學生更加牢固地掌握工程力學知識，提高學生學習興趣，使教學過程更加多樣化、趣味化，從而提高教學質量。