“虛實結(jié)合、多堂聯(lián)合、知行耦合”
——應用型本科理論力學一流課程建設(shè)與實踐研究

瞿志俊，馬常亮，溫宏愿，王榮林，孫松麗

（南京理工大學泰州科技學院 智能制造學院，江蘇泰州 225300）

當前，本科院校根據(jù)《教育部國家發(fā)展改革委 財政部關(guān)于引導部分地方普通本科高校向應用型轉(zhuǎn)變的指導意見》，將“培養(yǎng)應用型本科人才”作為學校的辦學定位，而培養(yǎng)應用型本科人才的基點最終還是落到應用型課程建設(shè)。理論力學作為機械類、土木類等專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，是理論聯(lián)系工程實踐的具有承前啟后作用的課程[1]，其對工程技術(shù)人才培養(yǎng)的重要作用不言而喻。傳統(tǒng)的純線下課堂教學模式已經(jīng)不能滿足應用型本科學生教學要求[2-4]。同時，如何培養(yǎng)應用型高校學生的家國情懷、科學精神與人文素養(yǎng)，也是當前力學教學領(lǐng)域討論的熱點課題之一[5]。因此，應用型本科理論力學課程教學需要解決以下幾個問題：（1）針對應用型本科學生力學基礎(chǔ)學情、理論力學課程要求不斷提高、課時不增反降的實際情況，改革課堂教學，優(yōu)化教學設(shè)計，實施混合式教學模式，提升教學效果，高水平地達成課程教學目標。（2）落實立德樹人，在課程教學內(nèi)容和教學活動中有機融入思政元素，達到潤物無聲的育人效果。（3）合理運用智慧教學工具，將學生的手機從低頭的工具變成抬頭的利器，打破課堂沉默狀態(tài)，激發(fā)學生的學習熱情，讓課堂活起來。（4）改革傳統(tǒng)的考核評價方式，將形成性評價與終結(jié)性評價相結(jié)合，科學評價教學目標的達成度。并且在教育部首批一流課程認定名單中，理論力學共獲批11 門，其中研究型大學占10 門，應用型本科層次只有1 門，因此應用型本科院校理論力學一流課程建設(shè)迫在眉睫[6-8]。

1 課程建設(shè)方法和途徑

1.1 建立“三橫三縱”的課程教學內(nèi)容體系

根據(jù)學生認知規(guī)律，基于布魯姆教育目標分類理論[9-11]，構(gòu)建“三橫三縱”的課程內(nèi)容體系。“三橫”是指靜力學、運動學、動力學三個模塊；“三縱”是根據(jù)認知規(guī)律，將每個模塊分為基礎(chǔ)、應用、創(chuàng)新三個層次。基礎(chǔ)層次包括基本概念、基本理論、基本方法。在應用層次中，引入工程實際案例、高新技術(shù)成果，同時引入有限元軟件（MSC.Adams），理論聯(lián)系實際，增加課程的高階性和挑戰(zhàn)度。在創(chuàng)新層次中，引入動手制作比賽、學科競賽、創(chuàng)新項目等，增加課程的創(chuàng)新性。并從我國重大工程、行業(yè)典型代表人物、力學史等方面挖掘課程思政元素，有機融入教學內(nèi)容。

1.2 創(chuàng)新“四堂一體”的課程教學模式

實施線上課堂、傳統(tǒng)課堂、翻轉(zhuǎn)課堂、第二課堂“四堂一體”的“多堂聯(lián)合”創(chuàng)新教學模式。線上課堂實現(xiàn)基礎(chǔ)層次知識傳授前移，傳統(tǒng)課堂、翻轉(zhuǎn)課堂實現(xiàn)應用層次知識內(nèi)化，第二課堂實現(xiàn)創(chuàng)新層次知識拓展。

基礎(chǔ)層次的教學以線上虛擬課堂為主，按知識點錄制微視頻并上線，發(fā)布學習任務(wù)清單，學生線上自學、自測，師生線上交流互動。依托超星平臺建立理論力學在線課程，支撐“四堂一體”創(chuàng)新教學模式中的線上課堂教學。對于難度較大等不適合線上自學、理論強的知識，仍放到實體課堂教學。在思政設(shè)計方面，以“畫龍點睛式”的方法，圍繞定理、原理等知識點，追溯知識點的力學史和力學家，培養(yǎng)學生積極探索、勇于批判、敢于創(chuàng)新的科學精神。

應用層次的教學是本門課程的重點，是實現(xiàn)應用型課程的核心，是培養(yǎng)應用型人才的關(guān)鍵。應用層次的教學以傳統(tǒng)課堂、翻轉(zhuǎn)課堂等實體課堂為主，教學任務(wù)主要是運用基礎(chǔ)層次的知識解決工程實際案例，通過“學中做”實現(xiàn)知行耦合。教學活動策略是利用雨課堂等智慧教學工具，在教師引導下開展分組討論、組間互評、合作探究式學習，打破課堂沉默狀態(tài)，激發(fā)課堂活力，使學生動起來。在思政設(shè)計方面，以“專題嵌入式”的方法，圍繞某個工程案例，借助我國重大工程和行業(yè)典型代表人物的光輝事跡，培養(yǎng)學生家國情懷和愛國精神。

創(chuàng)新層次的教學以第二課堂等實體課堂教學為主，引導學生參加動手制作比賽、學科競賽、創(chuàng)新訓練，參與教師科研項目，通過“做中學”實現(xiàn)知行耦合。在思政設(shè)計方面，以“專項訓練式”的方法，通過“研、創(chuàng)、賽”培養(yǎng)學生積極探索、勇攀高峰的科學精神。

綜上所述，通過虛擬課堂（線上課堂）與實體課堂（傳統(tǒng)課堂、翻轉(zhuǎn)課堂、第二課堂）相結(jié)合，推行“多堂聯(lián)合”課程教學模式，在教學活動中，以“學中做、做中學”的方式達到知行耦合，實現(xiàn)培養(yǎng)應用型本科人才的目標。

1.3 搭建“三維四度”的課程評價體系

遵循OBE 理念[12-14]，突出形成性評價，設(shè)計了“三維四度”評價體系。第一維，線上評價占20%，包括在線視頻及資料學習（5%）、在線自測（5%）、在線討論（5%）、作業(yè)互評（5%）；第二維，線下評價占70%，包括翻轉(zhuǎn)課堂（5%）、課堂測試（5%）、課后作業(yè)（10%)、分組項目（10%）、筆試（40%）；第三維，第二課堂占10%，包括動手制作比賽、學科競賽、創(chuàng)新訓練、教師科研項目。通過“三維”考核實現(xiàn)對學生學習投入度、知識點掌握度、能力實現(xiàn)度、課程目標達成度的“四度”評價；在完成課程成績評定的同時，也間接實現(xiàn)了對思政育人效果的考查。

2 課程建設(shè)的成效

2.1 課程建設(shè)得到認可

本課程被學生評為“四有”課程：即有情、有趣、有料、有用。校內(nèi)督導和同行認為本課程建設(shè)改革成效顯著，學生知識、能力和素質(zhì)的培養(yǎng)達到了既定的教學目標。“四堂一體”的教學模式與“三維四度”的評價體系獲得了校內(nèi)督導和同行的一致認可。同時，本課程2021年被學校認定為首批校級一流課程（編號：2021-1-003），并且本課程的教學資源、教學模式、評價體系已經(jīng)推廣到兄弟院校理論力學課程教學中。

2.2 課程教學團隊成果突出

近年來，課程教學團隊成員獲得力學講課競賽省級獎項5 項，其中兩位教師分別獲得第8 屆和第9 屆江蘇省工科基礎(chǔ)力學青年教師講課競賽理論力學組特等獎。同時，一位教師以理論力學案例教學設(shè)計參賽獲得2021年度校級“課程思政”教學設(shè)計競賽一等獎。

2.3 學生成績逐年提升

2018 級機電班（改革后）、2019 級機電班（改革后）課程平均分依次為80.1 分、84.7 分，比2017 級機電班（改革前）分別提高10.4 分、15 分；2018 級機電班（改革后）、2019 級機電班（改革后）課程及格率分別為88.2%、95.0%，比2017 級機電班（改革前）分別提高8.6%、15.4%，如圖1所示。與未實施改革的平行班相比，2018 級機電班（改革后）平均分提高10 分、及格率提高7.2%，2019 級機電班（改革后）平均分提高11.1分、及格率提高9.5%，如圖2所示。通過學生成績的縱向、橫向比較，表明該課程建設(shè)改革創(chuàng)新取得了顯著的效果。

圖1 課程成績縱向比較圖

圖2 課程成績橫向比較圖

2.4 學生學科競賽成績斐然

近年來，我校學生在國際大學生工程力學競賽（亞洲賽）、全國周培源大學生力學競賽、江蘇省大學生力學競賽等力學權(quán)威競賽中均獲得了各類獎項。

3 課程建設(shè)的創(chuàng)新特色

本課程建設(shè)創(chuàng)新了集“思專一體、四堂一體、理實一體”的“三維立體”課堂，形成了一定的課程特色，具體如下：

3.1 思專一體，協(xié)同育人

堅持價值引領(lǐng)，將課程思政貫穿課程教學全過程。以我國重大工程、行業(yè)典型代表人物先進事跡為例，培養(yǎng)學生家國情懷和愛國精神；以力學基本概念、基本原理背后的科學家的攻關(guān)精神與力學史為例，培養(yǎng)學生的科學精神；以力學競賽、創(chuàng)新實踐項目培養(yǎng)學生的科學精神、團隊協(xié)作和溝通表達能力。

3.2 四堂一體，創(chuàng)新育人

實施線上課堂、傳統(tǒng)課堂、翻轉(zhuǎn)課堂、第二課堂“四堂一體”的“多堂聯(lián)合”創(chuàng)新教學模式。線上課堂實現(xiàn)基礎(chǔ)層次知識傳授前移，傳統(tǒng)課堂、翻轉(zhuǎn)課堂實現(xiàn)應用層次知識內(nèi)化，第二課堂實現(xiàn)創(chuàng)新層次知識拓展。在傳統(tǒng)課堂內(nèi)，通過翻轉(zhuǎn)課堂總結(jié)與匯報線上學習成果，開展自制教具等分組項目自評、互評等課內(nèi)實踐活動；對于知識重點、難點與有限元仿真實踐等內(nèi)容，基于工程案例與教具，教師講解示范、學生練習；借助雨課堂等智慧教學工具開展分組討論、組間互評、隨堂測試，打破課堂沉默狀態(tài)，激發(fā)課堂活力。

3.3 理實一體，實踐育人

按照實踐——理論——實踐的路徑，培育學生力學思維、抽象建模與計算分析能力。針對知識重點、難點，引導學生運用3D 打印技術(shù)，設(shè)計制作教具，通過翻轉(zhuǎn)課堂，學生借助教具講解蘊含的力學原理；基于平衡吊車、機械外骨骼等工程案例培養(yǎng)學生應用理論力學知識的能力；運用MSC.Adams 完成典型例題、工程案例的建模及仿真分析，并與理論分析進行對比驗證。

4 結(jié)語

本文圍繞應用型本科人才培養(yǎng)定位、圍繞立德樹人根本任務(wù)，結(jié)合新時代高等教育理念與學生認知學習規(guī)律，進行了應用型本科理論力學一流課程的建設(shè)與實踐，課程建設(shè)改革成效顯著，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）根據(jù)學生認知規(guī)律，基于布魯姆教育目標分類理論，構(gòu)建“三橫三縱”的課程內(nèi)容體系；（2）實施線上課堂、傳統(tǒng)課堂、翻轉(zhuǎn)課堂、第二課堂“四堂一體”的“多堂聯(lián)合”創(chuàng)新教學模式；（3）遵循OBE 理念，突出形成性評價，設(shè)計了“三維四度”評價體系；（4）本課程被學生評為“四有”課程，學生成績逐年提高，實踐能力得到提升，并得到校督導和同行高度認可，學生知識、能力和素質(zhì)的培養(yǎng)達到了既定的教學目標；（5）本課程建設(shè)創(chuàng)新了集“思專一體、四堂一體、理實一體”的“三維立體”課堂，形成了課程特色。