理論力學混合式教學改革與實踐

鄒君 解江　

［摘 要］目前，我國教育教學將率先全面進入線上教學與線下教學共存共生的時代。理論力學課程是高等院校力學相關專業中的核心專業基礎課程，同時是后續多門專業課程的重要基礎。文章結合理論力學課程特點，分析了線下教學、線上教學的優缺點，以培養學生的主動學習能力為導向，從教學內容、教學手段、教學方式、考核方式等方面提出并實踐多項課程混合教學改革措施，以期為理論力學課程線上線下混合式教學改革提供參考。

［關鍵詞］理論力學；在線教學；混合式教學；主動學習能力

［中圖分類號］ G642 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）04-0066-03

理論力學課程是眾多理工科專業的專業基礎課程，是一門對工程對象進行靜力學、運動學、動力學分析的技術基礎課，在諸多工程技術領域有著廣泛的應用。理論力學課程的任務是使學生掌握機械運動的基本規律及其研究方法，為后續有關課程的學習打好基礎。同時，要求學生應用理論力學理論和方法分析解決一些簡單的工程實際問題，培養學生的建模、分析和工程應用能力[1]。理論力學是一門經典的力學課程，其體系與內容已較為完善，但由于課程內容比較抽象，學生學習較困難、不及格率偏高，難以實現教學目標。

當前，信息技術已經改變了人們的工作和學習方式，在教學改革中將新技術應用于教學是建設一流課程的重要要求?！督逃筷P于加強“三個課堂”應用的指導意見》指出，要積極促進信息技術與教育教學融合應用，探索信息化背景下育人方式和教研模式，推進“互聯網+教育”發展[2]。線上教學方式靈活，具有很多線下教學無法比擬的優勢。傳統的理論力學教學內容、教學方法和教學手段已難以滿足線上教學需求。此外，理論力學課程理論性較強，線上教學很難取得滿意的教學效果，線下教授仍是不可缺少的一環。因此，在加強“三個課堂”建設和線上教學大背景下，本文首先分析了理論力學課程的主要特點，隨后進行了理論力學課程線上、線下教學的優缺點分析，最后以學生的學習和發展為中心，以培養學生的主動學習和終身學習能力為導向，有針對性地提出并實踐了多項理論力學課程混合式教學改革措施。

一、理論力學課程主要特點分析

（一）教學內容系統性較強

理論力學的理論體系和思維方法十分嚴密，具有較強的系統性和邏輯性，需要學生通過充分思考與練習才能理解和掌握相關知識點。此外，不同章節之間的內容相互關聯，且難度隨著課程教學進度逐漸增加，綜合應用較多。學生如果未及時掌握部分知識點，那么對后續課程內容的學習就很難跟上，不少學生因此中途選擇放棄[3-4]。與普通力學、大學物理等課程相比，該課程內容更加抽象和復雜，部分學生在學習過程中感到吃力、枯燥乏味，存在懼學、厭學的情緒。

（二）傳統教學方式比較單一

理論力學課程的傳統教學方式比較單一，典型的教學過程就是首先介紹概念，然后推導公式，最后學生做習題。由于概念介紹部分通常比較抽象，學生對其難以理解或重視不足。公式推導過程往往十分復雜，加上并非考試內容，學生難以提起興趣。由于在習題、考試中大部分只用到推導的結論，學生熱衷采用刷題的方式通過期末考試，并沒有真正掌握相關知識點，致使教學目標難以實現。

（三）學生學習主動性不高

目前學生對理論力學學習普遍缺乏主動性，教師難以培養學生的終身學習能力，主要原因是不同專業學生均采用相同的教材，教學內容沒有與學生專業背景、日常生活相結合。教學內容局限于經典理論力學體系，導致學生視野不夠開闊。

二、線上教學優缺點分析

線上教學不受時間、空間限制，且教學內容更加豐富、教學方式更加靈活。然而通過實踐與調研發現，由于理論力學課程自身的特點，其線上教學的效果很難達到與線下教學一樣。針對理論力學課程，以下從多個方面分析線上、線下教學的優缺點，如表1所示。

三、理論力學混合式教學改革措施

“互聯網+”時代教學的基本要求是以學生的學習和發展為中心[5]，從教師“傳授模式”向學生“學習模式”轉變，培養學生的主動學習和終身學習能力，使學生的知識、能力和素質獲得全面提升。由以上分析可知，理論力學課程采用單一的教學方式和工具難以實現教學目標。因此，結合理論力學課程線上、線下教學優缺點，提出以下混合式教學改革措施。

（一）讓課堂內容接地氣

1.與專業背景相結合

在教學內容中增加與學生專業背景相關的內容，有助于激發學生學習興趣，使他們從“要我學”轉變為“我要學”。比如，面對空管應用氣象學專業學生，應針對航空專業背景，結合動畫，分析不同操縱面產生的力及其向重心的簡化結果，并與產生的操縱效果聯系起來；可介紹計算流體力學在天氣預報中的應用等。

2.與日常生活相結合

理論力學與生活息息相關。一些日常生活現象或技巧用理論力學解釋不僅生動有趣，能激發學生學習興趣，還可培養學生正確的世界觀，使課堂所學知識的影響更加深遠。比如，教學作用力與反作用力知識點時，可結合動畫，通過受力分析與學生探討武俠小說的功夫為什么是不可能的；教學自然法描述點的運動知識點時，可結合過山車向學生解釋密切面、法平面概念；教學質點系相對于質心的動量矩定理知識點時，可與學生探討花樣滑冰、跳水運動員姿態控制背后的原理；教學剛體平面運動微分方程知識點時，可與學生探討在電影《流浪地球》中，讓地球停止自轉和加速前往木星的階段行星發動機位置應如何設計等?？梢姡钪刑幪幗粤W，作為教師，在平時要注意搜集素材。無論是采用線上還是線下教學方式，生動有趣的教學內容都更容易吸引學生的注意力。

（二）豐富教學手段

1.靈活采用多種教學手段

多媒體教學、在線教學均可采用多種方法豐富教學內容。如，教學抽象模型時可結合相關動畫、視頻，使學生更易理解。又如，在講授動量知識點時可播放鳥撞飛機、巨輪碰撞的視頻，以加深學生印象。此外，理論力學課程需要通過板書展示分析過程，在線教學可采用數位繪圖板等工具，引導學生積極思考，培養學生的知識點應用能力。

2.充分利用在線教學優勢

利用在線平臺有助于提高課堂效率，延長學習時間、拓展學習空間。如，在交流群中推送相關文章、學習素材等，幫助學生理解課程內容；鼓勵學生在交流群中提問，與大家一起討論、解答；開課前后將學習資源上傳到教學平臺。再如，借助“雨課堂”等平臺，通過在線答題及時掌握學生學習情況，進而有針對性地講解和調整內容，以提高學生的注意力。此外，通過在線教學平臺，學生在課后還能重現教學過程，加深對知識點的理解。

（三）豐富教學方式

1.重視概念教學

只有在充分掌握、理解概念的基礎上才能靈活運用理論力學的相關知識點。因此，要采用多種教學方式增強學生對概念的理解。在概念講解環節可增加通俗易懂、有趣的內容，幫助學生理解相關概念。如，通過與學生探討如何跑得比高鐵快解釋速度合成概念；通過棒球棒與指針形狀之間的差異說明轉動慣量的概念。此外，還可布置思考題與學生進行課堂討論，以增強概念理解。

2.加強基本功練習

做習題是學生掌握理論力學知識的重要方式，也是較好的基本功練習方式。對于課堂練習，可隨機點名讓學生在黑板上展示分析過程，教師指導并監督臺下學生動筆練習，最后教師進行點評和講解。對于課后作業，可通過在線平臺布置，后臺可自動分析學生做習題的數據，提高作業批改效率。當然，也可采用傳統的方式布置計算分析題，以了解學生知識點掌握和應用情況。

3.適度采用翻轉課堂

目前各學習平臺具有豐富的理論力學在線課程資源，對部分內容采用翻轉課堂的教學模式，可實現課堂教學模式由“先教后學”向“先學后教”轉變。如，對于約束和約束力、剛體平面運動分解和自然法等較抽象、易混淆的概念型知識點，可讓學生提前學習在線資源，然后在課堂上講解、討論。翻轉課堂有助于學生完成知識吸收和有效內化，幫助教師識別出難點內容。值得注意的是，翻轉課堂對學生的自我約束能力和學習能力要求較高，需要結合學生情況適度采用。

（四）改進考核方式

針對課堂上學生注意力不集中、期末突擊復習的現象，可采取全過程考核模式，增加平時成績比例。全過程考核包括課堂表現考核、作業考核、期末考試。課堂表現考核成績由主講教師根據出勤情況、在線平臺答題情況給出。課堂表現考核有助于教師實時、準確地掌握學生學習情況，提高學生學習積極性和注意力。期末考試在總成績中所占比重應相應減少，以減輕學生“突擊考試”的心態[6]，促使學生注重平時積累的學習方式。

四、混合式教學模式實施評價

筆者選取2019級空管應用氣象學專業學生進行了課程改革實踐，之后對學生進行了訪談和調研，對教學效果進行了分析。在教學效果方面，將學生的專業背景和日常生活相結合，使課堂氣氛更加活躍，課堂互動和“抬頭率”顯著增加；學生對理論力學的興趣增強，學生課后提問明顯增多。通過加強學生的基本功練習，學生對課堂習題更加重視，課后抄作業現象減少，答題也更加規范。通過對部分內容實施翻轉課堂，學生提問深度明顯增加，課堂討論效果良好。

為分析混合式教學學習效果，將理論力學課程學習班級分為混合式教學組和傳統教學組。兩組的分數統計如表2所示，各分數段統計分析如圖1所示。從表2可見，混合式教學組的平均成績、優秀率、不及格率均優于傳統教學組。從圖1可見，采用混合式教學成績良好以上的人數比例要優于傳統教學方式?？梢姡捎没旌鲜浇虒W有助于提高學生學習主動性，教學效果也更為顯著。

五、結語

在加強“三個課堂”建設和線上、線下教學共存共生背景下，文章探索了理論力學課程混合式教學模式的實踐。結合理論力學課程線上、線下教學的優缺點，有針對性地提出并實踐多項理論力學混合式教學改革措施。具體而言，教學內容上與學生的專業背景和日常生活相結合，教學手段上靈活采用多種教學手段和工具，教學方式上重視概念和基本功練習，并適度采用翻轉課堂提高學生學習積極性，考核方式上采用全過程考核方式。理論力學課程混合式教學有助于培養學生的主動學習和終身學習能力，使學生的知識、能力和素質獲得全面提升。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 張永紅. 理論力學課程建設的幾點體會[J]. 新課程研究（職業教育）， 2007（10）：66-67.

[2] 中華人民共和國教育部.教育部關于加強“三個課堂”應用的指導意見[EB/OL].（2020-03-05）[2021-05-28].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/202003/t202003

16_431659.html.

[3] 史春雪， 龐佑霞. 理工科理論力學教學中的教改方案探討[J]. 教育現代化， 2018，5（14）：66-67.

[4] 程玉蘭， 康穎安， 胡鳳蘭，等. 提高學生對理論力學學習興趣的探索與實踐[J]. 新校園（中旬刊）， 2014（8）：21-22.

[5] 洪楊， 孫淑華， 田麗開. 以學生為中心的互聯網信息化教學框架構建研究[J]. 科技創新與生產力， 2019（8）：94-96.

[6] 崔紅光， 朱公志， 張本華，等. 《理論力學》課程線上線下混合式教學模式實踐研究[J]. 高教學刊， 2019（23）：8-11.

［責任編輯：鐘 嵐］