基于信息化技術(shù)手段的“理論力學(xué)”課程混合教學(xué)模式探究與實(shí)踐

黃會(huì)男，周培林，袁志華，商俊娟，劉曉潺，肖亞濤，丁 攀

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，河南 鄭州 450002)

“理論力學(xué)”是工科類專業(yè)一門邏輯性、系統(tǒng)性和理論性較強(qiáng)的必修技術(shù)基礎(chǔ)課程[1-4]，為后續(xù)學(xué)習(xí)材料力學(xué)及部分專業(yè)課奠定理論基礎(chǔ)。目前在工程教育認(rèn)證背景下，人才培養(yǎng)方案在不斷修訂，理論力學(xué)的課時(shí)不斷被壓縮，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)部分內(nèi)容理解起來更加困難[5]。筆者在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，許多學(xué)生在課上和老師共同探討解題思路，能夠進(jìn)行正確求解，但從課后作業(yè)質(zhì)量看出學(xué)生缺乏解題思路，沒有理清基礎(chǔ)理論的概念及應(yīng)用范圍，可見對(duì)于知識(shí)的實(shí)際運(yùn)用并未掌握。因此，為了提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極性，夯實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)能力，培養(yǎng)新時(shí)代復(fù)合型工程技術(shù)人才，傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)模式亟待更新迭代，持續(xù)改進(jìn)。

隨著現(xiàn)代教育信息技術(shù)的發(fā)展，以及突如其來的新型冠狀病毒疫情，教育部提出“停課不停學(xué)”的號(hào)召[6]?；诟黝愒诰€學(xué)習(xí)網(wǎng)站及移動(dòng)終端的線上教學(xué)、線上線下混合式教學(xué)等新型教學(xué)方式迅速成為主流，文章基于超星學(xué)習(xí)通、大學(xué)生慕課等多種信息化技術(shù)手段相結(jié)合的混合式課堂教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)改革探究并實(shí)踐，既發(fā)揮教師引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控教學(xué)過程的主導(dǎo)作用，又充分體現(xiàn)多平臺(tái)融合提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性與創(chuàng)造性[7]，以實(shí)現(xiàn)線上教學(xué)與線下課堂的有機(jī)結(jié)合，全面提升高校教師運(yùn)用信息技術(shù)的能力和本科教育教學(xué)質(zhì)量。

1 “理論力學(xué)”課程性質(zhì)與定位

“理論力學(xué)”是工科類專業(yè)的一門重要的、理論性較強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課，是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化、交通運(yùn)輸、熱能與動(dòng)力工程、能源、物流工程等專業(yè)的核心課程。課程的任務(wù)主要是使學(xué)生掌握質(zhì)點(diǎn)、質(zhì)點(diǎn)系和剛體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律及其研究方法，注重培養(yǎng)學(xué)生利用理論和方法分析和解決簡單工程問題的能力和自主學(xué)習(xí)能力，其分析問題的方法還有助于培養(yǎng)學(xué)生辯證唯物主義的世界觀。同時(shí)，它是各門力學(xué)課程的基礎(chǔ)，其知識(shí)體系的難度與理論價(jià)值是很高的，只有靈活掌握靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)相關(guān)理論，并具備將其應(yīng)用在解決實(shí)際復(fù)雜工程問題上的能力，才能為學(xué)習(xí)一系列后繼課程打好基礎(chǔ)。因此，“理論力學(xué)”課程教學(xué)模式改革研究的提出，對(duì)于工科專業(yè)學(xué)生的發(fā)展具有重要意義。

2 傳統(tǒng)課堂教學(xué)中存在的問題

“理論力學(xué)”課程的主要內(nèi)容由靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)三部分組成，其特點(diǎn)是“理論好懂，習(xí)題難做，考關(guān)難過”[1]。學(xué)生普遍反映理論容易理解，靈活應(yīng)用理論較難，尤其在解決工程實(shí)際問題時(shí)，學(xué)生又顯得很茫然，無從入手，筆者在傳統(tǒng)“填鴨式”教學(xué)實(shí)踐過程中總結(jié)導(dǎo)致該門課程及格率較低，每年重修率居高不下的原因有以下幾點(diǎn)：

2.1 學(xué)生對(duì)課堂感覺枯燥無味

“理論力學(xué)”課程是研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)一般規(guī)律的科學(xué)，學(xué)習(xí)過程中涉及公式的推導(dǎo)、定理的證明、對(duì)實(shí)際工程問題抽象為力學(xué)模型等問題。正所謂“數(shù)力不分家”，該課程與物理、數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)密不可分，想要學(xué)好理論力學(xué)，扎實(shí)的數(shù)學(xué)、物理功底是不可或缺的，這讓學(xué)生難以樹立自信且感覺學(xué)習(xí)很困難。另一方面，教師講解典型例題時(shí)，由于受時(shí)間限制，在黑板上會(huì)快速分析解題思路并寫出大量的公式，學(xué)生在單純聽的情況下可能跟不上教師講解的節(jié)奏，解題思路一旦中斷就很難銜接，會(huì)出現(xiàn)教師講解但沒有學(xué)生互動(dòng)的現(xiàn)象，導(dǎo)致后續(xù)課程內(nèi)容學(xué)習(xí)更難跟上，從而形成惡性循環(huán)。因此在授課過程中，需要通過改變教學(xué)模式與方法，使學(xué)生的學(xué)習(xí)更加輕松。

2.2 學(xué)生缺少學(xué)習(xí)主動(dòng)性

在傳統(tǒng)授課過程中一般以教師講授、學(xué)生被動(dòng)接受為主，從而導(dǎo)致只是跟著教師的講解進(jìn)行簡單、機(jī)械的記憶，開展淺層次的知識(shí)學(xué)習(xí)，沒有對(duì)理論知識(shí)進(jìn)行深層次的內(nèi)涵擴(kuò)展和外延[8]，學(xué)生缺乏去問“為什么”的主動(dòng)性，只是課上被動(dòng)去接受課件教學(xué)內(nèi)容，而主動(dòng)去翻閱教材進(jìn)行課前預(yù)習(xí)、課后鞏固的學(xué)生越來越少，最終出現(xiàn)表面上看似掌握了但卻不會(huì)應(yīng)用正確理論力學(xué)模型求解實(shí)際工程問題的情況，這種教學(xué)模式使學(xué)生缺乏課程參與感而影響教學(xué)效果。

2.3 課程學(xué)時(shí)大幅縮減

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院采用哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室編著的《理論力學(xué)》第八版教材，靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)三大基本模塊之間在層次結(jié)構(gòu)和知識(shí)點(diǎn)上都存在邏輯關(guān)聯(lián)，從而構(gòu)成理論力學(xué)課程體系，形成一個(gè)有機(jī)整體。但在工程教育認(rèn)證的背景下，高校教學(xué)體制不斷改革，公共、基礎(chǔ)學(xué)科的課時(shí)量不斷增多，導(dǎo)致理論力學(xué)等專業(yè)基礎(chǔ)課的課時(shí)量被壓縮[5]。如河南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院因培養(yǎng)方案的修訂將理論力學(xué)課時(shí)縮減至56學(xué)時(shí)，其中理論部分為52學(xué)時(shí)。課時(shí)的縮減意味著學(xué)生要在更短的時(shí)間內(nèi)掌握原有各部分內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)，維持原有教學(xué)內(nèi)容的完整性和嚴(yán)謹(jǐn)性，既要提高學(xué)生的及格率又要詳細(xì)地講授大量內(nèi)容，對(duì)于教師來說是個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

2.4 教學(xué)方式單一化，缺乏創(chuàng)新意識(shí)

教師在教學(xué)過程中，大多采取多媒體+板書的教學(xué)手段，教師按照課件教學(xué)內(nèi)容和預(yù)先設(shè)計(jì)的教學(xué)方案以“灌輸式”教學(xué)方法進(jìn)行講授，學(xué)生已經(jīng)習(xí)慣了當(dāng)前每門課教師采用的這種教學(xué)方式，學(xué)生只是被動(dòng)接受教師講授的重難點(diǎn)，很少主動(dòng)思考課堂以外的知識(shí)，課堂上缺少質(zhì)疑、討論的聲音，教師在講臺(tái)上自導(dǎo)自演，沒有發(fā)揮學(xué)生在教學(xué)環(huán)節(jié)中的主體地位，導(dǎo)致學(xué)生缺乏參與感與創(chuàng)新意識(shí)，不利于激發(fā)和提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性。特別是部分專業(yè)面向全國招生，學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊，對(duì)知識(shí)的接受程度存在差異，單一化的教學(xué)模式難以適用于每個(gè)學(xué)生，嚴(yán)重影響課程的教學(xué)質(zhì)量。

3 基于理論力學(xué)混合教學(xué)模式設(shè)計(jì)探究與實(shí)踐

3.1 豐富課堂教學(xué)模式

傳統(tǒng)的教學(xué)模式不利于學(xué)生主觀能動(dòng)性的培養(yǎng)，更不利于教學(xué)質(zhì)量的提高。伴隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的更新迭代，線上學(xué)習(xí)已逐步深入到教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，并發(fā)揮著越來越重要的作用[9]。以河南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化專業(yè)為例，在課堂教學(xué)實(shí)踐當(dāng)中，教師可在傳統(tǒng)“多媒體+板書”的教學(xué)模式下建立信息化教學(xué)技術(shù)介入機(jī)制，利用大學(xué)生慕課平臺(tái)達(dá)到課程預(yù)習(xí)和鞏固復(fù)習(xí)的目的。通過超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)實(shí)現(xiàn)課堂選人、討論、在線作業(yè)收取、批改、反饋以及疫情防控期間的線上線下混合式教學(xué)。結(jié)合多媒體課件和板書針對(duì)學(xué)生的預(yù)習(xí)情況進(jìn)行課上重難點(diǎn)講解、小組討論和學(xué)生示范講解。在理論講解的同時(shí)，融入實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，將理論應(yīng)用于實(shí)踐的過程便于鞏固理論基礎(chǔ)和提升教學(xué)效率。

3.2 聚焦學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與課后答疑

課堂教育只能滿足大部分學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，正常情況下依然有一部分學(xué)生的學(xué)習(xí)問題不能得到關(guān)注和解決。為了保證更好的課程教學(xué)效果，應(yīng)注重有針對(duì)性的課后輔導(dǎo)、答疑。因此，可以通過線下面對(duì)面交流和線上騰訊會(huì)議的方式進(jìn)行輔導(dǎo)和答疑，在與學(xué)生深入交流的過程中可以真正了解一些性格內(nèi)向?qū)W生的內(nèi)心想法，提升全體學(xué)生對(duì)本門課程的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。在這種輔導(dǎo)和答疑方式下，不僅能夠?qū)崟r(shí)了解學(xué)生的課程內(nèi)容掌握情況，還能夠針對(duì)不同層次學(xué)生制定不同教學(xué)方案，及時(shí)進(jìn)行教學(xué)方案持續(xù)改進(jìn)。

3.3 課堂教學(xué)設(shè)計(jì)方案

根據(jù)課程目標(biāo)建立詳細(xì)的教學(xué)設(shè)計(jì)方案，如圖1所示。通過課程重難點(diǎn)和多樣化的教學(xué)方法，制定詳細(xì)的教學(xué)過程，結(jié)合平時(shí)過程性考核進(jìn)行教學(xué)評(píng)價(jià)，最終開展教學(xué)總結(jié)并持續(xù)改進(jìn)教學(xué)方案。其中教學(xué)過程一般包括以下幾部分，首先，以上節(jié)課的思考題作為切入點(diǎn)引入本節(jié)課的核心內(nèi)容，引起學(xué)生的好奇心和專注力。其次，導(dǎo)入與農(nóng)機(jī)專業(yè)學(xué)生較熟悉的工程領(lǐng)域相關(guān)的科研案例，以突出課程內(nèi)容學(xué)習(xí)的必要性。再次，通過啟發(fā)引導(dǎo)式方法講授理論知識(shí)點(diǎn)，如理論力學(xué)課程靜力學(xué)篇中平面任意力系平衡問題一節(jié)，通過力學(xué)中的“三種語言”相結(jié)合進(jìn)行講解，如圖2所示。其中，自然語言法表現(xiàn)出和藹親善但精煉度不足問題，幾何語言表現(xiàn)出形象直觀卻存在局限性問題，數(shù)學(xué)語言則表現(xiàn)出簡單明了但高度抽象問題。因此，為了將抽象問題形象化，采用“三種語言”相融合的方法可以培養(yǎng)學(xué)生的語言表達(dá)能力。

圖1 教學(xué)設(shè)計(jì)路線圖

圖2 “三種語言”實(shí)例講解演示

3.4 構(gòu)建多元化考核體系

以河南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院為例，為提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和自主創(chuàng)新能力，將以往單一的考核方式變更為對(duì)學(xué)生進(jìn)行過程性評(píng)價(jià)[5-6,10-11]。課程評(píng)價(jià)成績=平時(shí)成績(40%)+期末考試成績(60%)，平時(shí)成績包括課前預(yù)習(xí)情況(10分)、課堂提問與小組討論(10分)、課后作業(yè)(10分)、期中成績(10分)等。其中課前預(yù)習(xí)情況通過慕課平臺(tái)記錄，并在課堂上進(jìn)行預(yù)習(xí)任務(wù)提問環(huán)節(jié)，這種隨堂提問可以時(shí)刻調(diào)動(dòng)學(xué)生的注意力和培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力；并在課后布置少而精的作業(yè)，學(xué)生將答案上傳至學(xué)習(xí)通平臺(tái)實(shí)現(xiàn)線上審批和生生互評(píng)以便隨時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。同時(shí)，在教學(xué)過程中通過調(diào)研向?qū)W生征求合理性建議，實(shí)時(shí)完善教學(xué)方案，提高學(xué)生創(chuàng)新思維和解決工程問題的能力。這種多元化考核體系的建立體現(xiàn)了結(jié)果與學(xué)習(xí)過程同樣重要，有助于更全面地挖掘?qū)W生的潛能。

4 結(jié)語

“理論力學(xué)”是本科學(xué)習(xí)階段一門理論性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，在課程體系中起著承上啟下的作用。針對(duì)“理論力學(xué)”課程教學(xué)過程中存在的問題，文章提出了基于信息化技術(shù)手段與傳統(tǒng)課堂相融合的教學(xué)模式，采用豐富的教學(xué)方式和多元化的考核方式進(jìn)行混合式教學(xué)的探究和實(shí)踐，既實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)課堂教學(xué)的補(bǔ)充和延伸，又充分提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和工程意識(shí)，完善了“理論力學(xué)”課程的教學(xué)方法，為培養(yǎng)農(nóng)業(yè)類高校復(fù)合型工程技術(shù)人才奠定了基礎(chǔ)。