国外公开课资源在理论力学课堂教学中的探索

王科盛，凌 丹

(电子科技大学 机械电子工程学院，成都 611731)

国外公开课资源在理论力学课堂教学中的探索

王科盛，凌 丹

(电子科技大学 机械电子工程学院，成都 611731)

国外名校公开课视频风靡网络，对我国教育的理念和教育的模式形成了一定的冲击，如何利用国外名校的网络资源成为一个值得研究和探索的问题。针对网络公开课程在大学理论力学课堂教学中的实践进行探索,文中从分析大学课堂理论力学教学的问题入手，引入了麻省理工学院的网络视频公开课经典力学的内容。并对教学效果和教学体会进行了分析和总结。

公开课; 理论力学; 课堂教学；探索

近年来，国外一些名校公开课在国内网上流行，其中不乏世界顶尖名校的大师级课程，许多知名网站为其开辟了专门的课程频道。在有的门户网站，公开课视频专区成为视频中回访率最高的部分，甚至超过了影视剧，部分课程的点击率超过千万。不必考试，不用花钱，一台电脑一根网线，鼠标一点就能与全球最顶尖的学生一道，聆听麻省、剑桥、哈佛等世界名校的名师传道授业[1]。

国外名校公开课视频风靡网络，对我国教育的理念和教育的模式形成了一定的冲击，但这个冲击究竟如何作用，能否被我国的教育工作者合理的利用还很少有相关的研究报道。网络课程毕竟不同于课堂教学，受到时空的限制,所能起到的作用主要还是开阔视野和丰富学生的知识面。尽管国外名校的开放课程愈来愈受热捧，渐成气候，但国内众多高校以及远程教育网校都表示其仍难成主流，只是为国内课程提供了借鉴而已[1]。

如此宝贵的资源如果合理地加以利用，在课堂教学中引入公开课内容的精华部分，必定可以使得课堂教学的效果提升一个台阶，增加课堂教学的国际化元素，推进课堂教学知识体系的更新，扩大学生在相关领域的知识面和国际视野。因此，引入国外名校公开课在课堂教学中的探索具有重要的实际意义。

大部分网络上的公开课资源是人文社科类课程。理工类公开课程主要是麻省理工学院所提供的各类专业公开课。1999年，麻省理工学院的教务长布朗(Robert A. Brown)要求该校教务委员会提供关于麻省理工学院如何在远程和电子教学环境中定位的策略指导。该委员会提出“开放式课程网页”(或称开放式课件，open course ware，OCW)的概念，即建立一个大规模的、基于网络的出版物，供全世界人们免费使用，从2003年“开放式课程网页”正式推出。至今，麻省理工学院已经上线1 800多门课程[2]，为世界范围内对理工类学科感兴趣的人们，提供了丰富的共享资源，也使得在地球的任何一个角落随时随地都可以聆听大师们的讲学。

本文主要讨论网络公开课程在理论力学课堂教学中的实践探索,也特别地采用了麻省理工学院提供的网络视频公开课。但是在讨论引入公开课之前，先分析我国理论力学教学存在的问题。

1 理论力学课堂教学存在的问题

国内各高校理论力学教学各有特点，侧重也有所不同，与欧美的教学体系和教学方式相比区别更为明显。

从课程结构安排来看，我国多数高校理论力学课程包括了静力学、运动学和动力学，知识体系比较完整，学生学习逐层深入。这种模式的缺点是课时安排比较紧张、各部分内容介绍的深度和广度受到限制，学生在课程后半段容易产生倦怠情绪，造成整个课程学习的头重脚轻的现象。欧美高校通常把静力学、运动学和动力学分开，单独设立相应的课程。相比而言，每个知识体系中所涉及的知识深度和广度也就会比较全面和具体。课程的知识跨度变小，学生在学习上也不易产生倦怠的情绪。

从课堂教学方法上来看，我国的课堂教学主要以填灌式的教学为主，当然也不乏各种创新和新方法的引入[3]。通常的模式是教师在课堂上讲题，学生在下面紧跟教师的思路学习如何解题，这样培养出来的学生多数是具有解决复杂习题的能力，但缺乏对实际问题的分析和解决的能力。麻省经典力学课程教学过程中，在课堂中提出问题，分析实际问题，搭建巧妙的实验装置，实现在解决问题和发现问题中学习成为一种主要的知识传授手段。

从教学资源上看，我国的多数高校所采用的理论力学课本经过多年的更新和补充，在各个知识点的剖析和说明上愈臻完美，在课后习题的补充上也越来越全面。然而，与国外相应课程所采用的课本相比，我国的课本有一个突出的特点就是理论性很强，习题中以实际问题为切入点的题目相对较少。而国外课本上的习题，则多来自实际问题，多附有相应的实际情况结构图，需要学生首先分析实际情况然后选取相应的理论，解决实际的问题。学生在习题的练习中培养的是对实际问题的分析和提炼的能力，而不是确定题型的解题能力。

从教学模式上来看，我国许多高校理论力学教学仍然沿用若干年的传统模式，以课堂教学为主和实验课程为辅。而国外的高校在力学类课程设置中会在课堂中引入各种实验，在实验中总结理论和规律，同时要求学生自行设计和实现一些简单的机构作为其完成课程学习的重要组成部分，突出培养学生的自主创新设计能力。

综上所述，理论力学课堂教学还需要进行许多的改革。在课程安排上，需要建立合理的理论力学知识跨度，调整各部分知识内容的授课比例。在课堂教学模式上，课堂中需要增加提出问题、分析问题和解决实际问题的授课方式，改变传统的填灌式讲授习题的教学方法。在引导学生的学习方式上，应改变传统的以习题为导向的学习方式，增加培养学生自主性分析和解决实际问题的学习模式。

2 网络资源公开课的利用

理论力学课堂教学需要诸多方面的改革，其中最突出的是改变传统的填灌式教学模式，培养学生自主创新的意识。改变传统的教学模式需要花费相当的精力去改变教学思路，改善教学实验硬件，提高教师的教学素质。利用网络视频公开课资源，把世界级的大师请到课堂里来，参与到我们的课堂教学环节当中，以最小的代价获得丰厚的成果。

以麻省理工学院经典力学课程为例[4]。首先，该课程并非传统的理论力学或工程力学课程，其课程涵盖了力学的各个分支，可以成为多门课程的共享资源。可以充分利用其中理论力学部分的内容。其次，该课程制作了多个课堂实验平台，如：小球抛射轨迹实验平台、气动悬浮楔形块平台、摩擦斜面平台、液态阻尼实验平台、小球抛射射击平台等。如何把每个实验与力学理论简单明了地传递给学生，需要教师多年的积淀和对问题的深入理解与分析。视频公开课把这一切都整合在了短短的几十分钟的时间里面，为课堂教学提供了一个生动而丰富的资源。任课教师只需要提前观看公开课，根据课堂教学的进度和内容，把最适合课堂播放的部分有针对性地选择出来应用在课堂教学当中。这不但节省了制作课堂实验教具所需要的时间和费用，而且充分利用了国外顶级大师对一些关键问题的阐述，能够改善课堂教学中对一些关键知识点的教学效果，而且能够提高教师在教学方式和教学内容上的认识。

麻省理工学院经典力学公开课的主讲教师是力学领域的学术泰斗Prof. Walter Lewin，在力学、物理学和天文学方面均有很深的造诣，他的授课可以非常娴熟地把各种知识有机地柔和在一起，提高学生的学习兴趣和分析问题的能力。例如：对转动惯量在影响定轴转动速度问题上的分析，他对天文学超新星的形成和实际观测结果与行星转动惯量的联系进行了深入浅出的讨论，使得学生对转动惯量的概念有了更为深入的理解，同时增加了对天文学的兴趣。这些内容是普通课堂教学过程中很难达到的课堂教学效果，对教授者学术底蕴的要求非常之高。而通过在理论力学课堂上引入公开课视频资源，就可以轻松地达到相应的效果。任课教师只需要把视频课程的内容与教学内容结合分析，深入理解大师的教学思路，强调和突出课程要求学习的知识点与视频公开课的结合之处，就可以使课堂教学效果达到一个新的层次。

3 教学内容的选择及实施

本文针对理论力学课程两个教学知识点，尝试引入麻省理工学院经典力学公开课的网络资源。

3.1 摩擦斜面实验及摩擦知识扩展公开课

摩擦是静力学部分单独的一节，与前后知识的关联并不十分紧密，在教学过程中很容易流于肤浅而一笔带过，学生在学习结束后会觉得大学的内容与高中类似，没有什么特别的印象。因此，在理论力学摩擦课堂教学中引入了15 min麻省理工学院经典力学公开课中关于摩擦角斜面实验和摩擦扩展性知识的介绍[4]。

在公开课视频中，摩擦斜面实验使学生在课堂上直观地理解摩擦角的概念。摩擦角是学生在大学阶段接触的新概念，采用真实实验的视频材料可以有效地强化对概念的理解。传统的教学对摩擦的扩展性知识多采用引述工程实例为主，学生可以轻易地获得相关的知识，而对学生学习兴趣的激发却缺少力度。而麻省理工学院经典力学课程对这一部分内容从气动悬浮减小摩擦的角度对摩擦的本质进行了新颖的描述。通过马戏团跳蚤拖拉悬浮在快速流动着的空气层上的书本这样一个趣味性马戏演示，转换学生对传统摩擦问题的思维模式，激发学生的学习兴趣和探索的精神，从而达到事半功倍的教学效果。因此，这部分内容，作为尝试引入到了实际的教学环节当中。

3.2 运动学速度分解与合成公开课

速度的分解与合成是运动学教学当中一个重要的部分。传统的教学通常只是在数学公式分析的层面上进行分析，学生对速度分解过程的理解并不深刻。在教学中，将麻省理工学院经典力学课程中关于速度分解的实验引入到了课堂教学当中[4]，实验是弹射小球射击自由落体小猴子的趣味性实验。通过实验验证在竖直方向上小球的自由落体效应与猴子的自由落体效应一致，使学生深入体会一个相对复杂的抛物线运动可以分解成不同方向运动的合成过程。Prof. Walter Lewin通过风趣幽默的解释以及服装和道具的联合应用，把学生带领到一个丛林捕猎的场景当中，把理论知识在诙谐幽默的气氛当中传达得淋漓尽致，给学生留下难忘的印象。因此，在本学期的课堂教学当中这部分内容也作为试点引入到了课堂教学当中。

4 教学效果分析

我们在电子科技大学理论力学课堂教学当中引入了上述两个公开课视频资源，通过与学生的交流及课堂教学的体会,现对教学效果进行如下分析：

(1)通过引入视频公开课，增加了学生的学习兴趣。在观看完摩擦部分公开课材料后学生立刻发起了讨论，对下一届大学生机械设计大赛的项目提出了自己的大胆设想。

5 应注意的问题

(1)公开课材料的选择与课堂教学内容的衔接至关重要。公开课的课程安排和进度有其自己的节奏，并不一定所有部分都适合课堂播放。要求任课教师提前仔细观看视频材料，截取合适的部分辅助教学。例如，在讲述摩擦角概念的时候，枯燥的数学分析显得苍白无力，而辅助以摩擦斜面实验，就把整个问题活灵活现地展现给学生，使整个课堂教学效果明显改善。

(2)许多视频公开课采用的是英语，虽然有中文字幕的翻译，还是要考虑到中国学生的语言领会能力，在播放视频材料前先做个简短的介绍，播放后再做个简短的总结，效果会更为理想。例如，在本学期引入运动分析与合成的公开课过程中，由于没有事先给学生大致讲解其中的内容，有些学生在听课的过程中就不能完全把握视频课程的内容。但是，在观看结束后，教师对整个视频内容进行了总结，对同学们的理解就产生了重要的作用。同时，在试验教学中也发现，公开课视频由于具有其独自的教学进度，与理论力学教学的实际教学进度和教学内容都有许多的差异。因此，并不能作为教学的主体内容，不宜选用过长的材料，本学期的公开课视频采用10～15min的长度，教学的效果比较理想。

6 结束语

在理论力学课堂中引入公开课资源的实践表明,公开课可以明显提高学生对《理论力学》的学习兴趣。对教师来说,引入公开课内容的可操作性、选择的灵活性都比较强。教师可以根据实际情况进行相应的变动，选择最合适的部分服务于课堂教学。充分利用网络公开课资源，对提高理论力学课堂教学效果可以产生积极的推动作用，继续深入地利用网络资源,鼓励一线教学教师对网络资源授课经验的共享和交流,对提高理论力学课堂教学效果具有重要的实际意义。

感谢:电子科技大学教育教学改革重点项目资助。

[1]史传统. 国外公开视频课风靡网络[J]. 教育,2011(11):36.

[2]任帅. 视频公开课改变学习方式[J]. 中国教育网络, 2012(3):55-58.

[3]郭易圆, 彭慧莲, 王琪. 理论力学探究型教学模式的探索与实践[J]. 力学与实践, 2011(3):70-72.

[4]网易公开课.麻省理工学院《经典力学》.[EB/OL].[2014-1-16].http://v.163.com/special/opencourse/classicalmechanics.ht ml.

Discussion of Open Course Resources to the Classroom Teaching of Theoretical Mechanics

WANG Kesheng, LING Dan

(School of Mechatronics Engineering， University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 611731, China)

The open course resources are widely available in internet. The impact of this new teaching material to our country’s teaching method becomes a valuable research area for the improvement of teaching effect. This paper is to discuss the effects of this new educational method to the classroom teaching of mechanics. First, a brief discussion on the challenges of mechanics in education is reviewed. Further, a discussion of using MIT open course material-classical mechanics, to real class room teaching is discussed. The teaching effects and experience are finally summarized.

open course; theoretical mechanics; classroom teaching

2013-11-13；修改日期: 2014-02-12

电子科技大学“985工程”之“优秀教学团队支持计划(本科生)”子计划(A1098521-044)。

王科盛(1978-)，男，博士，副教授，研究方向：振动力学、故障诊断。

G642.0；O31

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.06.033