《理论力学》课程线上线下混合式教学模式实践研究

崔红光 朱公志 张本华 姜迎春 王京 江红霞 徐燕

摘  要：根据新工科背景下提出的教学高阶性和创新性要求，加强理论与实践相结合，提高学生创新能力和解决实际问题能力的培养，沈阳农业大学的《理论力学》课程采用了基于跨校修读学分的线上线下混合式教学模式进行教学，节省了理论教学时间，增加了实践与翻转课堂时间，通过期末成绩对比分析，采用混合教学模式的学生成绩均高于传统教学组。该教学模式可以为开展线上线下混合式教学模式教学工作提供有益的参考依据。

关键词：理论力学;跨校修读学分;混合式教学模式;理论与实践结合;翻转课堂

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2019）23-0008-04

Abstract： It put forward the advanced and innovative teaching requirements， strengthening the combination of theory and practice to improve students' innovation ability and the solution actual problem ability under the background of the new engineering. The "theoretical mechanics" course of Shenyang Agricultural University usedmixed-teaching mode uniting online and offline based on cross-school credit. The online and offline mixed teaching mode is taught， which saves the theoretical teaching time， increases the practice and flips the classroom time， and compares and analyzes the final results. The students who adopt the mixed teaching mode scores higher than the traditional teaching group. The teaching mode can provide a useful reference for the teaching of online and offline mixed teaching mode.

Keywords： theoretical mechanics; cross-schoolcredits; mixed-teaching mode; combining theory with practice; flipped classroom

《理论力学》作为本科专业一门理论性较强的学科基础课，是各门力学的基础，并在许多工程技术领域中有着广泛的应用。在培养计划及教学大纲中，要求学生具备比较熟练的计算能力、一定的分析问题和解决问题的能力，学会应用理论力学的理论和方法分析、解决一些简单的工程实际问题。该课程强调理论与实践相结合，通过理论进行实践，可以更好地解决工程中繁复的实际问题。目前在各高校的教学中，该课程一直沿用课堂面对面的传统教学，在教学时间的限制下，在基础理论理解与学习上需要占用大量的学时，而将理论应用于实际问题当中的时间就较少甚至于没有。这样的学生只是学到了解题的方法并且用于考试，并没有培养学生创新的能力。在新工科的教育背景下，培养学生的创新能力是重要目标，因此目前的理论力学的教学模式需要改进。

跨校修读学分课程、高等学校间互认学分的学习方式和教学管理制度，是促进高等院校间优质教学资源的共建共享，提高教学水平和人才培养质量的一种教学模式。辽宁省教育厅自2014年起在部分高校开展普通本科高校大学生在线学习、跨校修读学分试点工作，通过多年应用，省级精品开放课程资源得到了充分利用，它在一定程度上改变了传统教学模式，以学生为主体，满足学生个性化学习需求，提高学生的自主学习能力，培养学生自主创新能力。

沈阳农业大学作为首批跨校修读学分试点工作单位，学校教务处从教师、设备、教室等多方面投入，全力保障此工作的顺利进行。沈阳农业大学理论力学教学团队以此为契机，与大连海事大学理论力学精品资源共享建设团队自2016年起连续三年进行基于跨校修读学分的混合式教学实践。将传统理论力学的教与学转变成实践与理论相互促进的混合式教学模式。

一、《理论力学》课程线上线下混合式教学准备

沈阳农业大学理论力学课程于1999年从工程力学中独立出来为90学时，于2003级学生开始作为学科基础必修课设置了工科专业的72学时（包括静力学、运动学和动力学）及近工科专业的36学时（包括静力学和运动学）。从2012级开始调整教学计划，在理论内容不变的情况下将课时分别改为64学时和32学时。《理论力学》课程自2005年起，连续三届被评为沈阳农业大学精品课，每届有效时间为四年。

辽宁省精品资源共享课《理论力学》课程为例，课程建设方为大连海事大学，课程使用方为沈阳农业大学，使用超星尔雅公司的泛雅MOOCs在线学习平台，课程建设方与课程使用方老师组建教学团队，共同讨论确定教学方式。根据本课程的特点及使用经验积累，采用混合式教学模式组织教学，探索理论类课程与实践结合有效结合的教学方式。在课程内容管理、考核方式制定及MOOCs平台使用等方面进行交流与讨论，为该课程跨校修读学分的实施做好前期准备工作。

（一）课程内容管理

《理论力学》作为各高校工科专业的基础课程，具有统一的理论体系。大连海事大学录制的辽宁省精品资源共享课《理论力学》，课程资源完整、教学内容丰富、理论讲解细致。可以用于沈阳农业大学该课程的理论教学中。由于不同学校的学生专业不同，相关案例与习题有所区别，因此在课程内容管理上，适当删除原来课程中的習题内容，增加本校专业的案例与习题。

（二）制定考核方式

由于采用的是理论与实践相结合的混合式教学模式，在原有的试卷笔试考核的基础上，增加实践操作和过程考核环节权重，实施“全过程考核”模式。

（三）MOOCs平台使用

建课方将理论课程讲解全部建设于超星尔雅公司的泛雅MOOCs在线学习平台上，供学生进行学习使用。用课方教师将本学校专业的典型例题讲解录制后上传到沈阳农业大学易尔思MOOCs平台供本校学生学习习题时使用。在课堂教学中采用超星公司的“学习通app”进行随堂签到、选人答题、进行课堂互动等课堂学生管理。

二、《理论力学》课程线上线下混合式教学模式实施

《理论力学》课程建设方和使用方的主讲教师组建跨校修读课程组，沈阳农业大学每学期任选一个专业的学生作为该学年跨校修读学习组，其余专业继续采用传统教学。混合式教学实施环节包括网络平台学习、面对面课堂教学、实践操作和翻转课堂四种学习方式。

（一）网络平台学习

《理论力学》课程组教师组建教学团队，用课方与建课方教师进行沟通，明确理论学习知识点与重点内容，根据本校的教学大纲和教学任务，在教学网络中进行任务点的发布，制定学习进度和学习计划。双方教师负责线上知识点讲解，布置线上练习题，使学生利用网络教学资源进行学习、完成练习题、查看课外资料等。用课方主讲教师通过检查学生的视频观看进度等，及时了解学生对各章节的掌握情况。用课方教师建立专用的QQ群，方便和学生及时进行沟通。

（二）面对面课堂教学

用课方教师在课堂中进行知识的梳理，不在重复讲解基本理论等内容，而是针对该课程中的重点、难点及学生在网络平台学习中遇到的困难和疑问，并根据学生学习的具体情况，对课程的知识结构进行归纳和总结、组织学生分组讨论、进行案例分析以及复习答疑等工作。

（三）实践操作

为了让学生能把理论与实践相结合，不仅能了解各知识点在工程中的应用，还能将知识点用于实践中。本次教学中围绕《理论力学》的三大理论核心提出三个任务由学生进行实践操作。分别是：

1. 静力学实践。书上有很多重物提升装置和压榨装置的力学图形，给学生布置的任务是，到生活中寻找或者借助于网络查找重物起吊装置或压榨装置的实例，拍摄或下载相关的图片与视频，并根据学过的静力学中有关约束、力系和受力分析等相关知识，将实物简化成力学模型，并分析及讲解其机构工作原理及应用。如图1所示，教材中平面图形（a）与学生查找到的实物图片（b）。通过实践观察，分析实物与力学模型的关系。

2. 运动学实践。运动学的重点及难点内容为点的复合运动及平面运动，教材及参考书中皆为二维静态图形，由学生自选书中的图形，应用建模仿真软件对其进行运动过程的动画制作。本环节需要学生具有一定的软件基础，不作强制要求，以兴趣为主导去完成对应建模与动画仿真。如图2所示，教材中平面图形（a）与学生应用SolidWork软件建模并动画仿真的三维图（b）。学生在应用软件进行建模过程中，首先需要确定各构件的长度，必要的时候需要调整构件的形状以满足运动需求;在进行动画仿真过程中，需要确定主动件和从动件之间的运动关系，以实现完整运动。

3. 动力学实践。以书中力学、运动学所有的图形为基础，用慧鱼组件进行拼建模型，并鼓励学生在运动机构基础上拓展其应用范围，进行创新。如图3所示，教材中平面图形（a）与学生选取慧鱼组件进行拼搭的模型 （b）。学生在进行拼搭过程中，需要恰当选取实物零件，如采用偏心轮结构实现曲柄OA的定轴转动;需要适当改变原图形的结构，如图（a）中定轴转动在平动筛外侧，通过实践操作，学生发现要实现曲柄的整圈转动，需要将定轴转动结构调整到平动筛内侧才行。

（四）翻转课堂

翻转课堂是混合式教学模式中非常重要的一个环节，它的主要执行方式是学生站在讲台上讲解，老师和其它学生对讲解内容进行提問及讨论。根据本课程布置的任务，主要进行以下两方面的翻转课堂内容：

1. 习题讨论与讲解。教师提前布置本课程的重、难点章节（静力学物系平衡、点的复合运动、动力学定理应用等）的对应习题，把学生分成若干小组，每个学习小组针对各自的任务，在课堂外时间利用网络平台观看相关知识点的视频在线学习之后，进行习题讨论，然后选该组代表在课堂上进行小组汇报，向所有学生进行习题的讲解，要求讲解过程中，详细讲解解题思路和分析过程。在小组代表汇报过程中，如果出现错误或者解释不清的情况，可以由同组其它同学进行补充讲解。汇报后，学习小组提出学习过程中的疑问，由老师组织全班同学进行讨论。

2. 实践讲解与讨论。在已经布置的三次实践操作环节中，学生们自发组成小组选择题目及图形，完成了相关文字材料、动画仿真、作品模型、视频剪辑及PPT。汇报者在翻转课堂上进行成果汇报讲演，听讲者根据自己的理解提出问题，教师对所汇报内容进行适当点评，指出作品的特色、不足及改进建议，促进学生对相关知识点的理解，让学生“理论联系实践”，明白“理论力学主要是学什么，能用来做什么，以及怎么用”。优秀的学生作品上传至沈阳农业大学易尔思平台。

通过翻转课堂环节，学生能把自己的作品，组织好语言进行讲解，加深了对理论的理解，激发了学习热情。同时教师也能发现学生潜在的问题，进一步完善和调整网络平台资源。

三、《理论力学》课程线上线下混合式教学模式考核

改变传统的期末考核模式，实施“全过程考核”模式。教学考核方式有：网络平台考核、翻转课堂考核、课堂表现考核、纸质作业考核、期末考试考核。其中，网络平台考核由系统依据学生完成视频、任务点、参与讨论情况自动进行评分，较为客观;翻转课堂考核中，教师通过各小组组员参与教学任务的程度，根据学生在翻转课堂中的汇报效果及表现，给出翻转课堂成绩;课堂表现考核中，主讲教师根据日常教学过程中，学生出勤情况、课堂回答问题情况的记录给出课堂表现成绩;作业考核环节，教师布置纸质作业，通过学生提交作业，根据学生作业完成的认真程度、对错情况给出成绩;期末考试为闭卷笔试，按照课程教学大纲设置考试题目，百分制为满分。总成绩=期末卷面考试成绩（50%）+在线学习成绩（30%）+翻转课程、作业等（20%）。

这种考核方式可以让学生把期末突击复习方式变成平时的学习方式，期末笔试考试没有舍弃，只是在总成绩中所占比重相应减少，减小了“突击考试”的学生心态。跨校修读学分课程组织中的考核评价的方式更侧重于学生的平时学习积累和动手、动脑能力的培养，比传统的评价方式更符合现代教学培养模式和人才培养需求。用课方学生取得的成绩录入系统后，传至建课方，双方学校教务管理部门进行学分互认。

四、《理论力学》课程线上线下混合式教学模式实施效果

为了对比混合式教学的学习效果，将本学期理论力学课程学习的班级分为混合式教学组和传统教学组。两种教学方式的分数统计如表1所示，各分数段分析如图4所示。

从表1可见，混合式教学组平均成绩，优秀率，及格率均高于传统教学组。从图4可见，各教学班级成绩均符合正态分布，其中混合式教学组高分人数多于传统教学组。由以上数据及分析可见，“网络平台学习+面对面课堂教学+实践操作+翻转课程”的混合式教学模式，可很好地调动学生学习的积极性，提高学生的成绩。

跟踪三个年度采用跨校修读学分进行混合式教学模式学习的学生创新实践能力，在用课方教师指导下参加机械设计类竞赛均取得较好成绩，如2017级机化闫卓宇等学生获得2019年中国服务机器人大赛授花粉机器人专项赛二等奖，2016级机制黄开智等学生获得2018年辽宁省大学生机械创新设计大赛慧鱼组二等奖，2017级机化苏振华等学生获得2018年沈阳农业大学机械产品数字化设计大赛一等奖。

五、结束语

在新工科教育背景下，理论力学教学需要突出学生解决实际问题能力和创新能力的培养，提高学生理论与实践相结合的能力。针对传统教学中学时较少，理论讲解占用大量时间而实践不足的普遍现象，采用基于跨校修读学分的线上线下混全式教学模式，遵循以“学生为中心，理论实践相结合，实践促理论学习，全过程考核”的教学观念，对进一步提高教学水平和人才综合能力培养具有积极的推动作用。

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