基于慕课的《理论力学》课程线上教学的实践与思考*

赵玉萍，彭 剑，储爱民

(1.湖南科技大学土木工程学院，湖南 湘潭 411201；2.湖南科技大学材料科学与工程学院，湖南 湘潭 411201)

1 引言

在高等学校的本科课程中，理论力学是许多理工科专业的必修课。理论力学属于经典力学的范畴，介绍了诸多的力学原理和方法，它们既可以独立应用于解决一些工程实际问题，又是学习其它主干课程的基础，因此理论力学这门课程的重要性是不言而喻的。为了保障理论力学的教学效果，一线教师们对理论力学的教学改革与研究展开过多方面的工作[1-7]，包含教学内容、教学方法、教学体系等，并且实践了在实体课堂中融入线上学习的元素[8]，以适应信息时代的发展。当前，加强线上教学建设，使得线上教学长期性、常态化、正规化是高等教育必然发展的趋势[9]。本文结合实践阐述互联网+智能+理论力学线上教学的几点做法和体会，以期和广大同仁探讨和交流，共同探索在培养高质量人才过程中理论力学课程线上教学的方法。

2 引导学生自主学习的教学设计

高等学校理工科非力学专业力学基础课程教学基本要求[10]（以下简称基本要求）对理论力学每个知识点用“掌握”“熟练”“会”“了解”等字眼做出了具体的目标要求。因此，在理论力学的教学内容和教学目标都非常明确的前提下，采用互联网+智能+理论力学在线教学模式时，教师对教学环节进行顶层设计则尤为重要，教学环节设计得好坏直接影响到学生对教学内容的掌握、对教学目标达成的程度。

2.1 利用在线慕课资源合理布置教学内容。

随着互联网的发展，目前各种在线精品课程的供给较为丰富，其中一些被择优纳入全国数字教育资源免费平台如中国大学MOOC平台、学堂在线和智慧树平台等。利用线上精品慕课资源，以及手机、平板等智能移动设备，线下课堂中的教师可从知识的直接传播者转变为知识的分享者和学习的引导者。

首先，教师根据专业培养方案中规定的学时数，进行教学进度的总体安排。在这个安排中以每次课（2课时）为基本单元，教师预先给出每个单元的学习内容（知识点）和学习目标，学生通过教师推荐或指定的线上慕课资源，观看相关的学习内容进行第一轮自主学习。在这个环节中学生能够对所学的知识点有个初步印象，和在线下课堂中听教师现场授课具有等同的效果。通过在学生中的调查了解到，学生认为第一轮的线上自主学习相比于线下课堂跟随老师的学习更具有灵活性，比如哪个知识点没有听明白，学生可以反复观看视频和课件；又或者学生目前注意力还不够集中，他可以选另一个时间段观看视频，让自己在学习时始终处于最佳的状态。这样自由灵活的学习方式是线下课堂所不能给予的。

2.2 通过设置问题引导学生进行深度学习。

教学设计的宗旨是，让学生真正发生学习行为。由于理论力学课程理论性强、逻辑性强，为了在学习知识的过程中培养学生演算、推导、分析问题等高阶思维能力，需要教师设计教学内容，将知识点引入到问题中，学生通过解决什么问题或做什么事情，达到对相应知识点的深入学习。

教师根据知识点的具体要求，给学生布置一定数量的问题或习题，以书面练习为主，考查并引导学生对知识点深入学习。例如，《基本要求》中对平面力系这部分内容有一个要求是“掌握平面各种力系的简化方法”，针对该要求，教师可以设计问题为“概述平面任意力系的简化过程”或“平面任意力系的简化依据是什么？”；又如，《基本要求》中对动量矩定理这部分内容有一个要求是“掌握对固定点和质心的动量矩定理”，针对该要求，教师可以设计问题为“为什么只有对固定点和对质心的动量矩定理而没有对其他任意动点的动量矩定理？”。在这个环节中，教师不是直接告诉学生问题答案的前因后果，而是让学生通过思考自己得出结论，因而更能加深对所学内容的理解和掌握，同时也逐步培养了学生分析、辨析、概括等高阶思维能力。

2.3 根据问题反馈及时答疑解惑。

以学生为主的学习，不是给学生布置了学习任务、要求学生自己认真琢磨就行了，还需要老师适时的指导及解惑，尤其是对一些难度较大的知识点，老师通过与学生的沟通与交流，帮助学生解决困惑或难题仍是必不可少的。

比如，在理论力学中学习到动力学内容时，有学生在班级QQ群问到：“质点系的动量矩定理、定轴转动微分方程和对质心的动量矩定理分别在什么情况下使用？”、“质心运动定理与质点系的动量定理有什么关系？”等。从学生们的提问中可以看出，学生学习相关知识点时是动了脑筋、经过思考的。对这些较复杂的复合性问题，由学生自己提出后，教师通过交流平台为学生指出要点、给出解释或关键说明，能让学生有豁然开朗的感觉，这样，自主的学习行为就真正发生了。除此之外，在班级交流平台如QQ群内，教师还对每一节的内容提出一些与知识点有关的简单问题，要求学生根据自己所学所知进行回答，其中有画图题，有总结题，有计算图，有辨析题等，都是教师自行设计的题目，都要围绕着让学生解决什么问题或做什么事情来展开。这样的教学内容设计能显著提高学生的学习兴趣和学习的成就感。

3 引导学生自主学习的过程管理

对学生学习情况的了解和评价需要将学生学习的表现、学习的态度、学习的效率，及考试成绩几方面联合，体现全面的学习过程，并将以往以应试考核为主向过程考核倾斜，以此来激励学生产生学习内动力，同时向学生传递“学习不是一时的事，而是一种持续的行为和习惯”这样的学习理念。

3.1 制定同步学习过程的考核方法。

基于线上课程资源的线上教学是一种学校认可并逐渐鼓励和推广的教学模式，学生自主学习也不是完全脱离教师的自我学习。线上教学可分同步和异步两部分。同步是指教师和学生同时在线上的同一平台，通过交流平台教师指导学生学习难点、习题讲解、解决共性问题、讨论与交流等的时段。同线下教学一样，线上同步教学同样需要在班级中形成有纪律、有秩序、有氛围的学习环境。考虑到线上教学目前还没有形成常态化，一般来说学校都还没有为此制定相关的教学规章制度，因此需要教师为自己所教授的线上班级制定一个规则，来保障线上同步教学的规范、有序和有效。

线上同步教学时，由于学生与老师的交流与沟通无法面对面进行，因此先在交流平台建立云班级，如QQ群或微信群。搭建了空中线上班级后，每位学生在线上课堂上的提问、回答问题、参与讨论、上传图片等学习表现都可以被保存下来，作为课程成绩评价的依据。线上同步教学结束后教师以此依据给予每位学生相应的课堂表现分数，作为过程考核内容的一部分。用这种方式鼓励学生积极主动参与学习，又能一目了然地展示学生的课堂表现，比线下课堂中转瞬即逝的表现方式更方便教师对学生做出合适的评价和考核。

线上同步课程仍需要有课堂的严肃性，比如要求学生着装正式，尽管老师和其他同学们可能看不到你的着装，但随意的着装会让心理有松懈感，将会影响听课效果；听课时要求学生做到桌前来，拿出笔和练习本。对这项内容的考核可以通过打开摄像头抽查的方式完成，对没有按要求做到位的学生酌情扣分。当结束每次课时，教师抛出一个和本次课内容相关的简单的问题，同学们线上提交答案后便可自行离开。课后老师根据提交答案情况给予每位学生相应的课堂出勤分数，这种考勤方式既不占用太多课堂时间，又准确地了解了学生的到课情况。

3.2 制定异步学习过程的考核方法。

异步学习是指学生领到教师布置的学习任务和学习目标后进行自主学习的时段。教师需要首先向学生提供学习所用到的视频、资料、需要解决的问题等。自主学习是线上学习的一个重要的特征，学生在什么时间学、学习多长时间完全由学生自己安排。对这个过程的考核，一是可通过智慧教学平台自带的一些统计功能，查看学生观看视频的记录；二是教师规定提交作业的时间并检查作业完成质量；三是教师查看学生对问题的解决过程和结果，比如要求学生录制问题解答过程的小视频向同学讲解展示。采用这些方式对自主学习过程进行管理，督促学生及时完成学习任务。

期中期末考试、章节小测验等作为激励学生学习的动力源，依然是必要的。在实施线上教学时，首先明确告诉学生，课程中所讲授到的公式推导、方法特点、习题解答、所布置的作业等，会有一部分是各种考试中的内容，让学生重视每一次的学习任务。通过多个考核环节的制定引导学生养成自主自觉学习的意识和习惯。这些措施能保障线上教学有良好的秩序，是保障教学效果的重要基础。

4 持续改进教学设计

对理论力学这门由经典力学内容组成的课程来说，尽管其中的知识点和对知识点的要求相对来说是固定的、不变的，但是学习知识点的学生是变化的，学生的学习背景、学习兴趣、学习基础、学习习惯等，都会影响他们对同一门课程的理解程度和掌握程度。另外，理论力学课程内容庞大、知识点多，需要的课时比较多，学生在学习这门课程的过程中学习状态也是变化的，初学静力学部分的时候多数学生会认为挺轻松，后续学习动力学部分的时候，一部分学生开始感觉学起来力不从心、解题时无从下手。因此，教学内容设计好之后不可能成为一个“放之四海而皆准”的万能设计，应该是针对不同的学生群体、在不同的学习阶段的设计，是需要在课程的教学过程中不断进行调整和修正的设计。

4.1 根据学生的反馈进行相应的改进。

在线上教学过程中，持续改进教学设计要以学生的反馈为基础。教师通过设计提问、小型测验、总结交流等教学环节，一是帮助学生掌握教学内容，二是从学生的做答反馈中查找出学生没理解、没掌握、没想到的地方，找出容易出错的问题、代表性的问题。学生在学习的过程中能知道自己某个问题或习题不会求解、不知该如何下手，但有时候是当局者迷，他可能找不到出问题的关键原因。教师分析出错的原因，及时调整教学设计、教学节奏、教学内容。教师通过线上同步教学对具体问题进行讲解、区分和比较易混淆的问题、增加对不同问题之间的辨识度，引导学生在发现、分析和解决问题等方面不断积累经验，提高学生的自主学习能力，这样才能巩固教学效果、稳步推进教学进度。

线上教学尽管强调以学生的自主学习为重，但对教学内容的重点和难点的突破还是要依靠教师的讲授作用。例如，动力学篇章的内容是理论力学课程中最复杂的一部分，同时也是与先修课程大学物理中内容最贴近的一部分，比如动量定理、动能定理等。学生在学习动力学的过程中，如果没有重视或没有深入学习，就会停留在原有的水平。教师抛出诸如“动能定理求解动力学问题有什么特点？”、“刚体平面运动微分方程的核心是什么？”等问题，洞察学生对该部分内容是否真正掌握，以便及时给予指导和讲解。

4.2 展开多方位的交流促进改进。

在线上教学过程中，教师通过网络平台容易实现与学生进行频繁的交流与沟通。学生需要从教师这里获得及时的关注和支持，比如教师给予的及时答疑、帮助学生找到问题出错的原因、表扬学生的进步、鼓励学生继续努力等等，让学生有被关注、被关爱的愉悦感。由于线上交流平台的便捷，教师有充分的时间来解答来自不同时间、不同学生们的提问，同时教师也了解了学生的学习情况，有利于确定出进一步改进教学设计的方向。

教师在管理学习过程中，把有助于给以学生学习信心的相关内容及时整理和提取出来，向全班展示学生的学习成果。线上学习的交流平台在展示学生学习成果方面更为便利。比如：每次作业之后都选择一部分书面整洁、画图美观、字迹工整、结果正确率高的作业放到班级QQ 群展示；在交流平台讨论和回答问题过程中，对完整、精准的回答及时给予一个表情符号点赞，既增加课堂活跃度，又调动学生们的积极性；对一个问题有区别于他人的好的解决方案的，拍照上传到交流平台与其他同学分享；对好的提问拿出来与同学们共同探讨，引发同学们的学习兴趣等。这些做法营造了相互学习的氛围、搭建了隐形的竞争环境，最终为改进线上教学质量提供良好的作用。

5 结语

传统的理论力学教学方式是在线下课堂中进行，长期以来都是以教师讲授知识为主，以至于教师无意中对知识进行了较多的灌输而使学生处于被动学习的状态。在当前信息技术高度发达的时代，结合“互联网+”“智能+”的教学已经成为高等教育的重要发展方向。教师与学生对新时代的理论力学教学模式的改革也有迫切的愿望。本文实践了基于慕课的“互联网+智能+理论力学”的线上教学模式，教师通过教学设计引导学生自主学习，这是一种探索适应新时代的理论力学教学改革的有益尝试。