《理论力学》课程团队在线教学的应用实践

李世远 彭 岩 李 妍 程 丽 朱智莹

（中国石油大学（北京）石油工程学院 北京 102249）

理论力学是研究物体机械运动的基本规律的学科。力学的一个分支。它是一般力学各分支学科的基础[1]。理论力学课程是石油工程学院面向石油工程专业及海洋油气工程专业大一学生开设的必修课程，共40学时。本课程为专业基础课，是后续专业课程的基础，并在许多工程技术领域中有着广泛的应用。通过理论力学的学习，使学生掌握质点、质点系和刚体平衡和机械运动的基本规律和研究方法，使学生初步学会应用理论力学的理论和分析方法、解决一些简单的工程实际问题[2][3]。课程概念抽象化多、解析计算性强、工程应用性广，如何通过在线教学解决这个问题是关键所在。教学团队通过形象化、多样化和协同化在线教学模式，提升课程教学和学习效果。

1 课程教学设计

以图文注释、电子板书、在线测试、模拟教室环境等多种方式，增加基础课程讲解的形象化、互动化，达到接受知识点、理解知识点并掌握知识点的教学效果。第一，在线问卷了解动态。首先，通过腾讯会议和雨课堂的方式，授课实现了较为稳定的在线教学模式。在上课前，教师进入腾讯会议做好准备，通过问卷调查了解学生对腾讯会议使用的熟悉程度。在线上课程中，教师通过问卷调查了解学生对听课思考、出现网络卡顿现象、克服困难听课等问题的反馈。通过学生反馈情况，教师随时了解学生想法，并动态调整教学方式和在线教学模式。

第二，电子板书图画讲解。教师通过调整PPT课件字体满足在线教学中屏幕观看的需求，同时运用电子板书在PPT讲解中增加文字和图画注释。此外，引入研究性问题，引导学生对抽象概念的理解。将黑板上的板书变为屏幕上的实时批注，与教师的语言表达相配合，能更好的将知识传达到每个学生面前。传统课堂中，坐在后面的同学因为距离黑板较远，有时不能清楚的看到板书的过程，学习效果受到影响。在线板书很好的解决了这个问题，保证了每个课程参与者的清晰观看。此外，通过形象化的图画讲解力学模型，通过学生喜闻乐见的形式以简笔画的风格展现出来，促进了学生的学习积极性和创造性。

第三，课题研讨联系实际。课程教学中对实际问题进行力学分析、计算时，都将其抽象成为力学模型，初学者往往对于力学模型很熟悉，但对于这些模型背后的实际问题知之甚少。在《理论力学》的教学中，将受力分析的例题对应工程问题，密切结合实际，例如机构中构件受力分析。不但讲解受力分析过程，而且延伸到一般模型分析。从而帮助学生更好的理解原理，培养科学研究的方法和兴趣。

第四，教室环境真实模拟。课程授课过程中，教师在不断探索居家模拟真实课堂环境，进行实时直播并在线互动。通过这种方式，让学生获得教室授课的仪式感，从而能够提升自我约束并投入学习状态。

第五，在线习题分工编写。课程团队按授课内容分工，各自编写不同章节的在线试题库。充分发挥雨课堂客观题的作用，将课程易错点、重难点通过选择题、投票题等形式发出，学生完成后可及时看到答案解析，做到学习效果的自动检测，小误差的自动纠正，尽量使每一位学生都能跟上讲课的节奏。

第六，慕课回顾巩固理解。在线课程内容讲授之后，通过学校教务处组织的学堂云平台，为班级学生绑定身份，进一步安排学生学习慕课，并通过课堂讨论区实施交流，回答学生问题。选取的慕课是课程教材编写单位和编者的慕课，学生可以有种“原汁原味”的体验。

2 课程目标与学情分析

本课程的课程目标要求学生能对常见工程约束进行简化、分析受力和画示力图。熟练掌握力的投影、对点的矩和对轴的矩的计算。对工程中的各种力系（汇交力系、力偶系、任意力系和分布力系）能进行简化。熟练掌握各力系的平衡方程及应用，对工程静定结构能进行平衡分析。理解点和刚体的简单运动。理解动力学基本定律，熟练建立运动微分方程，掌握动量定理及动能定理及其综合应用。

结合雨课堂或腾讯课堂，每次课后进行学习情况统计，即每位学生观看直播以及观看回放时长。同时统计在线授课过程中，每道在线习题的答题情况，便于及时了解学生学习情况，总结分析并进一步改进课堂设计环节。

课后答疑随时互动。检验教学效果的重要方式，就是课后学生提问、教师答疑解惑。在这个过程中，教师随时了解学生对知识点的掌握情况。同时，进一步对课程进行回顾、总结和巩固。

学生作业在线批改。检验教学效果的另一个重要方式，就是学生作业。通过雨课堂进行作业发布，并在线批改作业，运用电子板书进行批改注释，并给出鼓励性的评语，激发学术学习主观能动性，实现教师和学生作业交流的在线互动。

随着新时代和新工科教育的不断发展，作为工科基础课的教师，信息化及在线教学已逐步发展为授课模式的必备要求。在线教学的优势包括教材和课件载体更加清晰地呈现在学生面前，结合图文并茂的绘画和注释讲解、电子板书、在线测试和在线作业批改等都有助于学生的理解和掌握。雨课堂、腾讯课堂等教学工具可以通过各种数据随时让老师和学生了解到教学效果。定期互动交流这种形式，使得现实课堂上不愿意发言的学生会更加积极踊跃地通过键盘提出自己的想法。

3 理论力学中的课程思政

通过网络环境载体，教师对学生们开展课程思政，包括表达对学生的关爱和勉励，介绍力学概念在生活中的应用例如火神山和雷神山医院建筑结构的静力学平衡等。大国重器当中的课程思政，通过多个案例给予介绍。例如“蓝鲸1号”的钻井平台结构，主要结合理论力学中的静定与超静定问题的重要概念。特殊时期的北京鼓楼馒头店，利用了“斜面”保证馒头传递到顾客手里，而通过无人机和京东美团的无人配送把蔬菜食品送到千家万户。

科学原理与科学家精神融入到具体工程案例当中，2020年是“东方红一号”卫星成功发射50周年。卫星按设计要求准确进入预定轨道，地面对其实施精准测控，数十万中国人仰望星空观看卫星过境，一曲嘹亮的《东方红》响彻寰宇、震动世界。结合卫星发射，讲授动量矩守恒定律。我们分析质点在有心力作用下的运动，由于动量矩是恒矢量，这里有两个不变，第一个是恒矢量的方向不变，代表了右手螺旋定则的大拇指方向不变，也就是质点在有心力作用下运动的轨迹是平面曲线。第二个是恒矢量的大小不变，即面积速度不变。由此定理可知，当人造卫星绕地球运动时，离地心近时速度大，离地心远时速度小。“东方红一号”人造地球卫星已经发射五十年了，并且仍在轨道上运行，满足动量矩守恒定理。对于动量矩守恒定理，最直观的就是平面曲线轨迹和速度“近大远小”的特点。

以卫星发射为标志性工程，我国航天事业进入空间站时代。再过去的五十年以及更长的实践中，不能忘记以孙家栋为代表的老一辈航天人的贡献，他们让中国的空间科学事业从无到有、从弱到强、从小到大。火星探测、“嫦娥”奔月如今都已成为现实。正是老一辈科学家甘于奉献、隐姓埋名，几十年的艰苦奋斗干出了惊天伟业。我们国家的各个行业都有着这么一大批的奋斗者，才取得今天的巨大成就。工科基础课在传授学生专业知识的同时，还要讲标志性的成果和精神品质给学生们做好传授。

本文列举了石油工程专业本科理论力学课程团队教师共同努力下的在线教学实践。面对突如其来的教学要求，不论是教学多年经验丰富的教师还是青年教师基本都没有在线直播教学的经历，这就更加促进了团队协作、资源共享的需求。教学团队通过在线研讨、分工配合、共享成果，迅速形成了石油工程学院《理论力学》课程的教学设计、教学模式和在线习题库等在线教学的有形化支撑，并通过多位主讲教师几周的教学实践逐步进行测试、反馈和改进。发挥名师引领、运用团队优势力量，打赢基础课教学促进学生理解、提高教学效果的这场实战！