理论力学教学内容与方法的改革与思考

刘羽祚 杨柳 刘晓鹏

摘 要：基于理论力学课程特点，结合学院学生实际情况，在新工科背景下开展理论力学课程教学改革：更新课程内容，融合课程思政提升学生的专业情怀;增设实验实训项目，激发学生学习积极性;基于线上线下混合模式教学，深度提升学生的课堂参与度;运用思维导图构建完整的理论力学体系;采取多样化评价方式评定学习效果，提高理论力学的教学效果，实现新工科背景下土木专业应用型人才培养目标。

关键词：课程思政;理论力学;混合教学

一、引言

2000年后出生的新一代学生处于知识爆炸时代，面临多元文化冲击，学生思想独立，更加强调主体的个性。他们正处于人生价值观快速塑造阶段，倾向于根据自我的感知与理解，建立自身的知识体系。理论力学课程一般设置在大一下学期或大二上学期，教师应把握这一短暂窗口期，让学生通过系统的课程知识体系学习，培养逻辑思考和分析解决问题能力，树立创新意识，建立良好的社会责任感，初步完成人生观、价值观和世界观的塑造[1]。

二、课程改革内容

（一）优化教学内容

理论力学中很大一部分基本概念与大学物理课程的内容重复，学生已经学过大学物理了，导致学生产生理论力学“无用论”的想法。在讲授运动学和动力学时，传统课堂教学中主要强调瞬时分析，不重视学生对动态力学过程的理解，束缚了学生对力学规律进一步探索的创新性思维，导致所学知识只能停留在纸面上，不能有效解决工程实际问题[3]。因此，笔者认为应删减与大学物理重复的部分，着重讲解与土木工程专业相关的内容。在新工科背景下，根据学院土木工程专业学生的实际情况，笔者对授课内容做了如下的更新：静力学部分更多关注平衡之前的建模问题、平面桁架与空间力系的求解等实际工程问题;运动学部分赋予运动学方程的实际工程意义;动力学侧重于讲解刚体问题，梁、板、柱的分析方法，理解理论力学的精髓，避免数学求解喧宾夺主。

（二）补充科学前沿问题

随着科学技术的发展，力学的新知识不断涌现，及时补充学科前沿、热点及理论知识，调动学生学习的积极性，拓宽学生的知识面，增强学生对理论力学的进一步认识。

在学习平面桁架内力计算时，引入鸟巢国家体育场的椭圆平面网架结构，运用平面桁架内力计算方法对杆件进行受力分析。由于鸟巢椭圆平面网架结构较为复杂，人工手算较为烦琐，从而引入有限元软件ANSYS建模进行结构计算，并对计算结果进行分析，引导学生认识：力学分析是求解实际问题的基础，计算机可以辅助解决大型复杂的实际工程问题[4]。在学习质点动力学方程时，引入神舟五号载人飞船返回舱成功着陆这一振奋人心的案例进行研究分析，运用质点动力学知识分析整个着陆过程，强调其中任何一个环节出问题，都无法增大返回舱的阻力系数，航天员杨利伟的生命安全都会受到严重威胁[5]。

（三）增加教学实践环节

鉴于理论力学逻辑性较强的特点，为增加课程学习的趣味性，笔者在教学过程中增设了实验实训项目。实验教学环节极大地调动了学生的积极主动性，实训教学培养了学生的工程素養。理论力学课程增设实验实训项目，促进学生勤于思考、善于思考，提高学生思考问题的敏锐性，培养学生的发散性思维，提高分析解决问题的能力。

三、混合教学模式的应用

线下教学学生人数较多，一个教学课头人数通常在60人左右甚至更多，教师客观上没有条件对学生进行“因材施教”，有的学生理解能力较强、课堂精神集中且课前复习，就能对课堂内容有较好的掌握吸收;而有的学生对自律能力较差，无法达到上述的要求，学习课堂内容较为吃力，无法跟上课程进度。而这些“较差”学生因为自己的原因没有跟上课堂进度导致其反而不愿意课下与老师交流，害怕遭到老师的批评，只能恶性循环，长此以往，不仅会影响本门课程的学习，还会严重打击学生的学习兴趣，影响其所有课程的学习。为了解决这个问题，笔者在线下教学的同时，通过网络媒体将课程重难点进行梳理，并录制成为视频上传到网上，通过详细的讲解，精美的动画吸引学生观看，使得学生能够在线上学习课堂上“错过”的知识。通过这种模式可以明显提升学生的学习兴趣，特别是激发了教学班级中的“差生”的学习兴趣，相信自己有能力学号这门课程。

（一）混合教学模式的课前实施

教师在进行授课前，应“先学后教”。教师课前需要对教授的内容进行整理、汇总和编排，可以将教学内容提前通过视频录制的方式，然后发布课前学习任务，并把相关的重点、难点进行详细的解说，以便于学生在提前学习时遇到难题可进行反复观看，让学生通过提前预习把握大致方向，使学生对即将要学习的知识有大致了解。把学生以往的被动学习转化为主动学习，要做到先考虑学生、后考虑教师;先考虑“学”，后考虑“教”;在研究“学”的基础上设计“教”。通过这种形式，学生才能完全掌握学习的主动权，提高自主学习能力和主动性。

（二）混合教学模式的课中实施

教师在进行授课过程中，应“少教多学”。首先，教师可以使用智能考勤系统在线打卡，从而节省传统点名浪费的时间;其次，教师可以把教学内容以PPT、网络课程、慕课、微课等形式呈现出来，引导学生观看教学内容，设置相应问题让学生进行思考，以分组的形式组织在线互动、交流和讨论，保证学生在整个学习过程中处于主体位置，积极调动学生学习的积极性和主动性，使其成为教学的主人，并在教师的辅助下高效完成“学”的任务。从教学层面来讲，在教学过程中需要教师“教”的行为少一些，学生“学”的时间才会相对多一些;从课程的层面上来讲，教师“教”的内容少一些，学生对学习内容的把握就要更深一点;从实践的层面来讲，只有少考虑“教”，多考虑”学”，才能有效赋予学生学习的责任及权利。

（三）混合教学模式的课后实施

教师授课后，应“以学定教”。教学效果可以通过教学评价来体现，教学评价主要取决于对学生学期表现、课堂参与、课后任务完成等实际情况的掌握。因此，应依靠移动教学平台和相关信息化技术手段，让学生可通过在教学平台及时向教师留言或私信，以便教师对不同年级、不同阶段甚至每个学生的不同学习情况进行实时掌握，根据学生的不同特点和学习情况分别制定个性化教学。教师也可依托这些数据进行科学、公正、合理的教学评价，从而避免传统教学评价方式以期末成绩来评判学生学习情况的弊端，进而促进教学评价的多样化和合理化。

四、总结

在新工科背景下，笔者优化理论力学课程内容，增设实验实训项目，融合课程思政提升学生的专业情怀;采用基于雨课堂线上线下混合教学模式，深度提升学生的课堂参与度，激发学生学习积极性;结合思维导图的可视性、发散性、层次性特点，让传统教学模式注入新的活力;采取多样化评价方式评定学生的学习效果，提高理论力学的教学效果，提升学生工程意识和工程素养，实现新工科背景下土木、机械专业应用型人才培养目标。

参考文献：

[1]王士龙，江涛，曹现雷. 新工科建设背景下理论力学课程教学改革探究[J]. 安徽工业大学学报（社会科学版）， 2020， 37（3）： 69-70.

[2]温建明，范武. 理论力学课堂教学深度和广度拓展的思考[J]. 力学与实践， 2019， 41（3）： 333-336.

[3]贾有，樊艳红，刘二强等. 新工科背景下普通高校《理论力学》课程教学改革[J]. 教育现代化， 2019， 6（33）： 29-30.

[4]陈孝珍，胡公哲. 土木工程专业《理论力学》教学改革实践与探索[J]. 南阳师范学院学报， 2017， 16（12）： 76-78.

[5]洪嘉振，杨长俊. 工科理论力学教学体系改革的探索与实践[J]. 力学与实践， 1999（6）： 55-57.