混合式教学在理论力学课程中的研究与实践

崔玉洁 段洪君 化建宁 陈晓哲

摘  要：为充分调动学生学习的积极性和主动性，有效利用课堂，提高学习效率，针对理论力学学科特点，将所有章节进行知识点拆分，录制以知识点为单元的微视频，编写线上微测试题库，改革考核评价机制。从课前、课中、课后三个时间段实现线上线下混合式教学，取得良好的教学效果。

关键词：理论力学课程;微视频;微测试;考核评价机制;混合式教学

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2022）14-0094-04

Abstract： In order to arouse learning interest and enthusiasm of students， and to improve the efficiency of classroom learning. All contents of Theoretical Mechanics Course are divided， micro videos which are based on knowledge points are recorded， online micro-test question bank is constructed， and evaluation mechanism is reformed. Online-teaching and offline-teaching are implemented in three time periods： pre-class， in-class and post-class， this teaching method has obtained good results.

Keywords： Theoretical Mechanics Course; micro video; micro-test; evaluation mechanism; mixed teaching

隨着科技的发展，大学阶段所要掌握的知识越来越多，大量基础课学时减少。理论力学课程学时也是一减再减，而该课程是机械大类的一门重要的专业基础课，内容多，难度大，无论对学生后续很多专业课的学习，还是对学生分析和解决实际工程问题能力的培养，都起着举足轻重的作用。因此，如何在有限时间内完成教学内容并保证教学质量成为一线教师思考的焦点问题。

随着互联网技术的快速发展及疫情下各种在线课堂管理平台的出现，东北大学秦皇岛分校理论力学教学团队坚持以学生为中心，实现线上线下混合教学模式，将线下的课堂延伸到线上的课外，让不同层次的学生都能找到适合自己的学习资源，同时制定自己的学习方案。混合式教学使教与学突破了时间和空间的限制，真正激发了学生的学习兴趣，变“要我学”为“我要学”。

一、理论力学混合式教学的实施准备

（一）学生分组

本次教学对象是机械工程专业1901-1905五个班级，共152人，分成19小组，每组设组长一人，成员7人。组长负责组织督促本小组成员线上的自主学习和线下的问题讨论，完成小组成员学习过程中问题的收集与整理。

（二）线上学习管理平台的选用

本次教学改革选用“课堂派”作为线上学习管理的平台。该平台可以提供在线签到、在线讨论、在线测试、成绩汇总等服务。教师只需在“课堂派”中设置自己本学期需要开设的课程，即可获得该门课程的课程码;学生通过微信公众号搜索“课堂派”并关注，按教师提供的课程码实名加入课程即可，操作简单易行。

（三）章节知识点的拆分

根据章节内容及重要性，将每一章节分解成若干相对独立的知识点，其中绪论1个知识点，静力学共18个知识点，运动学共24个知识点，动力学共20个知识点，全册教材共分解为63个知识点，见表1。

（四）微视频的制作

针对每个知识点进行微视频的制作，采用计算机录屏的方式。该方法运行成本低、简单易行、修改制作方便。

1. 微视频的研究内容

（1）整合优质素材，精心选取微视频内容

注重素材收集与整合。微视频是一种长度在10 min之内的教学视频，主要讲解某个或某些重难点知识，具有短、小、精的特点。理论力学微视频并不是传统课堂教学的切片或压缩，真正目的是让学生将注意力集中于单个的知识点，并不需要像课堂教学那样考虑所讲授的所有知识点间的层次，最适合微视频的内容应该是那些相对独立的单个知识点，学生不容易理解的重点和难点，或容易激发学生创造力的兴趣点。

（2）围绕教学大纲补充工程实例，并形象展示

目前大部分教材中对于例题的讲解偏重于简化的抽象力学模型，而学生对于模型的简化过程及在工程上的具体应用知之甚少，故在学习过程中对于这些问题的理解过于抽象，提不起学习兴趣。因此，在微视频的制作过程中，课题组通过多种方式将抽象的力学模型与工程原型相结合，将抽象问题具体化。将课堂教学与具体工程实例相结合，使学生认识到该门课程的重要性，提高学习的兴趣，同时也为培养学生解决实际工程问题打下基础。所以选择对应知识点的工程实例尤为重要。工程实例需要广泛查阅相关资料，并结合教学经验进行合理的筛选，最后在微视频上形象展示。

（3）注重知识的逻辑性、严密性

每个微视频的内容都是课程的重点和难点，都是相对独立的，但每个微视频的制作需要注重知识的逻辑性和严密性。比如在固定端约束的微视频中，讲到固定端约束的约束反力是一群各个方向的任意力系，这时候就要用到前面所讲到的，任意力系向一点进行简化得到一个主矢和主矩的结论，所以要在微视频制作中将这一结论引出，并配以简化过程图形，有利于学生回顾以前所学知识的同时，更容易接受新的知识点得到的结论。

（4）易错点分析

根据多年的教学经验，对学生在学习过程中容易出现的各种错误进行举例，并分析错误原因，给出正确的解答方法。使学生能更好地理解相关知识点，避免不必要的错误再次出现，提高解题的正确率。

2. 微视频实例

以静力学中“固定端约束”这一知识点微视频的制作为例。“固定端约束”对学生来说是一种新的约束类型，所以制作微视频的时候，应先介绍基本概念。为更好地理解，可以搜集一些相关的工程实例进行形象的展示。比如：埋在地下的电线杆、固定在楼房的阳台、装夹在刀架上的车刀、固定在夹具上的工件等，这些约束都属于固定端约束。接下来，微视频将引入固定端约束的约束反力如何确定？实际上固定端约束限制了物体各个方向的移动和转动，对于平面固定端约束的约束反力，就是一群各个方向的平面力系，而这群力构成一个平面任意力系，最终可以简化为一个力和一个力偶。而这个方向不确定的力通常情况下用一对正交分力来表示。

最后一部分内容是针对固定端约束容易出现的错误进行分析。比如：求固定端的约束反力问题，很多学生会想当然的认为固定端约束的约束反力就是一对正交分力，这样就是两个未知量，选一次研究对象就求解出来了，但实际这样做是错误的。因为固定端约束的约束反力除了一对正交分力外，还有一个反力偶，所以是三个未知量。另外在物体系中固定端约束约束反力的画法中，正交分力的方向是否可以任意假设，反力偶方向如何确定？假设方向之后方程中的正负如何规定？求解结果出现负值如何解释？这一系列问题都是学生在这个知识点容易产生的疑问。在微视频制作中加入对该知识点的“易错点分析”，就可以使学生消除这些疑问，如图1所示。

（五）线上测试题库编写

1. 线上测试的优点

线上测试以知识点为单元，通过“课堂派”平台发布，学生手机端接收后即可答题，提交后即刻显示成绩。节省了试卷印刷、发卷、收卷、批卷等繁琐的过程，使随堂小测轻松完成。线上测试既可考查学生对当堂知识的掌握程度，又可达到边学边巩固的目的，同时有助于教师掌握教学效果，及时调整教学计划。

2. 线上测试题目设计

传统的理论力学教学，因课时少内容多几乎没有平时测验，都是通过布置课后作业的方式达到巩固知识点的目的。而大部分教材章后习题都是以计算为主的主观题，而且数量都在30～60道不等。教师只能选择具有代表性的几道题作为课后作业。因为计算题步骤多，其中某一步出现错误会直接影响最后计算结果。比如静力学的求物体平衡时约束反力的计算题目，就包括选取研究对象;画研究对象的受力图;列平衡方程;求解结果四个步骤，如果学生按这些步骤完成后最终结果出现错误，他就很难搞清是四个步骤中的哪一步出现了错误，而要找出错误原因则需要花费大量时间。

针对以上问题，团队教师以知识点为单元，将主观题重新组合编写，以客观题的形式对学生进行考核，题型主要包括判断题、单项选择和不定项选择。题目的编写会将学生平时计算题中容易出现的错误列入选项，让学生在正确与错误之间进行分析，在短时间内就可以选出自己认为正确的答案。比如静力学中画出物体受力图的题目，在线上测试中就可以将往届学生作业中出现的各种正确和错误的受力图编入备选答案，学生作答提交后會形成自己的一个错题库，随时可以进行查漏补缺，学生端错题库界面如图2所示。

（六）考核评价机制制定

区别于传统教学的考核方式，混合式教学期末成绩主要由线下和线上两部分构成。其中线上成绩采用“全过程考核”，主要包括数字化签到，课前微视频观看情况及讨论区发言情况等的学习数据统计、随堂小测成绩等;线下成绩主要包括纸质作业、翻转课堂个人及小组表现、期末测试等。考核评价机制的改革，使学生开始注重课堂效率，更多参与课堂，避免了考前突击现象。

二、理论力学混合式教学的具体实施

（一）课前

根据课表时间安排，结合教学计划进度，于上课前两天在“课堂派”平台发布预先录制好的对应进度的微视频，学生可以根据个人情况合理安排学习时间，真正实现个性化学习。教师在后台关注学生学习进度，待全部完成后，在“课堂派”讨论区发布与本次课程有关的思考题，所有学生均可参与讨论留言，教师针对学生作答及时给予引导与评价，加深学生对知识的理解。同时以小组为单位，组长负责收集学生预习过程中产生的各种问题。

（二）课中

首先，教师对教学计划中本课时内容进行知识梳理，对知识结构进行归纳和总结，并强调本课时内容的重点和难点;其次，分析各小组收集的所有问题，鼓励同学一起参与讨论并解答;再次，教师抛出设计好的与本课时内容相关的问题，让学生按小组进行讨论，每组选一名代表进行讲解，其余学生都可以针对讲解结果提出疑问或质疑，也可以发表自己的见解，鼓励学生自己动脑寻求问题的答案，让学生真正成为课堂的主体，实现课堂的翻转;最后，教师通过“课堂派”发布本课时对应知识点的测试题目，学生手机端接收并作答，在规定时间内提交答案。教师针对错误率较高的题目进行分析讲解，与学生讨论，达到对本课时内容及时消化吸收的目的。通过成绩，学生可以检测自己对本课时内容的掌握程度，通过班级成绩分布情况，对自己的学习状况做出客观评价;教师也可以及时掌握学生学习情况及本课时教学效果。课中测试界面如图3所示。

（三）课后

课程结束后，教师及时通过“课堂派”平台对本次课程内容进行总结，并发布课后限时作业。在平台讨论区，学生可以提出作业中的疑问，教师也可发布与作业题目相关的问题，供学生思考，避免作业中遇到问题得不到及时解决。学生在规定时间内完成作业，并通过平台拍照上传，教师随时查看提交人数，并对未提交学生进行催促提醒，确保作业保质保量按时提交，教师通过平台对作业进行批改并加注评语，同时可对优秀作业进行“分享”，供其他同学参考。

三、理论力学混合式教学效果反馈

（一）调查问卷反馈

如图4所示，为及时了解本次教学改革的效果，对学生采取不记名调查，共81人参与答卷， 其中32.1%的学生认为通过混合式教学能很好掌握当堂所讲内容;64.2%的学生认为基本能掌握;3.7%的学生认为不能掌握。通过一个阶段的学习，96.3%的学生认为有收获，3.7%的学生认为没有收获。数据表明混合式教学在理论力学课程中能得到大部分学生认可，并收到较好效果。

（二）成绩对比反馈

通过引入混合式教学的试点班与普通班成绩形成对比，见表2，结果可以看出，试点班成绩明显高于普通班，主要表现在整体平均分的提高和高分学生人数的增加。

四、结束语

针对理论力学课程特点，将线上和线下教学有机结合，形成互补，从而激发学生学习的主动性、积极性和创造性，提升学习的深度和广度。混合式教學模式不仅节省了理论教学时间，还增加了互动，使学生成为课堂的主体，真正实现了课堂的翻转，激发了学生的求知欲，大大提高了学习效率，收到了非常好的学习效果。

参考文献：

[1]张娟，王艳，余龙.理论力学“四堂融合”混合式教学和考核模式改革的实践[J].力学与实践，2019，41（2）：210-215.

[2]刘迎春，王琦，王林军.高等物理化学线上线下混合教学模式的探索[J].高等理科教育，2019（4）：68-71.

[3]顾国庆，蔡中兵，余斌，等.新工科背景下应用型高校基础力学课程教学改革[J].高教学刊，2021（9）：149-152，156.

[4]张林泉.统计学混合式教学模式的探索与实践——基于教学设计支持的视角[J].高等理科教育，2021（1）：54-59.

[5]李逢庆.混合式教学的理论基础与教学设计[J].现代教育技术，2016，26（9）：18-24.

基金项目：2019-2020河北省高等教育教学改革研究与实践项目“光机电复合型新工科人才培养模式改革与实践”（2019GJJG-434）;2020年东北大学秦皇岛分校一流本科课程建设项目“理论力学线下一流课程”（2020YLKC-A07）

作者简介：崔玉洁（1975-），女，汉族，河北乐亭人，博士，副教授，研究方向为力学教学与科学研究。