以学生为中心的力学课程教学改革研究

摘  要：力学是物理学专业的核心课程之一，该课程涵盖内容较宽泛，理论知识点较多，主要研究宏观物体在低速运动下的运动规律。对于物理学专业大一学生而言，要学好这门课程需要从思维模式、学习方法等方面进行转变。以学生为中心的教育理念可以有效推动学生发现并解决问题能力的提高。本文从教学理念、教学设计、教学方式三个方面对力学课程进行改革探索，力求促进学生长远发展。

关键词：力学;以学生为中心;教学改革

力学课程是一门研究宏观物体在低速运动下的运动规律，同时解决实际问题的专业核心课程，在精密仪器、大型工程、建工防灾、火箭发射、人造卫星、能源与机器人等方面都有重要的作用。[1-2]力学是我院物理学（师范）专业的专业学科平台课程，主要讲授质点、质点系、刚体、流体在低速运动下的运动规律，研究振动、波动等运动形式，同时对相对论进行简要介绍。

力学开设在本科一年级第一学期，是物理学专业学生最早接触的专业基础课程，由于大一学生刚刚进入大学校园，要接受新思想、新概念、新方法，需要从中学被动性学习到大学主动探索性学习模式进行转变。[3-4]此外，力学中的知识点，角动量、振动、波动、相对论等在高中阶段均是选修内容，因此存在学生学习难度大，教师难教的问题。伴随着高等教育教学改革的不断深入，以及坚持“以本为本”，推进“四个回归”的教育形势下，力学课程在课程体系、教学内容、教学手段和方法等方面都发生了一定的变化。

现代教育教学倡导“以学生为中心”，要求高校教师转变以教师为中心的理念，课堂的主体由教师转变为学生，在教师教学过程中关注到学生的长远发展，发挥引导和启发的作用。[5] 需要教师自身具备引导和激活的能力，及时的对学生掌握的知识和关注的知识点进行引导，严格把握整个教师教学和学生学习的过程。要围绕力学课程的教学目标，即作为物理学专业的专业核心课程，通过物理知识的传授，培养学生分析问题、解决问题的能力，训练学生抽象思维、创新思维和逻辑思维能力;在教学中贯穿课程思政，培养学生正确世界观、人生观和价值观，弘扬社会主义核心价值观，立德树人，使学生全面发展。因此，通过力学课程的教学实践结合课程特点，从教学理念、教学设计和教学方式等几个方面，谈一谈力学教学中“以学生为中心”的课程改革。

• 力学课程的特点

力学是一门64学时的课程，通过力学课程的学习，使学生能够系统的掌握力学的基本概念、基本理论、常用的分析方法，学会处理简单的力学问题，能定性分析一些常见的力学现象，理解力学与其他学科的内在联系，培养跨学科、跨层次的通识观念，保持好奇、创新的科学精神。力学是物理学的入门课程，力学的基本概念和方法应用于物理学的各个学科，物理学又是自然科学的基础。熟悉力学的基本知识，为以后物理和其他相关学科的学习就做好了准备，有助于学生理解各个领域、不同层次的自然现象。力学课程重视基本概念的理解，在熟练掌握基本知识的基础上，广泛涉猎不同领域、不同层次的力学现象，强调力学与其他学科的内在联系，培养学生的通识观念。

从物理学各学科的关系来看，力学是其他学科的基础;从研究规律来看，力学所研究的机械运动规律应用广泛，无论是精密仪器，大型工程，还是火箭发射，人造卫星等方面都有力学的直接应用;从学习过程来看，学好力学是学好物理学的重要开端。力学是学生未来在科研、教学中不可缺少的组成部分，作为大学新生第一门专业核心课程，本课程为后续电动力学、理论力学和量子力学的学习奠定基础，本课程是起点和关键，帮助学生转变思维方式，适应大学的教育方式，并能够建立勇于挑战困难的勇气，是这门课程天然的使命。适当的为物理学前沿打开窗口，开阔学生眼界、启迪并激发学生的探索和创新精神，更深层次地提升其科学素质。

力学课程一般开设在物理学专业大一年级第一学期。一年级的学生需要从中学的学习方法、思维方式进行转变。首先，中学物理中的物理问题和物理模型都是简化的，比如，中学物理中的物理量大多是不随时间发生变化的常标量，而大学物理中需要解决更接近于实际的问题，物理量大多是变化的、有方向的矢量，需要用到微积分和矢量的思想去分析和解决问题。大一学生对微积分以及矢量等数学工具的使用并不熟练，而力学正是基于微积分和矢量等数学工具进行分析。

其次，力学课程包含较多的基本概念、基本理论，其中动量、振动、波动、相对论等在中学阶段均是选修内容，学生对概念、定理的理解并不深入。中学物理的教材中概念原理较少，习题较多，而大学物理的教材更侧重于概念原理的论证，习题较少。中学物理往往是给出一个特殊情况下的结论，应用这个结论去解题，而大学物理更多的是分析结论是怎么来的，通常会给学生造成简单的知识复杂化的印象，增加学习难度。

最后，中学物理的教育更注重知识点的记忆和运用，而大学物理的学习是为了积累学生的科学文化知识，提高学生分析问题、解决问题的能力，培养学生的逻辑思维能力、创新能力和科学素养。大学第一年里，学生要接受新思想、新概念、新方法，需要从中学时期学习的特殊条件下的特殊结论过渡为用一般的方法、数学的手段，解决一般性的问题。

从课程内容上讲，力学课程存在知识点多、晦涩难懂的问题，学生在课堂上需接收大量新信息，有较少时间消化理解，并且几乎没有时间做练习，所有的作业练习基本都是在课后完成，增加学生学习负担和心理压力。从学生发展上讲，一年级同学仍保留中学知识体系，习惯于知识点的记忆与运用，认为能解题尤其是会解難题是学好力学的标准。然而，大学力学课程的学习，目的不仅仅是学习知识，更是要学生跟上时代发展形式，打破僵化思想，了解物理本质，形成科学的思维方式。

传统教学环节形式单一，往往只注重基本理论知识的讲解，缺乏与实际生产生活应用的结合，不利于学生对知识点的理解，容易形成物理学专业难学、不想学习物理的想法。而且教学理念、教学方法也以灌输式为主，不能与时俱进，不符合00后大学生所处的时代特点，导致学生学习缺乏主动性，没有形成良好的物理思维。所以，对于力学课程的教学改革，必须结合教学设计、教学方式、教学理念等多方面，巧用思政元素，才能更加有效地提高学生对力学课程的理解能力，培养学生的科学思维方式、解决实际问题的能力以及树立正确的人生观、世界观和价值观。

2 力学课程的教学改革

2.1 教学理念改革

长期以来，课堂教学中往往以教师为中心，学生只能被动的接收教师传递的信息，教学成了教师的独角戏。教学理念的改革，需打破传统教学理念的束缚，践行“以学生为中心”的教学理念，归还学生在学习过程中的主体地位，从学生出发，通过课堂学习，使学生觉得力学知识学习有价值，并且学习内容有趣，爱学习。

以学生为中心教学理念的培养目标非常重要，教学设计和教学方式主要是围绕培养目标进行的。本专业新一轮培养方案按照以学生为中心理念进行，物理师范专业人才培养毕业要求包括：遵循师德规范;热爱中学教育事业，具有乡村教育情怀;具备较好的学科素养;具有很强的教学能力;掌握班级指导技能;具备综合育人能力;具备终身学习意识和反思研究能力;具有沟通合作精神共8项能力及细分指标。教师在教学过程中以支撑毕业要求为基础反向进行教学设计，实现对教学目标和毕业要求的支撑，将重点放在学生的长远发展上，实现学生的多元化学习需求。

教师应给予学生更大的发展空间，力学课程的学习为学生后续理论力学、电动力学、量子力学的学习及终身学习打好基础。教师在授课过程中做到知识-能力-素质的有机融合，培养学生创新能力和专业技能;课程内容反映前沿科技和时代发展，教学形式多样，呈现先进性和互动性;课程有一定难度，激发学生的潜能，培养学生的创新能力。将课程思政融入教学，通过力学知识在精密仪器、大型工程、建工防灾、火箭发射、人造卫星、能源与机器人等领域的重要作用，加深学生对本专业历史、行业现状、未来发展趋势的了解。

2.2 教学设计改革

《力学》是一门64学时的课程，内容多、范围广，如何在有限的时间内，让学生理解物体在低速运动下的运动规律、了解在各领域中力学的重要应用，需进行精心的内容整合和课堂设计，让学生在每一节课堂中有所学，有所得，有所悟。在传统的教学设计中，学生通常处于被动地位，对学习计划全然无知。教师在制定教学设计时忽视学生的主动性、创造性和积极性，在备课过程中只注重教材内容，忽视了学生这一主体，没有做好学情分析，忽视对教学对象的研究。学情分析包括学生知识基础、接收新知识的能力、对待学习力学的态度，在对学生进行学情分析的基础上，加深对授课学生的了解，教师才能在课堂上做到有的放矢。

因此教学设计的改革，探索“线上+线下”混合式教学，以学生为主。利用“云班课”进行课前预习，在课前将PPT课件推送给学生，要求学生课前按照教材、课件进行预习。同时选择优质在线课程作为线上学习资源，15分钟左右微课视频作为每节课预习视频，视频可选择知识点讲解、物理学家的故事、物理学史、相关领域技术发展前沿、近现代物理成就等内容，激发学生的学习兴趣和科技报国的家国情怀和使命担当。结合线上教学，不仅可以通过数据了解学生学习情况，还可以更好的融入思政元素，树立学生正确的人生观、世界观和价值观。

“线下”教学过程中可利用翻转课堂等教学方法，在充分了解学生整体水平后，可增加学生讨论的占比。力学第一章物理学和力学，以及第二章质点运动学，主要以教师讲授为主，注重学生高中学习模式向大学的转变，以及微积分和矢量工具的使用，引导学生培养正确的物理思维方式。后续的章节可逐渐增加学生讨论环节，每章最后一次课以课堂讨论为主，对每章知识点进行总结，并对可应用领域进行剖析。每个班分成5个小组，每个小组6-7人，小组进行评优比赛。培养学生主动性、探索性学习，从中学时期老师追着学，到大学阶段追着老师学的学习模式进行转变。同时注重培养学生提出问题、分析问题、解决问题的能力，体现学生的学习主导地位和教师的引导主导地位。

2.3 教学方式改革

传统教学方式中以教师讲授为主，讲授法一直在高校课堂中占主体地位，但是随着信息化社会的发展，讲授法越发体现其弊端，出现学生缺乏学习兴趣、注意力不集中、创造性思维得不到锻炼等问题。因此，教学方式的改革势在必行。以学生为中心教学方式应探索学生的主导地位，课堂教学方面注重理论知识讲解的同时，更加注重培养学生独立思考、发现问题、解决问题的能力，批判性、创造性的思维，引导学生求真学问，练真本领。

在教学方式转变的过程中，需注意以下三点。

第一，案例分析，增进学生理解。教师在讲解过程中通过生活常识、科学实验、实际应用等案例进行分析，将课程内容引入“低起点”。在抽象的知识概念中，案例分析可以提高课堂效率、提高学生对知识的理解力、激发学生的学习兴趣，使学生的学习态度从“要我学”到“我要学”发生转变。如在力矩概念讲解中，通过手推门的实际应用进行解释;在碰撞教学中，由航空探测器的引力弹弓效应引入等。力学课程与现代科学技术及日常生活紧密结合起来，让学生意识到力学就在身边，增强学习兴趣以及对知识点的理解能力。

第二，任务驱动，激发学生思考。教师在课上需创设问题情景，为学生布置具有一定难度，但又是力所能及的目标问题，尤其是与学生实际应用相关的问题。问题越贴近实际，越会激发学生思考的热情。教师在课后要对学生分配数量合理、难度适中的习题任务。课上时间有限，学生没有较多的时间练习，在教师的引导下，学生容易造成全部学会的假象，需要督促学生课后对学习成果进行检验，达到教学目标的“高要求”。

第三，分组讨论，培养学生思维。在大学课堂上，学生通常缺乏主动回答问题的热情，将学生分小组学习可以有效解决这一问题。教师布置问题后，学生在小组内充分讨论，每位同学可自由表达观点，培养学生自主学习能力和创新能力，并且有利于知识的内化吸收。同时利用最新科技应用反哺教材，向学生传递教材中缺失的内容，拓宽学生视野。与此同时教师必须要注意与学生及时信息沟通，否则会造成学生错误观点得不到纠正，创新观点得不到分享的现象。

结语

大一阶段正是学生转变学习方法、思维模式的关键时期，大一学生保持饱满的学习热情和对新生活的憧憬，因此，如何有效地转变思维模式、学习方法，提高学生学习效率成为亟待解决的问题。在力学的课堂教学中，适当地引入案例分析、注重理论知识与实际生产生活、科技发展相结合，能够加深学生对晦涩难懂知识的理解，增加学习兴趣;教好第一门专业课，可增加学生信心，为后续的物理学专业课程学习打好基础，使学生成为真正社会所需要的创新型人才。

参考文献：

作者简介：赵琪（1991—  ），女，汉族，黑龙江安达人，博士研究生，讲师，物理系主任，凝聚态物理。