基于信息化技术手段的“理论力学”课程混合教学模式探究与实践

黄会男，周培林，袁志华，商俊娟，刘晓潺，肖亚涛，丁 攀

(河南农业大学 机电工程学院，河南 郑州 450002)

“理论力学”是工科类专业一门逻辑性、系统性和理论性较强的必修技术基础课程[1-4]，为后续学习材料力学及部分专业课奠定理论基础。目前在工程教育认证背景下，人才培养方案在不断修订，理论力学的课时不断被压缩，导致学生对部分内容理解起来更加困难[5]。笔者在教学过程中发现，许多学生在课上和老师共同探讨解题思路，能够进行正确求解，但从课后作业质量看出学生缺乏解题思路，没有理清基础理论的概念及应用范围，可见对于知识的实际运用并未掌握。因此，为了提高学生自主学习积极性，夯实专业基础能力，培养新时代复合型工程技术人才，传统的“填鸭式”教学模式亟待更新迭代，持续改进。

随着现代教育信息技术的发展，以及突如其来的新型冠状病毒疫情，教育部提出“停课不停学”的号召[6]。基于各类在线学习网站及移动终端的线上教学、线上线下混合式教学等新型教学方式迅速成为主流，文章基于超星学习通、大学生慕课等多种信息化技术手段相结合的混合式课堂教学模式进行教学改革探究并实践，既发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用，又充分体现多平台融合提高学生自主学习的积极性与创造性[7]，以实现线上教学与线下课堂的有机结合，全面提升高校教师运用信息技术的能力和本科教育教学质量。

1 “理论力学”课程性质与定位

“理论力学”是工科类专业的一门重要的、理论性较强的技术基础课，是机械设计制造及其自动化、农业机械化及其自动化、交通运输、热能与动力工程、能源、物流工程等专业的核心课程。课程的任务主要是使学生掌握质点、质点系和刚体机械运动的基本规律及其研究方法，注重培养学生利用理论和方法分析和解决简单工程问题的能力和自主学习能力，其分析问题的方法还有助于培养学生辩证唯物主义的世界观。同时，它是各门力学课程的基础，其知识体系的难度与理论价值是很高的，只有灵活掌握静力学、运动学和动力学相关理论，并具备将其应用在解决实际复杂工程问题上的能力，才能为学习一系列后继课程打好基础。因此，“理论力学”课程教学模式改革研究的提出，对于工科专业学生的发展具有重要意义。

2 传统课堂教学中存在的问题

“理论力学”课程的主要内容由静力学、运动学和动力学三部分组成，其特点是“理论好懂，习题难做，考关难过”[1]。学生普遍反映理论容易理解，灵活应用理论较难，尤其在解决工程实际问题时，学生又显得很茫然，无从入手，笔者在传统“填鸭式”教学实践过程中总结导致该门课程及格率较低，每年重修率居高不下的原因有以下几点：

2.1 学生对课堂感觉枯燥无味

“理论力学”课程是研究物体机械运动一般规律的科学，学习过程中涉及公式的推导、定理的证明、对实际工程问题抽象为力学模型等问题。正所谓“数力不分家”，该课程与物理、数学等基础知识密不可分，想要学好理论力学，扎实的数学、物理功底是不可或缺的，这让学生难以树立自信且感觉学习很困难。另一方面，教师讲解典型例题时，由于受时间限制，在黑板上会快速分析解题思路并写出大量的公式，学生在单纯听的情况下可能跟不上教师讲解的节奏，解题思路一旦中断就很难衔接，会出现教师讲解但没有学生互动的现象，导致后续课程内容学习更难跟上，从而形成恶性循环。因此在授课过程中，需要通过改变教学模式与方法，使学生的学习更加轻松。

2.2 学生缺少学习主动性

在传统授课过程中一般以教师讲授、学生被动接受为主，从而导致只是跟着教师的讲解进行简单、机械的记忆，开展浅层次的知识学习，没有对理论知识进行深层次的内涵扩展和外延[8]，学生缺乏去问“为什么”的主动性，只是课上被动去接受课件教学内容，而主动去翻阅教材进行课前预习、课后巩固的学生越来越少，最终出现表面上看似掌握了但却不会应用正确理论力学模型求解实际工程问题的情况，这种教学模式使学生缺乏课程参与感而影响教学效果。

2.3 课程学时大幅缩减

河南农业大学机电工程学院采用哈尔滨工业大学理论力学教研室编著的《理论力学》第八版教材，静力学、运动学、动力学三大基本模块之间在层次结构和知识点上都存在逻辑关联，从而构成理论力学课程体系，形成一个有机整体。但在工程教育认证的背景下，高校教学体制不断改革，公共、基础学科的课时量不断增多，导致理论力学等专业基础课的课时量被压缩[5]。如河南农业大学机电工程学院因培养方案的修订将理论力学课时缩减至56学时，其中理论部分为52学时。课时的缩减意味着学生要在更短的时间内掌握原有各部分内容知识点，维持原有教学内容的完整性和严谨性，既要提高学生的及格率又要详细地讲授大量内容，对于教师来说是个巨大的挑战。

2.4 教学方式单一化，缺乏创新意识

教师在教学过程中，大多采取多媒体+板书的教学手段，教师按照课件教学内容和预先设计的教学方案以“灌输式”教学方法进行讲授，学生已经习惯了当前每门课教师采用的这种教学方式，学生只是被动接受教师讲授的重难点，很少主动思考课堂以外的知识，课堂上缺少质疑、讨论的声音，教师在讲台上自导自演，没有发挥学生在教学环节中的主体地位，导致学生缺乏参与感与创新意识，不利于激发和提高学生的学习主动性和积极性。特别是部分专业面向全国招生，学生基础参差不齐，对知识的接受程度存在差异，单一化的教学模式难以适用于每个学生，严重影响课程的教学质量。

3 基于理论力学混合教学模式设计探究与实践

3.1 丰富课堂教学模式

传统的教学模式不利于学生主观能动性的培养，更不利于教学质量的提高。伴随着计算机信息技术的更新迭代，线上学习已逐步深入到教学的各个环节，并发挥着越来越重要的作用[9]。以河南农业大学机电工程学院农业机械化及其自动化专业为例，在课堂教学实践当中，教师可在传统“多媒体+板书”的教学模式下建立信息化教学技术介入机制，利用大学生慕课平台达到课程预习和巩固复习的目的。通过超星学习通平台实现课堂选人、讨论、在线作业收取、批改、反馈以及疫情防控期间的线上线下混合式教学。结合多媒体课件和板书针对学生的预习情况进行课上重难点讲解、小组讨论和学生示范讲解。在理论讲解的同时，融入实验环节，将理论应用于实践的过程便于巩固理论基础和提升教学效率。

3.2 聚焦学习辅导与课后答疑

课堂教育只能满足大部分学生的学习需求，正常情况下依然有一部分学生的学习问题不能得到关注和解决。为了保证更好的课程教学效果，应注重有针对性的课后辅导、答疑。因此，可以通过线下面对面交流和线上腾讯会议的方式进行辅导和答疑，在与学生深入交流的过程中可以真正了解一些性格内向学生的内心想法，提升全体学生对本门课程的学习兴趣和主动性。在这种辅导和答疑方式下，不仅能够实时了解学生的课程内容掌握情况，还能够针对不同层次学生制定不同教学方案，及时进行教学方案持续改进。

3.3 课堂教学设计方案

根据课程目标建立详细的教学设计方案，如图1所示。通过课程重难点和多样化的教学方法，制定详细的教学过程，结合平时过程性考核进行教学评价，最终开展教学总结并持续改进教学方案。其中教学过程一般包括以下几部分，首先，以上节课的思考题作为切入点引入本节课的核心内容，引起学生的好奇心和专注力。其次，导入与农机专业学生较熟悉的工程领域相关的科研案例，以突出课程内容学习的必要性。再次，通过启发引导式方法讲授理论知识点，如理论力学课程静力学篇中平面任意力系平衡问题一节，通过力学中的“三种语言”相结合进行讲解，如图2所示。其中，自然语言法表现出和蔼亲善但精炼度不足问题，几何语言表现出形象直观却存在局限性问题，数学语言则表现出简单明了但高度抽象问题。因此，为了将抽象问题形象化，采用“三种语言”相融合的方法可以培养学生的语言表达能力。

图1 教学设计路线图

图2 “三种语言”实例讲解演示

3.4 构建多元化考核体系

以河南农业大学机电工程学院为例，为提高学生学习的积极性和自主创新能力，将以往单一的考核方式变更为对学生进行过程性评价[5-6,10-11]。课程评价成绩=平时成绩(40%)+期末考试成绩(60%)，平时成绩包括课前预习情况(10分)、课堂提问与小组讨论(10分)、课后作业(10分)、期中成绩(10分)等。其中课前预习情况通过慕课平台记录，并在课堂上进行预习任务提问环节，这种随堂提问可以时刻调动学生的注意力和培养学生的自主学习能力；并在课后布置少而精的作业，学生将答案上传至学习通平台实现线上审批和生生互评以便随时了解学生的学习情况。同时，在教学过程中通过调研向学生征求合理性建议，实时完善教学方案，提高学生创新思维和解决工程问题的能力。这种多元化考核体系的建立体现了结果与学习过程同样重要，有助于更全面地挖掘学生的潜能。

4 结语

“理论力学”是本科学习阶段一门理论性较强的专业基础课，在课程体系中起着承上启下的作用。针对“理论力学”课程教学过程中存在的问题，文章提出了基于信息化技术手段与传统课堂相融合的教学模式，采用丰富的教学方式和多元化的考核方式进行混合式教学的探究和实践，既实现了对传统课堂教学的补充和延伸，又充分提高了学生学习的主动性和工程意识，完善了“理论力学”课程的教学方法，为培养农业类高校复合型工程技术人才奠定了基础。