“金課”建設背景下《理論力學》教學研究與實踐

桑永英 胡敏英 王澤河 李新領 王會強

（河北農業大學機電工程學院 河北·保定 071000）

在2018年召開的新時代全國高等學校本科教育工作會議上，陳寶生部長第一次提出了“金課”概念，對大學生要有效增負，號召教師真正的把“水課”轉變成有深度、有難度、有挑戰度的“金課”。隨即教育部專門印發了《關于狠抓新時代全國高等學校本科教育工作會議精神落實的通知》，提出各高校要全面梳理各門課程的教學內容，淘汰“水課”、打造“金課”，切實提高課程教學質量①。為順應時代發展的要求，作為機械類專業三大力學之一的《理論力學》課程在教學內容和方法上必須進行改革。課程是人才培養的核心要素，人才的培養取決于課程建設的水平②。《理論力學》課程在機械類專業中是一門理論性較強的技術課，也是后續專業課的基礎。我們應該借此機會，針對目前《理論力學》在課程建設中存在的問題，以金課建設標準為要求，積極探索理論力學教學改革方法和改進措施，增加《理論力學》教學的“含金量”，切實提高人才培養質量。

1 金課的內涵和特征

“金課”可以歸結為“兩性一度”：高階性、創新性和挑戰度的課。

其一，高階性。就是知識、能力、素質有機融合，是要培養學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維。在課程設計中，我們首先要確定教學目標，然后確定教學內容和教學活動。高階性的教學目標才能讓課程達到“金課”的要求。

其二，創新性。是指課程內容要反映前沿性和時代性，教學形式呈現先進性和互動性，學習結果具有探究性和個性化。課程教學活動設計應符合以學生為中心的課程教學改革方向，注重激發學生學習志趣和潛能，增強學生的社會責任感、創新精神和實踐能力。在今天，老師們可以充分將信息技術與教育教學融合，課程應用與課程服務相融通以適合在線學習、翻轉課堂以及線上線下混合式拓展性學習。有針對性地解決當前教育教學中存在的問題，充分利用和發揮網絡教學優勢，各教學環節充分、有效，滿足學生的在線學習的訴求，不是傳統課堂的簡單翻版。

其三，挑戰度。金課”相對于“水課”而言，就是對學生的考核要求提高了，不是在課堂中輕松學習就可以“混學分”的課程。而是課程有一定難度，考試有一定的挑戰度，而這個挑戰度的設計并非故意“刁難”學生，而是針對教學設計的目標分別設計相應的考核要求及題目。

要打造《理論力學》金課，應該充分重視課堂教學這一主陣地，利用好有限學時，努力營造好的課堂教學氛圍，始終堅持以學生為中心的教學理念，培養學生的學習興趣。同時做到豐富授課形式和授課內容，合理運用好現代信息技術手段，比如雨課堂、學習通等線上教學平臺，落實《理論力學》課程的金課建設。

2 《理論力學》課程背景

2.1 課程性質和特點

《理論力學》是研究物體的機械運動及物體間相互機械作用的一般規律的學科，理論性較強。該課程的任務是使學生初步學會應用力學基本理論和基本方法來分析和計算從工程實際中簡化出來的力學模型，從而掌握解決工程實際問題的能力，同時培養學生的邏輯思維能力、抽象化能力、數字計算能力等科學素質，為后續課程打下堅實的基礎。目前課程知識體系如圖1所示。

2.2 課程存在問題

理論力學對于很多學生來講是一門比較枯燥和難懂的課程，在同學們的印象中是比較難學的一門課程，其中比較突出的問題包含以下幾個方面。

（1）該課程理論性強，內容抽象，比較難激發學生學習興趣。

（2）學生的學習處于被動的模式，學生課堂參與度不夠，師生交流不足，以至于問題越積越多，導致課堂教學質量不高。

（3）課后作業練習少，大多數學生僅限于完成教師在課堂上布置的習題，導致考試成績不是很理想。

（4）課本上例題大部分具有工程背景，但同時缺乏與實際工程相結合，因此大部分學生的學習目標是如何應對考試，導致知識面狹窄。

3 《理論力學》教學改革與實踐

針對當前理論力學課程存在問題，以金課建設為目標，為了提高理論力學課程含金量，提高教學質量，在教學過程中提出以下教學改革的探索。

3.1 轉變教學理念

對于教學的傳統觀念是“教師把知識傳授給學生的過程”，這個過程是以教為中心，以老師為主體。這種單向的灌輸式教學模式其實偏離了教學的本質的。那么教學的本質是什么？簡單地說就是“教學生學”，教學生“樂學、會學、學會”工程認證的核心理念是以學生為中心，教師在進行教學設計和教學實施過程中，要以學生接受教育后所取得的學習成果為導向，進行能力導向教育，因此教師的教學理念要以教師的“教”為中心向以學生的“學”為中心進行轉變，引導學生去主動思考問題，充分發揮學在學習中的自主性、能動性和創造性。

圖1：理論力學知識體系

圖2：《理論力學》混合式教學改革與實踐設計

3.2 優化教學內容

由于課程本身難度較高，在目前64個學時的教學過程中不可能完成靜力學、運動學和動力學所有知識的學習，不但是對任課教師如何把握講課速度與深度是一個很大的挑戰，更不能確保學生能夠學會、理解并應用理論力學中的重點和難點知識。因此，在課程內容方面要盡量做到優化。

（1）講重點，少重復。比如對于靜力學部分的受力分析、摩擦和動力學部分機械能守恒等知識，與物理課程重復較多的知識點，在課程中盡量避開不講或者少講，而是重點講解理論力學體系下的知識內容。

（2）重應用，少推導。理論力學中定理多，公式多，不可能在有限的課堂學時內把全部公式推導出來，比如在點的合成運動這一章節，在講解三種運動的概念和加速度合成定理時，可以重點講解定理在工程實踐中的應用，減少繁瑣公式的推導過程，讓學生在解決工程案例過程中學到知識點，應該可以達到事半功倍效果。

3.3 轉變教學模式

課程內容不應該僅僅局限在教材上，要充分利用線上慕課視頻、國家在線仿真平臺等網絡教學資源。課程設計也不僅僅只包含PPT和板書，要充分利用動畫、視頻、聲音、文字等傳播媒介，這種線上線下混合式教學模式，使得教師可以全程“干預”學生學習的全過程。以章節為基本單位列出學生應掌握的學習內容及學習方式，以及課堂組織方式（如大班課程、小班討論等）。具體實施路徑如圖2所示。

3.3.1 課前發布

教師根據《理論力學》知識體系將課程分成靜力學、運動學和動力學三個系統教學模塊。靜力學研究的是物體平衡時所受的力應該滿足的條件，還研究物體受力的分析方法及力系簡化，但是沒有討論如果受到的力系平衡的話，剛體或者剛體系統將有什么樣的運動；運動學僅僅從幾何的角度來研究點或剛體的運動規律，比如軌跡、速度、加速度，而沒有研究引起運動的原因；動力學是把運動和它受到的力聯系起來，研究運動和受力之間的關系。所以三大模塊內容互相關聯，有機結合。對重點和難點知識點可以借助網上優質的MOOC資源或者教師自己錄制相關視頻，便于學生重復觀看和學習。教學設計方面，教師在課前進行任務布置，提出問題和任務，讓學生帶著任務、有目的的進行預習，它是線上學習的引擎。對于學生而言，在課前先了解學習目標，了解學習中需要解決的問題并思考解決的方法，為線下課堂教學埋設學習需求。

3.3.2 課中實施

設置點名簽到系統，管理學生出勤信息，節約原先點名所浪費的時間。在課堂教學中，在關鍵知識點和難點設置問題搶答、必答等環節，如：靜力學中主矢、合力、摩擦角、摩擦自鎖的概念及應用、空間任意力系四種簡化結果分析；運動學中剛體的平移和剛體的平面運動的區分、牽連運動和牽連點的定義、剛體平面運動中求速度的方法以及各自的優點；動力學中剛體在不同運動形式下的動量矩、動能、慣性力的計算等，讓學生真正參與到教學環境中來，成為課堂教學的中心。同時根據平臺大數據實時分析結果，將學生沒有掌握或掌握得不理想的知識點進行重點分析，從而達到更好的教學效果。

3.3.3 課后鞏固

理論力學概念聽起來簡單，但題目難解。老師在學習通平臺上布置課后作業，學生可以通過移動平臺在線上交流，協同完成任務，并可以發布問題貼。教師可以在線答疑，實現隨時隨地教學，解決原先時間和空間上的不便，同時通過學生作業情況掌握本節課授課效果，以便實時調整教學進度和難易程度。

3.3.4 課程考核及評價

原課程規范中，理論力學的平時成績只占20%，期末測試成績占80%，其中平時成績是由課堂點名和隨堂作業組成，這種評價和考核形式非常注重期末考試。線上線下混合教學模式，教師可以根據學生課前預習情況、課堂參與度、課下任務完成情況以及平臺活躍度等課程教學過程中各個環節的考查，來客觀評價平時成績，注重對學生學習過程的考核，減少以期末閉卷考試為主單一決定學生期末成績的弊端，使得學生的成績評價更加的多元化、合理化，有利于學生不斷調整學習態度，提高自我學習能力和自覺性。

3.3.5 教學活動延伸與拓展

教師通過學生在平臺上的綜合反饋，可以對學習有困難的學生進行單獨輔導和強化，解決他們學習中實際存在的困難。還可以挑選出優秀的學生，進行課外提升。由于理論力學是很多高校機械專業的考研課程，對于這部分同學而言，需要對課堂內容的深度和廣度進行提升。同時鼓勵優秀的學生積極參加力學競賽和其他創新創業項目，提升邏輯思維以及綜合解決科學問題的能力。

4 結束語

在新工科建設的思想指導下，《理論力學》課程構建“以學生為中心”線上線下相結合的教學模式，來提高學生的學習興趣；以課前自學、課堂討論、課后復習的方式使得學生從傳統的聽取變為主動汲取和掌握課程知識，有效提高分析問題能力、解決問題的能力；增加實踐環節，促進學生學習的積極性、主動性，培養學生創新能力、工程實踐能力和綜合素質培養。《理論力學》課程改革是一個持續的探索過程，在這個過程中要不斷的更新教學理念，不斷進行教與學的改革實踐，打造“兩性一度”的《理論力學》課程，提高人才培養質量。

注釋

① https：//www.sohu.com/a/280162124_657974

② http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/moe_745/201811/t20181129_361868.html