基于慕課的《理論力學》課程線上教學的實踐與思考*

趙玉萍，彭 劍，儲愛民

(1.湖南科技大學土木工程學院，湖南 湘潭 411201；2.湖南科技大學材料科學與工程學院，湖南 湘潭 411201)

1 引言

在高等學校的本科課程中，理論力學是許多理工科專業的必修課。理論力學屬于經典力學的范疇，介紹了諸多的力學原理和方法，它們既可以獨立應用于解決一些工程實際問題，又是學習其它主干課程的基礎，因此理論力學這門課程的重要性是不言而喻的。為了保障理論力學的教學效果，一線教師們對理論力學的教學改革與研究展開過多方面的工作[1-7]，包含教學內容、教學方法、教學體系等，并且實踐了在實體課堂中融入線上學習的元素[8]，以適應信息時代的發展。當前，加強線上教學建設，使得線上教學長期性、常態化、正規化是高等教育必然發展的趨勢[9]。本文結合實踐闡述互聯網+智能+理論力學線上教學的幾點做法和體會，以期和廣大同仁探討和交流，共同探索在培養高質量人才過程中理論力學課程線上教學的方法。

2 引導學生自主學習的教學設計

高等學校理工科非力學專業力學基礎課程教學基本要求[10]（以下簡稱基本要求）對理論力學每個知識點用“掌握”“熟練”“會”“了解”等字眼做出了具體的目標要求。因此，在理論力學的教學內容和教學目標都非常明確的前提下，采用互聯網+智能+理論力學在線教學模式時，教師對教學環節進行頂層設計則尤為重要，教學環節設計得好壞直接影響到學生對教學內容的掌握、對教學目標達成的程度。

2.1 利用在線慕課資源合理布置教學內容。

隨著互聯網的發展，目前各種在線精品課程的供給較為豐富，其中一些被擇優納入全國數字教育資源免費平臺如中國大學MOOC平臺、學堂在線和智慧樹平臺等。利用線上精品慕課資源，以及手機、平板等智能移動設備，線下課堂中的教師可從知識的直接傳播者轉變為知識的分享者和學習的引導者。

首先，教師根據專業培養方案中規定的學時數，進行教學進度的總體安排。在這個安排中以每次課（2課時）為基本單元，教師預先給出每個單元的學習內容（知識點）和學習目標，學生通過教師推薦或指定的線上慕課資源，觀看相關的學習內容進行第一輪自主學習。在這個環節中學生能夠對所學的知識點有個初步印象，和在線下課堂中聽教師現場授課具有等同的效果。通過在學生中的調查了解到，學生認為第一輪的線上自主學習相比于線下課堂跟隨老師的學習更具有靈活性，比如哪個知識點沒有聽明白，學生可以反復觀看視頻和課件；又或者學生目前注意力還不夠集中，他可以選另一個時間段觀看視頻，讓自己在學習時始終處于最佳的狀態。這樣自由靈活的學習方式是線下課堂所不能給予的。

2.2 通過設置問題引導學生進行深度學習。

教學設計的宗旨是，讓學生真正發生學習行為。由于理論力學課程理論性強、邏輯性強，為了在學習知識的過程中培養學生演算、推導、分析問題等高階思維能力，需要教師設計教學內容，將知識點引入到問題中，學生通過解決什么問題或做什么事情，達到對相應知識點的深入學習。

教師根據知識點的具體要求，給學生布置一定數量的問題或習題，以書面練習為主，考查并引導學生對知識點深入學習。例如，《基本要求》中對平面力系這部分內容有一個要求是“掌握平面各種力系的簡化方法”，針對該要求，教師可以設計問題為“概述平面任意力系的簡化過程”或“平面任意力系的簡化依據是什么？”；又如，《基本要求》中對動量矩定理這部分內容有一個要求是“掌握對固定點和質心的動量矩定理”，針對該要求，教師可以設計問題為“為什么只有對固定點和對質心的動量矩定理而沒有對其他任意動點的動量矩定理？”。在這個環節中，教師不是直接告訴學生問題答案的前因后果，而是讓學生通過思考自己得出結論，因而更能加深對所學內容的理解和掌握，同時也逐步培養了學生分析、辨析、概括等高階思維能力。

2.3 根據問題反饋及時答疑解惑。

以學生為主的學習，不是給學生布置了學習任務、要求學生自己認真琢磨就行了，還需要老師適時的指導及解惑，尤其是對一些難度較大的知識點，老師通過與學生的溝通與交流，幫助學生解決困惑或難題仍是必不可少的。

比如，在理論力學中學習到動力學內容時，有學生在班級QQ群問到：“質點系的動量矩定理、定軸轉動微分方程和對質心的動量矩定理分別在什么情況下使用？”、“質心運動定理與質點系的動量定理有什么關系？”等。從學生們的提問中可以看出，學生學習相關知識點時是動了腦筋、經過思考的。對這些較復雜的復合性問題，由學生自己提出后，教師通過交流平臺為學生指出要點、給出解釋或關鍵說明，能讓學生有豁然開朗的感覺，這樣，自主的學習行為就真正發生了。除此之外，在班級交流平臺如QQ群內，教師還對每一節的內容提出一些與知識點有關的簡單問題，要求學生根據自己所學所知進行回答，其中有畫圖題，有總結題，有計算圖，有辨析題等，都是教師自行設計的題目，都要圍繞著讓學生解決什么問題或做什么事情來展開。這樣的教學內容設計能顯著提高學生的學習興趣和學習的成就感。

3 引導學生自主學習的過程管理

對學生學習情況的了解和評價需要將學生學習的表現、學習的態度、學習的效率，及考試成績幾方面聯合，體現全面的學習過程，并將以往以應試考核為主向過程考核傾斜，以此來激勵學生產生學習內動力，同時向學生傳遞“學習不是一時的事，而是一種持續的行為和習慣”這樣的學習理念。

3.1 制定同步學習過程的考核方法。

基于線上課程資源的線上教學是一種學校認可并逐漸鼓勵和推廣的教學模式，學生自主學習也不是完全脫離教師的自我學習。線上教學可分同步和異步兩部分。同步是指教師和學生同時在線上的同一平臺，通過交流平臺教師指導學生學習難點、習題講解、解決共性問題、討論與交流等的時段。同線下教學一樣，線上同步教學同樣需要在班級中形成有紀律、有秩序、有氛圍的學習環境。考慮到線上教學目前還沒有形成常態化，一般來說學校都還沒有為此制定相關的教學規章制度，因此需要教師為自己所教授的線上班級制定一個規則，來保障線上同步教學的規范、有序和有效。

線上同步教學時，由于學生與老師的交流與溝通無法面對面進行，因此先在交流平臺建立云班級，如QQ群或微信群。搭建了空中線上班級后，每位學生在線上課堂上的提問、回答問題、參與討論、上傳圖片等學習表現都可以被保存下來，作為課程成績評價的依據。線上同步教學結束后教師以此依據給予每位學生相應的課堂表現分數，作為過程考核內容的一部分。用這種方式鼓勵學生積極主動參與學習，又能一目了然地展示學生的課堂表現，比線下課堂中轉瞬即逝的表現方式更方便教師對學生做出合適的評價和考核。

線上同步課程仍需要有課堂的嚴肅性，比如要求學生著裝正式，盡管老師和其他同學們可能看不到你的著裝，但隨意的著裝會讓心理有松懈感，將會影響聽課效果；聽課時要求學生做到桌前來，拿出筆和練習本。對這項內容的考核可以通過打開攝像頭抽查的方式完成，對沒有按要求做到位的學生酌情扣分。當結束每次課時，教師拋出一個和本次課內容相關的簡單的問題，同學們線上提交答案后便可自行離開。課后老師根據提交答案情況給予每位學生相應的課堂出勤分數，這種考勤方式既不占用太多課堂時間，又準確地了解了學生的到課情況。

3.2 制定異步學習過程的考核方法。

異步學習是指學生領到教師布置的學習任務和學習目標后進行自主學習的時段。教師需要首先向學生提供學習所用到的視頻、資料、需要解決的問題等。自主學習是線上學習的一個重要的特征，學生在什么時間學、學習多長時間完全由學生自己安排。對這個過程的考核，一是可通過智慧教學平臺自帶的一些統計功能，查看學生觀看視頻的記錄；二是教師規定提交作業的時間并檢查作業完成質量；三是教師查看學生對問題的解決過程和結果，比如要求學生錄制問題解答過程的小視頻向同學講解展示。采用這些方式對自主學習過程進行管理，督促學生及時完成學習任務。

期中期末考試、章節小測驗等作為激勵學生學習的動力源，依然是必要的。在實施線上教學時，首先明確告訴學生，課程中所講授到的公式推導、方法特點、習題解答、所布置的作業等，會有一部分是各種考試中的內容，讓學生重視每一次的學習任務。通過多個考核環節的制定引導學生養成自主自覺學習的意識和習慣。這些措施能保障線上教學有良好的秩序，是保障教學效果的重要基礎。

4 持續改進教學設計

對理論力學這門由經典力學內容組成的課程來說，盡管其中的知識點和對知識點的要求相對來說是固定的、不變的，但是學習知識點的學生是變化的，學生的學習背景、學習興趣、學習基礎、學習習慣等，都會影響他們對同一門課程的理解程度和掌握程度。另外，理論力學課程內容龐大、知識點多，需要的課時比較多，學生在學習這門課程的過程中學習狀態也是變化的，初學靜力學部分的時候多數學生會認為挺輕松，后續學習動力學部分的時候，一部分學生開始感覺學起來力不從心、解題時無從下手。因此，教學內容設計好之后不可能成為一個“放之四海而皆準”的萬能設計，應該是針對不同的學生群體、在不同的學習階段的設計，是需要在課程的教學過程中不斷進行調整和修正的設計。

4.1 根據學生的反饋進行相應的改進。

在線上教學過程中，持續改進教學設計要以學生的反饋為基礎。教師通過設計提問、小型測驗、總結交流等教學環節，一是幫助學生掌握教學內容，二是從學生的做答反饋中查找出學生沒理解、沒掌握、沒想到的地方，找出容易出錯的問題、代表性的問題。學生在學習的過程中能知道自己某個問題或習題不會求解、不知該如何下手，但有時候是當局者迷，他可能找不到出問題的關鍵原因。教師分析出錯的原因，及時調整教學設計、教學節奏、教學內容。教師通過線上同步教學對具體問題進行講解、區分和比較易混淆的問題、增加對不同問題之間的辨識度，引導學生在發現、分析和解決問題等方面不斷積累經驗，提高學生的自主學習能力，這樣才能鞏固教學效果、穩步推進教學進度。

線上教學盡管強調以學生的自主學習為重，但對教學內容的重點和難點的突破還是要依靠教師的講授作用。例如，動力學篇章的內容是理論力學課程中最復雜的一部分，同時也是與先修課程大學物理中內容最貼近的一部分，比如動量定理、動能定理等。學生在學習動力學的過程中，如果沒有重視或沒有深入學習，就會停留在原有的水平。教師拋出諸如“動能定理求解動力學問題有什么特點？”、“剛體平面運動微分方程的核心是什么？”等問題，洞察學生對該部分內容是否真正掌握，以便及時給予指導和講解。

4.2 展開多方位的交流促進改進。

在線上教學過程中，教師通過網絡平臺容易實現與學生進行頻繁的交流與溝通。學生需要從教師這里獲得及時的關注和支持，比如教師給予的及時答疑、幫助學生找到問題出錯的原因、表揚學生的進步、鼓勵學生繼續努力等等，讓學生有被關注、被關愛的愉悅感。由于線上交流平臺的便捷，教師有充分的時間來解答來自不同時間、不同學生們的提問，同時教師也了解了學生的學習情況，有利于確定出進一步改進教學設計的方向。

教師在管理學習過程中，把有助于給以學生學習信心的相關內容及時整理和提取出來，向全班展示學生的學習成果。線上學習的交流平臺在展示學生學習成果方面更為便利。比如：每次作業之后都選擇一部分書面整潔、畫圖美觀、字跡工整、結果正確率高的作業放到班級QQ 群展示；在交流平臺討論和回答問題過程中，對完整、精準的回答及時給予一個表情符號點贊，既增加課堂活躍度，又調動學生們的積極性；對一個問題有區別于他人的好的解決方案的，拍照上傳到交流平臺與其他同學分享；對好的提問拿出來與同學們共同探討，引發同學們的學習興趣等。這些做法營造了相互學習的氛圍、搭建了隱形的競爭環境，最終為改進線上教學質量提供良好的作用。

5 結語

傳統的理論力學教學方式是在線下課堂中進行，長期以來都是以教師講授知識為主，以至于教師無意中對知識進行了較多的灌輸而使學生處于被動學習的狀態。在當前信息技術高度發達的時代，結合“互聯網+”“智能+”的教學已經成為高等教育的重要發展方向。教師與學生對新時代的理論力學教學模式的改革也有迫切的愿望。本文實踐了基于慕課的“互聯網+智能+理論力學”的線上教學模式，教師通過教學設計引導學生自主學習，這是一種探索適應新時代的理論力學教學改革的有益嘗試。