理論力學教學內(nèi)容與方法的改革與思考

劉羽祚 楊柳 劉曉鵬

摘 要：基于理論力學課程特點，結(jié)合學院學生實際情況，在新工科背景下開展理論力學課程教學改革：更新課程內(nèi)容，融合課程思政提升學生的專業(yè)情懷;增設(shè)實驗實訓項目，激發(fā)學生學習積極性;基于線上線下混合模式教學，深度提升學生的課堂參與度;運用思維導圖構(gòu)建完整的理論力學體系;采取多樣化評價方式評定學習效果，提高理論力學的教學效果，實現(xiàn)新工科背景下土木專業(yè)應用型人才培養(yǎng)目標。

關(guān)鍵詞：課程思政;理論力學;混合教學

一、引言

2000年后出生的新一代學生處于知識爆炸時代，面臨多元文化沖擊，學生思想獨立，更加強調(diào)主體的個性。他們正處于人生價值觀快速塑造階段，傾向于根據(jù)自我的感知與理解，建立自身的知識體系。理論力學課程一般設(shè)置在大一下學期或大二上學期，教師應把握這一短暫窗口期，讓學生通過系統(tǒng)的課程知識體系學習，培養(yǎng)邏輯思考和分析解決問題能力，樹立創(chuàng)新意識，建立良好的社會責任感，初步完成人生觀、價值觀和世界觀的塑造[1]。

二、課程改革內(nèi)容

（一）優(yōu)化教學內(nèi)容

理論力學中很大一部分基本概念與大學物理課程的內(nèi)容重復，學生已經(jīng)學過大學物理了，導致學生產(chǎn)生理論力學“無用論”的想法。在講授運動學和動力學時，傳統(tǒng)課堂教學中主要強調(diào)瞬時分析，不重視學生對動態(tài)力學過程的理解，束縛了學生對力學規(guī)律進一步探索的創(chuàng)新性思維，導致所學知識只能停留在紙面上，不能有效解決工程實際問題[3]。因此，筆者認為應刪減與大學物理重復的部分，著重講解與土木工程專業(yè)相關(guān)的內(nèi)容。在新工科背景下，根據(jù)學院土木工程專業(yè)學生的實際情況，筆者對授課內(nèi)容做了如下的更新：靜力學部分更多關(guān)注平衡之前的建模問題、平面桁架與空間力系的求解等實際工程問題;運動學部分賦予運動學方程的實際工程意義;動力學側(cè)重于講解剛體問題，梁、板、柱的分析方法，理解理論力學的精髓，避免數(shù)學求解喧賓奪主。

（二）補充科學前沿問題

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，力學的新知識不斷涌現(xiàn)，及時補充學科前沿、熱點及理論知識，調(diào)動學生學習的積極性，拓寬學生的知識面，增強學生對理論力學的進一步認識。

在學習平面桁架內(nèi)力計算時，引入鳥巢國家體育場的橢圓平面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，運用平面桁架內(nèi)力計算方法對桿件進行受力分析。由于鳥巢橢圓平面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)較為復雜，人工手算較為煩瑣，從而引入有限元軟件ANSYS建模進行結(jié)構(gòu)計算，并對計算結(jié)果進行分析，引導學生認識：力學分析是求解實際問題的基礎(chǔ)，計算機可以輔助解決大型復雜的實際工程問題[4]。在學習質(zhì)點動力學方程時，引入神舟五號載人飛船返回艙成功著陸這一振奮人心的案例進行研究分析，運用質(zhì)點動力學知識分析整個著陸過程，強調(diào)其中任何一個環(huán)節(jié)出問題，都無法增大返回艙的阻力系數(shù)，航天員楊利偉的生命安全都會受到嚴重威脅[5]。

（三）增加教學實踐環(huán)節(jié)

鑒于理論力學邏輯性較強的特點，為增加課程學習的趣味性，筆者在教學過程中增設(shè)了實驗實訓項目。實驗教學環(huán)節(jié)極大地調(diào)動了學生的積極主動性，實訓教學培養(yǎng)了學生的工程素養(yǎng)。理論力學課程增設(shè)實驗實訓項目，促進學生勤于思考、善于思考，提高學生思考問題的敏銳性，培養(yǎng)學生的發(fā)散性思維，提高分析解決問題的能力。

三、混合教學模式的應用

線下教學學生人數(shù)較多，一個教學課頭人數(shù)通常在60人左右甚至更多，教師客觀上沒有條件對學生進行“因材施教”，有的學生理解能力較強、課堂精神集中且課前復習，就能對課堂內(nèi)容有較好的掌握吸收;而有的學生對自律能力較差，無法達到上述的要求，學習課堂內(nèi)容較為吃力，無法跟上課程進度。而這些“較差”學生因為自己的原因沒有跟上課堂進度導致其反而不愿意課下與老師交流，害怕遭到老師的批評，只能惡性循環(huán)，長此以往，不僅會影響本門課程的學習，還會嚴重打擊學生的學習興趣，影響其所有課程的學習。為了解決這個問題，筆者在線下教學的同時，通過網(wǎng)絡媒體將課程重難點進行梳理，并錄制成為視頻上傳到網(wǎng)上，通過詳細的講解，精美的動畫吸引學生觀看，使得學生能夠在線上學習課堂上“錯過”的知識。通過這種模式可以明顯提升學生的學習興趣，特別是激發(fā)了教學班級中的“差生”的學習興趣，相信自己有能力學號這門課程。

（一）混合教學模式的課前實施

教師在進行授課前，應“先學后教”。教師課前需要對教授的內(nèi)容進行整理、匯總和編排，可以將教學內(nèi)容提前通過視頻錄制的方式，然后發(fā)布課前學習任務，并把相關(guān)的重點、難點進行詳細的解說，以便于學生在提前學習時遇到難題可進行反復觀看，讓學生通過提前預習把握大致方向，使學生對即將要學習的知識有大致了解。把學生以往的被動學習轉(zhuǎn)化為主動學習，要做到先考慮學生、后考慮教師;先考慮“學”，后考慮“教”;在研究“學”的基礎(chǔ)上設(shè)計“教”。通過這種形式，學生才能完全掌握學習的主動權(quán)，提高自主學習能力和主動性。

（二）混合教學模式的課中實施

教師在進行授課過程中，應“少教多學”。首先，教師可以使用智能考勤系統(tǒng)在線打卡，從而節(jié)省傳統(tǒng)點名浪費的時間;其次，教師可以把教學內(nèi)容以PPT、網(wǎng)絡課程、慕課、微課等形式呈現(xiàn)出來，引導學生觀看教學內(nèi)容，設(shè)置相應問題讓學生進行思考，以分組的形式組織在線互動、交流和討論，保證學生在整個學習過程中處于主體位置，積極調(diào)動學生學習的積極性和主動性，使其成為教學的主人，并在教師的輔助下高效完成“學”的任務。從教學層面來講，在教學過程中需要教師“教”的行為少一些，學生“學”的時間才會相對多一些;從課程的層面上來講，教師“教”的內(nèi)容少一些，學生對學習內(nèi)容的把握就要更深一點;從實踐的層面來講，只有少考慮“教”，多考慮”學”，才能有效賦予學生學習的責任及權(quán)利。

（三）混合教學模式的課后實施

教師授課后，應“以學定教”。教學效果可以通過教學評價來體現(xiàn)，教學評價主要取決于對學生學期表現(xiàn)、課堂參與、課后任務完成等實際情況的掌握。因此，應依靠移動教學平臺和相關(guān)信息化技術(shù)手段，讓學生可通過在教學平臺及時向教師留言或私信，以便教師對不同年級、不同階段甚至每個學生的不同學習情況進行實時掌握，根據(jù)學生的不同特點和學習情況分別制定個性化教學。教師也可依托這些數(shù)據(jù)進行科學、公正、合理的教學評價，從而避免傳統(tǒng)教學評價方式以期末成績來評判學生學習情況的弊端，進而促進教學評價的多樣化和合理化。

四、總結(jié)

在新工科背景下，筆者優(yōu)化理論力學課程內(nèi)容，增設(shè)實驗實訓項目，融合課程思政提升學生的專業(yè)情懷;采用基于雨課堂線上線下混合教學模式，深度提升學生的課堂參與度，激發(fā)學生學習積極性;結(jié)合思維導圖的可視性、發(fā)散性、層次性特點，讓傳統(tǒng)教學模式注入新的活力;采取多樣化評價方式評定學生的學習效果，提高理論力學的教學效果，提升學生工程意識和工程素養(yǎng)，實現(xiàn)新工科背景下土木、機械專業(yè)應用型人才培養(yǎng)目標。

參考文獻：

[1]王士龍，江濤，曹現(xiàn)雷. 新工科建設(shè)背景下理論力學課程教學改革探究[J]. 安徽工業(yè)大學學報（社會科學版）， 2020， 37（3）： 69-70.

[2]溫建明，范武. 理論力學課堂教學深度和廣度拓展的思考[J]. 力學與實踐， 2019， 41（3）： 333-336.

[3]賈有，樊艷紅，劉二強等. 新工科背景下普通高校《理論力學》課程教學改革[J]. 教育現(xiàn)代化， 2019， 6（33）： 29-30.

[4]陳孝珍，胡公哲. 土木工程專業(yè)《理論力學》教學改革實踐與探索[J]. 南陽師范學院學報， 2017， 16（12）： 76-78.

[5]洪嘉振，楊長俊. 工科理論力學教學體系改革的探索與實踐[J]. 力學與實踐， 1999（6）： 55-57.