混合式教學(xué)在理論力學(xué)課程中的研究與實(shí)踐

崔玉潔 段洪君 化建寧 陳曉哲

摘? 要：為充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，有效利用課堂，提高學(xué)習(xí)效率，針對(duì)理論力學(xué)學(xué)科特點(diǎn)，將所有章節(jié)進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)拆分，錄制以知識(shí)點(diǎn)為單元的微視頻，編寫線上微測(cè)試題庫，改革考核評(píng)價(jià)機(jī)制。從課前、課中、課后三個(gè)時(shí)間段實(shí)現(xiàn)線上線下混合式教學(xué)，取得良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：理論力學(xué)課程;微視頻;微測(cè)試;考核評(píng)價(jià)機(jī)制;混合式教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-000X（2022）14-0094-04

Abstract： In order to arouse learning interest and enthusiasm of students， and to improve the efficiency of classroom learning. All contents of Theoretical Mechanics Course are divided， micro videos which are based on knowledge points are recorded， online micro-test question bank is constructed， and evaluation mechanism is reformed. Online-teaching and offline-teaching are implemented in three time periods： pre-class， in-class and post-class， this teaching method has obtained good results.

Keywords： Theoretical Mechanics Course; micro video; micro-test; evaluation mechanism; mixed teaching

隨著科技的發(fā)展，大學(xué)階段所要掌握的知識(shí)越來越多，大量基礎(chǔ)課學(xué)時(shí)減少。理論力學(xué)課程學(xué)時(shí)也是一減再減，而該課程是機(jī)械大類的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，內(nèi)容多，難度大，無論對(duì)學(xué)生后續(xù)很多專業(yè)課的學(xué)習(xí)，還是對(duì)學(xué)生分析和解決實(shí)際工程問題能力的培養(yǎng)，都起著舉足輕重的作用。因此，如何在有限時(shí)間內(nèi)完成教學(xué)內(nèi)容并保證教學(xué)質(zhì)量成為一線教師思考的焦點(diǎn)問題。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展及疫情下各種在線課堂管理平臺(tái)的出現(xiàn)，東北大學(xué)秦皇島分校理論力學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持以學(xué)生為中心，實(shí)現(xiàn)線上線下混合教學(xué)模式，將線下的課堂延伸到線上的課外，讓不同層次的學(xué)生都能找到適合自己的學(xué)習(xí)資源，同時(shí)制定自己的學(xué)習(xí)方案。混合式教學(xué)使教與學(xué)突破了時(shí)間和空間的限制，真正激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，變“要我學(xué)”為“我要學(xué)”。

一、理論力學(xué)混合式教學(xué)的實(shí)施準(zhǔn)備

（一）學(xué)生分組

本次教學(xué)對(duì)象是機(jī)械工程專業(yè)1901-1905五個(gè)班級(jí)，共152人，分成19小組，每組設(shè)組長一人，成員7人。組長負(fù)責(zé)組織督促本小組成員線上的自主學(xué)習(xí)和線下的問題討論，完成小組成員學(xué)習(xí)過程中問題的收集與整理。

（二）線上學(xué)習(xí)管理平臺(tái)的選用

本次教學(xué)改革選用“課堂派”作為線上學(xué)習(xí)管理的平臺(tái)。該平臺(tái)可以提供在線簽到、在線討論、在線測(cè)試、成績匯總等服務(wù)。教師只需在“課堂派”中設(shè)置自己本學(xué)期需要開設(shè)的課程，即可獲得該門課程的課程碼;學(xué)生通過微信公眾號(hào)搜索“課堂派”并關(guān)注，按教師提供的課程碼實(shí)名加入課程即可，操作簡單易行。

（三）章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的拆分

根據(jù)章節(jié)內(nèi)容及重要性，將每一章節(jié)分解成若干相對(duì)獨(dú)立的知識(shí)點(diǎn)，其中緒論1個(gè)知識(shí)點(diǎn)，靜力學(xué)共18個(gè)知識(shí)點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)學(xué)共24個(gè)知識(shí)點(diǎn)，動(dòng)力學(xué)共20個(gè)知識(shí)點(diǎn)，全冊(cè)教材共分解為63個(gè)知識(shí)點(diǎn)，見表1。

（四）微視頻的制作

針對(duì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行微視頻的制作，采用計(jì)算機(jī)錄屏的方式。該方法運(yùn)行成本低、簡單易行、修改制作方便。

1. 微視頻的研究內(nèi)容

（1）整合優(yōu)質(zhì)素材，精心選取微視頻內(nèi)容

注重素材收集與整合。微視頻是一種長度在10 min之內(nèi)的教學(xué)視頻，主要講解某個(gè)或某些重難點(diǎn)知識(shí)，具有短、小、精的特點(diǎn)。理論力學(xué)微視頻并不是傳統(tǒng)課堂教學(xué)的切片或壓縮，真正目的是讓學(xué)生將注意力集中于單個(gè)的知識(shí)點(diǎn)，并不需要像課堂教學(xué)那樣考慮所講授的所有知識(shí)點(diǎn)間的層次，最適合微視頻的內(nèi)容應(yīng)該是那些相對(duì)獨(dú)立的單個(gè)知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生不容易理解的重點(diǎn)和難點(diǎn)，或容易激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造力的興趣點(diǎn)。

（2）圍繞教學(xué)大綱補(bǔ)充工程實(shí)例，并形象展示

目前大部分教材中對(duì)于例題的講解偏重于簡化的抽象力學(xué)模型，而學(xué)生對(duì)于模型的簡化過程及在工程上的具體應(yīng)用知之甚少，故在學(xué)習(xí)過程中對(duì)于這些問題的理解過于抽象，提不起學(xué)習(xí)興趣。因此，在微視頻的制作過程中，課題組通過多種方式將抽象的力學(xué)模型與工程原型相結(jié)合，將抽象問題具體化。將課堂教學(xué)與具體工程實(shí)例相結(jié)合，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到該門課程的重要性，提高學(xué)習(xí)的興趣，同時(shí)也為培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際工程問題打下基礎(chǔ)。所以選擇對(duì)應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的工程實(shí)例尤為重要。工程實(shí)例需要廣泛查閱相關(guān)資料，并結(jié)合教學(xué)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行合理的篩選，最后在微視頻上形象展示。

（3）注重知識(shí)的邏輯性、嚴(yán)密性

每個(gè)微視頻的內(nèi)容都是課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)，都是相對(duì)獨(dú)立的，但每個(gè)微視頻的制作需要注重知識(shí)的邏輯性和嚴(yán)密性。比如在固定端約束的微視頻中，講到固定端約束的約束反力是一群各個(gè)方向的任意力系，這時(shí)候就要用到前面所講到的，任意力系向一點(diǎn)進(jìn)行簡化得到一個(gè)主矢和主矩的結(jié)論，所以要在微視頻制作中將這一結(jié)論引出，并配以簡化過程圖形，有利于學(xué)生回顧以前所學(xué)知識(shí)的同時(shí)，更容易接受新的知識(shí)點(diǎn)得到的結(jié)論。

（4）易錯(cuò)點(diǎn)分析

根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中容易出現(xiàn)的各種錯(cuò)誤進(jìn)行舉例，并分析錯(cuò)誤原因，給出正確的解答方法。使學(xué)生能更好地理解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，避免不必要的錯(cuò)誤再次出現(xiàn)，提高解題的正確率。

2. 微視頻實(shí)例

以靜力學(xué)中“固定端約束”這一知識(shí)點(diǎn)微視頻的制作為例。“固定端約束”對(duì)學(xué)生來說是一種新的約束類型，所以制作微視頻的時(shí)候，應(yīng)先介紹基本概念。為更好地理解，可以搜集一些相關(guān)的工程實(shí)例進(jìn)行形象的展示。比如：埋在地下的電線桿、固定在樓房的陽臺(tái)、裝夾在刀架上的車刀、固定在夾具上的工件等，這些約束都屬于固定端約束。接下來，微視頻將引入固定端約束的約束反力如何確定？實(shí)際上固定端約束限制了物體各個(gè)方向的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)于平面固定端約束的約束反力，就是一群各個(gè)方向的平面力系，而這群力構(gòu)成一個(gè)平面任意力系，最終可以簡化為一個(gè)力和一個(gè)力偶。而這個(gè)方向不確定的力通常情況下用一對(duì)正交分力來表示。

最后一部分內(nèi)容是針對(duì)固定端約束容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤進(jìn)行分析。比如：求固定端的約束反力問題，很多學(xué)生會(huì)想當(dāng)然的認(rèn)為固定端約束的約束反力就是一對(duì)正交分力，這樣就是兩個(gè)未知量，選一次研究對(duì)象就求解出來了，但實(shí)際這樣做是錯(cuò)誤的。因?yàn)楣潭ǘ思s束的約束反力除了一對(duì)正交分力外，還有一個(gè)反力偶，所以是三個(gè)未知量。另外在物體系中固定端約束約束反力的畫法中，正交分力的方向是否可以任意假設(shè)，反力偶方向如何確定？假設(shè)方向之后方程中的正負(fù)如何規(guī)定？求解結(jié)果出現(xiàn)負(fù)值如何解釋？這一系列問題都是學(xué)生在這個(gè)知識(shí)點(diǎn)容易產(chǎn)生的疑問。在微視頻制作中加入對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的“易錯(cuò)點(diǎn)分析”，就可以使學(xué)生消除這些疑問，如圖1所示。

（五）線上測(cè)試題庫編寫

1. 線上測(cè)試的優(yōu)點(diǎn)

線上測(cè)試以知識(shí)點(diǎn)為單元，通過“課堂派”平臺(tái)發(fā)布，學(xué)生手機(jī)端接收后即可答題，提交后即刻顯示成績。節(jié)省了試卷印刷、發(fā)卷、收卷、批卷等繁瑣的過程，使隨堂小測(cè)輕松完成。線上測(cè)試既可考查學(xué)生對(duì)當(dāng)堂知識(shí)的掌握程度，又可達(dá)到邊學(xué)邊鞏固的目的，同時(shí)有助于教師掌握教學(xué)效果，及時(shí)調(diào)整教學(xué)計(jì)劃。

2. 線上測(cè)試題目設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的理論力學(xué)教學(xué)，因課時(shí)少內(nèi)容多幾乎沒有平時(shí)測(cè)驗(yàn)，都是通過布置課后作業(yè)的方式達(dá)到鞏固知識(shí)點(diǎn)的目的。而大部分教材章后習(xí)題都是以計(jì)算為主的主觀題，而且數(shù)量都在30～60道不等。教師只能選擇具有代表性的幾道題作為課后作業(yè)。因?yàn)橛?jì)算題步驟多，其中某一步出現(xiàn)錯(cuò)誤會(huì)直接影響最后計(jì)算結(jié)果。比如靜力學(xué)的求物體平衡時(shí)約束反力的計(jì)算題目，就包括選取研究對(duì)象;畫研究對(duì)象的受力圖;列平衡方程;求解結(jié)果四個(gè)步驟，如果學(xué)生按這些步驟完成后最終結(jié)果出現(xiàn)錯(cuò)誤，他就很難搞清是四個(gè)步驟中的哪一步出現(xiàn)了錯(cuò)誤，而要找出錯(cuò)誤原因則需要花費(fèi)大量時(shí)間。

針對(duì)以上問題，團(tuán)隊(duì)教師以知識(shí)點(diǎn)為單元，將主觀題重新組合編寫，以客觀題的形式對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核，題型主要包括判斷題、單項(xiàng)選擇和不定項(xiàng)選擇。題目的編寫會(huì)將學(xué)生平時(shí)計(jì)算題中容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤列入選項(xiàng)，讓學(xué)生在正確與錯(cuò)誤之間進(jìn)行分析，在短時(shí)間內(nèi)就可以選出自己認(rèn)為正確的答案。比如靜力學(xué)中畫出物體受力圖的題目，在線上測(cè)試中就可以將往屆學(xué)生作業(yè)中出現(xiàn)的各種正確和錯(cuò)誤的受力圖編入備選答案，學(xué)生作答提交后會(huì)形成自己的一個(gè)錯(cuò)題庫，隨時(shí)可以進(jìn)行查漏補(bǔ)缺，學(xué)生端錯(cuò)題庫界面如圖2所示。

（六）考核評(píng)價(jià)機(jī)制制定

區(qū)別于傳統(tǒng)教學(xué)的考核方式，混合式教學(xué)期末成績主要由線下和線上兩部分構(gòu)成。其中線上成績采用“全過程考核”，主要包括數(shù)字化簽到，課前微視頻觀看情況及討論區(qū)發(fā)言情況等的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、隨堂小測(cè)成績等;線下成績主要包括紙質(zhì)作業(yè)、翻轉(zhuǎn)課堂個(gè)人及小組表現(xiàn)、期末測(cè)試等。考核評(píng)價(jià)機(jī)制的改革，使學(xué)生開始注重課堂效率，更多參與課堂，避免了考前突擊現(xiàn)象。

二、理論力學(xué)混合式教學(xué)的具體實(shí)施

（一）課前

根據(jù)課表時(shí)間安排，結(jié)合教學(xué)計(jì)劃進(jìn)度，于上課前兩天在“課堂派”平臺(tái)發(fā)布預(yù)先錄制好的對(duì)應(yīng)進(jìn)度的微視頻，學(xué)生可以根據(jù)個(gè)人情況合理安排學(xué)習(xí)時(shí)間，真正實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)。教師在后臺(tái)關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度，待全部完成后，在“課堂派”討論區(qū)發(fā)布與本次課程有關(guān)的思考題，所有學(xué)生均可參與討論留言，教師針對(duì)學(xué)生作答及時(shí)給予引導(dǎo)與評(píng)價(jià)，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。同時(shí)以小組為單位，組長負(fù)責(zé)收集學(xué)生預(yù)習(xí)過程中產(chǎn)生的各種問題。

（二）課中

首先，教師對(duì)教學(xué)計(jì)劃中本課時(shí)內(nèi)容進(jìn)行知識(shí)梳理，對(duì)知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行歸納和總結(jié)，并強(qiáng)調(diào)本課時(shí)內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn);其次，分析各小組收集的所有問題，鼓勵(lì)同學(xué)一起參與討論并解答;再次，教師拋出設(shè)計(jì)好的與本課時(shí)內(nèi)容相關(guān)的問題，讓學(xué)生按小組進(jìn)行討論，每組選一名代表進(jìn)行講解，其余學(xué)生都可以針對(duì)講解結(jié)果提出疑問或質(zhì)疑，也可以發(fā)表自己的見解，鼓勵(lì)學(xué)生自己動(dòng)腦尋求問題的答案，讓學(xué)生真正成為課堂的主體，實(shí)現(xiàn)課堂的翻轉(zhuǎn);最后，教師通過“課堂派”發(fā)布本課時(shí)對(duì)應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的測(cè)試題目，學(xué)生手機(jī)端接收并作答，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)提交答案。教師針對(duì)錯(cuò)誤率較高的題目進(jìn)行分析講解，與學(xué)生討論，達(dá)到對(duì)本課時(shí)內(nèi)容及時(shí)消化吸收的目的。通過成績，學(xué)生可以檢測(cè)自己對(duì)本課時(shí)內(nèi)容的掌握程度，通過班級(jí)成績分布情況，對(duì)自己的學(xué)習(xí)狀況做出客觀評(píng)價(jià);教師也可以及時(shí)掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況及本課時(shí)教學(xué)效果。課中測(cè)試界面如圖3所示。

（三）課后

課程結(jié)束后，教師及時(shí)通過“課堂派”平臺(tái)對(duì)本次課程內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，并發(fā)布課后限時(shí)作業(yè)。在平臺(tái)討論區(qū)，學(xué)生可以提出作業(yè)中的疑問，教師也可發(fā)布與作業(yè)題目相關(guān)的問題，供學(xué)生思考，避免作業(yè)中遇到問題得不到及時(shí)解決。學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成作業(yè)，并通過平臺(tái)拍照上傳，教師隨時(shí)查看提交人數(shù)，并對(duì)未提交學(xué)生進(jìn)行催促提醒，確保作業(yè)保質(zhì)保量按時(shí)提交，教師通過平臺(tái)對(duì)作業(yè)進(jìn)行批改并加注評(píng)語，同時(shí)可對(duì)優(yōu)秀作業(yè)進(jìn)行“分享”，供其他同學(xué)參考。

三、理論力學(xué)混合式教學(xué)效果反饋

（一）調(diào)查問卷反饋

如圖4所示，為及時(shí)了解本次教學(xué)改革的效果，對(duì)學(xué)生采取不記名調(diào)查，共81人參與答卷， 其中32.1%的學(xué)生認(rèn)為通過混合式教學(xué)能很好掌握當(dāng)堂所講內(nèi)容;64.2%的學(xué)生認(rèn)為基本能掌握;3.7%的學(xué)生認(rèn)為不能掌握。通過一個(gè)階段的學(xué)習(xí)，96.3%的學(xué)生認(rèn)為有收獲，3.7%的學(xué)生認(rèn)為沒有收獲。數(shù)據(jù)表明混合式教學(xué)在理論力學(xué)課程中能得到大部分學(xué)生認(rèn)可，并收到較好效果。

（二）成績對(duì)比反饋

通過引入混合式教學(xué)的試點(diǎn)班與普通班成績形成對(duì)比，見表2，結(jié)果可以看出，試點(diǎn)班成績明顯高于普通班，主要表現(xiàn)在整體平均分的提高和高分學(xué)生人數(shù)的增加。

四、結(jié)束語

針對(duì)理論力學(xué)課程特點(diǎn)，將線上和線下教學(xué)有機(jī)結(jié)合，形成互補(bǔ)，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性，提升學(xué)習(xí)的深度和廣度。混合式教學(xué)模式不僅節(jié)省了理論教學(xué)時(shí)間，還增加了互動(dòng)，使學(xué)生成為課堂的主體，真正實(shí)現(xiàn)了課堂的翻轉(zhuǎn)，激發(fā)了學(xué)生的求知欲，大大提高了學(xué)習(xí)效率，收到了非常好的學(xué)習(xí)效果。

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基金項(xiàng)目：2019-2020河北省高等教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目“光機(jī)電復(fù)合型新工科人才培養(yǎng)模式改革與實(shí)踐”（2019GJJG-434）;2020年東北大學(xué)秦皇島分校一流本科課程建設(shè)項(xiàng)目“理論力學(xué)線下一流課程”（2020YLKC-A07）

作者簡介：崔玉潔（1975-），女，漢族，河北樂亭人，博士，副教授，研究方向?yàn)榱W(xué)教學(xué)與科學(xué)研究。