“互聯網+”結合對分課堂對《理論力學》教學方法探討

劉靜?何秀權?朱宗曉

摘要：經過多年教學實踐發現，本科生在學習過程中通常認為理論力學概念通俗易懂，但習題難做，逐漸降低學習興趣。本文利用“互聯網+”技術，結合“學習通”智慧教學應用工具，將理論力學教學課程進行重新設計，分為課前預習、對分課堂教學和課后學習三個環節，重視學生參與積極性，加強知識內化過程，強化教學反饋機制，提高理論力學教學質量和學生學習興趣，為本科院校機械專業理論力學課程建言獻策。

關鍵詞：理論力學；機械類專業；學習通；對分課堂

伴隨著我國的產業轉型與升級，需要加快培育制造業發展的應用型人才，提升我國綜合國力、保障國家安全[1]。根據機械類專業對本科生人才培養的要求，“理論力學”被列為該專業的核心技術基礎課程之一。如何提升學生的工程實踐能力、設計生產能力和自主創新能力，加強重視基礎技術和知識的消化吸收，成為亟待解決問題之一[2]。

一、理論力學課程特點和教學現狀

理論力學屬于古典力學范疇，其結構體系、理論框架和基本物理概念十分完備，邏輯性較強。該課程的任務是從靜力學、運動學和動力學三方面分析物體的機械運動狀態。課程特點是物理概念抽象，數學計算公式復雜；三大板塊關聯度大，不易把握；重理論輕應用，與新時代發展脫節。對學生而言，第一模塊靜力學內容與大學物理、高中物理有相似之處，導致他們在課堂上，食之無味，棄之可惜，上課積極性不高。然而，隨著運動學和動力學模塊難度逐步增大時，學生認為理論淺顯易懂，但遇到作業和實際工程例題，無從下手。為了提高學生自主學習能動性，學校將理論力學課時已逐步削減為56學時甚至更低。對于教師而言，課時壓縮較多，教學節奏過快。因此將教學向課外延伸，加強開發課前和課后環節，改革教學內容和教學方法，提出教改措施，培養學生興趣點和積極性，勢在必行。

二、新型教學模式——“互聯網+”和對分課堂

如何提高學生自主學習能力、創新能力、吸收知識并內化能力，是推進高校課堂教學改革重要問題之一。目前，大量的教學研究人員經過實踐和理論驗證，提出了許多新型教學模式，如慕課（MOOC）、翻轉課堂、混合式教學法、在線教學、對分課堂等[3-6]。目前，慕課通過免費開放各類型教學課程，整合高校的優質教學資源，突破了傳統課程人數和地理限制，提供了新的知識獲取路徑，但慕課需要學生有較強的自律才能完成課程內容，因此它更適用于學生對教學課程進行補充學習，彌補課堂教學不足。翻轉課堂要求學生在課前，通過自主學習方式，對視頻、教學課件等教學資源完成知識的獲取，再通過課堂討論和交流，加深對知識點的應用，對學生數量少的課堂較為合適，針對機械專業超過50人的大班上課不太合適。相較而言，對分課堂，既不缺失傳統的教師講授過程，又增進學生和教師的討論交流。同時，“互聯網+”技術的發展，突破了授課時間和空間的限制，革故鼎新。兩者的結合，促進教的目的，完成學的內容，相對而言更適合大班授課[7-8]。基于此背景，本論文結合“學習通”智慧教學應用工具，將對分課堂引入教學設計中，注重學生自我表達，重視鍛煉學生思考能力和工程創新能力，為推進教育改革和培養創新技術人才提供新思路。

對分課堂教學模式分成三部分，分別是課前預習、課堂教學實施和課后學習，見圖1。利用“互聯網+”技術，將教學過程向課外延伸，將課程知識的獲取一部分轉為線上，促進學生主動預習，完成教學啟蒙。在課堂上，教師講解傳授重點和難點問題，加強學生固化知識點，增強師生互動，提高學生的積極性。在課后學習中，學生對照課件、課本和視頻，查漏補缺，完成課后作業。在智慧教學網絡平臺上，繼續延伸學習和探討問題，繼承啟發。

（一）基于“學習通”平臺的教師教學準備和學生課前預習環節

基于“互聯網+”技術，在課前，教師通過“學習通”發布教學教案和相關的網絡資源，準備經典例題和限時習題；學生觀看教學教案并在限定時間內回答相應的問題。教師在“學習通”平臺上可收集學生預習數據，根據學生的反饋情況，對課堂教學內容進行重構，去粗取精。針對簡單的定理和運動形式，如靜力學公理和點的運動學等，學生課前自學即可掌握，教師在課堂上不需要深度講解。針對一些復雜結構的力學分析，如復雜剛體平面運動和動力學綜合應用這部分內容，學生不知如何突破，理解問題和運動過程較為困難，教師提前在“學習通”中上傳對應的學習資料或者視頻，幫助學生構建運動模型，后續在課堂上進行點撥，加深理解。同時，在“學習通”平臺上提供討論空間，學生可提出疑問，進行討論。

（二）對分課堂的教學實施

在傳統課堂上，教師講授力求完整詳盡，學生課堂表現機會較少，趨向被動接受。而在對分課堂上，由于有課前預習內容，教師在課堂上有引導，不窮盡內容，整體有側重，講授重點和難點問題，留給學生消化和主動探索的時間和空間。當堂對分課堂（90分鐘）分為以下幾個環節：教師講授（30分鐘）、學習思考和討論（30分鐘）和全班交流和教師點評（30分鐘），可參考圖2。

1.教師講授環節，支架式導入和問題情境引入，吸納知識點和激發學生興趣

以平面力對點之矩·平面力偶知識點為例，在課前預習階段，教師將在“學習通”平臺上介紹了力矩和力偶概念，預留限時學習任務；在課堂上，教師提綱攜領地講解教學目標，突出重點和難點問題，再以具體的工程化案例進行引導學生剖析，如播放鉗工作業視頻（如切削加工、攻螺紋、鉆孔和鉸削等），體會力矩和力偶的區別，以及兩者結合使用的效果和影響。以消防水栓的蝶閥手輪為例，引導學生討論力偶的方向、大小、位置，對消防水栓的作用效果，對施加力的大小、方向和作用位置進行計算。

2.學生思考和討論環節，對應用實例分析，科學解決問題

在學生討論環節，以“學生為主導”，對具體案例進行思考。同時學生自主選擇以小組形式學習，或先獨立思考后小組討論形式學習，相互協助建立力學模型，畫受力圖、列方程，展現完整的演算過程，逐步錘煉學生分析問題，加強邏輯思維能力，和培養團隊協作能力。教師不局限于講臺，實時關注學生的課堂表現和反饋，記錄有亮點的論據，為答疑解惑做鋪墊。

3.全班討論交流和教師點評環節，學生討論和交流，拓展和思考

在全班討論交流和教師點評環節，教師隨機點名，讓學生展示團隊成果，在整個教學過程中，盡量覆蓋到全班同學，有意識地提升學生的語言表達能力。與此同時，教師借助“學習通”平臺設計一些及時檢查學生學習狀態和成果的環節，如問卷、測驗、任務卡等，學生通過手機APP進行教學成果反饋。教師依據學生課堂表現、答題情況和答題時長反饋，檢驗學生對該課堂知識點的掌握情況，并實時調整難易進度，細化深入難點問題，最后總結本堂課所學知識點，并對學生進行點評。立足機械類專業實際，在課堂結束時，進一步思考消防水栓的蝶閥手輪的盤面為什么常用尺寸是160mm，引發學生討論，作為課后討論題。教師在學生相互討論過程中，原則上不直接回答問題，引導學生獨立思考，用科學方法解決問題，但需要記錄學生共性問題，留在下次課堂上集中討論。

此外，對一些比較復雜推導過程的定理，如：點的加速度合成定理知識點的學習，淡化對點的加速度合成定理的推導過程，刪繁就簡，重點強調使用定理分析物理現象和解決具體工程實例問題。從問題情境引入，用真實生活現象或者科學前沿問題，激發學生興趣。如，借助多媒體，介紹和演示傅科擺實驗，觀察重型擺錘擺動時，遺留在下方沙盤上的軌跡。人們起初認為，擺錘應在沙盤上畫出一條直線。然而實驗結果是，當擺錘每來回震蕩一次，在沙盤上留下的軌跡均與原軌跡有一點偏離，說明還有其他的力指引著擺錘的運動。引導學生科學解決問題，讓學生對擺錘進行受力分析，讓學生討論擺錘的運動屬于何種運動，建立起與已有知識的聯系；思考為什么擺錘會偏離原來軌跡。學生們對問題具體分析，構建運動規律和科氏加速度之間的聯系，佐證所觀察的現象，提升認知深度。教師助力學生思考科氏加速度意義和來源，驗證地球自轉。此外，指引學生自主從互聯網上搜索資源，如科氏加速度的生活應用，加深鞏固知識，提升知識遷移能力。

“互聯網+”技術和對分課堂教學設計，注重培養學生主動學習能力，激發學生興趣，從具體案例中提煉科學問題，引導學生把理論學習與生活實踐緊密結合起來。

（三）課后學習

學生課后自主學習環節是知識內化學習的關鍵，是體現“學生主體型”的重要時間段。學生根據教材和課件，或者慕課、視頻等資源，對該堂課的知識脈絡、重點難點等進行細化學習。例如，“剛體的平面運動”，由于課上講授時間壓縮，大部分學生很難完全掌握，如選擇何種相對運動降低計算和分析難度等內容。因此，需要拓展課后學習，對照課件、課本和視頻，查漏補缺。此外，推薦學生課后通過觀看視頻，觀察物理現象和應用（螺旋槳飛機、熱帶氣旋、陀螺儀等），慢慢體會并掌握其中的概念。完成課后作業是檢驗學生掌握知識點的重要環節。在設計課后習題時，習題在于精不在于多，貼近于生活實踐，如拉鏈嚙合、盤山公路、螺旋千斤頂等，增加習題的趣味性和綜合性。教師根據課后作業完成的情況，分析學生存在的問題并記錄，為課堂討論作準備。在課后復習過程中，教師鼓勵學生遇到疑難問題進行討論，如組織小組成員面對面討論，或通過企業微信群、學習通平臺等進行討論，對提出有效問題和正確回答問題的同學予以計分，計入平時成績中。這種類型的教學活動和考核設計注重評價學生的學習過程，促進學生學習動力，幫助教師改變期末突擊考查的現象。

三、結束語

理論力學在機械類課程體系中占據著承上啟下的作用，枯燥的理論知識無法教會學生使用理論力學原理解決實際問題。因此本文結合“互聯網+”學習通智慧教學應用工具，借鑒對分課堂教學改革模式，整合教學平臺和教學資源。在課前利用學習通進行教學啟蒙；在課堂上以學生為主導，從實際工程案例中，建立模型，引出知識點和規律；在課后重視學生知識的“吸收內化”，為培養自律、創新、獨立思考、解決實際工程問題的工程技術人才打下堅實的基礎。

作者單位：劉靜 何秀權 朱宗曉 中南民族大學計算機科學學院

參? 考? 文? 獻

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[3]屈彩虹，王朋朋，張立新.《工程力學》混合式教學模式的實踐與探索[J].中國新通信，2022，24（01）：168-169.

[4]崔玉潔， 段洪君， 化建寧等. 混合式教學在理論力學課程中的研究與實踐[J]. 高教學刊， 2022， 8（14）：94-97.

[5]譚燕， 馬強， 黃艷雁等. 理論力學在線教學模式探究[J]. 大學教育， 2021（12）：55-57.

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[7]蘇延召，王濤， 姜柯等.軍校專業課對分課堂模式理論探究與實踐應用——以工程偽裝與防護課程為例[J]. 高教學刊， 2021， 7（36）：80-83+88.

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基金：湖北高校省級教學研究項目資助（2018219），國家自然科學基金（11804399），中南民族大學中央高校基本科研業務費專項資金資助（CZQ20018），中南民族大學教師教學發展中心教學改革專題研究項目資助（JGZX202007）。

劉靜（1990.06-），女，漢族，湖北武漢，博士，講師，研究方向：微球動力學研究；

何秀權，男，漢族，湖北，碩士研究生，工程師，研究方向：機電一體化設備設計和激光加工技術；

朱宗曉（1978.08-），男， 漢族，湖北武漢，博士，副教授，研究方向：計算機視覺、高等工程教育。