理論力學(xué)課堂教學(xué)效果調(diào)查與改進

葛 俊，侯文慧，劉 莉，孫 燕，3，秦 寬，3

（1.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，合肥 230036；2.安徽省智能農(nóng)機裝備工程實驗室，合肥 230036；3.安徽省農(nóng)機裝備應(yīng)用產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系，合肥 230036）

對于工科類專業(yè)本科學(xué)生而言，理論力學(xué)是重要的專業(yè)基礎(chǔ)類課程，課程內(nèi)容以已知的經(jīng)驗規(guī)律——牛頓和伽利略總結(jié)的基本定律為基礎(chǔ)，采用邏輯演繹的方法將數(shù)學(xué)、物理中有關(guān)的基礎(chǔ)理論進一步綜合提高，推導(dǎo)出力學(xué)世界應(yīng)有的各種性質(zhì)，用來解決工程實際問題而形成的獨立的、嚴謹?shù)摹⑼暾睦碚擉w系，作為基礎(chǔ)類課程知識，主要目的是培養(yǎng)學(xué)生的理性邏輯思維能力[1-2]。近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)的發(fā)展與普及，各種在線課程成為了高校教師教學(xué)活動的有效載體，對高校教育教學(xué)產(chǎn)生了重大影響[3-5]。盡管如此，對于理論力學(xué)教學(xué)來說，課堂教學(xué)形式仍然作為主要的和核心的教學(xué)手段應(yīng)用于本課程的教學(xué)活動當中[6-8]。本文調(diào)研數(shù)據(jù)主要在本校2021—2022 學(xué)年第一學(xué)期進行的理論力學(xué)授課班級中開展，包括2021 級機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)（后文均簡稱為機制專業(yè)）1～4 班和2021 級車輛工程專業(yè)（后文均簡稱為車輛專業(yè)）1～3 班，本文所指教師1教學(xué)班級為機制專業(yè)1、2 班，教師2 教學(xué)班級為機制專業(yè)3、4 班，教師3 教學(xué)班級為車輛專業(yè)1～3 班。

一 課堂教學(xué)的必要性和基本狀況

（一）課堂教學(xué)的必要性

教學(xué)實踐表明，提高課堂教學(xué)質(zhì)量是提高教育質(zhì)量的關(guān)鍵[9]。理論力學(xué)包含定理推導(dǎo)、公式推導(dǎo)、例題講解時比較難的數(shù)理內(nèi)容，整個課程不僅理論嚴密、系統(tǒng)完整、邏輯性強，而且高度概括、抽象難懂。課程核心目標是希望學(xué)生通過課程的學(xué)習(xí)，可以運用基本概念和基本理論，具備較強的分析和解決實際問題的能力。具體來說，應(yīng)用本課程的理論和方法解決一些工程實際問題，培養(yǎng)學(xué)生抽象化能力，包括建立力學(xué)模型，進行數(shù)學(xué)描述和運用力學(xué)理論求解工程實際問題的理論化模型；培養(yǎng)其獨立分析問題、解決問題的能力；培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，包括推理分析、判斷等；培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，文字和圖形曲線表達能力及數(shù)學(xué)運算能力；根據(jù)所掌握的課本知識，針對給定的工程問題提出解決方案，獨立完成設(shè)計計算的全過程，并滿足所提出的設(shè)計指標和制約條件，對自己的設(shè)計合理性進行分析。由于各章節(jié)的聯(lián)系特別緊密、層層遞進，如果前邊內(nèi)容掌握不透，則將直接影響學(xué)生對后續(xù)課程內(nèi)容的理解與學(xué)習(xí)的效果。不僅如此，由于學(xué)生個體情況不同，“因材施教”的前提是必須要對學(xué)生學(xué)習(xí)狀況也就是所謂的學(xué)情動態(tài)進行綜合的判斷[10-11]。綜上所述可知，如果不是通過“面對面”的課堂教學(xué)，教師很難把握學(xué)生具體的學(xué)習(xí)狀態(tài)與各個體之間存在的差異，難以達到想要的教學(xué)效果與課程目標。

（二）課堂教學(xué)的基本情況

現(xiàn)在本校工科類本科的理論力學(xué)課程學(xué)分為3.5學(xué)分，學(xué)時數(shù)為56 學(xué)時，各班教學(xué)均采用以課堂教學(xué)為主、線上教學(xué)（超星學(xué)習(xí)通）進行輔助的混合教學(xué)方式。通過之前的教學(xué)實踐，筆者了解到很多學(xué)生認為理論力學(xué)課程是純理論的，尤其是其教學(xué)過程中常常讓學(xué)生們聯(lián)想到“公式”“推導(dǎo)”“抽象”和“深奧”等概念，令其畏而遠之。由此，各級學(xué)生之間交流、傳導(dǎo)，導(dǎo)致了很多學(xué)生從課程學(xué)習(xí)一開始就產(chǎn)生了畏難情緒，喪失了學(xué)習(xí)信心，丟失了課程興趣，甚至于部分學(xué)生進而慢慢地產(chǎn)生了一些抵觸情緒。與此同時，雪上加霜的情況是，由于社會和教學(xué)形態(tài)的發(fā)展，各課程的學(xué)時數(shù)均出現(xiàn)了減少的情況。由于課時所限，因此不論在哪種教學(xué)形式中，教學(xué)活動基本上都是以教師的“講”為主，學(xué)生完成“聽”“練”和“考”三個環(huán)節(jié)的任務(wù)，學(xué)生學(xué)習(xí)能動性、主動性基本得不到重視與體現(xiàn)，學(xué)習(xí)過程中存在的問題也不能得到及時的解決，只會越積越多。綜合來看，諸多因素導(dǎo)致很多學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中感到課程內(nèi)容深奧，理論晦澀難懂，掌握和理解起來十分吃力，最終可能導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度冷淡，甚至放棄課程學(xué)習(xí)。以本校2019 級車輛工程專業(yè)為例，學(xué)生總?cè)藬?shù)為123 人，綜合考察之后最終不及格率高達25.2%。課堂教學(xué)的改革，必須要從學(xué)生的視角出發(fā)，以學(xué)生主觀感受和教師教學(xué)效果感受相結(jié)合，綜合提出相應(yīng)的教學(xué)改革方案，這樣才能提升學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和能力，促進綜合考察結(jié)果的改善。

二 基本狀況調(diào)查與結(jié)果分析

本次課堂教學(xué)學(xué)生主觀感受與態(tài)度問卷調(diào)查采用匿名問卷形式，主要范圍在本校工學(xué)院機械類專業(yè)中進行，包含機制專業(yè)1、2 班（教師1），機制專業(yè)3、4 班（教師2）及車輛專業(yè)1～3 班（教師3），分別獲得有效問卷32、50、84 份。首先，我們來了解學(xué)生們對于課程基本性質(zhì)的了解與感受如何。

問卷調(diào)查開展于學(xué)期末，按照常理和課程學(xué)習(xí)的一般邏輯，學(xué)生們此時應(yīng)該可以感受到理論力學(xué)作為承上啟下的專業(yè)基礎(chǔ)課的基本性質(zhì)及重要性。具體調(diào)查結(jié)果如圖1 所示，由圖1 可知，教師1 和教師3 所授班級情況基本一致，回答“有強烈的感受”和“基本能感受到”比例約為6∶4。而教師2 情況則不同，“有強烈的感受”的同學(xué)占比為38%，“基本能感受到”的同學(xué)占比為58%，這兩項情況與教師1、3 所授班級的情況正好相反。教師2所授班級與另外兩名教師授課班情況最為不同的是“沒有覺得和其他專業(yè)課程有什么聯(lián)系”的回答，相比于其他兩名教師所授班級無人有此感受的情況，教師2 所授班級有4%的同學(xué)有此感受，這一點上來說，并不是一個好的跡象，因為學(xué)生對于專業(yè)課程應(yīng)該是基本了解的狀況，而這一結(jié)果卻說明個別同學(xué)由于理論力學(xué)課程掌握程度有限，極有可能存在后續(xù)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)不牢的問題。

圖1 學(xué)生對于“能感受到理論力學(xué)是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課嗎？”回答情況

目前采用的是課堂教學(xué)為主、線上資源學(xué)習(xí)為輔的形式開展教學(xué)活動，學(xué)生對于該教學(xué)方式是否接受呢？（圖2），問卷選項中實際包含“討厭該方式”一項，但三名教師所授班級均未有學(xué)生選擇該項，說明學(xué)生對于該教學(xué)方式是一種普遍接受的狀態(tài)，但是具體接受程度還是體現(xiàn)出一定的差異性。“無感”的學(xué)生在三名教師所授班級均占較少人數(shù)比例，在6%以下；“非常喜歡”的人數(shù)比例則基本都保持在25%左右，這一比例對于一門基礎(chǔ)理論課程來說，已經(jīng)是非常理想的結(jié)果，說明教師在以后的教學(xué)中注重發(fā)現(xiàn)、留意和鼓勵這一部分同學(xué)，利用他們的學(xué)習(xí)態(tài)度、興趣和熱情帶動整個班級的學(xué)習(xí)氛圍；相較于前兩項各班較為一致的比例，“能接受”和“喜歡”的比例在三名教師所授班級中呈現(xiàn)出明顯差異性，其中“能接受”這一選項“教師2”的班級表現(xiàn)較為突出，達到40%，而其他兩名教師的班級均處于28%左右，而“喜歡”這一選項結(jié)果顯示，“教師1”的教學(xué)班級超過40%，“教師2”的教學(xué)班級為30%，“教師3”的教學(xué)班級達到了37.5%。根據(jù)本次調(diào)查結(jié)果，雖然班級、專業(yè)、年級不同的學(xué)生對于教學(xué)方式的可接受性表現(xiàn)出一定的差異，但總體上來說，目前的課堂授課+網(wǎng)絡(luò)資源輔助的混合教學(xué)方式還是可以被同學(xué)們普遍接受的。

圖2 學(xué)生對于“你喜歡目前的教學(xué)方式嗎？”的回答情況

課堂教學(xué)中，良好的教學(xué)互動不僅可以很好地調(diào)節(jié)課堂氛圍，也能讓授課教師更加直觀地了解學(xué)生的掌握程度和個體差異，有鑒于此，本次問卷特設(shè)了一項調(diào)查“如果老師提問你認為自己知道答案，你在課堂上的態(tài)度是？”選項如圖3 中縱坐標各項所示，調(diào)查結(jié)果如圖3 所示。從結(jié)果可以看出，“沒有遇到過這種情況，不好回答”“坐在椅子上大聲地說出答案”和“舉手回答”三項均占比較小，說明主動回答問題的同學(xué)只占班級極少一部分同學(xué)，這種情況可能與學(xué)生長期養(yǎng)成的被動接受知識傳授模式有關(guān)。相較于這幾項，多數(shù)同學(xué)要么選擇“沉默”，要么選擇“小聲回答”，這樣的情況說明我們作為教師需要進一步激活學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，提供一些對學(xué)生來說感興趣的小獎勵，在課程開始時就需要提升學(xué)生的參與度，從而讓學(xué)生養(yǎng)成互動交流的習(xí)慣和活潑的課堂氛圍。

圖3 學(xué)生對“如果老師提問你認為自己知道答案，你在課堂上的態(tài)度是？”的回答情況

學(xué)生教室位置的選擇能很好地反映學(xué)生在課程開始之前對于課程的學(xué)習(xí)態(tài)度，對此，我們也對學(xué)生座位選擇的偏好展開調(diào)查，調(diào)查結(jié)果如圖4 所示。A—I 為教室分割區(qū)域的代號，教室被兩條過道劃分成左中右三列，同時前后方向被等分成三行，從前往后，由左至右，分別從A 標記至I，允許復(fù)選。調(diào)查結(jié)果顯示，與教師上課的直觀感受保持一致，大部分同學(xué)選擇的位置位于教室中部，且三名教師的教學(xué)班均顯示選擇E 部分（正中央位置）達到25%左右，教師1、教師2 與教師3 所授教學(xué)班選擇中間部分（D、E、F 三部分）的比例分別達到50.91%，61.63%，69.93%。三名教師所授班級中，坐在后排（G、H、I 三部分）學(xué)生比例最多的為教師1 所授教學(xué)班，達到30.91%；坐在前排（A、B、C 三部分）各教學(xué)班學(xué)生比例相當，最少的是教師2 所授班級為16.28%。從調(diào)查結(jié)果可以看出，對于座位選擇的結(jié)果反映出學(xué)生對于課程學(xué)習(xí)態(tài)度積極性一般，但也有少部分同學(xué)保持興趣和積極性。與此同時，從調(diào)查中反映出的座位選擇較為折中的結(jié)果，表現(xiàn)出多數(shù)同學(xué)能夠感受到本課程的重要性。

圖4 上課時學(xué)生對于座位位置的偏好情況調(diào)查結(jié)果

根據(jù)當下教學(xué)改革的趨勢，特別是新型冠狀病毒感染疫情影響下，各課程的教學(xué)形式逐漸向全線上課程轉(zhuǎn)變，基于這一情況，本次問卷也開展了從學(xué)生視角出發(fā)對于本課程進行全線上教學(xué)可能性的調(diào)查，結(jié)果如圖5所示。調(diào)查結(jié)果顯示學(xué)生的意見分化嚴重，認為“現(xiàn)在的學(xué)習(xí)方式好”與“完全能接受”線上教學(xué)模式的學(xué)生比例旗鼓相當，但三名教師的教學(xué)班也顯現(xiàn)出一定差異性，教師1 班級選擇“現(xiàn)在的學(xué)習(xí)方式好”的比例（53.3%）明顯多于“完全能接受”全線上教學(xué)的比例（34.38%），而教師2 和3 教學(xué)班的學(xué)生則呈現(xiàn)出相反的趨勢，更多的學(xué)生選擇“完全能接受”線上教學(xué)。通過這一項的調(diào)查，說明我們在以后的教學(xué)中可以嘗試逐步加大線上教學(xué)的比例，但同時也要注意學(xué)生長久以來形成的課堂教學(xué)習(xí)慣，對于理論性較強的理論力學(xué)課程來說，課堂教學(xué)模式依舊是掌握學(xué)生學(xué)情的重要途徑。

圖5 學(xué)生對全線上教學(xué)的態(tài)度調(diào)查結(jié)果

三 課堂教學(xué)的改進建議

依據(jù)調(diào)查研究結(jié)果，對于理論力學(xué)課堂教學(xué)特提出以下改進建議。

（一）增加學(xué)生對于本課程性質(zhì)的基本認識，提升學(xué)生本身的學(xué)習(xí)意愿

學(xué)生學(xué)習(xí)能動性的來源是對于課程性質(zhì)的清醒認識與深入了解。條件允許的情況下，可以在課程開設(shè)的學(xué)期前，以平時分考察的形式，布置學(xué)生尋找生活和工作中與力學(xué)相關(guān)的現(xiàn)象并對其展開討論。

（二）提升互動內(nèi)容的可操作性和豐富學(xué)生參與的可切入點

隨堂提問和隨機問答可以很好地掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，以便“因材施教”與及時調(diào)整教學(xué)進度與安排。而問題本身的發(fā)散性與開放性可以很好地讓知識掌握程度不同的學(xué)生都有發(fā)揮的可能性，在提升學(xué)生課程參與度的同時，明確學(xué)生的知識掌握情況。

逐步地將理論性強的知識點轉(zhuǎn)移至線上資源，可供學(xué)生重復(fù)學(xué)習(xí)。

理論性較強的知識點，特別是數(shù)學(xué)演繹過程和理論推導(dǎo)過程部分的教學(xué)，可以轉(zhuǎn)移至線上資源庫中，不僅僅能滿足學(xué)生重復(fù)學(xué)習(xí)的需求，也有利于教師更加有效地利用課堂教學(xué)時間進行知識點應(yīng)用與問題解決的強化。

四 結(jié)束語

課堂教學(xué)形式依舊是理論力學(xué)課程教學(xué)實施過程的核心環(huán)節(jié)，通過改進教學(xué)方法、手段、工具等，提升教學(xué)效果。通過本次調(diào)查，很好地從學(xué)生角度出發(fā)去理解和感受理論力學(xué)課堂教學(xué)的優(yōu)缺點，在此基礎(chǔ)上，形成上述改進措施以進一步優(yōu)化課程的教學(xué)過程，提升教學(xué)效果。