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新工科建设背景下理论力学线上线下混合式教学建设研究

陈云信

江汉大学智能制造学院,湖北武汉,430056

摘要: 我国的高等教育人才培养中工科的教育占有至关重要的位置,“新工科”更是以强调学科的实践性、交叉融合性与综合应用性著称。本文在新工科建设的背景下,从理论力学目前存在的问题出发,利用线上线下的混合式教学的课前、课中、课后的各自特点,探索建立符合新工科专业特点的教学模式,为新工科专业应用型人才培养提供思路。
关键词: 新工科;理论力学;线上线下;金课
DOI:10.12721/ccn.2022.157053
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一、引言:

目前,我国经济已步入高速发展阶段,需要转型转向高质量发展阶段新工科建设以产业需求为导向,推进学科跨界交叉融合,以适应市场为支撑引领[1]。具体课程是培养人才的关键要素, 是以“学生发展为中心”的“最后一环节”,其建设质量和教育质量以及人才培养质量息息相关。在“理论力学”课程教学中如何引导同学们积极主动学习,养成科学严谨的思维方式,更重要的是同学们创新能力、工程实践应用能力得到提升,让同学们养成自学攻克工程实际中遇到的难题的能力,是 “理论力学”课程教学改革与探索的长期目标[2]

二、理论力学在新工科建设背景下存在的问题:

1. 教学内容比较经典,不能紧跟时代发展,学时不断减少,教学手段主要还是课堂教师主导,形式单一 。

2. 研究的问题多采取已经简化的力学模型,没有太好的体现实际工程特点,在解决实际问题中学生表现出对基本概念和规律的理解不深,对所分析的问题的简化过程不能自如运用,在处理问题的过程中不知道采取合适的方式来分析,更不会触类旁通和融会贯通,在作业或考试中遇到较复杂的情况或覆盖几个知识点的综合问题便无从下手,创新性不足。

3.理论力学课堂不能很好的体现高阶性和挑战度,教学的深度和广度有待提高。

三、新工科背景下理论力学线上线下混合式金课建设方法与内容

1. 混合式教学设计及组织实施情况:

线上线下混合式课程,带来的一定不只是形式的转变,而是课程设计的升华。根据反向设计原则,按照OBE的要求,从同学们学习需要达到的结果出发,明确教学目标,合理安排教学内容,利用合适的教学方法,进行合理评价与及时反馈;理清课程中关键因素相互的逻辑关系,实现以学习为中心的教学,以期实现预期学习目标,适应学生理论力学知识、能力、素养态度与情感都能得到综合提升,适应新时代的新需求。

《理论力学》课程借助超星一平三端实现线上线下混合式教学,根据教学大纲和教学任务,发布任务点,弄清楚理论力学学习的知识点与重要内容,制定出合适的学习进度和合理的学习计划,在线上布置练习题。让学生通过网络上教学内容完成自主学习、做好练习题、阅读课外资料等一些学习任务。

教师通过检查学生的视频观看进度,使用线上课堂的投屏、签到、讨论、随机选人、测试等功能,充分利用网络信息化技术的特点及时弄清楚同学们对各知识点的掌握情况,及时沟通预警。

线上学习的成果和线下互相促进融合。教师在线下课堂中不再重复讲解枯燥的基础理论,而是进行知识的拓展和疑难的解答。根据同学们知识点的掌握情况,对理论力学课程的章节知识进行总结提升。针对学生在网络平台学习中反馈的困难和疑问,对疑难问题组织学生分组讨论。再适当进行实际案例分析等扩展学习将课堂与未来的实际工作接轨。

理论力学课程为同学们第二学期和第三学期开设,先修有高等数学、大学物理等课程,根据这阶段的认知规律和接受特点,并结合本课程学习内容,组织实施步骤为:

(1) 课前,教师通过校网络教学平台或QQ群或微信群布置学习任务,学生自主学习,找出疑难点;

(2) 课中,首先抛出实时更新的工程问题,采用讲授、小组讨论、探究、启发、练习、课堂测验、课后拓展等多种教学方法,合理运用多媒体课件、教具、雨课堂、实验设备等现代信息技术教学手段,鼓励学生积极参与课堂,关注学生反馈情况。

 (3) 课后,以小组形式探究课后拓展题目、完成小论文、查阅相关文献资料,并完成网络教学平台上布置的课后测试、作业题,复习课程内容,线上互动讨论交流,每天安排老师负责答疑。

线上线下混合式教学模式让同学们从被动接受教师知识漫灌,改变为积极主动学习;同学们的学习积极性有了非常大的改观,提高了平均成绩,提升了优秀率;利用现代智慧教学方法,解决了填鸭式教学模式,提高了理论力学课堂的活跃性。将理论知识与现代工程的实际的结合,大大增加了理论力学课程的趣味性。因为奠定了比较好的基础,后续的专业课程的掌握情况也有了很大的改观;把思政教育理念有机融入理论力学课堂教学,让同学们具有严谨求实的科学态度和家国情怀。

2. 引入案例教学法

从实际工程中提炼出合适的力学模型是理论力学课程教学的难点,也是很多教学实践中容易忽略的一个环节,实际教学中多数情况是给学生交流的是简化后的模型,学生在根据工程实际情况求解力学问题时就会无所适从[3]

在理论力学教学中引入案例教学,可以提升学生应用理论知识解决实际工程问题的能力,例如在静力学的学习中引入图一平衡吊的分析:平衡吊是一种小型起重机,它设计成平行四边形机构,在工厂里常常用于机床边上起吊百牛以上的加工零件;同学们可以通过视频观察平衡吊工作,分析受力。

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图一  平衡吊

在运动学中,对小机器人的行走进行机构分析:掌握刚体平面运动;摆动30度的振动牙刷,掌握点的合成运动综合应用。在学习动力学的过程中,有旋转尾叶的直升机,掌握动量矩定理的应用;航天器在航天姿态调整过程中,特别重要的是计算航天器自身转动惯量,这个过程需要明确航天器的质量分布情况;其质心以及转动惯量的计算精度直接决定控制精度;在研究航天器在轨道中运行的动力时,理论基础就是动量定理,接着引入质心的概念;牛顿第二定律贯穿动力学始终,由其可以演绎出动量定理,一环一环,层层递进。在学习理论基础知识的过程中,让学生感受到分析问题时的严谨科学态度,从多方面对问题进行分析等各种正确的思考方式;让同学们具有强烈的爱国主义情怀,增强了学生社会责任感[4]

案例教学所设置项目能够较好反应出学生对基础知识的理解、分析与应用,从学习层次上来说属于深层次学习阶段。因此,可以通过对学生对项目的执行情况上来评判学生对基础知识的掌握情况。

3.提高理论力学课程两性一度

在教学中注重跟踪相关新技术的发展,并将其反映在教学内容中体现课程前沿性与时代性;教学内容引入周培源力学竞赛试题,通过实例分析,导入问题、分组讨论体现课程高阶性;理论力学基本理论和现代工程结合起来,让同学们解决复杂工程问题的能力和审辩式思维能力有较大的提升;利用关联课程知识解决复杂的实际工程中的问题教学环节,建立大课程观;专业教学有机融入“课程思政”,落实了教书育人线上线下同频共振,润物无声。

四、小结:

在新工科背景下,课程教育被赋予了高标准严要求。《理论力学》作为一门逻辑性较强的工科专业核心的专业基础课,在许多工程技术领域中有着非常多的应用,是新工科专业应用型人才培养的重要基础,是本科专业实现立德树人根本任务的重要途径。

参考文献: 

 [1] 黄彬,姚宇华 新工科背景下地方高校产业化学院建设:培养目标、功能定位与路径探索[J].现代教育论丛  2018(4): 67-71

 [2] 杨卫明,赵慧明等 "双一流"建设背景下"理论力学"课程项目化教学改革的探索与实践[J]新课程研究2017(6):76-77

 [3] 方俊 ,吴小平 机械原理与理论力学中运动学部分的比较与总结[J] 教育教学论坛 2013(12): 96-97

[4]郑少鹏 专业课程思政的探索与实践——以理论力学课程为例[J] 大学(教学与教育) 

2021(1):157-158