多种教学模式并用提升理论力学教学质量方法探讨
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作者:刘钰如 郑秀云
摘 要：结合新工科对教与学的新要求，传统教学已然不能满足学生的学习需求.如何在新形势下提高学习积极性和教学质量显得尤为重要。本文结合理论力学课程的教学与实践，通过问卷调查确定采用多种教学模式并用的授课方式，也即是采用启发式教学、案例教学、线上教學和翻转课堂相结合的方法来探索提高学习理论力学课程质量。通过对比发现，多种教学模式并用有利于提高学生的学习积极性和提高教学质量。
关键词：理论力学;启发式教学;案例教学;线上教学;翻转课堂
《理论力学》是机械设计制造专业一门理论性较强的学科基础课，是后续学好材料力学、机械原理等课程的重要基础，并在许多工程技术领域中有着广泛应用，其重要性不言而喻。而作为我院独立院校的学生而言，一部分学生理化成绩很不错目标也比较明确，这部分学生学习能力比较强，课堂不能满足其需求;而一部分学生在学习状态上学习被动、目标不明确，不善思考，这些学生又不能跟上课堂教学的进度，学习比较吃力，甚至会出现上课跑神、旷课、作业抄袭等现象。如何在这种形势下让优秀生更加优秀？让后进生能提高其学习的主动性，提升其学习效果？是作为一线教师时刻思考的问题，也是一线教师时刻努力的方向。也针对以上这些问题，显然改革就显得格外重要。
互联网和信息技术的发展和普及，改变了知识的传播方式和学生的学习方式[1]。结合笔者多年的教学经验，提出了应用多种教学模式来提升理论力学的教学质量。
一、问卷调查
为了更进一步了解学生的学习需求，小组特设计了一份问卷，共下发至2014级、2015级和2016三个年级410名学生，收回有效问卷共256份。具体的实施教学在2017和2018级两届学生。该问卷的结果如下表1所示。在设计问卷调查时本研究小组针对2014和2015级就教学方法选择上面设置的是单项选择，而针对2016级学生在教学方法上采取了多项选择的方式。该有效的256份问卷中有187份是属于2014级和2015级学生，该表格的比例基数即取于这187份。该表格显示大部分的学生更愿意采用案例教学、多媒体课件和启发式相结合的教学方式，大约12%的学生愿意采用翻转课堂[1-3]的方式进行，也即是小组讨论的方式，13%的学生赞同使用教学软件。只有5%的学生愿意采用传统教学。剩下的69份调查问卷的结果也显示大部分的学生愿意采用案例教学和采用启发式的教学方式，一小部分的学生愿意采用翻转课堂的方式，极少数的学生愿意采用传统的教学方式，从而说明了该问卷调查的有效性。
理论力学课程有着非常显著的特点，如：知识点多，琐碎，听起来容易，实践起来困难，这样就导致许多学生在学期刚开始时还有学习的热情，而后就越学越没劲，以致后面出现一系列的课堂跑神、作业抄袭等问题。针对这些问题相继有许多的应对策略，针对各个层次学生质量的不同，教师采用的方法迥异。作为我院独立院校学生出现的这些问题，我们摒弃了单独以传统的方式教学，而是采用了多种教学相结合的方式。主要是采用了多媒体课件与启发式教学、案例教学、借助教学软件线上讨论教学以及翻转课堂。在案例教学中会对案例问题的研究对象进行三维造型及运动仿真;教学软件是采用超星旗下的学习通APP，该软件具有很大的优势，可以安装在手机上，实现教师和学生的实时互动，可以进行课前发布课件以及课程要解决的问题让学生进行预习，课中进行课程讨论，课后进行发布作业，以检测学生的学习效果;翻转课堂的应用集中在对某些专题的讨论上面。
二、启发式教学
授课采用多媒体课件和启发式教学，这个过程在现代的教学进程中是十分重要的。在多媒体课件的制作上教师会采用各种平面运动的图形以及空间运动的动画进行操作，以帮助学生理解一些复杂构件。同时在理论力学的课程中会有许多抽象的简化图形，学生可能会看得懂构件的受力或运动，但缺乏与生活相联系，此时在多媒体和启发式教学中，教师就会把实物图以及实物的运动视频放给学生观看，学生此时能清楚地理解力学模型与实物之间的关联，在讲到空间力系力螺旋的问题时提到力和力偶是平行的，如何实现这种运动，我们会举出木工师傅攻丝的丝锥，很多学生见过此物不难理解，可我们很少去拍摄木工师傅工作的视频。但我们见过别人喝红酒时要起开木塞，起开木塞用的工具我们都见过，我们就给学生拍了一个起开红酒瓶木塞的视频，此时结合理论的讲解和实物视频的观看对于该知识点的理解会十分透彻，而后教师要做的就是继续引导学生去思考生活中海油那些现象用到了力螺旋这样的问题。
三、案例教学法
案例教学对于理论力学课程的学习非常有必要[4，5]，特别对于刚入大学的二年级新生来说，学生可以根据案例教学明确自己的学习方向和学习目标，真正弄清楚自己以后的职业方向，在一定程度上激发了学生的学习积极性。
（一）案例的选取
生活中的案例随处可见，然而对于工程案例的选择是比较关键的，这些案例对于大多数的学生而言是日常能接触到的就是最好的案例，这些案例不仅可以使学生快速了解到本专业的学习方向，又可以使学生快速的学习到课堂知识，很好的达到理论与实践的结合。比如在平面力对点之矩的知识点时，可以应用生活中的案例工人拧扳手的例子进行讲解。平面力对点之矩产生的效应是使物体发生转动，如何能更好的的理解使物体发生转动呢？这个例子就能使学生很好的理解这个问题，如何衡量力矩的大小，就可以使力臂确定，只需改变在拧扳手时力的大小就可以了，这样一个简单的生活实例却能很透彻的讲清楚一个知识点。又比如在讲到点的合成运动时，就可以运用平时学生坐公交车感受去理解课堂知识，选取一辆公交车，选取公交车上的一个人，选取站在地面上的人，一公交车为参考系，公交车上坐着的人是静止的，而以地面为参考系时，地面上的人觉得坐在公家车上的人是随着车一起运动的，通过这个简单的例子可以很好的理解点的复合运动中的两个坐标系和三种运动，即惯性参考系和动坐标系以及绝对运动，相对运动以及牵连运动。 （二）案例的三维造型
对于案例的选取都是教师的精挑细选，对于知识的掌握程度还需进行检验。对于此类问题我们小组针对每一章节的重难点，精选出一部分典型习题，组成习题集，并在该习题集中我们会挑出一部分问题让学生自己进行三维画图，这一部分考察了学生对知识的掌握程度，也即是知识的运用。这该过程中学生不仅能较好掌握老师所讲知识点，又能熟练运用三维构图软件。比如在讲到平面运动时，有一部分学生不能很好的理解做平面运动的物体如何及进行移动又进行转动？做平面运动的物体其上的速度和加速度与基点的选择有关，而平面运动的角速度与角加速度与基点的选择无关。在这里我们会分配学生自己去构建一个做平面运动的物体，例子的选择可以来源于课本也可以来源于生活。下图就是学生通过solid-works得一个曲柄滑块机构的三维构图。学生们反映通过做图理解了刚体中的定轴转动以及平面运动，也理解了以上的各种疑惑，这个过程对于大二的学生来说还是有一定的难度，但是在该过程中学生们掌握课本的知识，并对知识进行了再加工，在一定程度上做到了理论与实践的结合。
四、线上教学软件与翻转课堂
该课程应用了超星旗下的学习通APP学习软件，该软件可在手机上进行操作，实现教师和学生的实时互动，该软件可以提前发布教学计划，教学课件以及课堂的重难点。该平台的运用上我们主要采用提前发布教学计划和教学课件，让学生做好课前预习，并接收和回答学生给出的疑问。大部分学生会针对教师发布的任务进行提前预习，有些学生会跟老师讨论自己在理解知识点时的疑惑。课堂上教师主要针对学生的难点问题进行讲授，并会进行板书，为了检测学生课堂上大部分学生的学习情况，我们会发布课堂测验，针对某一个知识点进行测试，比如进行选择、判断、讨论以及简单的计算，大多数的学生表现都很积极，会及时作答有时还会抢答，说明该教学方式在一定程度上调动了学生的学习积极性，根据学生的参与度情况，学习通后台会给出每个学生的加权分数。
翻转课堂这方面的操作并没有太大的起色，基本都是教师特指某一位学生或某几位学生进行课堂的讨论反馈工作，可能学生自我表现的欲望还不太强烈。针对课程中的问题，教师会选定几个专题让学生讨论，并指出某一位或几位学生和教师互换身份，被指定的学生还是能很好的完成教师制定的任务。对于翻转课堂的表现教师也会平时给予加分。
五、实施效果
为了对比多种模式教学的学习效果，以下表格2展现了本校机械设计制造及其自动化2014级、2015级2016级与2017级和2018级的考试成绩统计表。从下表可以看出，自从2017级和2018级实施了多种教学方式之后学生的平均分数和及格率得到了明显的上升，从隐性的数据中我们可以得出新的教学模式的融合，可以提高学生的学习积极性，让学生更加主动的去学习，在这个学习的过程中更加注重学生平时的表现，学生也愿意也更加主动的去参与到教师的授课中来，明确了自己是学习的主体。
六、结语
在新工科背景下，理论力学的教学需要突出的是以学生为中心的教学方式，需要突出学生解决实际问题的能力以及创新能力的培养，并且要提高学生理论与实践相结合的能力。采用多种教学模式相结合，突出学生的主体地位，通过多种途径激发学生的学习积极性，在一定程度上提高了學生的学习成绩，取得了良好的学习效果，这条路任重而道远，我们仍会继续努力尝试新的教学方法，并熟练应用各种教育技术，最大程度的发挥现代化的教学手段所带来的教育优势。
参考文献：
[1]张娟，王艳，余龙.理论力学“四堂融合”混合式教学和考核模式改革的实践[J].力学与实践，2019，41（02）：210-215.
[2]谭周玲，刘德华，程光均.翻转课堂教学模式在理论力学教学中的应用[J].高等建筑教育，2018，27（03）：47-50.
[3]王霏，刘晓颖，刘斌.基于翻转课堂的高校理论力学课程教学改革与实践[J].教育教学论坛，2017（26）：137-138.
[4]张应迁，付磊，文华斌，李良，罗云蓉.工程案例教学在理论力学教学中的应用[J].教育教学论坛，2015（20）：169-170.
[5]宋淑萍，刘兵飞.案例教学法在理论力学教学中的应用[J].教育现代化，2017，4（44）：167-168.
基金项目：获得武汉科技大学城市学院校级教研项目资助，项目名称：应用三维数字化技术提升理论力学课程教学质量的研究与实践项目标号：2017CYZDJY005
作者简介：刘钰如（1987-），女，汉族，河南周口人，硕士，讲师，研究方向：主要从事力学教学与科研工作。
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