基于微课程的“理论力学”教学方法探索

尚慧琳

[摘 要]“移动学习”和“微课程”的产生引起了高等教育的教育形式和学习方式的重大变革。对“理论力学”这样一门公认较难的机械类专业基础课，本文基于微课程探索“理论力学”在教育信息化进程中新的教学方法，从而帮助学生更深入地理解这门课程，培养创新思维能力。

[关键词]微课程 移动学习 理论力学 教学模式

[中图分类号] G431 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）03-0093-02

一、引言

随着智能手机和平板电脑技术的快速发展和教育信息化的推进，“移动学习”（Mobile Learning）和“微课程”（Micro Lecture）应运而生，这给传统的教学方法带来了巨大冲击。移动学习[1]被定义为一种在移动设备（如智能手机和平板电脑等）帮助下的能够在任何时间、任何地点发生的学习，其中所使用的移动设备必须能够有效呈现学习内容和提供讲授者与学习者间的双向交流（可通过无线通讯协议实现）。这种学习方式比传统的课堂教学方式灵活得多。由于在高等院校的学生中智能手机、平板电脑和无线上网的普及，学生们可以便捷地进行移动学习，而微课程正是移动学习的重要教学资源。

微课程是运用建构主义方法化成的、以在线学习或移动学习为目的的实际教学内容。[2] [3]目前在对微课程的比较普遍的认知中，微课程有三个主要特征：其一，时间在10分钟以内；其二，以教学视频为主要载体；其三，有明确的教学目标，集中针对某一个知识点或教学环节开展教学活动。这三个特征都集中地体现了一个“微”的概念。这是因为在移动学习的过程中，人的注意力较分散，其中国外可汗课程的统计和脑科学的研究表明，人在“移动”中注意力集中的有效时间为10分钟左右，即只能进行“片段”学习，很难开展大容量的学习内容。因此，为了更好地开展学生们的移动学习，需要教师们开发更多优质的微课程。

为此，本文以高等院校机械类专业公认的较难理解的一门专业基础课“理论力学”为研究对象，根据课程的特点，探索在移动学习和微课程的环境下“理论力学”教学方法的新模式。

二、“理论力学”的课程特点

“理论力学”是高等工科院校许多专业的重要的专业基础课程。课程的教学目的是使学生掌握质点、质点系和刚体的机械运动（包括平衡）的基本规律和研究方法，为学习后继课程打好必要的基础，并初步学会应用理论力学的理论方法分析和解决一些简单的工程实际问题。

“理论力学”主要教学内容可分为静力学、运动学和动力学三个篇章。[4]静力学篇章主要培养学生应用平面任意力系的平衡方程求解一般物体系统的平衡问题；运动学篇章培养学生运用点的合成运动、刚体简单运动和平面运动的知识在具体工程环境和实际约束情况下掌握物体的运动规律；动力学篇章则培养学生掌握动力学普遍定理、达朗伯原理（动静法）和虚功原理等方法，并能运用这些方法分析工程实际中物体的力与运动的关系以及运动的机理。“理论力学”中理论与方法的应用领域非常广阔，从工程实际到日常生活、从体育运动到儿童玩具、从古代器皿到现代科技、从自然现象到文学艺术，无所不在。[5]

由于“理论力学”的教学内容中包含了大量的力学概念、定理、定律和原理，而以培养学生解决实际问题的能力为主要教学目的之一，因此这门课程具有体系严谨、理论成熟、理论知识点高度概括、逻辑性强、内容丰富、问题灵活多变、应用领域广阔等特点。[6]也因此，在绝大多数工科高等院校中“理论力学”的考试通过率并不高，学生普遍反映理论能听懂，但习题还是难解决，即理论很难融会贯通、灵活自如地运用到实际问题中。

三、“理论力学”开展微课程的必要性

由于“理论力学”课程具有逻辑性强、问题灵活多变的特点，很容易造成课堂教学中“教师苦教，学生苦学”的局面；而运用力学原理解决问题遭受的挫折感也容易造成学生对这门课程的厌烦情绪。“理论力学”微课程作为一种新型的教学形式则可以吸引学生们的注意力，激发学生们的学习兴趣，促进学生们个性化的学习。

同时，“理论力学”中有许多学生们不易理解的教学重点和难点等，在课堂教学中学生并不一定能够随着教师的讲授而同步学习和理解，因此针对这些主题设计较短教学时间和单一主题的微课程可以辅助学生复习和在课下异步学习。学生可以根据自己的学习意愿与需求选择相应的微课程，以及播放的次数。

综上所述，设计相关微课程对于更好地开展“理论力学”教学具有一定的必要性。

四、“理论力学”微课程的设计

“理论力学”微课程并不是其传统课堂教学的切片或压缩。比如，将一学时的“理论力学”课程内容或者其中一半内容强行压缩到10分钟以内，这并不是微课程。微课程的设计目的是让学生将注意力集中于单个的知识点，而并不需要像课堂教学那样考虑所讲授的所有知识点间的层次。

在“理论力学”中，并不是所有的知识点和内容都适合设计成微课程的。例如，一些简单的概念和力学原理学生们完全可以直接看教科书，而不必借助视频资料。最适合设计微课程的课程内容应该是那些内容相对独立的单个知识点，对应学生不容易理解的重点和难点，或者容易激发学生创造力的兴趣点。如，静力学篇章中二力杆的约束反力，力对轴之矩的计算和桁架结构中零杆的识别等；运动学篇章中平面运动刚体的速度瞬心法，加速度基点法，点的合成运动的基本概念，牵连运动为转动时科氏加速度的产生等；动力学篇章中质心运动守恒定律，动量矩守恒定律，刚体在不同运动特征下对应的惯性力，虚功原理的应用实例等。

一段微课程的设计一般包括课程名称、知识点、授课对象、授课时长、教学目标、教学内容、设计人等方面。考虑处在移动学习中学生的注意力，可以从实际工程中的小问题入手，对具体现象进行分析和梳理，导入新的概念、理念和方法，并加以总结。按照以上框架，以“理论力学”中点的合成运动的基本概念这一知识点为例实践本门课程的微课程的教学设计。这一知识点是“理论力学”中重要的知识点，尽管只是基本概念，在教材当中涉及的篇幅非常短，却有着很容易让学生混淆的概念，而其中对于动点动系选择上的不确定也会大大影响后续运动学章节的学习。因此这一知识点非常适合设计微课程来辅助学生们课后复习。这一知识点的微课程的设计方案如表1所示。其中微课程的录制可以采取智能手机或其他视频录制工具录制PPT屏幕，配以教师的实时解说来实现。这样设计的微课程与传统的授课视频相比，存在知识点少而精以及授课时长较短的优势，但与传统的授课视频一样，仍缺少师生的互动环节和对学生学习状态的监控，因此只能作为传统的课堂教学的有益补充。“理论力学”微课程的设计还有待于进一步的实践和改进。

五、结语

在“移动学习”时代来临之际，微课程正日益引起教育领域的关注。从高等院校到中小学，各门课程都在逐渐开展微课程的设计与开发。“理论力学”作为一门非常适合开展微课程学习的课程，为学生提供微课程学习具有非常大的必要性，微课程的建设也存在着很大的发展空间。目前，“理论力学”微课程的实践刚刚起步，随着微课程建设的逐步开展，一定会有更多的微课程可以分享。相信在不远的将来，不仅仅从事“理论力学”教学工作的教师可以通过微课程为学生传授知识，而且学生可以把自己看微课程时的体会与问题，或由“理论力学”的学习所诱发的新思路、创造的实物及研制过程，制成微课程与师生分享，实现微课程互动，启发教学和教学相长，使得“理论力学”微课程教学发挥更大的作用。

[ 注 释 ]

[1] 黎加厚.微课的含义与发展[J].中小学信息技术教育，2013（4）：10-12.

[2] 杨元元.MOOC时代的教学模式革新[J].大学教育，2014，（7）：49-51.

[3] 高强，冯志华，兰向军，等.理论力学微课的设计[J].教育教学论坛，2014（13）：48-49.

[4] 哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学[M].北京：高等教育出版社，2009.

[5] 陈建平，陶秋帆，吴文龙.理论力学中动力学问题的演变与创新思维训练[J].力学与实践，2004（5）：72-74.

[6] 张亚红，刘睫，赵玉成.非力学专业理论力学教学改革的思考[J].力学与实践，2003（3）：63-65.

[责任编辑：覃侣冰]