“虚实结合、多堂联合、知行耦合”——应用型本科理论力学一流课程建设与实践研究

瞿志俊，马常亮，温宏愿，王荣林，孙松丽

（南京理工大学泰州科技学院 智能制造学院，江苏泰州 225300）

当前，本科院校根据《教育部国家发展改革委 财政部关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变的指导意见》，将“培养应用型本科人才”作为学校的办学定位，而培养应用型本科人才的基点最终还是落到应用型课程建设。理论力学作为机械类、土木类等专业的一门专业基础课程，是理论联系工程实践的具有承前启后作用的课程[1]，其对工程技术人才培养的重要作用不言而喻。传统的纯线下课堂教学模式已经不能满足应用型本科学生教学要求[2-4]。同时，如何培养应用型高校学生的家国情怀、科学精神与人文素养，也是当前力学教学领域讨论的热点课题之一[5]。因此，应用型本科理论力学课程教学需要解决以下几个问题：（1）针对应用型本科学生力学基础学情、理论力学课程要求不断提高、课时不增反降的实际情况，改革课堂教学，优化教学设计，实施混合式教学模式，提升教学效果，高水平地达成课程教学目标。（2）落实立德树人，在课程教学内容和教学活动中有机融入思政元素，达到润物无声的育人效果。（3）合理运用智慧教学工具，将学生的手机从低头的工具变成抬头的利器，打破课堂沉默状态，激发学生的学习热情，让课堂活起来。（4）改革传统的考核评价方式，将形成性评价与终结性评价相结合，科学评价教学目标的达成度。并且在教育部首批一流课程认定名单中，理论力学共获批11 门，其中研究型大学占10 门，应用型本科层次只有1 门，因此应用型本科院校理论力学一流课程建设迫在眉睫[6-8]。

1 课程建设方法和途径

1.1 建立“三横三纵”的课程教学内容体系

根据学生认知规律，基于布鲁姆教育目标分类理论[9-11]，构建“三横三纵”的课程内容体系。“三横”是指静力学、运动学、动力学三个模块；“三纵”是根据认知规律，将每个模块分为基础、应用、创新三个层次。基础层次包括基本概念、基本理论、基本方法。在应用层次中，引入工程实际案例、高新技术成果，同时引入有限元软件（MSC.Adams），理论联系实际，增加课程的高阶性和挑战度。在创新层次中，引入动手制作比赛、学科竞赛、创新项目等，增加课程的创新性。并从我国重大工程、行业典型代表人物、力学史等方面挖掘课程思政元素，有机融入教学内容。

1.2 创新“四堂一体”的课程教学模式

实施线上课堂、传统课堂、翻转课堂、第二课堂“四堂一体”的“多堂联合”创新教学模式。线上课堂实现基础层次知识传授前移，传统课堂、翻转课堂实现应用层次知识内化，第二课堂实现创新层次知识拓展。

基础层次的教学以线上虚拟课堂为主，按知识点录制微视频并上线，发布学习任务清单，学生线上自学、自测，师生线上交流互动。依托超星平台建立理论力学在线课程，支撑“四堂一体”创新教学模式中的线上课堂教学。对于难度较大等不适合线上自学、理论强的知识，仍放到实体课堂教学。在思政设计方面，以“画龙点睛式”的方法，围绕定理、原理等知识点，追溯知识点的力学史和力学家，培养学生积极探索、勇于批判、敢于创新的科学精神。

应用层次的教学是本门课程的重点，是实现应用型课程的核心，是培养应用型人才的关键。应用层次的教学以传统课堂、翻转课堂等实体课堂为主，教学任务主要是运用基础层次的知识解决工程实际案例，通过“学中做”实现知行耦合。教学活动策略是利用雨课堂等智慧教学工具，在教师引导下开展分组讨论、组间互评、合作探究式学习，打破课堂沉默状态，激发课堂活力，使学生动起来。在思政设计方面，以“专题嵌入式”的方法，围绕某个工程案例，借助我国重大工程和行业典型代表人物的光辉事迹，培养学生家国情怀和爱国精神。

创新层次的教学以第二课堂等实体课堂教学为主，引导学生参加动手制作比赛、学科竞赛、创新训练，参与教师科研项目，通过“做中学”实现知行耦合。在思政设计方面，以“专项训练式”的方法，通过“研、创、赛”培养学生积极探索、勇攀高峰的科学精神。

综上所述，通过虚拟课堂（线上课堂）与实体课堂（传统课堂、翻转课堂、第二课堂）相结合，推行“多堂联合”课程教学模式，在教学活动中，以“学中做、做中学”的方式达到知行耦合，实现培养应用型本科人才的目标。

1.3 搭建“三维四度”的课程评价体系

遵循OBE 理念[12-14]，突出形成性评价，设计了“三维四度”评价体系。第一维，线上评价占20%，包括在线视频及资料学习（5%）、在线自测（5%）、在线讨论（5%）、作业互评（5%）；第二维，线下评价占70%，包括翻转课堂（5%）、课堂测试（5%）、课后作业（10%)、分组项目（10%）、笔试（40%）；第三维，第二课堂占10%，包括动手制作比赛、学科竞赛、创新训练、教师科研项目。通过“三维”考核实现对学生学习投入度、知识点掌握度、能力实现度、课程目标达成度的“四度”评价；在完成课程成绩评定的同时，也间接实现了对思政育人效果的考查。

2 课程建设的成效

2.1 课程建设得到认可

本课程被学生评为“四有”课程：即有情、有趣、有料、有用。校内督导和同行认为本课程建设改革成效显著，学生知识、能力和素质的培养达到了既定的教学目标。“四堂一体”的教学模式与“三维四度”的评价体系获得了校内督导和同行的一致认可。同时，本课程2021年被学校认定为首批校级一流课程（编号：2021-1-003），并且本课程的教学资源、教学模式、评价体系已经推广到兄弟院校理论力学课程教学中。

2.2 课程教学团队成果突出

近年来，课程教学团队成员获得力学讲课竞赛省级奖项5 项，其中两位教师分别获得第8 届和第9 届江苏省工科基础力学青年教师讲课竞赛理论力学组特等奖。同时，一位教师以理论力学案例教学设计参赛获得2021年度校级“课程思政”教学设计竞赛一等奖。

2.3 学生成绩逐年提升

2018 级机电班（改革后）、2019 级机电班（改革后）课程平均分依次为80.1 分、84.7 分，比2017 级机电班（改革前）分别提高10.4 分、15 分；2018 级机电班（改革后）、2019 级机电班（改革后）课程及格率分别为88.2%、95.0%，比2017 级机电班（改革前）分别提高8.6%、15.4%，如图1所示。与未实施改革的平行班相比，2018 级机电班（改革后）平均分提高10 分、及格率提高7.2%，2019 级机电班（改革后）平均分提高11.1分、及格率提高9.5%，如图2所示。通过学生成绩的纵向、横向比较，表明该课程建设改革创新取得了显著的效果。

图1 课程成绩纵向比较图

图2 课程成绩横向比较图

2.4 学生学科竞赛成绩斐然

近年来，我校学生在国际大学生工程力学竞赛（亚洲赛）、全国周培源大学生力学竞赛、江苏省大学生力学竞赛等力学权威竞赛中均获得了各类奖项。

3 课程建设的创新特色

本课程建设创新了集“思专一体、四堂一体、理实一体”的“三维立体”课堂，形成了一定的课程特色，具体如下：

3.1 思专一体，协同育人

坚持价值引领，将课程思政贯穿课程教学全过程。以我国重大工程、行业典型代表人物先进事迹为例，培养学生家国情怀和爱国精神；以力学基本概念、基本原理背后的科学家的攻关精神与力学史为例，培养学生的科学精神；以力学竞赛、创新实践项目培养学生的科学精神、团队协作和沟通表达能力。

3.2 四堂一体，创新育人

实施线上课堂、传统课堂、翻转课堂、第二课堂“四堂一体”的“多堂联合”创新教学模式。线上课堂实现基础层次知识传授前移，传统课堂、翻转课堂实现应用层次知识内化，第二课堂实现创新层次知识拓展。在传统课堂内，通过翻转课堂总结与汇报线上学习成果，开展自制教具等分组项目自评、互评等课内实践活动；对于知识重点、难点与有限元仿真实践等内容，基于工程案例与教具，教师讲解示范、学生练习；借助雨课堂等智慧教学工具开展分组讨论、组间互评、随堂测试，打破课堂沉默状态，激发课堂活力。

3.3 理实一体，实践育人

按照实践——理论——实践的路径，培育学生力学思维、抽象建模与计算分析能力。针对知识重点、难点，引导学生运用3D 打印技术，设计制作教具，通过翻转课堂，学生借助教具讲解蕴含的力学原理；基于平衡吊车、机械外骨骼等工程案例培养学生应用理论力学知识的能力；运用MSC.Adams 完成典型例题、工程案例的建模及仿真分析，并与理论分析进行对比验证。

4 结语

本文围绕应用型本科人才培养定位、围绕立德树人根本任务，结合新时代高等教育理念与学生认知学习规律，进行了应用型本科理论力学一流课程的建设与实践，课程建设改革成效显著，主要体现在以下几个方面：（1）根据学生认知规律，基于布鲁姆教育目标分类理论，构建“三横三纵”的课程内容体系；（2）实施线上课堂、传统课堂、翻转课堂、第二课堂“四堂一体”的“多堂联合”创新教学模式；（3）遵循OBE 理念，突出形成性评价，设计了“三维四度”评价体系；（4）本课程被学生评为“四有”课程，学生成绩逐年提高，实践能力得到提升，并得到校督导和同行高度认可，学生知识、能力和素质的培养达到了既定的教学目标；（5）本课程建设创新了集“思专一体、四堂一体、理实一体”的“三维立体”课堂，形成了课程特色。