多元融合的基础力学有效教学研究与实践
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作者:徐锋 张永炬 范剑
[摘 要] 从教学环境、课程理论性和工程模型以及以教为主向以学为主转变三个方面展开研究，通过“外因—内因—实施—校核”一整套方法，借助精品课程建设、微课程教学改革、教与学竞赛以及教与学模式的转变等手段，逐步形成一套教书与育人、课内与课外、理论与实践、教学与科研、设计与竞赛相结合的集课堂教学、课程实验、综合设计、教学竞赛多元融合的基础力学课程教学体系，建立了一种注重师生互动，鼓励学生主动学习与相互协作，强调时间投入并提供及时反馈，尊重学生差异和不同学习方式并综合考虑“环境—过程—结果”的有效教学模式。
[关键词] 基础力学课程;有效教学;微素材
[作者简介] 徐 锋（1980—），男，安徽宿州人，博士，讲师，研究方向：课程教学。
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2020）25-0257-02 [收稿日期] 2019-11-18
一、研究背景
基础力学课程是工科学生接触到的第一门理论联系工程实践的重要专业技术基础课程。由于课程开设时，学生对专业知识还不够了解，课程讲解过程中经常出现诸如结构看不懂、原理弄不清的状况，致使学生在学习过程中强行被动接纳理论知识，无法感受课程作为专业技术在解决实际工程问题时的乐趣。另外，力学课程的知识逻辑和模型的真实应用场景需要较长思考和吸收的时间并辅以大量习题和相应的实践加以巩固，学生基础薄弱但可塑性强的特點[1]对教学过程提出挑战。如何充分利用“可塑性”来激发学习兴趣和主动性，弱化“基础薄弱”，让课堂效果和习题巩固环节都能得以顺利进行（避免大面积的课后作业抄袭），是教学模式构建需要解决的核心问题。
面对学情（学生层次、能力、特点）、师情（教师能力、风格、素养）、课情（课程特征、重点、难点）、校情（培养目标、规划、制度）等复杂环境变量对基础力学课程教学过程的影响，如何上好基础力学课程并发挥其在培养学生的工程思维和工程实践能力中的先导作用，以适应应用型人才培养目标的要求，是在教学过程中面临的新问题。为此，课程组经过多年教学实践和不断凝练，主要针对教学过程如何应对复杂教学环境（校情、课情、学情、师情）;课程理论性强、工程模型抽象且与实践联系不紧密;以教为主向以学为主转变三个方面展开研究。
二、研究问题的方法
1.针对教学过程如何应对复杂教学环境问题，通过主成分分析方法降维复杂环境变量，建立构建主义学习模式。有效教学实质上是通过一系列的教育活动，使学生学习达到预期的最佳效果，包括教学效果、教学效率和教学效益[2]。而建构主义学习注重知识的建构性、境脉性、复杂性和社会性，尤其强调外在整体环境的重要性，而学习者的个人行为则决定了其知识的建构[3]。针对学情（学生层次、能力、特点）、师情（教师能力、风格、素养）、课情（课程特征、重点、难点）、校情（培养目标、规则、制度）等一系列复杂且具有耦合性的环境变量，利用主成分分析方法将上述环境变量逐次降维处理，确定学情分析、教师素养、课程系统以及培养目标与定位等影响有效教学的主因，根据主因和影响机制来确定一种强调以学习者为中心，注重学习过程的真实境脉和外部信息资源对学习的支撑作用，重视互动与协作性学习以及在学习过程中主动构建知识的构建主义学习模式。
2.针对课程理论性强、模型抽象等问题，加强理论与实践的联系，建立多元融合的课程教学体系。将科研成果引入课堂，让学生参与科研工作，加强理论与实践的结合;注重以动画模拟辅助力学模型的真实境况讲解，增设有限元课程，培养学生工程思维和建模能力;邀请经验丰富的教授对青年教师“传、帮、带”，定期举办教学研讨和观摩课，鼓励教师参加校级、省级教学技能大赛，提高教学水平;引导学生参加省力学竞赛、机械设计竞赛和全国包装结构设计大赛，培养理论用于实践的能力;自主研发实验设备，开设综合性实验，逐步形成“教研相长、学赛互补、上下联动、内外兼修”的多元融合教学体系。
3.巧用现代信息工具，形成微课和翻转课堂深度融合的有效教学模式，实现以教为主向以学为主转变。考虑课程的理论性和学生基础，改变满堂灌的教学模式，精讲多练，制作多“微”素材，譬如，对课程中出现的复杂结构和原理制作微模型;针对专业背景和培养目标制作微教案;结合知识难点、学生层次和水平录制微视频;对于容易犯错的课后难题制作微练习;针对具有知识外延性的课外拓展布置微实践;针对教师难以掌控学生知识内化程度问题让师生角色互换，分享学习经验;针对课后作业抄袭现象严重影响知识消化问题定期举办微测试。多“微”素材的制定有效解决了基础力学课程面临的理论性强、模型抽象、学生学习倦怠畏难等问题。另外，巧用信息化搭建微社交和课程网络学习平台;考评改革激励学生学习方式的多元化，从而建立了一种注重师生互动、鼓励学生主动学习与相互协作、强调时间投入并提供及时反馈、尊重学生差异和不同学习方式并综合考虑“环境—过程—结果”的有效教学模式。
三、实践效果
1.学生成绩稳步提升，实践能力增强，相关竞赛取得突破。学生卷面及格率稳步提升，对基础力学课程的认知和态度逐步改观，学生的反馈和评价大都是课程与专业关系密切，实践性强，老师认真负责，上课充满激情，教学方法适合等。其中在材料力学及实验课程对专业培养目标的达成度分析中，在分析工程问题、清晰表达设计目标、实施机械领域相关实验等方面表现良好（当量值分别为0.86/0.82/0.90），为应用型培养目标和专业认证做出一定贡献。学生积极参加省级大学生力学竞赛，三年共获得一等奖1项、二等奖3项、三等奖5项，实现学校在此项赛事的重大突破。在全国大学生包装结构设计大赛中，以有限元法分析包装结构力学性能的参赛作品《植物秸秆包装容器结构设计及有限元分析》获全国二等奖。 2.精品课程建设初见成效，教材、项目和论文等成果丰富。自材料力学及实验立项建设精品课程以来，课程网络学习平台得以完善，学生可以通过网络随时随地学习相关理论和实验课程，而材料力学课程也被评为校首届“魅力课堂”。课程组以基础力学课程教学改革为内容共申请了省教育科学规划项目2项、市教育科学规划项目1项，已举办四届大学生力学竞赛，发表教改论文10余篇，其中2篇被EI收录。
3.青年教师成长迅速，课堂评价连年优秀，教学竞赛屡创佳绩。基础力学课程团队和谐、精干、富有朝气，具有良好的创新意识。近年来，课程组全部青年教师均获得过各类各级别教学技能竞赛奖，其中作者本人获得浙江省第九届高校青年教师教学技能竞赛一等奖、浙江省“三育人”先进个人和市校级教学成果奖。青年教师教学技能的不断提升得以反哺教学，并在同行教学观摩课中起到良好的示范作用。
参考文献
[1]徐锋.面向不同群体的层次教学法在力學课程中的应用与实践[J].教育教学论坛，2015，（42）：107-108.
[2]陈玲玲.有效教学的类型、问题及改进建议[J].教学与管理，2019，（6）：4-7.
[3]余姿.基于认知耦合范式的翻转课堂教学设计与应用[J].高等工程教育研究，2016，（2）：180-185.
Abstract：Basic Mechanics course is a very important technical basic course for the mechanical specialty，yet the teaching effect is always unsatisfactory.In view of the main problems in teaching process，research is conducted from three aspects：teaching environment，theoretical characteristics，and engineering model.Through high-quality course construction，micro-lecture teaching reform，teaching competition and the transformation of teaching model，the teaching system of Basic Mechanics is gradually formed，which combines theory and practice，teaching and scientific research，design and competition.An effective teaching model is also established，which pays attention to teacher-student interaction，encourages students to study and cooperate actively，emphasizes time investment and provides timely feedback，and respects students' differences and different learning methods.
Key words：Basic Mechanics;effective teaching;micro materials
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