唐双成 程 娜 顾爱军 顾延东

扬州大学水利科学与工程学院 江苏扬州 225009

1 概述

在“新工科”建设和一流本科人才培养的双重要求下，如何给传统的“理论力学”课程赋予新的生命力是一个迫切需要解决的问题[1-2]。“理论力学”是工科类专业一门重要的专业基础课程，承担着基础课和专业课承上启下的作用，对水利水电工程专业而言，“理论力学”是后续“材料力学”“流体力学”“结构力学”的基础，所有力学课程的概念、原理和定律等构成了严密的逻辑知识体系。

“理论力学”课程分为静力学、运动学和动力学三个篇章，知识体系和逻辑结构各不相同。静力学篇章主要研究物体受力分析的基本方法以及物体的平衡规律；运动学研究运动的轨迹、位移、速度和加速度等纯几何特性，引入向量和坐标系更加直观地描述物体的运动规律，从简单运动到复杂运动再到合成运动；动力学篇章是对前两篇章知识内容的统一，将质点系运动和受力进行统一，研究物体的受力和运动之间的关系。从静力学到运动学再到动力学，严密的课程逻辑结构致使相当比例的学生掌握有难度。研究表明，目前高校教师教学方法单一，需持续创新和改进[3-4]。华蕊等[5]研究表明，对分课堂设计调动了学生学习积极性，提高了学生的课堂参与度和学习能力，提升教学效果，把学习知识和探讨问题培养成行为习惯。浦玉学等[6]针对“理论力学”的课程特征，研究如何进行“理论力学”课程思政元素设计，总结课程思政实施的一般流程。因此，培养具有扎实力学功底的新工科人才，需要对传统的“理论力学”持续进行课程教学内容与教学方法改革与创新，提高“理论力学”课程的教学质量。

2 问题提出与课程改革思路

“理论力学”课程授课对象大多数为工科专业本科一年级或二年级学生，“理论力学”教学过程中存在如下的普遍问题：(1)学时较长，如何让学生从头到尾保持专注，保持激情；(2)章节内容分割不清楚，教师主导的“满堂灌”教学模式，使学生缺乏学习的新鲜感和主动性；(3)与水利专业方面的工程实例联系不够紧密；(4)传统的“理论力学”课程讲授缺乏对课程思政和立德树人方面内容的融入。针对以上问题展开了短期内可实现的“理论力学”课程改革研究。在当前的大背景下，结合“理论力学”课程特征，与水利工程实例紧密结合，迫切地需要研究一套融入课程思政、立德树人的可实现教学模式。

可短期实现的多目标教学设计相融合，首先，收集国内外水利工程素材，结合具体内容与水利工程实例紧密结合；其次，结合“理论力学”的课程特征，梳理与优化课程内容，确保线上线下有效衔接；最后，在教学过程中，柔性融入课程思政、立德树人的教学思路。梳理优化教学内容线上线下相结合，根据优化的课程内容，以每节课为单位重新进行教学设计，进行“理论力学”全课程视频录课，根据章节的内容特征进行线上和线下多元化混合课程教学模式。最终，经过上述教学改革，“理论力学”课程实现可落地的多教学设计相融合的目标。

3 课程改革措施与方案

3.1 教学改革内容

通过课程多目标的融合和梳理优化教学内容线上线下相结合的方式，研究一套全新的可落地的“理论力学”课程教学模式，确定了以下主要教学改革内容。

3.1.1 梳理与优化课程内容进行全方位的教学设计

梳理“理论力学”课程的组织构架，理清各章节之间的脉络关系，重新优化课程内容，对于每一节的教学内容，从课前回顾、知识点引出、主要教学内容、工程实例应用和最后课堂总结等环节进行全方位的教学设计。

3.1.2 柔性地融入课程思政立德树人的教学理念

结合“理论力学”的课程特征，从哲学、逻辑方法、工程案例、历史人物等方面着手，挖掘可进行课程思政的知识点，将课程思政和立德树人元素柔性融入“理论力学”日常教学过程。

3.1.3 录制全课程视频进行线上线下混合教学

基于以上两点课程教学设计和课程思政理念的融入，进行全课程视频录制。根据梳理后的各节课程特征，优化知识结构，合理分配线上和线下课程的混合式教学。

3.2 教学改革方案

“理论力学”课程改革按“课程体系梳理”→“课程思政理念融入”→“工程实例结合”→“线上课程录制”→“多目标教学设计融合”→“线上线下混合教学模式建立”六个步骤进行，具体多目标教学设计改革结构如下图。

多目标教学设计改革结构图

3.2.1 课程体系梳理与分割

针对“理论力学”课程特征，确定全课程概念体系的脉络，梳理课程结构，以知识点为基本单元，重新优化课程章节分布。同时，查找不合理的教学体系或路线，或因体系陈旧而不能适应当前教学方法和理念等。对于前后重复出现的概念需重点关注，使同一概念保持统一性、连贯性、一致性，下表为静力学篇章中静力学公理和平面力系整合分割后的知识单元分布及建议授课时长。

而静力学篇章共分了11讲，33个知识单元，根据每个单元的内容特征，建议授课时长从6min到30min不等，平均授课时长为12.85min。单个独立的单元授课使每个知识点更突出，同时，每个知识点讲解时间相对较短，同学们注意力更集中，提高整体授课效果。“理论力学”全课程共分为30讲，86个独立知识单元，课程内容的全面梳理与分割，以及授课时长建议为后续线上录制视频课程提供参考。

3.2.2 课程思政元素融入

国家对于一流本科专业建设的新要求，全面落实课程思政和立德树人教育理念。“专业教育”和“思政教育”有效结合起来，有助于在教学过程中传播爱国精神和民族情怀，培育和践行社会主义核心价值观。根据“理论力学”的课程特征，针对梳理分割后的每一节知识单元，可以从哲学思维元素和工程案例元素两方面挖掘思政元素。

3.2.2.1 哲学思维元素

绪论中讲到，“理论力学”是研究物体机械运动一般规律的一门学科，研究和发展过程符合辩证唯物主义认识论，研究基于牛顿和伽利略的经典力学理论，而牛顿三大定律反映了哲学思想在自然科学中的具体化。比如，杠杆原理以及摩擦自锁等都是通过观察生活和生产实践中的各种现象，经过多次的科学实验及分析、综合、归纳而形成的。“理论力学”的学习和研究有助于学生形成科学的辩证唯物主义认识论和方法论。比如，在讲“约束”一节时，首先要介绍对立的自由体和非自由体，发现受到一定约束的非自由体才是最安全的。在此进行引申，日常做人做事也是一样，绝对的自由是不存在的，约束和自由是相对的，自由要限制在法律和社会公德的约束范围之内。

3.2.2.2 工程案例元素

力学作为现代自然科学的一门基础学科，在课程的学习过程中，将力学在工程界的作用向学生展示。在讲解静力学平衡问题时，引入赵州桥的例子，赵州桥距今已有1400多年的历史，经历了多次水灾、战乱和地震依然屹立不倒，这是中国桥梁史上的空前创举，我国著名的建筑学家梁思成称赞赵州桥为中国工程界一绝，其伏拱敞肩和坦拱的设置蕴含了精妙的力学结构创新能力。近年来，我国的航天事业取得了傲人的成绩，而开展航天工程力学问题研究在航天技术的发展中起到举足轻重的作用。比如讲解科氏加速度时，在完成点的加速度合成公式推导后，可以转入我国的航天事业和国防工程，神舟系列号航天员已多次在太空漫游，每一次的发射和着落返回都要从力学角度进行综合考虑和精确的验算。再比如讲到物体的重心，以国之重器三峡水利枢纽切入，重力坝非溢流坝段基本剖面如上图所示呈三角形，通常背水面较缓，迎水面较陡(甚至直立)，重心偏向上游面，迎水面较陡有利于坝体抗倾覆稳定。从耳熟能详的工程元素角度入手可以增强学生的民族自豪感，唤醒学生崇高的社会使命和社会责任感，激发学生学习热情。

3.2.3 线上线下混合教学模式建立

线上线下混合教学是教学设计中进行多目标融合的重要部分，线上线下混合教学包括线上网络教学和线下课堂教学，线上网络教学又包括已录好的课程视频观看和学校Eol网络教学平台习题练习。课程视频录制需精准设计每一堂课，从回顾、引出、内容、总结、应用等环节进行全方位的教学设计。项目组老师根据分工，利用学校现有智慧教室的资源，对“理论力学”全课程以知识点为单位，进行全课程网络视频课程录制。教学团队需要根据教学大纲和教学任务，提前建设网络课程，明确学习的知识点和重点内容，合理地制订学习计划。

3.2.3.1 线上教学

学生可按照老师制定的教学进度线上学习，利用网络资源提前独立自学老师已录制好的教学视频，然后在线完成Eol网络教学平台上的习题，老师根据学生对知识点的掌握程度及时补充和调整教学计划。线上教学主要是让学生掌握理解各知识点的基本概念和原理，能熟练运用基本的计算方法求解简单的工程问题。同时，网络平台和视频资源的学习课促使学生自主思考，从而提升学生的学习主动性和自学能力。

3.2.3.2 线下教学

线下教学指老师和学生在教室面对面授课，其主要是对知识点的巩固、强化和提高，线下授课不再重复讲解相关的基本理论等内容。教师结合该课程中的重点与难点，调整课堂教学内容的侧重点，在课堂教学过程中，重点讲解学生线上学习中遇到的难点问题，介绍工程案例和典型例题，进行师生互动以及知识的综合提升等。如讲“物体的受力分析”这节课时，约束和约束力的概念介绍可以看录像，常见的典型工程约束分析以及与工程实际相关的光滑铰链、球铰链、轴承等内容采用现场讲解讨论的形式开展。采用线上线下多元的课堂授课形式，不仅提高了学生学习的参与度和学习的主动性，而且加强了学生的团队合作意识和创新意识。

结语

在新工科、一流本科人才培养等多方面的要求下，本科教学研究和实践不断深入，“理论力学”课程教学需要突出学生解决实际问题能力。本次课程改革提出多教学目标的相融合，包括柔性融入课程思政、立德树人的教学理念，同时，结合水利专业特征，在教学过程中与水利工程实例紧密结合，梳理优化教学内容线上线下相结合的方式，研究一套短期可落地的多教学目标相融合的课程教学模式。全新的教学模式能够提高教学质量，还可以及时应对教学模式的不确定性，培养具有扎实力学功底的新工科人才。