淺談理論力學探究式教學方法

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探究式教學是指學生通過自主閱讀、思考、聽講等方式去獨立探索，教師在課堂起到引導啟發作用，學生自行發現并掌握所學知識的一種教學方法。杜威最早提出在教學中使用該方法，他認為科學教育最重要的是學習科學研究的過程或方法；教育家施瓦布認為教師應該用探究的方式展現科學知識，學生應該用探究的方式學習科學內容；20世紀五六十年代，施瓦布、杜威、布魯納和皮亞杰等提出的教學材料的共同點是讓學生參與到其中去。目前國內理論力學課程教學存在兩個極端：一是偏重于數學推導，忽視理論的物理意義闡述和工程實例的引入，教學內容枯燥無味，理論與實際脫鉤；二是偏重強調課程為專業服務，過多泛泛地講述案例，不深究理論基礎。采用探究式課堂教學理念并結合微視頻教學模式，開展探究式教學方法研究，將會提高學生對理論力學專業基礎課的學習積極性和主動性，達到培養人才的教學目的。

一、理論力學教學現狀

理論力學是研究物體機械運動規律及其應用的科學，也稱為經典力學。理論力學通常分為兩大部分：牛頓力學和分析力學。其中，牛頓力學是以牛頓運動定律為基礎，從分析物體受力情況入手，探討物體的機械運動規律；分析力學是以達朗伯原理為基礎，分析物體的能量情況，由此探討物體機械運動規律。大部分工科專業都會接觸較多的機械運動問題，所以理論力學是工科院校的技術基礎課。又因為理論力學研究的是最普遍最基本的規律，所以也是一系列后續課程的理論基礎，很多課程如“材料力學”“結構力學”“彈性力學”“流體力學”“振動理論”“斷裂力學”都以理論力學的內容為基礎?？梢?，理論力學是大學工科專業學生的必修課，在課程建設中占有重要地位。目前大多數理論力學教學采取傳統的教學模式。開學初，教師會根據教學大綱制定教學計劃，然后按照教學計劃中的教學進度給學生上課。上課的時間是固定的，這使得教師很難根據實際情況進行自主和拓展教學。而且在高校倡導縮減課時的大背景下，理論力學課時有限，對力學基礎要求高的專業如土木工程、機械工程等設置為72學時，而對于力學基礎要求不高的專業如消防和安全專業為64學時，這還包括4~6學時的實驗。在這樣的條件下，教師在課堂上會用大部分時間講解基本概念、基本原理以及公式推導，很難有時間進行課堂測試和練習。教師為了完成課時進度，會忽略學生對課程學習和掌握的效果。

二、探究式教學方法理論背景和實施

探究性教學方法開展由問題開始，采用探索性學習方式，發揮了學生的自主性，具有合作交流的特征；探索性教學要遵循適度、引發興趣以及可操作原則；探索性教學通過教師創設情境、提出問題，學生分析問題、提出猜想、驗證猜想、分析總結等環節來實施。由此可見，探究性學習是一種積極的學習過程。翻轉課堂是近年來教育界關注的熱點，翻轉課堂教學過程中，教師提前制作學習任務的微視頻，讓學生在課前學習微視頻課程，課內師生通過交流方式完成解惑和知識內化的過程。這種模式激發了學生的自主學習能力，有效改善了灌輸式教育的弊端。翻轉課堂教學模式中，微視頻設計和制作是一項重要環節。微視頻要求短小精悍，長度在3~30分鐘為宜，方便學生利用移動終端如手機、平板電腦在碎片式的時間進行學習。教學微視頻的內容必須是完整的，集中解決一個知識點，層次結構清晰，循序漸進。微視頻要生動形象，圖文并茂便于理解和記憶，長短適中，抓住學習者的注意力?？梢越梃b網絡科普微視頻制作的優點，如畫面簡潔而靈動、知識點集中，但又要兼顧教學視頻的嚴謹和避免過多的娛樂性。

三、理論力學適合探究式教學方法的設計流程

理論力學不同于數學課，研究實際問題，關注物理意義；又不同于物理課，研究既定性又定量，會有大量數學推導。探究式教學內容的設計可以是與生活息息相關的結構構件問題，這容易激發學生的學習興趣。理論力學這門課程內容多而抽象，為了在較短的學時內讓學生完成教學大綱所規定的內容，并充分利用課下時間進行知識點和題目的強化，所以借鑒探究式學習方法的新理念，采用翻轉課堂教學新模式，借助微視頻新媒體手段，具體的教學設計流程如圖1所示。理論力學探究式教學流程中，課前教師圍繞課程重點和難點，選擇一個完整的知識點，結合例題，按照前述微視頻制作的注意事項準備能吸引學生注意力的教學微視頻。微視頻并下達課前任務書，同時將學生分成若干學習小組，小組成員完成微視頻的學習并查閱相關資料，通過QQ、微信等聊天工具進行交流，共同完成任務書中的學習任務。在這一過程中，小組組長負責監督，教師根據學習任務完成情況給予考核評分。課堂上主要由教師和學生互動完成教學任務，首先教師會針對微視頻中所涉及的知識點進行提問，了解學生掌握情況。再在課堂上播放微視頻，并針對重點難點進行強調和提醒，然后與知識點相關的舉一反三題目進行隨堂測試，教師走下講臺做巡回指導。在這一過程中，教師發現問題并進一步強調和講解。在這一輪中似乎并沒有節約課堂時間，但實際上由于學生主動參與，對問題反復認識和消化，使得課堂講授變得容易和順暢，會節約課堂講授時間。課后，學生要完成作業，并把問題反饋給教師，教師對學習效果做進一步評價，學生如果還存在疑問，可以進行單獨答疑，如果發現整體學習效果不好，還要返回課堂重新幫助學生解惑。

四、理論力學探究式教學方法案例

現結合一個教學案例來說明理論力學探究式教學方法的實施。點的合成運動中速度合成定理這部分內容是教學難點。本案例中假設已經講過了點的合成運動中相關概念和定理，討論過簡單的例題。為了表述一個完整的知識點，在微視頻中首先把速度合成定理相關概念和定理交代清楚，如動點動系選取，絕對運動、相對運動、牽連運動、絕對速度、相對速度、牽連速度概念、速度合成定理。注意微視頻制作過程中充分利用生活實例使概念和公理通俗易懂。微視頻中的單元包括：①引入單旋翼式直升機例子如圖2（P73），分析螺旋槳上M點運動：在地面上看M點作螺旋線運動，在飛機上看M點作圓周運動，機身相對地面直線平移。②要弄清“一點二系三運動”，“一點”即動點，此例中選M點；二系所指固結于地面上的靜坐標系“Oxy”，固結于相對于地面運動物體上的動坐標系O’x’y’，如機艙。三運動包括絕對運動，即動點相對于靜系的運動，如：P點相對于地面的運動；相對運動，即動點相對于動系的運動，如：P點相對于飛機機身的運動；牽連運動，即動系相對于靜系的運動，如：飛機相對于地面的運動。③將實例上升為理論模型。微視頻中通過動畫顯示理論模型并配以解說來說明模型中各個量的物理量含義。用解析法推導和說明三大速度，并推導點的速度合成定理。④然后通過一道例題來生動的說明動點動系如何選取以及速度合成定理的應用。例題可選如圖3所示機構的經典題目分析，但是要注意深入淺出的講解，讓學生容易理解。采取探究式的教學模式，由于微視頻的制作中所挑選的例題具有一定的代表性，能很好地反映知識點難度，并且微視頻是一個完整的知識點，學生可以通過自學來完成學習任務，在這一過程中學生會充分發揮學習的積極性，提高對知識的掌握度，并大量的節省課堂時間，改善學習效果。

作者:李英杰 左建平 張 芳 劉德軍 單位:中國礦業大學

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