王科盛，凌 丹

(電子科技大學 機械電子工程學院，成都 611731)

國外公開課資源在理論力學課堂教學中的探索

王科盛，凌 丹

(電子科技大學 機械電子工程學院，成都 611731)

國外名校公開課視頻風靡網(wǎng)絡，對我國教育的理念和教育的模式形成了一定的沖擊，如何利用國外名校的網(wǎng)絡資源成為一個值得研究和探索的問題。針對網(wǎng)絡公開課程在大學理論力學課堂教學中的實踐進行探索,文中從分析大學課堂理論力學教學的問題入手，引入了麻省理工學院的網(wǎng)絡視頻公開課經(jīng)典力學的內(nèi)容。并對教學效果和教學體會進行了分析和總結。

公開課; 理論力學; 課堂教學；探索

近年來，國外一些名校公開課在國內(nèi)網(wǎng)上流行，其中不乏世界頂尖名校的大師級課程，許多知名網(wǎng)站為其開辟了專門的課程頻道。在有的門戶網(wǎng)站，公開課視頻專區(qū)成為視頻中回訪率最高的部分，甚至超過了影視劇，部分課程的點擊率超過千萬。不必考試，不用花錢，一臺電腦一根網(wǎng)線，鼠標一點就能與全球最頂尖的學生一道，聆聽麻省、劍橋、哈佛等世界名校的名師傳道授業(yè)[1]。

國外名校公開課視頻風靡網(wǎng)絡，對我國教育的理念和教育的模式形成了一定的沖擊，但這個沖擊究竟如何作用，能否被我國的教育工作者合理的利用還很少有相關的研究報道。網(wǎng)絡課程畢竟不同于課堂教學，受到時空的限制,所能起到的作用主要還是開闊視野和豐富學生的知識面。盡管國外名校的開放課程愈來愈受熱捧，漸成氣候，但國內(nèi)眾多高校以及遠程教育網(wǎng)校都表示其仍難成主流，只是為國內(nèi)課程提供了借鑒而已[1]。

如此寶貴的資源如果合理地加以利用，在課堂教學中引入公開課內(nèi)容的精華部分，必定可以使得課堂教學的效果提升一個臺階，增加課堂教學的國際化元素，推進課堂教學知識體系的更新，擴大學生在相關領域的知識面和國際視野。因此，引入國外名校公開課在課堂教學中的探索具有重要的實際意義。

大部分網(wǎng)絡上的公開課資源是人文社科類課程。理工類公開課程主要是麻省理工學院所提供的各類專業(yè)公開課。1999年，麻省理工學院的教務長布朗(Robert A. Brown)要求該校教務委員會提供關于麻省理工學院如何在遠程和電子教學環(huán)境中定位的策略指導。該委員會提出“開放式課程網(wǎng)頁”(或稱開放式課件，open course ware，OCW)的概念，即建立一個大規(guī)模的、基于網(wǎng)絡的出版物，供全世界人們免費使用，從2003年“開放式課程網(wǎng)頁”正式推出。至今，麻省理工學院已經(jīng)上線1 800多門課程[2]，為世界范圍內(nèi)對理工類學科感興趣的人們，提供了豐富的共享資源，也使得在地球的任何一個角落隨時隨地都可以聆聽大師們的講學。

本文主要討論網(wǎng)絡公開課程在理論力學課堂教學中的實踐探索,也特別地采用了麻省理工學院提供的網(wǎng)絡視頻公開課。但是在討論引入公開課之前，先分析我國理論力學教學存在的問題。

1 理論力學課堂教學存在的問題

國內(nèi)各高校理論力學教學各有特點，側(cè)重也有所不同，與歐美的教學體系和教學方式相比區(qū)別更為明顯。

從課程結構安排來看，我國多數(shù)高校理論力學課程包括了靜力學、運動學和動力學，知識體系比較完整，學生學習逐層深入。這種模式的缺點是課時安排比較緊張、各部分內(nèi)容介紹的深度和廣度受到限制，學生在課程后半段容易產(chǎn)生倦怠情緒，造成整個課程學習的頭重腳輕的現(xiàn)象。歐美高校通常把靜力學、運動學和動力學分開，單獨設立相應的課程。相比而言，每個知識體系中所涉及的知識深度和廣度也就會比較全面和具體。課程的知識跨度變小，學生在學習上也不易產(chǎn)生倦怠的情緒。

從課堂教學方法上來看，我國的課堂教學主要以填灌式的教學為主，當然也不乏各種創(chuàng)新和新方法的引入[3]。通常的模式是教師在課堂上講題，學生在下面緊跟教師的思路學習如何解題，這樣培養(yǎng)出來的學生多數(shù)是具有解決復雜習題的能力，但缺乏對實際問題的分析和解決的能力。麻省經(jīng)典力學課程教學過程中，在課堂中提出問題，分析實際問題，搭建巧妙的實驗裝置，實現(xiàn)在解決問題和發(fā)現(xiàn)問題中學習成為一種主要的知識傳授手段。

從教學資源上看，我國的多數(shù)高校所采用的理論力學課本經(jīng)過多年的更新和補充，在各個知識點的剖析和說明上愈臻完美，在課后習題的補充上也越來越全面。然而，與國外相應課程所采用的課本相比，我國的課本有一個突出的特點就是理論性很強，習題中以實際問題為切入點的題目相對較少。而國外課本上的習題，則多來自實際問題，多附有相應的實際情況結構圖，需要學生首先分析實際情況然后選取相應的理論，解決實際的問題。學生在習題的練習中培養(yǎng)的是對實際問題的分析和提煉的能力，而不是確定題型的解題能力。

從教學模式上來看，我國許多高校理論力學教學仍然沿用若干年的傳統(tǒng)模式，以課堂教學為主和實驗課程為輔。而國外的高校在力學類課程設置中會在課堂中引入各種實驗，在實驗中總結理論和規(guī)律，同時要求學生自行設計和實現(xiàn)一些簡單的機構作為其完成課程學習的重要組成部分，突出培養(yǎng)學生的自主創(chuàng)新設計能力。

綜上所述，理論力學課堂教學還需要進行許多的改革。在課程安排上，需要建立合理的理論力學知識跨度，調(diào)整各部分知識內(nèi)容的授課比例。在課堂教學模式上，課堂中需要增加提出問題、分析問題和解決實際問題的授課方式，改變傳統(tǒng)的填灌式講授習題的教學方法。在引導學生的學習方式上，應改變傳統(tǒng)的以習題為導向的學習方式，增加培養(yǎng)學生自主性分析和解決實際問題的學習模式。

2 網(wǎng)絡資源公開課的利用

理論力學課堂教學需要諸多方面的改革，其中最突出的是改變傳統(tǒng)的填灌式教學模式，培養(yǎng)學生自主創(chuàng)新的意識。改變傳統(tǒng)的教學模式需要花費相當?shù)木θジ淖兘虒W思路，改善教學實驗硬件，提高教師的教學素質(zhì)。利用網(wǎng)絡視頻公開課資源，把世界級的大師請到課堂里來，參與到我們的課堂教學環(huán)節(jié)當中，以最小的代價獲得豐厚的成果。

以麻省理工學院經(jīng)典力學課程為例[4]。首先，該課程并非傳統(tǒng)的理論力學或工程力學課程，其課程涵蓋了力學的各個分支，可以成為多門課程的共享資源?？梢猿浞掷闷渲欣碚摿W部分的內(nèi)容。其次，該課程制作了多個課堂實驗平臺，如：小球拋射軌跡實驗平臺、氣動懸浮楔形塊平臺、摩擦斜面平臺、液態(tài)阻尼實驗平臺、小球拋射射擊平臺等。如何把每個實驗與力學理論簡單明了地傳遞給學生，需要教師多年的積淀和對問題的深入理解與分析。視頻公開課把這一切都整合在了短短的幾十分鐘的時間里面，為課堂教學提供了一個生動而豐富的資源。任課教師只需要提前觀看公開課，根據(jù)課堂教學的進度和內(nèi)容，把最適合課堂播放的部分有針對性地選擇出來應用在課堂教學當中。這不但節(jié)省了制作課堂實驗教具所需要的時間和費用，而且充分利用了國外頂級大師對一些關鍵問題的闡述，能夠改善課堂教學中對一些關鍵知識點的教學效果，而且能夠提高教師在教學方式和教學內(nèi)容上的認識。

麻省理工學院經(jīng)典力學公開課的主講教師是力學領域的學術泰斗Prof. Walter Lewin，在力學、物理學和天文學方面均有很深的造詣，他的授課可以非常嫻熟地把各種知識有機地柔和在一起，提高學生的學習興趣和分析問題的能力。例如：對轉(zhuǎn)動慣量在影響定軸轉(zhuǎn)動速度問題上的分析，他對天文學超新星的形成和實際觀測結果與行星轉(zhuǎn)動慣量的聯(lián)系進行了深入淺出的討論，使得學生對轉(zhuǎn)動慣量的概念有了更為深入的理解，同時增加了對天文學的興趣。這些內(nèi)容是普通課堂教學過程中很難達到的課堂教學效果，對教授者學術底蘊的要求非常之高。而通過在理論力學課堂上引入公開課視頻資源，就可以輕松地達到相應的效果。任課教師只需要把視頻課程的內(nèi)容與教學內(nèi)容結合分析，深入理解大師的教學思路，強調(diào)和突出課程要求學習的知識點與視頻公開課的結合之處，就可以使課堂教學效果達到一個新的層次。

3 教學內(nèi)容的選擇及實施

本文針對理論力學課程兩個教學知識點，嘗試引入麻省理工學院經(jīng)典力學公開課的網(wǎng)絡資源。

3.1 摩擦斜面實驗及摩擦知識擴展公開課

摩擦是靜力學部分單獨的一節(jié)，與前后知識的關聯(lián)并不十分緊密，在教學過程中很容易流于膚淺而一筆帶過，學生在學習結束后會覺得大學的內(nèi)容與高中類似，沒有什么特別的印象。因此，在理論力學摩擦課堂教學中引入了15 min麻省理工學院經(jīng)典力學公開課中關于摩擦角斜面實驗和摩擦擴展性知識的介紹[4]。

在公開課視頻中，摩擦斜面實驗使學生在課堂上直觀地理解摩擦角的概念。摩擦角是學生在大學階段接觸的新概念，采用真實實驗的視頻材料可以有效地強化對概念的理解。傳統(tǒng)的教學對摩擦的擴展性知識多采用引述工程實例為主，學生可以輕易地獲得相關的知識，而對學生學習興趣的激發(fā)卻缺少力度。而麻省理工學院經(jīng)典力學課程對這一部分內(nèi)容從氣動懸浮減小摩擦的角度對摩擦的本質(zhì)進行了新穎的描述。通過馬戲團跳蚤拖拉懸浮在快速流動著的空氣層上的書本這樣一個趣味性馬戲演示，轉(zhuǎn)換學生對傳統(tǒng)摩擦問題的思維模式，激發(fā)學生的學習興趣和探索的精神，從而達到事半功倍的教學效果。因此，這部分內(nèi)容，作為嘗試引入到了實際的教學環(huán)節(jié)當中。

3.2 運動學速度分解與合成公開課

速度的分解與合成是運動學教學當中一個重要的部分。傳統(tǒng)的教學通常只是在數(shù)學公式分析的層面上進行分析，學生對速度分解過程的理解并不深刻。在教學中，將麻省理工學院經(jīng)典力學課程中關于速度分解的實驗引入到了課堂教學當中[4]，實驗是彈射小球射擊自由落體小猴子的趣味性實驗。通過實驗驗證在豎直方向上小球的自由落體效應與猴子的自由落體效應一致，使學生深入體會一個相對復雜的拋物線運動可以分解成不同方向運動的合成過程。Prof. Walter Lewin通過風趣幽默的解釋以及服裝和道具的聯(lián)合應用，把學生帶領到一個叢林捕獵的場景當中，把理論知識在詼諧幽默的氣氛當中傳達得淋漓盡致，給學生留下難忘的印象。因此，在本學期的課堂教學當中這部分內(nèi)容也作為試點引入到了課堂教學當中。

4 教學效果分析

我們在電子科技大學理論力學課堂教學當中引入了上述兩個公開課視頻資源，通過與學生的交流及課堂教學的體會,現(xiàn)對教學效果進行如下分析：

(1)通過引入視頻公開課，增加了學生的學習興趣。在觀看完摩擦部分公開課材料后學生立刻發(fā)起了討論，對下一屆大學生機械設計大賽的項目提出了自己的大膽設想。

5 應注意的問題

(1)公開課材料的選擇與課堂教學內(nèi)容的銜接至關重要。公開課的課程安排和進度有其自己的節(jié)奏，并不一定所有部分都適合課堂播放。要求任課教師提前仔細觀看視頻材料，截取合適的部分輔助教學。例如，在講述摩擦角概念的時候，枯燥的數(shù)學分析顯得蒼白無力，而輔助以摩擦斜面實驗，就把整個問題活靈活現(xiàn)地展現(xiàn)給學生，使整個課堂教學效果明顯改善。

(2)許多視頻公開課采用的是英語，雖然有中文字幕的翻譯，還是要考慮到中國學生的語言領會能力，在播放視頻材料前先做個簡短的介紹，播放后再做個簡短的總結，效果會更為理想。例如，在本學期引入運動分析與合成的公開課過程中，由于沒有事先給學生大致講解其中的內(nèi)容，有些學生在聽課的過程中就不能完全把握視頻課程的內(nèi)容。但是，在觀看結束后，教師對整個視頻內(nèi)容進行了總結，對同學們的理解就產(chǎn)生了重要的作用。同時，在試驗教學中也發(fā)現(xiàn)，公開課視頻由于具有其獨自的教學進度，與理論力學教學的實際教學進度和教學內(nèi)容都有許多的差異。因此，并不能作為教學的主體內(nèi)容，不宜選用過長的材料，本學期的公開課視頻采用10～15min的長度，教學的效果比較理想。

6 結束語

在理論力學課堂中引入公開課資源的實踐表明,公開課可以明顯提高學生對《理論力學》的學習興趣。對教師來說,引入公開課內(nèi)容的可操作性、選擇的靈活性都比較強。教師可以根據(jù)實際情況進行相應的變動，選擇最合適的部分服務于課堂教學。充分利用網(wǎng)絡公開課資源，對提高理論力學課堂教學效果可以產(chǎn)生積極的推動作用，繼續(xù)深入地利用網(wǎng)絡資源,鼓勵一線教學教師對網(wǎng)絡資源授課經(jīng)驗的共享和交流,對提高理論力學課堂教學效果具有重要的實際意義。

感謝:電子科技大學教育教學改革重點項目資助。

[1]史傳統(tǒng). 國外公開視頻課風靡網(wǎng)絡[J]. 教育,2011(11):36.

[2]任帥. 視頻公開課改變學習方式[J]. 中國教育網(wǎng)絡, 2012(3):55-58.

[3]郭易圓, 彭慧蓮, 王琪. 理論力學探究型教學模式的探索與實踐[J]. 力學與實踐, 2011(3):70-72.

[4]網(wǎng)易公開課.麻省理工學院《經(jīng)典力學》.[EB/OL].[2014-1-16].http://v.163.com/special/opencourse/classicalmechanics.ht ml.

Discussion of Open Course Resources to the Classroom Teaching of Theoretical Mechanics

WANG Kesheng, LING Dan

(School of Mechatronics Engineering， University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 611731, China)

The open course resources are widely available in internet. The impact of this new teaching material to our country’s teaching method becomes a valuable research area for the improvement of teaching effect. This paper is to discuss the effects of this new educational method to the classroom teaching of mechanics. First, a brief discussion on the challenges of mechanics in education is reviewed. Further, a discussion of using MIT open course material-classical mechanics, to real class room teaching is discussed. The teaching effects and experience are finally summarized.

open course; theoretical mechanics; classroom teaching

2013-11-13；修改日期: 2014-02-12

電子科技大學“985工程”之“優(yōu)秀教學團隊支持計劃(本科生)”子計劃(A1098521-044)。

王科盛(1978-)，男，博士，副教授，研究方向：振動力學、故障診斷。

G642.0；O31

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.06.033