理論力學(xué)課程多媒體教學(xué)體系的研究與實(shí)踐

盛國剛　鄧軍　潘軍

[摘 要]隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，多媒體教學(xué)形式以其良好的直觀性、趣味性和交互性為越來越多的人所接受。提高多媒體教學(xué)水平，既要有高質(zhì)量的多媒體課件系統(tǒng)，又必須以教師為本，加強(qiáng)多媒體課件與課堂教學(xué)的有機(jī)整合。多媒體教學(xué)效果與課件本身質(zhì)量有很大的關(guān)系，需要教師根據(jù)每堂課自己的體會、同行之間的交流、學(xué)生的反饋情況，對媒體課件進(jìn)行不斷的更新完善。一個好的多媒體軟件系統(tǒng)，只有與教學(xué)經(jīng)驗(yàn)較豐富的教師有機(jī)結(jié)合，才能真正發(fā)揮多媒體教學(xué)優(yōu)勢。

[關(guān)鍵詞]理論力學(xué) 多媒體 有機(jī)整合

[中圖分類號] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2015）04-0148-02

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，多媒體教學(xué)形式以其良好的直觀性、趣味性和交互性為越來越多的人所接受。目前許多高校都加入多媒體教育的建設(shè)中，甚至于多媒體教學(xué)成為創(chuàng)“精品課程”的必備條件之一，教師們運(yùn)用多種工具和軟件（如數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)、電腦、掃描儀、投影儀等硬件設(shè)備以及Powerpoint、Photoshop、AutoCAD、3Dmax、Flash等軟件）制作了一批多媒體課件。對于理論力學(xué)課程，如何開展課件的研制工作以及如何將課件與課堂教學(xué)有機(jī)整合，我們進(jìn)行了一些探討。

一、多媒體教學(xué)基本理論及應(yīng)用課件的研制

理論力學(xué)的基本理論是一切力學(xué)課程的基礎(chǔ)，相應(yīng)的基本理論及應(yīng)用課件的研制也顯得尤為重要。結(jié)合理論力學(xué)課程體系和課程內(nèi)容的改革，靜力學(xué)不再對各種力系獨(dú)立進(jìn)行分析，主要分成力系的簡化和力系的平衡兩大部分，從一般情形出發(fā)，直接導(dǎo)出特殊結(jié)果。靜力學(xué)中物體系統(tǒng)的平衡問題，取不同的研究對象，可以得到結(jié)果相同的多種解答，每種解答需要兩個或三個以上的受力圖，信息量相當(dāng)大，另外，空間力系平衡的受力分析圖等問題，通過多媒體表述，避免了黑板板書的困難。在計(jì)算桁架結(jié)構(gòu)內(nèi)力時，在桿件數(shù)量比較多的情況下，計(jì)算方法往往不是唯一的，包括所取的截面及節(jié)點(diǎn)都有可能不唯一，需要通過不同的受力分析圖進(jìn)行比較，運(yùn)用多媒體的表現(xiàn)形式可以節(jié)省大量的時間。

運(yùn)動學(xué)分為剛體運(yùn)動學(xué)和點(diǎn)的運(yùn)動學(xué)兩大部分。在運(yùn)動學(xué)中，黑板板書圖例只是運(yùn)動機(jī)構(gòu)瞬間狀態(tài)的示意，不能描繪運(yùn)動的全過程，特別是點(diǎn)的合成運(yùn)動中絕對運(yùn)動軌跡曲線、相對運(yùn)動軌跡曲線以及牽連運(yùn)動狀態(tài)，剛體平面運(yùn)動的瞬心軌跡曲線，不同的瞬間，平面運(yùn)動剛體上各點(diǎn)的運(yùn)動狀態(tài)，通過多媒體動態(tài)顯示，清楚直觀，還可以對學(xué)生感興趣的動態(tài)過程實(shí)例進(jìn)行重復(fù)播放。

動力學(xué)中動量定理、動量矩定理合為一章，這樣剛體平面運(yùn)動方程成為兩定理的綜合運(yùn)用。動力學(xué)中各章內(nèi)容的研究對象以質(zhì)點(diǎn)系為模型，導(dǎo)出普遍理論，應(yīng)用時以剛體為主。在動力學(xué)問題中，通過視頻演示，解釋動量定理、動量矩定理、動靜法等原理在工程和生活中的應(yīng)用實(shí)例。例如利用動量定理，了解振動壓路機(jī)的工作原理，通過調(diào)節(jié)偏心質(zhì)量的大小和質(zhì)量分布，可以實(shí)現(xiàn)不同類型的壓路機(jī)對不同被壓實(shí)材料的密實(shí)作用。利用動量矩定理，解釋花樣滑冰運(yùn)動員身體轉(zhuǎn)動速度的變化規(guī)律，網(wǎng)球?qū)η蚺牡臎_擊以及擊球時手掌處產(chǎn)生的沖擊效果，以及如何減小對手掌產(chǎn)生的不利沖擊效果。利用動靜法，解釋大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的動平衡問題以及車輛在不同路況下的動力學(xué)問題。動靜法中的主動力、約束力和慣性力，可以用不同的顏色、不同的線條（實(shí)線、虛線）表示，可以進(jìn)一步說明達(dá)朗貝爾原理只是在形式上組成了平衡力系，并不是靜力學(xué)問題中真正的平衡。

此外，對不同的專業(yè)，為了使教、學(xué)、用緊密結(jié)合，課件內(nèi)容也有所側(cè)重，如橋梁工程專業(yè)對不同的橋梁模型如梁橋、拱橋、懸索橋、斜拉橋等，進(jìn)行了力學(xué)性能的定性分析，而建筑工程專業(yè)對各種屋架結(jié)構(gòu)模型，梁、柱、板、樁及其組合結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行定性分析，機(jī)械類專業(yè)對各種典型機(jī)械零件模型、工程機(jī)械模型、各種傳動機(jī)構(gòu)模型進(jìn)行靜、動態(tài)分析。這種虛擬實(shí)際工程和生活模型的多媒體教學(xué)手段，易懂、易學(xué)、易教，傳統(tǒng)的教學(xué)方式很難達(dá)到相應(yīng)的教學(xué)效果。

在課件中，簡化了基本理論的推導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)其具體運(yùn)用，在一定程度上緩解了課時縮短的矛盾。每次課有獨(dú)立的課件，包括知識點(diǎn)、重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容、學(xué)習(xí)方法指導(dǎo)、課堂討論、思考、例題等欄目。對不同的內(nèi)容設(shè)計(jì)出不同的表現(xiàn)形式，利用文字、線條、顏色等多變的格式進(jìn)行設(shè)置。

二、理論力學(xué)多媒體典型例題庫的編制

要學(xué)好理論力學(xué)課程，學(xué)生必須獨(dú)立完成一定數(shù)量的計(jì)算問題，因此制作典型例題多媒體課件成為豐富多媒體素材庫的又一個內(nèi)容。在每一次多媒體教學(xué)課中，都設(shè)置了一定數(shù)量的例題，這些例題的一個共同特點(diǎn)就是對解答步驟分步進(jìn)行控制，依次點(diǎn)擊可以得到解答的每一個要點(diǎn)，使解題規(guī)范化，對培養(yǎng)學(xué)生解決問題的素質(zhì)和能力有一定的幫助。如靜力學(xué)平衡計(jì)算，依次點(diǎn)擊可分別得到研究對象、受力圖、平衡方程、計(jì)算結(jié)果；動靜法中的例題依次點(diǎn)擊可得到研究對象、主動力及約束反力、運(yùn)動量、慣性力、方程。運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)部分的例題除對解答分步驟進(jìn)行控制外，還可以對例題的圖形進(jìn)行運(yùn)動過程的仿真演示，從而使例題的分析解釋更加生動形象。例題庫中的例題來自于一些重點(diǎn)院校編制的教材、考研試題、競賽試題、習(xí)題解答參考書等，在一定程度上反映了理論力學(xué)課程的學(xué)習(xí)水平。在每一道例題的講解過程中，通過對學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)的有效監(jiān)控，對一些學(xué)生不懂的步驟，可以利用多媒體回放的特點(diǎn)為學(xué)生提供重復(fù)學(xué)習(xí)的機(jī)會。而對于有些例題，如靜力學(xué)中的部分例題，只對研究對象、受力圖部分進(jìn)行點(diǎn)擊，而平衡方程、計(jì)算結(jié)果由學(xué)生自己去思考。一題多解，通過黑板板書，將會花費(fèi)很多時間，運(yùn)用多媒體的教學(xué)手段，將會起到較好的效果，如對于靜力學(xué)問題，取不同的研究對象，對不同的構(gòu)件或組合進(jìn)行受力分析，可以得到問題的相同解答，通過一題多解，使學(xué)生更加熟練的掌握靜力學(xué)平衡問題的求解。對于運(yùn)動學(xué)中平面運(yùn)動剛體上點(diǎn)的速度求解，通過一些典型問題，比較基點(diǎn)法、速度投影定理和瞬心法的適用性，進(jìn)一步加深對這些知識點(diǎn)的理解。對于動力學(xué)問題，比較動量定理、動量矩定理、動能定理以及動靜法的適用性，對一些典型的動力學(xué)問題盡量嘗試用多種方法解決，進(jìn)一步加深對這些定理和方法的理解。

三、如何改進(jìn)多媒體教學(xué)的教學(xué)效果

教學(xué)媒體由多個要素組成，包括教師的語言、教態(tài)、形象，教學(xué)課件、黑板板書、教材和輔導(dǎo)書，以及學(xué)生的思考、提問、討論、作業(yè)、考試，課件只是教學(xué)媒體中的一個輔助部分，其中最重要的媒體要素還是教師簡明、清晰、語速適中、抑揚(yáng)頓挫的語言表達(dá)，生動形象的肢體語言和激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)欲望的魅力。黑板的作用也不能被取代，每堂課的要點(diǎn)、重要公式的推導(dǎo)、典型例題的講解、學(xué)生的課堂提問和討論，都必須通過黑板板書。如在動量、動量矩定理中外力系對質(zhì)點(diǎn)系整體運(yùn)動變化的瞬時效應(yīng)與時間累積效應(yīng)的含義、動能定理中作用力的空間累積效應(yīng)問題、動靜法與動量、動量矩定理的區(qū)別和聯(lián)系等，這些問題必須由教師根據(jù)自己掌握的綜合性理論力學(xué)知識用語言和黑板板書進(jìn)行解釋。最后，教學(xué)效果需要所面向的對象媒體“學(xué)生”通過作業(yè)、考試表現(xiàn)出來，特別是作業(yè)環(huán)節(jié)。理論力學(xué)課程與其他課程相比，作業(yè)量較大，要求學(xué)生認(rèn)真、獨(dú)立完成，才能達(dá)到學(xué)習(xí)的效果，老師也必須掌握大學(xué)生的作業(yè)情況，實(shí)時對課堂教學(xué)做出調(diào)整。因此，教師必須精心組織課堂教學(xué)，改變單向灌輸、放電影式的教學(xué)方式，時刻觀察學(xué)生的接受能力和反饋情況，及時調(diào)整教學(xué)節(jié)奏，同時加強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主實(shí)踐的意識，達(dá)到使學(xué)生愉快學(xué)習(xí)的目的。一堂成功的理論力學(xué)課程，起主導(dǎo)作用的教師、對象媒體“學(xué)生”和黑板的效能也是關(guān)鍵的、不可缺的因素。

實(shí)踐表明，多媒體教學(xué)效果與課件本身質(zhì)量有很大的關(guān)系，需要教師根據(jù)每堂課自己的體會、同行之間的交流、學(xué)生的反饋情況，對媒體課件進(jìn)行不斷的更新完善。同時，一個好的多媒體軟件系統(tǒng)，只有與教學(xué)經(jīng)驗(yàn)較豐富的教師有機(jī)結(jié)合，才能真正發(fā)揮多媒體教學(xué)優(yōu)勢。

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[責(zé)任編輯：鐘 嵐]