提高學(xué)生對理論力學(xué)學(xué)習(xí)興趣的探索與實(shí)踐

程玉蘭+康穎安+胡鳳蘭+夏平

摘 要：本文分析了理論力學(xué)的課程特點(diǎn)及學(xué)生學(xué)習(xí)這門課的困難之處，提出提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是最有效的解決辦法，并從精選教學(xué)內(nèi)容、優(yōu)化教學(xué)方法、克服畏懼心理和增強(qiáng)挑戰(zhàn)性等四個方面進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

關(guān)鍵詞：理論力學(xué)；學(xué)習(xí)興趣；教學(xué)方法

理論力學(xué)課程作為工科院校機(jī)械類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，兼有基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù)雙重性質(zhì)，一方面它可以直接用于解決工程上關(guān)鍵的力學(xué)問題，另一方面它又是其他許多學(xué)科領(lǐng)域研究的理論依據(jù)。它對培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決工程力學(xué)問題的能力以及其他后續(xù)課程的教學(xué)具有重要的意義，起著承前啟后的作用。

理論力學(xué)課程的特點(diǎn)之一是有非常嚴(yán)密的邏輯推理，理論性、概括性很強(qiáng)。全書分為三篇——靜力學(xué)、運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)，各篇知識環(huán)環(huán)相扣、層層遞進(jìn)，學(xué)好這門課程，對學(xué)生邏輯思辨能力的提高有很大幫助。但要學(xué)好這門課并非易事，主要原因有二：一是這門課程具有高度的抽象性和概括性。課程的研究對象是力學(xué)模型，都是些具有幾何特性的點(diǎn)、線、面或棍、棒、球等，學(xué)生由于缺乏工程經(jīng)歷，很難將這些模型與生活實(shí)例聯(lián)系起來，從而產(chǎn)生抗拒、厭學(xué)心理；二是學(xué)習(xí)過程中經(jīng)常要用到高等數(shù)學(xué)的微分、積分等數(shù)學(xué)知識，很多學(xué)生認(rèn)為自己高等數(shù)學(xué)沒有學(xué)好，這門課肯定也學(xué)不好，從而對這門課產(chǎn)生畏懼心理?？偟膩碇v，學(xué)生學(xué)習(xí)這門課，普遍感覺深奧，難以理解，這極大地影響了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動性。如何將抽象的理論形象直觀化且與實(shí)際應(yīng)用很好地結(jié)合起來，如何克服學(xué)生的畏懼心理，提高學(xué)生對理論力學(xué)課程的學(xué)習(xí)興趣？本文從教學(xué)內(nèi)容的選取、教學(xué)方法的選用等幾個方面進(jìn)行了嘗試與探索，以期激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

一、精選教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

要達(dá)到提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的目的，精選教學(xué)內(nèi)容很重要。結(jié)合抽象的力學(xué)模型，引進(jìn)大量工程和生活實(shí)例，使之返璞歸真，源自實(shí)際，服務(wù)于實(shí)際，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在課堂教學(xué)中，我們大量采用案例教學(xué)法。我們選擇案例的原則有二：一是工程性，二是時代性。比如在講解慣性的巨大威力時，我們列舉2012年6月4日杭州的“最美司機(jī)”吳斌的事跡；在講解牛頓第二定理的運(yùn)用時，列舉2013年6月20日神州十號太空授課時失重狀態(tài)下物體質(zhì)量的測量方法；在講述轉(zhuǎn)動慣量時，分析雙人花樣滑冰比賽中女選手在空中旋轉(zhuǎn)與落地時姿態(tài)的變化；在講述動量矩守恒時，分析為什么會有周期性的一年四季，為什么夏天比冬天熱，為什么從春分到秋分白天變長夜晚變短；等等。這些上至天文下至地理的生活事例，極大地引起了學(xué)生的好奇心。學(xué)生通過學(xué)習(xí)，能夠自己分析解釋這些現(xiàn)象，從中獲得了極大的成就感，從而增強(qiáng)了繼續(xù)探究下去的信心。

另外，考慮到理論力學(xué)同時具有基礎(chǔ)性和實(shí)踐性的特點(diǎn)，除了課堂教學(xué)，我們還進(jìn)行了實(shí)踐教學(xué)的嘗試。本課程的實(shí)踐教學(xué)采用了撰寫理論力學(xué)小論文的方式，學(xué)生自主選擇生活中的力學(xué)現(xiàn)象，如“扁擔(dān)中的力學(xué)”“花樣滑冰姿態(tài)分析”“雨天行走時的淋雨量問題分析”等。學(xué)生根據(jù)所學(xué)的理論力學(xué)知識進(jìn)行建模，計(jì)算分析，最終寫成小論文。這樣不僅可以加深學(xué)生對基礎(chǔ)理論的理解，而且有助于培養(yǎng)學(xué)生的工程意識、工程能力和創(chuàng)新能力。

二、優(yōu)化教學(xué)方法，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，我們建立了教師起引導(dǎo)作用、學(xué)生起主體作用的雙主體教學(xué)模式。在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生不斷地發(fā)現(xiàn)問題和提出問題，自己嘗試著尋求問題的答案，探索解決問題的途徑和方法，把積累知識的過程變成同時形成能力的過程，在增加知識的同時提高創(chuàng)造能力。此外，我們還采用發(fā)散教學(xué)法，即由點(diǎn)及面、由表及里、不斷延伸的教學(xué)方法，在向?qū)W生傳授知識的同時，不斷擴(kuò)大他們的視野和思維空間，有效地進(jìn)行創(chuàng)新思維訓(xùn)練，使學(xué)生舉一反三、觸類旁通，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)和解決新問題的能力。

具體來說，我們采取了理論與實(shí)踐相結(jié)合的方法，充分利用多媒體技術(shù)，把理論力學(xué)中的一些抽象力學(xué)模型借助幾何圖形解釋，引導(dǎo)學(xué)生將工程背景與力學(xué)模型建立有機(jī)結(jié)合；盡量找一些工程實(shí)際機(jī)構(gòu)例子，引導(dǎo)學(xué)生自己建立力學(xué)模型，進(jìn)而對模型進(jìn)行分析計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果反過來解釋或解決工程問題。這樣使學(xué)生在學(xué)中做，又在做中學(xué)，充分調(diào)動了學(xué)習(xí)的積極性。利用多媒體將力學(xué)在工程中的應(yīng)用通過直觀生動的畫面呈現(xiàn)給學(xué)生，目的就是要給學(xué)生更多關(guān)于工程、生活實(shí)例的啟發(fā)。啟發(fā)式教學(xué)對學(xué)生創(chuàng)造靈感的產(chǎn)生、創(chuàng)新意識的培養(yǎng)以及學(xué)習(xí)興趣的提高都起到了很好的觸動作用。

三、克服畏懼心理，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

教學(xué)理論力學(xué)的過程中，經(jīng)常要用到高等數(shù)學(xué)的微分積分的思想及算法。不少學(xué)生對高等數(shù)學(xué)都有畏懼心理，并且習(xí)慣于將這種畏懼心理帶到理論力學(xué)的學(xué)習(xí)中。針對這種情況，一方面我們在課堂教學(xué)中幫助學(xué)生分析極限的思想及應(yīng)用，結(jié)合工程實(shí)際例子加以講解，讓學(xué)生認(rèn)識到數(shù)學(xué)只是一種工具；另一方面，分析微分、積分的實(shí)質(zhì)，讓學(xué)生意識到，積分其實(shí)就是加法，微分其實(shí)就是減法，只不過初等數(shù)學(xué)加減法解決的是簡單、離散的問題，而高等數(shù)學(xué)的加減法解決的是復(fù)雜、連續(xù)的問題而已。學(xué)生了解了微積分的實(shí)質(zhì)，對高等數(shù)學(xué)的畏懼心理自然就消除了。

另一方面，在課堂教學(xué)中，幫助學(xué)生克服多年形成的被動學(xué)習(xí)的習(xí)慣和敬畏書本、教師的心態(tài)，轉(zhuǎn)變“學(xué)”的觀念，師生平等，主動學(xué)習(xí)。注意力學(xué)概念的引入方法，盡量以工程和生活中的例子，抽象出力學(xué)概念，建立力學(xué)模型。利用多媒體課件的表現(xiàn)力將運(yùn)動狀態(tài)和空間關(guān)系直觀地表現(xiàn)出來，提供更多的相關(guān)信息元素，幫助學(xué)生建立力學(xué)模型和理解力學(xué)關(guān)系。理論和方法的介紹，注重思維方式的引導(dǎo)，并通過邏輯推理、解題示范、互動討論等方式，引導(dǎo)與鼓勵并舉，將更多的學(xué)習(xí)主動權(quán)還給學(xué)生，有意識地訓(xùn)練創(chuàng)造思維要素，使學(xué)生學(xué)會主動學(xué)習(xí)，獨(dú)立思考，逐步學(xué)會掌握力學(xué)的基本概念、基本理論和基本方法，并通過問題討論、習(xí)題解算、實(shí)踐活動等鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程實(shí)際問題的能力。

在有了一定的力學(xué)知識積累和動手能力后，讓學(xué)生進(jìn)行探索性創(chuàng)新實(shí)踐。給予學(xué)生充分的自主權(quán)，讓他們自行組成小組，從工程實(shí)際和生活中發(fā)現(xiàn)力學(xué)問題，自行立題，發(fā)揮集體的想象力和智慧，設(shè)計(jì)能解決實(shí)際問題的結(jié)構(gòu)或機(jī)構(gòu)，并自行查閱資料，建立機(jī)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型，進(jìn)行理論分析，優(yōu)化設(shè)計(jì)，之后利用實(shí)驗(yàn)室提供的條件和環(huán)境自行加工和制作。創(chuàng)新實(shí)踐的目的是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和動手能力、計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力、信息獲取能力、協(xié)調(diào)組織能力、表達(dá)能力等綜合能力。

四、增強(qiáng)挑戰(zhàn)性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

為了適應(yīng)人才培養(yǎng)目標(biāo)的轉(zhuǎn)變以及課時的減少，在教學(xué)內(nèi)容的選取及講解方面，要克服過去那種過分強(qiáng)調(diào)循序漸進(jìn)、明白易懂、由特殊到一般及由感性到理性的認(rèn)識模式，自覺運(yùn)用思維認(rèn)識的飛躍或跳躍性原則，適當(dāng)提高教學(xué)起點(diǎn)，使課堂更具有思考性與啟發(fā)性。實(shí)際上，這不僅是教學(xué)效率問題，更重要的是涉及學(xué)生適應(yīng)性的培養(yǎng)問題。

在內(nèi)容選取時，不僅要注意做“加法”，也要特別注意做“減法”，刪除陳舊過時的內(nèi)容，減少不必要的重復(fù)，簡單知識作為自學(xué)任務(wù)，提高教學(xué)起點(diǎn)。這樣做的前提是重視課前預(yù)習(xí)，每節(jié)課后教師根據(jù)課堂講授內(nèi)容和下節(jié)內(nèi)容布置幾道思考題，這些題目一方面復(fù)習(xí)了本節(jié)內(nèi)容，同時為下節(jié)內(nèi)容的講授作了鋪墊。學(xué)生通過思考，帶著問題來聽課，大大提高了聽課的興趣，提高了上課效率。

同時，我們非常重視學(xué)生的課外科技活動，努力培養(yǎng)有創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力的高素質(zhì)綜合型人才。我們投入大量的人力、物力和財(cái)力推動創(chuàng)新活動的蓬勃發(fā)展。大學(xué)生力學(xué)競賽是重要而具體的體現(xiàn)。為了配合全國“周培源”大學(xué)生力學(xué)競賽，提高大學(xué)生學(xué)習(xí)力學(xué)的興趣，力學(xué)教研室的教師負(fù)責(zé)組織舉辦全校范圍內(nèi)的大學(xué)生力學(xué)競賽活動，并進(jìn)行相關(guān)的培訓(xùn)工作。自2010年以來，在學(xué)校教務(wù)處的大力支持下，聯(lián)合理論力學(xué)任課教師及相關(guān)專業(yè)教師，我們成功舉辦了三屆湖南工程學(xué)院力學(xué)大賽，分別涵蓋理論力學(xué)、材料力學(xué)以及綜合能力大賽，鼓勵學(xué)生思考身邊的力學(xué)問題，使學(xué)生體會到學(xué)以致用，極大地調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也滿足了學(xué)生的求知欲望，為學(xué)生搭建了一個展示自我的平臺。經(jīng)過幾年時間，我們已摸索出一套較成熟的開展創(chuàng)新活動的模式：理論學(xué)習(xí)—創(chuàng)新設(shè)計(jì)—方案研討—實(shí)物加工—成果展示。這項(xiàng)活動的開展極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，吸引了授課班級三分之一以上學(xué)生的積極參與，同時還產(chǎn)生了一批優(yōu)秀的成果和創(chuàng)新作品。同時，通過這項(xiàng)活動的舉辦，我們也積累了很多教學(xué)的寶貴經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)更好地教學(xué)奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡鳳蘭，程玉蘭.應(yīng)用型本科互換性與技術(shù)測量課程研究型教學(xué)的探索與實(shí)踐[J].湖南工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2013（4）.

[2]劉雅靜，鄧楠.熱工類理論力學(xué)教學(xué)探索[J].科教導(dǎo)刊，2012（3）.