少學(xué)時理論力學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容探討

田燕萍

【摘要】本文對現(xiàn)有理論力學(xué)經(jīng)典教材中的內(nèi)容安排進(jìn)行了分析和總結(jié)，指出其中的問題和不足，結(jié)合現(xiàn)在理論力學(xué)少學(xué)時的特點(diǎn)，對課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了改進(jìn)。新的教學(xué)內(nèi)容安排既能節(jié)省課時，又不會減少知識要點(diǎn)和內(nèi)容，且安排簡潔合理，具有從“一般”到“特殊”的特點(diǎn)，層次分明，容易接受和理解。

【關(guān)鍵詞】理論力學(xué) ?少學(xué)時 ?教學(xué)內(nèi)容

【中圖分類號】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）08-0145-02

理論力學(xué)是高等學(xué)校理工科專業(yè)一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，更是學(xué)生在高等數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)理論課程后接觸實(shí)際工程的第一課。這門課程一方面能培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決實(shí)際問題的能力，同時又是很多后續(xù)專業(yè)課程的基礎(chǔ)，如材料力學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計等。

目前，各大高校均進(jìn)行課程體系改革，各門課程教學(xué)課時大幅縮減。在學(xué)時減少，但教學(xué)內(nèi)容卻不能減少的情況下，如何仍能把應(yīng)有的知識教授給學(xué)生，且保證教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量，不影響后續(xù)課程的學(xué)習(xí)，對授課教師來講是一個挑戰(zhàn)，這就需要教師對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段等進(jìn)行改革，而教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化則是首先應(yīng)該解決的問題。

一、理論力學(xué)傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容

雖然理論力學(xué)的課時減少了，但應(yīng)該教給學(xué)生的知識不會減少，課程包含的內(nèi)容沒有變化。下面首先以各大高?，F(xiàn)在廣泛采用的哈工大的理論力學(xué)教材為例，介紹傳統(tǒng)理論力學(xué)包含的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)安排。主要內(nèi)容包括三部分：靜力學(xué)、運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)，課時內(nèi)容安排也按照這個順序。

首先，從靜力學(xué)部分出發(fā)，研究物體平衡時的平衡規(guī)律、物體的受力分析、力系的簡化等。而在章節(jié)的編排上，第一章先介紹靜力學(xué)五大公理，然后介紹約束和約束力，進(jìn)行物體的受力分析和受力圖繪制;然后按照力系的作用線是否在同一平面內(nèi)，分成平面力系和空間力系，形成第二、三兩大章節(jié)，在各章里分別介紹平面/空間匯交力系、平面/空間力矩和力偶、平面/空間力系的簡化、平面/空間力系的平衡。這一部分內(nèi)容編排相對繁瑣，內(nèi)容相似，并不需要第二章和第三章各講一次，而平面力系是其特殊情況，教材上采取的是從“特殊”到“一般”的講解方式，平面問題和空間問題分別對待，這樣勢必就會造成課時的浪費(fèi)。

然后，到運(yùn)動學(xué)部分，研究運(yùn)動的物體，但只從幾何的角度研究物體的運(yùn)動，包括運(yùn)動軌跡、速度、加速度等，而不研究引起物體運(yùn)動的物理原因，即不考慮物體受力。章節(jié)編排上，依次介紹點(diǎn)的運(yùn)動學(xué)、剛體的簡單運(yùn)動、點(diǎn)的合成運(yùn)動和剛體的平面運(yùn)動。此部分章節(jié)的編排相對合理，但在點(diǎn)的合成運(yùn)動部分，根據(jù)牽連運(yùn)動的不同分成兩部分：平移時和定軸轉(zhuǎn)動時的加速度合成定理，這兩節(jié)的編排稍顯重復(fù)，并且沒有涉及到牽連運(yùn)動為平面運(yùn)動這種最一般的情況。

最后，動力學(xué)部分，研究受力物體的運(yùn)動與作用力之間的關(guān)系，可分為經(jīng)典動力學(xué)和分析動力學(xué)兩部分，前者由牛頓運(yùn)動定律和動力學(xué)普遍定理構(gòu)成，采用矢量描述，稱為矢量動力學(xué);后者以達(dá)朗貝爾原理和虛位移原理為基礎(chǔ)，包括動力學(xué)普遍方程、拉格朗日方程、哈密頓正則方程及哈密頓原理等，采用標(biāo)量描述，稱為分析動力學(xué)。這部分內(nèi)容與物理學(xué)內(nèi)容有些重復(fù)，如動量定理、動能定理等，可以略講，而動量矩定理、達(dá)朗貝爾原理、虛位移原理等則為理論力學(xué)特有的新內(nèi)容，應(yīng)該詳細(xì)講解。

二、理論力學(xué)教學(xué)內(nèi)容改進(jìn)

上述為目前高校所采用的理論力學(xué)教材中普遍采用的教學(xué)內(nèi)容和編排次序，除了所述不足應(yīng)該改進(jìn)外，在內(nèi)容的整體編排上也可以進(jìn)一步改進(jìn)。

靜力學(xué)、運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)是傳統(tǒng)理論力學(xué)的三大內(nèi)容，但實(shí)際上，絕大部分的物體都是運(yùn)動的，平衡指物體相對地球靜止或作勻速直線運(yùn)動，如果物體相對地球靜止，則其速度和加速度均等于零，如果物體作勻速直線運(yùn)動，則其速度為常數(shù)，加速度為零，可以說平衡是運(yùn)動的一種特殊形式。那么，我們在安排內(nèi)容時，可以把理論力學(xué)分成兩大部分：運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)，靜力學(xué)作為動力學(xué)的一個章節(jié)介紹。

首先，運(yùn)動學(xué)部分。在這一部分里，先介紹一些基本概念，如時間與空間、質(zhì)點(diǎn)與質(zhì)點(diǎn)系等;再介紹點(diǎn)的運(yùn)力學(xué)，即各種坐標(biāo)下運(yùn)動的表示法;其次介紹質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動學(xué)的一般基礎(chǔ)，引入約束的概念，并把位移與虛位移、廣義坐標(biāo)、廣義速度與廣義加速度等內(nèi)容在這一部分講解;然后依次介紹點(diǎn)的復(fù)合運(yùn)動和剛體的平面運(yùn)動，在加速度合成定理這一章節(jié)，不再把加速度合成定理按牽連運(yùn)動的不同分開講解，直接介紹牽連運(yùn)動為一般運(yùn)動的加速度合成定理，它完全可以退化到平移和定軸轉(zhuǎn)動的特殊情況。

然后，動力學(xué)部分。首先介紹動力學(xué)的基本概念和公理，即牛頓三大定律，再介紹主動力和約束力、外力與內(nèi)力的概念，同時引入功和理想約束的概念;然后介紹微分變分原理，主要是動力學(xué)普遍方程，即達(dá)朗貝爾-拉格朗日原理的相關(guān)內(nèi)容;其次，將靜力學(xué)部分緊跟其后，在這部分里介紹剛體靜力學(xué)部分的內(nèi)容，包括受力分析、力系等效、力系平衡等;后面兩章依次為動力學(xué)基本定理和定律、分析動力學(xué)基本定理等，分別包括動量定理、動量矩定理和動能定理，以及達(dá)朗貝爾原理、虛位移原理和拉格朗日方程等。

三、小結(jié)

本文總結(jié)了現(xiàn)有理論力學(xué)經(jīng)典教材中教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)安排的問題和不足，提出少學(xué)時理論力學(xué)課堂教學(xué)新的內(nèi)容安排。新的教學(xué)內(nèi)容安排既能節(jié)省課時，又不會減少知識要點(diǎn)和內(nèi)容，且安排簡潔合理，具有從“一般”到“特殊”的特點(diǎn)，層次分明，容易理解和接受。

參考文獻(xiàn)：

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