《理論力學(xué)》教學(xué)改革探索

王娟??

摘要：結(jié)合機(jī)械工程學(xué)院三個(gè)專業(yè)的教學(xué)實(shí)踐需要，根據(jù)本專業(yè)特色及學(xué)生情況，轉(zhuǎn)變教學(xué)思路，做到與《大學(xué)物理》和《材料力學(xué)》等課程的銜接。將理論知識(shí)運(yùn)用到工程實(shí)踐中，分別從對少學(xué)時(shí)《理論力學(xué)》教學(xué)內(nèi)容的精簡、教學(xué)重點(diǎn)的落實(shí)、教學(xué)方式及手段的多樣化、盡可能優(yōu)化的考核方式這些方面對機(jī)械工程學(xué)院《理論力學(xué)》課程的教學(xué)展開探討和改革。

關(guān)鍵詞：理論力學(xué)；教學(xué)探索改革

《理論力學(xué)》課是多數(shù)工科專業(yè)核心技術(shù)基礎(chǔ)課程之一。 它包括靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)三部分，主要研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的一般規(guī)律。它對工科學(xué)生既有基礎(chǔ)性又具有應(yīng)用性，它不僅是作為所學(xué)基礎(chǔ)課程《高等數(shù)學(xué)》《大學(xué)物理》與后續(xù)課程，如《材料力學(xué)》《機(jī)械原理》《機(jī)械設(shè)計(jì)》的過渡，還能培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維及分析和解決實(shí)際問題的能力，并將這些能力運(yùn)用到生活及生產(chǎn)過程中。順應(yīng)國家“走新型工業(yè)化道路”和“走出去”戰(zhàn)略的目標(biāo)，我院也要以培養(yǎng)應(yīng)用能力強(qiáng)、動(dòng)手能力強(qiáng)的工程技術(shù)人才作為教育目標(biāo)。

一、 《理論力學(xué)》教學(xué)改革的必要性

一方面，作為機(jī)械工程學(xué)院的學(xué)生，《理論力學(xué)》與相關(guān)理論課以及工程實(shí)際聯(lián)系緊密，在實(shí)際中碰到的簡單力學(xué)問題可以直接應(yīng)用理論力學(xué)知識(shí)去解決，復(fù)雜的力學(xué)問題需要與其他專業(yè)課程（比如《材料力學(xué)》《機(jī)械原理》等）結(jié)合才能解決。學(xué)好理論力學(xué)課程不但有助于提高學(xué)生分析實(shí)際問題、解決實(shí)際問題的能力，而且對學(xué)生理論素質(zhì)的培養(yǎng)也會(huì)有不小的作用。

另一方面，由于理論課程總體來說比較枯燥、乏味，很多學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性會(huì)隨著課程難度的增加而逐漸降低，容易導(dǎo)致“一旦開始聽不懂，之后就干脆不聽”的現(xiàn)象。況且，該課程學(xué)習(xí)過程中經(jīng)常涉及《高等數(shù)學(xué)》和《大學(xué)物理》的內(nèi)容，倘若所涉及內(nèi)容大部分同學(xué)都未掌握，會(huì)對教授新內(nèi)容造成極大的障礙。所以，如何講好這門課以及運(yùn)用何種教學(xué)方式和手段就變得非常重要。然而，我院《理論力學(xué)》只有54個(gè)學(xué)時(shí)，這無疑對這門課程的教學(xué)工作是一巨大的考驗(yàn)。如何在54個(gè)課時(shí)內(nèi)完成《理論力學(xué)》課程的教學(xué)任務(wù)，特別是如何在這期間上好這門課程并取得良好的教學(xué)效果就顯得尤為重要。

下面結(jié)合自己2014年以來的教學(xué)實(shí)踐，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及手段、考核方式三個(gè)方面著手就機(jī)械工程學(xué)院三個(gè)專業(yè)的《理論力學(xué)》課程的教學(xué)模式進(jìn)行探討和改革嘗試。

二、 教學(xué)內(nèi)容的改革

1. 如何精簡教學(xué)內(nèi)容以滿足學(xué)時(shí)

針對我專業(yè)《理論力學(xué)》學(xué)時(shí)較少的情況，選用孟慶東主編，機(jī)械工業(yè)出版社出版的21世紀(jì)高等教育規(guī)劃教材《理論力學(xué)簡明教程》（60學(xué)時(shí)左右）。一方面根據(jù)我專業(yè)實(shí)際需求刪減部分內(nèi)容。例如牛頓力學(xué)部分，高中物理、大學(xué)物理都在重復(fù)講解，因此只需一帶而過，而著重強(qiáng)調(diào)涉及變力對牛頓定理的應(yīng)用。再例如空間力系部分，關(guān)于物體重心相關(guān)理論、相關(guān)推導(dǎo)，以及計(jì)算公式等內(nèi)容，由于我專業(yè)學(xué)生只要求會(huì)利用相關(guān)公式在實(shí)際問題中找到所需重心，并不要求掌握其公式來源，另外高等數(shù)學(xué)和大學(xué)物理課中均有相關(guān)說明，因此無需再次重復(fù)，只需通過例題講解要求學(xué)生掌握公式用法即可。又例如打星號(hào)加深部分的“加速度合成定理”以及“機(jī)械振動(dòng)基礎(chǔ)”等部分，可鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)自身學(xué)習(xí)情況和興趣自行學(xué)習(xí)。

另一方面，為了節(jié)省課時(shí)數(shù)，可對《理論力學(xué)》的知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。如講到靜力學(xué)部分“平面基本及任意力系”的同時(shí)，可以講授“空間基本及任意力系”，這樣不僅學(xué)生容易接受，還可以將平面匯交力系、平面力偶系、平面任意力系作為空間任意力系的特例進(jìn)行分析并及時(shí)進(jìn)行擴(kuò)展，以便理解記憶。還省去了先講平面力系再講空間力系時(shí)，還需要稍加復(fù)習(xí)平面力系所占用的時(shí)間。

另外，可根據(jù)我專業(yè)的特點(diǎn)，調(diào)整課程內(nèi)容的側(cè)重點(diǎn)，將與我專業(yè)不大相關(guān)的章節(jié)僅作一簡要介紹，從而壓縮一定的課時(shí)數(shù)。

2. 如何保證落實(shí)教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)

通過上述方式節(jié)省出來的課時(shí)數(shù)，應(yīng)合理用在課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)部分。靜力學(xué)中的受力分析是整個(gè)力學(xué)的基礎(chǔ)，也是后續(xù)《材料力學(xué)》《機(jī)械原理》《機(jī)械設(shè)計(jì)》等課程的基礎(chǔ)。從“約束及約束力”部分開始，就平面及空間匯交力系到力偶系到任意力系的受力分析、畫受力圖、列平衡方程、解所求未知量是一塊重點(diǎn)和難點(diǎn)，應(yīng)通過合適的教學(xué)方式和手段著重加以分析說明，以保證學(xué)生理解掌握。運(yùn)動(dòng)學(xué)中“點(diǎn)的合成運(yùn)動(dòng)”部分，能有效地將復(fù)雜運(yùn)動(dòng)分解為簡單運(yùn)動(dòng)的組合幫助解決問題。這部分不僅是重點(diǎn)也是難點(diǎn)，也應(yīng)重點(diǎn)講解。動(dòng)力學(xué)部分的“動(dòng)量定理和動(dòng)量矩定理”雖然是標(biāo)星號(hào)章節(jié)，但是對于我專業(yè)學(xué)生而言，這部分內(nèi)容對將要接觸到的專業(yè)知識(shí)和以后的實(shí)際應(yīng)用有比較重要的作用，所以也必須作為重點(diǎn)內(nèi)容講解。

整個(gè)《理論力學(xué)》都是基于矢量代數(shù)的，如力、速度、加速度、動(dòng)量、動(dòng)量矩等都是矢量，因此，矢量代數(shù)法則、定義對理論力學(xué)中的矢量也同樣適用。所以，課程中要根據(jù)情況適當(dāng)穿插相關(guān)的矢量代數(shù)內(nèi)容，幫助學(xué)生更好地理解應(yīng)用。

另外，高等數(shù)學(xué)微積分在理論力學(xué)中也會(huì)涉及，在教學(xué)過程中，適時(shí)加以特別說明也是非常有必要的。

三、 教學(xué)方式及手段的改革

1. 如何利用有限課時(shí)有效地完成教學(xué)任務(wù)

我專業(yè)《理論力學(xué)》課程54教學(xué)學(xué)時(shí)。每一節(jié)課的信息量大、時(shí)間緊迫，這樣對教師的教和學(xué)生的學(xué)都提出了更高的要求。為了更好地完成教學(xué)，如今采用多媒體教學(xué)早已全面取代了板書教學(xué)。但是多媒體課件在進(jìn)行很多分析及解題范例講解等過程中，常常使課堂氣氛枯燥，并且不容易講清楚，不便于學(xué)生更快更好地理解，教學(xué)效果不佳。經(jīng)多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)得出，板書與多媒體相結(jié)合的方式能夠在盡可能高效地完成教學(xué)任務(wù)的同時(shí)使學(xué)生更好地理解所學(xué)內(nèi)容。

2. 如何實(shí)現(xiàn)學(xué)生所學(xué)理論知識(shí)能夠更好地與實(shí)際相結(jié)合

在教學(xué)過程中切忌單純講解抽象實(shí)例，例如力學(xué)簡圖。由于缺乏一定的工程背景，學(xué)生大多沒有見過研究對象的實(shí)物，不容易想象真實(shí)的研究對象和了解所研究問題的實(shí)際意義，因而學(xué)習(xí)起來比較抽象、不易接受，很難把力學(xué)模型與真實(shí)構(gòu)件聯(lián)系起來。因此，多媒體課件中盡可能地展現(xiàn)構(gòu)件的實(shí)物圖片或是動(dòng)畫，能夠幫助學(xué)生更好地理解。講解實(shí)例時(shí)，也盡可能以身邊的事物為例，如高架橋、堤壩、吊車、門、螺絲等，或是通過介紹本專業(yè)會(huì)經(jīng)常接觸到的工程構(gòu)件或設(shè)備的工程背景和意義來幫助學(xué)生更直觀地接受所研究對象并理解和掌握分析方法。另外，還可以在學(xué)習(xí)新內(nèi)容之前留一些與生活相關(guān)的思考題，讓學(xué)生在課外思考，結(jié)合所學(xué)內(nèi)容力爭得到相應(yīng)的解答。例如下水口水流漩渦的方向、河床被河水沖刷的情況，船上兩人的射擊問題等。這樣，就能使學(xué)生體會(huì)到力學(xué)并不僅僅是一些枯燥的概念和理論，還是生活中隨處可見的現(xiàn)實(shí)。這種啟發(fā)式教學(xué)不僅能引起學(xué)生的很大興趣，還能獲得一般教學(xué)方式所達(dá)不到的效果。

3. 如何解決學(xué)生“聽課易懂，習(xí)題難做”的普遍問題

由于學(xué)生在高中物理、大學(xué)物理中都接觸了“力學(xué)”內(nèi)容，課程中很多內(nèi)容都讓學(xué)生有“似曾相識(shí)”的感覺。但是所有問題都從原來的“理想狀態(tài)”轉(zhuǎn)化為了“實(shí)際狀態(tài)”，都從“不變”換成了“變”的問題。所以，到自己獨(dú)立做題時(shí)就感覺力不從心、相當(dāng)費(fèi)力，無從下手。這就需要在講解例題的時(shí)候，給學(xué)生強(qiáng)調(diào)和之前所學(xué)知識(shí)存在的差異，強(qiáng)調(diào)比之前所學(xué)需要多考慮到的各種因素，教學(xué)生解題的思維方式及解題技巧。例如，學(xué)生總是容易忽略物體的轉(zhuǎn)動(dòng)，而只考慮其平動(dòng)；總是容易忽略摩擦力的方向還和其運(yùn)動(dòng)趨勢有關(guān)，等等。

同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生邏輯性思維與發(fā)散式思維方法也很重要。在教學(xué)中注重對學(xué)生邏輯性思維訓(xùn)練的同時(shí)，也必須注意發(fā)散性思維的培養(yǎng)。例題講解過程中，要從解題思路上引導(dǎo)學(xué)生，通過講解有代表性、針對性強(qiáng)的例題，采用從多角度分析解題，使學(xué)生學(xué)會(huì)全方位、多角度思考，拓寬解題思路，提高解題能力，深化力學(xué)概念。

4. 如何調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力，將練習(xí)落到實(shí)處

為了保證和檢驗(yàn)教學(xué)效果，課后做習(xí)題是必不可少的。但是有些學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力和自覺性比較差，看似每次作業(yè)完成得都不錯(cuò)，一到考試成績卻不盡如人意。由于無法杜絕作業(yè)的抄襲，只能從課堂上來“逼”著學(xué)生做題。為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果，在有限的學(xué)時(shí)中，安排一定的習(xí)題時(shí)間，來面對面、有針對性地幫助學(xué)生解決解題過程中的問題。由于時(shí)間有限，必須合理、高效地利用這些時(shí)間。具體方案如下：將學(xué)生分成若干小組，各小組中既包含成績較好、態(tài)度較積極的學(xué)生，也包含成績不好、主動(dòng)性差的學(xué)生。依靠相互幫扶、相互督促，“逼”著主動(dòng)性差的學(xué)生參與課堂練習(xí)。各小組最終可以將仍然解決不了的問題或存在的疑問提出來，授課教師當(dāng)場解答。同時(shí)還可以根據(jù)情況選代表上黑板來做題，這樣可以明確地發(fā)現(xiàn)大多數(shù)同學(xué)容易出現(xiàn)的問題，并且當(dāng)場糾正，盡可能杜絕再犯同樣的錯(cuò)誤。

四、 考核方式的改革

考核評估是最基本的體現(xiàn)教學(xué)效果的手段。采取綜合評定的考核方式，將期末閉卷考試和平時(shí)成績相結(jié)合進(jìn)行綜合評定。

期末閉卷考試占綜合成績的70%，平時(shí)成績占綜合成績的30%。期末考試既要考核學(xué)生對基本知識(shí)和其應(yīng)用的掌握情況，也要考查學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決生活及工程當(dāng)中的實(shí)際問題，內(nèi)容必須涵蓋大綱中所要求掌握的知識(shí)點(diǎn)，題量和難度必須合理。平時(shí)成績的考核內(nèi)容要多樣化，提高學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)積極性，主動(dòng)去思考、去研究，培養(yǎng)主動(dòng)學(xué)習(xí)的好習(xí)慣并形成良好的學(xué)習(xí)方法。平時(shí)成績主要從幾個(gè)方面進(jìn)行考核：①出勤率、遲到情況。以此來督促學(xué)生按時(shí)到課。②課堂分組做題情況的表現(xiàn)及個(gè)人課后的提問。主要為了鼓勵(lì)學(xué)生在課堂上積極參與，在課后積極提問。③作業(yè)完成及掌握情況。由于作業(yè)抄襲情況的存在，所占分值較小。④總結(jié)個(gè)人學(xué)習(xí)心得及學(xué)習(xí)方法。

五、 結(jié)語

通過2014年以來從事《理論力學(xué)》的教學(xué)體會(huì)，逐步嘗試采用適合我專業(yè)學(xué)生的各種教學(xué)方式，不斷研究如何讓學(xué)生更好地接受和掌握所學(xué)知識(shí)，并能夠運(yùn)用于之后的專業(yè)課及工程實(shí)際當(dāng)中，從而取得更好的教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量。

本次教學(xué)改革尚不完善，仍然無法擺脫傳統(tǒng)的采用試卷的考試方法。這尚不足以從各方面對學(xué)生進(jìn)行考核，尤其是以培養(yǎng)應(yīng)用型技術(shù)員為目標(biāo)的教學(xué)考核。

另外，由于課時(shí)限制，無法讓學(xué)生大量參與實(shí)踐，以鞏固所學(xué)知識(shí)。最后，改革后的課程是否能取得顯著的教學(xué)效果還有待驗(yàn)證。

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