《理論力學(xué)》教學(xué)改革探索

摘 要：針對《理論力學(xué)》學(xué)時減少、內(nèi)容較多的特點，論文從課程的發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，提出了一些教學(xué)內(nèi)容、方式、手段及考核方式的改革措施，希望對廣大力學(xué)教師提供一些參考。

關(guān)鍵詞：理論力學(xué)；教學(xué)；改革探索

《理論力學(xué)》是研究物體機械運動的最普遍和最基本規(guī)律的學(xué)科。因此，它既是各門力學(xué)學(xué)科的基礎(chǔ)，又是各門與機械運動密切聯(lián)系的工程技術(shù)學(xué)科的基礎(chǔ)。對于大多數(shù)的工科學(xué)生來說，這門課程是學(xué)生從單純的理論知識的學(xué)習(xí)到運用適當(dāng)?shù)睦碚摵退季S去解決工程實際問題的首門課程。對機制類學(xué)生更好的鞏固《高等數(shù)學(xué)》《大學(xué)物理》等前置課程，并為后續(xù)《機械原理》《機械設(shè)計》等專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。針對于我院汽車服務(wù)專業(yè)學(xué)生來說，在后續(xù)課程的教學(xué)過程以及在畢業(yè)設(shè)計中涉及理論力學(xué)的相關(guān)知識運用時，發(fā)現(xiàn)學(xué)生運用理論解決實際問題的能力比較欠缺，因此《理論力學(xué)》課程的改革勢在必行。

一、 理論力學(xué)課程發(fā)展現(xiàn)狀

隨著我校向“應(yīng)用性大學(xué)”的轉(zhuǎn)變，對學(xué)生的培養(yǎng)方案也隨之發(fā)生變化，實踐教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)分?jǐn)?shù)明顯增加，素質(zhì)教育類課程比重提高，為了適應(yīng)這一發(fā)展趨勢，《理論力學(xué)》的課時數(shù)減少，對于某些專業(yè)，更是將《理論力學(xué)》和《材料力學(xué)》合成了一門課程。這種改變導(dǎo)致本課程的講授時間減少，課后的學(xué)習(xí)時間縮減。而我校作為一所一般本科院校，生源較重點院校略顯薄弱，學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊。另一方面，由于《理論力學(xué)》的教學(xué)是從基礎(chǔ)理論出發(fā)，由淺入深。在基礎(chǔ)理論的推導(dǎo)和講授時，由于涉及高等數(shù)學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，如果上課沒有跟著老師的思路，會覺得課程越來越乏味。

因此怎樣才能在有限的教學(xué)環(huán)節(jié)中讓學(xué)生掌握理論力學(xué)基本的分析方法和理論，培養(yǎng)學(xué)生利用理論知識分析實際問題的能力，是本課程的亟須解決的問題。

下面結(jié)合自己2013年以來的教學(xué)實踐，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及手段、考核方式三個方面著手就機械工程學(xué)院三個專業(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. 根據(jù)我專業(yè)特點合理安排教學(xué)內(nèi)容

我院三個專業(yè)《理論力學(xué)》學(xué)課，均為54個學(xué)時，學(xué)時較少。選用孟慶東主編，機械工業(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)時左右）。要想在有限的學(xué)時內(nèi)，將本專業(yè)學(xué)生必須掌握的內(nèi)容全部教授給學(xué)生，就得根據(jù)我專業(yè)實際需求安排教學(xué)內(nèi)容，將之前學(xué)生在其他課程中學(xué)習(xí)過的內(nèi)容就重點簡單復(fù)習(xí)，不需要占用太多學(xué)時，而將與之前存在較大差距的部分著重講解。例如牛頓定理、物體重心相關(guān)理論等部分。由于我專業(yè)學(xué)生只要求會利用相關(guān)公式解決實際工程問題，并不要求掌握其公式推導(dǎo)過程，因此關(guān)于有些定理的推導(dǎo)也不需要詳細(xì)講解，只需要幫助學(xué)生理解掌握公式，另外通過例題講解要求學(xué)生掌握公式在工程背景下的用法即可。對于課本中打“☆”的部分也要選擇性取舍，關(guān)于“動量定理”部分，后續(xù)專業(yè)學(xué)習(xí)中將會用到就不能舍去，關(guān)于“達(dá)朗貝爾動靜法”部分，關(guān)于慣性力系的簡化方法也必須給學(xué)生講清楚，不能因為課本中打“☆”就盲目略去不講。至于對本專業(yè)學(xué)生用處不大或是難度較大的標(biāo)注“☆”的部分可鼓勵學(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)省課時數(shù)，經(jīng)我院多位《理論力學(xué)》老師協(xié)商，一致決定可對《理論力學(xué)》的知識結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。講到靜力學(xué)部分“平面基本及任意力系”的同時，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)行分析并及時進(jìn)行擴展，以便理解記憶。而省去了先講平面力系再講空間力系時，還需要稍加復(fù)習(xí)平面力系所占用的時間。

另外，可根據(jù)我專業(yè)的特點，調(diào)整該門課程上課內(nèi)容的側(cè)重點，將與我專業(yè)不大相關(guān)或者涉及得比較少的部分僅作以簡單介紹，以節(jié)省一定的學(xué)時給需要重點講解的部分。

2. 將教學(xué)重點及難點落到實處

經(jīng)過上述對教學(xué)內(nèi)容的適當(dāng)調(diào)整，將節(jié)省出來的學(xué)時數(shù)，充分合理的用在該門課程的重點和難點部分?，F(xiàn)就該門課程的幾個重點難點作為例子加以說明。

（1） “靜力學(xué)”部分，受力分析就是該部分的重點和難點，是整個力學(xué)的基礎(chǔ)，也是其他專業(yè)課例如《材料力學(xué)》《機械原理》《機械設(shè)計》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兒重點和難點，學(xué)生不僅容易受中學(xué)階段受力分析的束縛，還對新引入的概念比較生疏。應(yīng)通過合適的教學(xué)方式和手段著重加以分析說明，讓學(xué)生逐漸跳出中學(xué)受力分析的模式，熟悉所謂約束的概念，保證學(xué)生更好的理解掌握。

（2） “運動學(xué)”部分，“點的合成運動”能有效地將復(fù)雜運動轉(zhuǎn)化為簡單運動的合成，幫助更好更方便地解決復(fù)雜問題。這部分不僅是重點也是難點，但是學(xué)生對“絕對運動”“相對運動”“牽連運動”不容易準(zhǔn)確定位，容易混淆。因此這部分也應(yīng)重點講解，并且傳授準(zhǔn)確定位的手段及方法。

（3） “動力學(xué)”部分，“動量定理和動量矩定理”雖然是標(biāo)“☆”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)知識和以后的實際應(yīng)用有比較重要的作用，所以也必須作為重點內(nèi)容講解。

無論從哪個角度來分析，整個《理論力學(xué)》都是基于矢量代數(shù)的，如力、速度、加速度、動量、動量矩等。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)生更好的理解應(yīng)用。另外，高等數(shù)學(xué)微積分在理論力學(xué)中也體現(xiàn)了相當(dāng)重要的地位，往往很多時候，學(xué)生因為微積分沒有學(xué)好，而影響了《理論力學(xué)》甚至是之后的多門專業(yè)課的學(xué)習(xí)，在教學(xué)過程中，適時加以特別說明，鼓勵學(xué)生課后自主復(fù)習(xí)相關(guān)內(nèi)容，以便能在專業(yè)課中靈活運用也是非常有必要的。

三、 教學(xué)方式及手段的改革

1. 如何保證學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程之前數(shù)學(xué)知識的掌握endprint

在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，每當(dāng)理論力學(xué)中的定理或者解決問題的方法牽涉到高等數(shù)學(xué)的相關(guān)知識時，學(xué)生會產(chǎn)生畏難情緒，從而使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主動性降低。那么怎么使這些數(shù)學(xué)知識不成為學(xué)習(xí)過程中的絆腳石，具體的操作方法有兩種：一種是在每當(dāng)用到數(shù)學(xué)知識時先對其詳細(xì)的講解，這種方法的效果特別顯著，學(xué)生會跟著老師的思路一步步去理解，但是鑒于《理論力學(xué)》本身的課時量的縮減，這種教學(xué)方法只能摒棄。另一種方法就是先將課程中需要用到的高數(shù)相關(guān)理論做一個詳細(xì)的歸納，形成文字的材料發(fā)放給學(xué)生提前預(yù)習(xí)，然后在課上通過課堂提問的形式考查大家的自學(xué)成果，而課堂表現(xiàn)的數(shù)據(jù)也計入期末成績的范疇，這樣既督促學(xué)生提高自學(xué)能力，也使課堂的互動性增強。

從教師的角度來解決這個問題，應(yīng)該加強基礎(chǔ)課教師和專業(yè)課教師之間信息的交流。比如《理論力學(xué)》中質(zhì)點、質(zhì)點系、剛體的微分這一部分內(nèi)容，需要學(xué)生首先通過理論力學(xué)相關(guān)知識建模、列出微分方程并求解。而微分方程的解法在《高等數(shù)學(xué)》的講授也是在同一學(xué)期并行開展的，如果在高數(shù)的教學(xué)過程中教師對于這一部分的講解可以附帶一些以實際工程問題為實例的講授，學(xué)生在《理論力學(xué)》的學(xué)習(xí)過程中就不會那么陌生。

2. 如何保證學(xué)生積極的思考

由于在現(xiàn)有的教學(xué)時間內(nèi)每堂課所需要完成的教學(xué)任務(wù)重，信息量大，多媒體教學(xué)基本已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的板書教學(xué)。多媒體教學(xué)的優(yōu)點毋庸置疑，直觀清晰、可以節(jié)省教師大量的板書時間，但也存在一定的問題。從本人的教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，在課堂上講解例題時，如果是采用多媒體教學(xué)的方式，學(xué)生可以很好地理解這一個題目的解題過程，但是在完成習(xí)題的時候就有些手足無措了。究其原因是在講授過程中解題思路的缺失。也就是說，采用多媒體教學(xué)時學(xué)生并沒有去思考為什么這樣去做，遇到這樣的問題應(yīng)該怎么去思考，而只是通過老師的講解覺得這種解法是正確的。所以在本人教學(xué)的過程中都會將每一個例題板書出來，從頭開始去分析應(yīng)該怎樣去思考、解答。

3. 如何實現(xiàn)學(xué)生所學(xué)理論知識能夠更好地與實際相結(jié)合

在教學(xué)過程中切忌單純講解抽象實例，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物，學(xué)生不容易想象真實的研究對象和了解所研究問題的實際意義。因而學(xué)習(xí)起來比較抽象、不易接受，很難把力學(xué)模型與真實構(gòu)件相聯(lián)系起來。因此，多媒體課件中盡可能的展現(xiàn)構(gòu)件的實物圖片或是動畫，能夠幫助學(xué)生更好的理解。講解實例時，也盡可能以身邊的事物為例，如高架橋、堤壩、吊車、門、轉(zhuǎn)頭、螺絲等，或是通過介紹本專業(yè)會經(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、河床被和數(shù)沖刷的情況，船上兩人的射擊問題等等。這樣，就能使學(xué)生看體會到力學(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。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。

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成績相結(jié)合進(jìn)行綜合評定?，F(xiàn)在學(xué)校統(tǒng)一采用的形式是期末考試成績占70%，平時成績占30%的比例。

1. 期末考試類型轉(zhuǎn)變

期末試卷的一般試題類型為選擇、填空、作圖和簡答題。但在現(xiàn)在這個通訊發(fā)達(dá)的時代，信息的獲取是很容易的事情，而《理論力學(xué)》是一門和工程實際密切相關(guān)的課程。因此改變課程考試的類型可以更好檢查學(xué)生學(xué)習(xí)過程的掌握情況。在考試過程中，本人曾經(jīng)嘗試過開卷考試的形式。即學(xué)生可以用一張A4紙將所學(xué)過知識以及自己認(rèn)為重要的一些公式、理解記錄在上面，而考題全部為解答計算題類型，這樣學(xué)生不用在花費大量時間去識記一些復(fù)雜的公式、定理，而只需要明確解題的思路即可。

2. 平時成績的分配

平時成績主要從考勤、作業(yè)兩個方面來考查學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度和學(xué)習(xí)成果，但這些并不能完全的表現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)軌跡。在教學(xué)中可以發(fā)現(xiàn)某些學(xué)生上課時比較認(rèn)真，互動性很好，但是由于基礎(chǔ)不夠牢固，最后考試的成績并不算突出，因此在平時考核中加入了學(xué)生積極性的這一項指標(biāo)，用以判定學(xué)生在整個學(xué)習(xí)過程中的用心程度，畢竟考試只是為了督促學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)程。

五、 結(jié)語

參與《理論力學(xué)》的教學(xué)體會有四年了，我努力嘗試設(shè)計一套適合我院各專業(yè)學(xué)生的一種科學(xué)的教學(xué)方式，努力讓學(xué)生更好地接受和掌握所學(xué)知識，更好地將之前的以及之后的專業(yè)課更好地融合在一起，并能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)以致用，將所學(xué)知識靈活運用到以后的工作中，保證得到更好的教學(xué)效果，提高這門課的教學(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，由于課時限制，無法讓學(xué)生大量參與實踐，以鞏固所學(xué)知識。若以后條件允許，我認(rèn)為應(yīng)該爭取融入更多的實踐機會，以便能夠及時地將所學(xué)理論融入實踐環(huán)節(jié)，能夠取得更好的教學(xué)效果。最后，改革后的課程是否能取得顯著的教學(xué)效果還有待驗證。

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作者簡介：

丁小可，貴州省貴陽市貴陽學(xué)院機械工程學(xué)院。endprint