農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域理論力學(xué)教學(xué)改革的思考與實(shí)踐

張文姣，權(quán)龍哲，王業(yè)成

摘要：本文以農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的理論力學(xué)為研究?jī)?nèi)容，分析了教與學(xué)兩方面存在的問(wèn)題，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、學(xué)生培養(yǎng)等方面提出適用于農(nóng)業(yè)工程專(zhuān)業(yè)理論力學(xué)教學(xué)改革的探索和實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)工程；理論力學(xué)；改革與實(shí)踐

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）19-0044-02

理論力學(xué)是研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)一般規(guī)律的科學(xué)，是高等院校理工科機(jī)械、土建、水利、交通、航空航天必修的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。其概念、理論和方法既可以解決實(shí)際工程問(wèn)題，又可以對(duì)受力物體或系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)理研究，找出解決問(wèn)題的解析和數(shù)值方法，進(jìn)而將理論與實(shí)踐相結(jié)合，建立和發(fā)展新的模型及理論。針對(duì)農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的相關(guān)專(zhuān)業(yè)，理論力學(xué)為材料力學(xué)、機(jī)械原理、農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)等課程提供了必要的理論基礎(chǔ)，該門(mén)課程的性質(zhì)與任務(wù)決定了其理論性、應(yīng)用性強(qiáng)的特點(diǎn)。本文就教與學(xué)兩方面來(lái)探討理論力學(xué)的改革與實(shí)踐。

一、教學(xué)過(guò)程存在的問(wèn)題與改進(jìn)

1.課程內(nèi)容的討論與改革。農(nóng)業(yè)工程專(zhuān)業(yè)不同于力學(xué)專(zhuān)業(yè)，其對(duì)力學(xué)的認(rèn)識(shí)是生動(dòng)而不繁復(fù)的，無(wú)須深厚的理論功底，卻要應(yīng)對(duì)工程的多樣性和特殊性。傳統(tǒng)的理論力學(xué)教學(xué)內(nèi)容重經(jīng)典、輕現(xiàn)代；重理論、輕實(shí)際；教學(xué)方法重講授、輕參與。因此，在靜力學(xué)部分應(yīng)以工程實(shí)體結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，從三維空間出發(fā)，研究空間匯交力系、空間力對(duì)點(diǎn)之矩、力對(duì)軸之矩、空間力偶、空間任意力系的簡(jiǎn)化和平衡等內(nèi)容，鍛煉學(xué)生的空間構(gòu)想能力；在熟悉實(shí)際結(jié)構(gòu)的前提下，掌握空間力系的分析與計(jì)算；之后再回退到簡(jiǎn)單的平面力系部分，由難入簡(jiǎn)，由實(shí)際到理論。在講授靜力學(xué)部分，要讓學(xué)生夯實(shí)基礎(chǔ)，準(zhǔn)確掌握單個(gè)構(gòu)件和系統(tǒng)的受力分析，通過(guò)力的平衡方程進(jìn)行求解，為之后的材料力學(xué)課程做鋪墊。此外，動(dòng)力學(xué)部分的達(dá)朗伯原理也是和靜力學(xué)密不可分的，雖然是運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)或質(zhì)點(diǎn)系，但虛加慣性力之后，研究對(duì)象假想成靜止的個(gè)體或系統(tǒng)，采用靜力學(xué)平衡方程進(jìn)行求解。在學(xué)到達(dá)朗伯原理一章的時(shí)候，教師要適當(dāng)?shù)貜?fù)習(xí)靜力學(xué)知識(shí)，反復(fù)強(qiáng)調(diào)靜力學(xué)的解題思路，在力系平衡的理論基礎(chǔ)上求解動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。

2.教學(xué)方式的討論與改進(jìn)。傳統(tǒng)的授課方式常以單純教材和粉筆講授為主，板書(shū)時(shí)間長(zhǎng)、信息量大，學(xué)生容易感覺(jué)枯燥乏味。隨著科技的不斷發(fā)展和計(jì)算機(jī)的日益普及，多媒體教學(xué)逐步走進(jìn)大學(xué)課堂。教師應(yīng)充分利用學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)的興趣，在黑板講授理論知識(shí)的同時(shí)，做好電子教案、多媒體課件的輔助。例如在運(yùn)動(dòng)學(xué)部分，通過(guò)多媒體將機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)形式及運(yùn)動(dòng)過(guò)程生動(dòng)地展示給學(xué)生，在課本學(xué)習(xí)的同時(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的工程應(yīng)用概念，培養(yǎng)工程素質(zhì)。在動(dòng)力學(xué)部分，可將我國(guó)神舟發(fā)射的繞地球運(yùn)動(dòng)與動(dòng)量矩定理等概念聯(lián)系在一起，將深?yuàn)W的太空運(yùn)動(dòng)與力學(xué)知識(shí)有機(jī)結(jié)合，在學(xué)習(xí)知識(shí)的同時(shí)，激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣和對(duì)祖國(guó)的熱愛(ài)。

3.各學(xué)科的交叉與融合。近年來(lái)，由于本科招生的規(guī)模不斷擴(kuò)大，我國(guó)的高等教育開(kāi)始由小而精轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠖鴱V。由于地域差異，同一專(zhuān)業(yè)、同一班級(jí)學(xué)生的智力水平、知識(shí)掌握程度和興趣愛(ài)好都明顯不同。如果仍采用原有的統(tǒng)一授課方式，顯然不能適應(yīng)學(xué)生個(gè)體化差異大的情況。隨著國(guó)際交流增多，英語(yǔ)已經(jīng)不再是一門(mén)單純的語(yǔ)言，它已成為各個(gè)學(xué)科各個(gè)專(zhuān)業(yè)的科研工具。為滿(mǎn)足不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，教師在講課的同時(shí)，可將相關(guān)的力學(xué)英語(yǔ)詞匯介紹給學(xué)生，為以后專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)進(jìn)行鋪墊，也促進(jìn)了學(xué)生對(duì)大學(xué)英語(yǔ)四、六級(jí)的重視和實(shí)際應(yīng)用。此外，教師在講課過(guò)程中也應(yīng)適當(dāng)介紹ADAMS、ANASYS等工程仿真軟件，讓有能力的同學(xué)在理論學(xué)習(xí)的同時(shí)，了解工程計(jì)算分析工具，激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性。

二、學(xué)生學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)和提高

理論力學(xué)教材中的很多基礎(chǔ)知識(shí)：如靜力學(xué)-力的三要素，運(yùn)動(dòng)學(xué)-速度、加速度，動(dòng)力學(xué)-動(dòng)量、動(dòng)能、功能原理等內(nèi)容是與中學(xué)及大學(xué)物理重合的。學(xué)生在學(xué)習(xí)理論力學(xué)時(shí)容易停留在原有的簡(jiǎn)化模型和分析，習(xí)慣沿用以前的物理知識(shí)來(lái)解決問(wèn)題，忽視了大學(xué)高等數(shù)學(xué)在理論力學(xué)中的基礎(chǔ)應(yīng)用，不能主動(dòng)接受和學(xué)習(xí)理論力學(xué)的新概念和新方法，難以采用解析方法來(lái)闡述基本概念、運(yùn)算和結(jié)論。這種欠缺主要體現(xiàn)在靜力學(xué)-空間力對(duì)點(diǎn)之矩的矢量分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)-矢量法和自然法求點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)學(xué)-速度合成定理與加速度合成定理的公式推導(dǎo)、動(dòng)力學(xué)-質(zhì)點(diǎn)系相對(duì)于質(zhì)心的動(dòng)量矩定理等方面。單純使用初級(jí)物理知識(shí)和生活經(jīng)驗(yàn)是難以解決實(shí)際工程中的復(fù)雜問(wèn)題。學(xué)生在學(xué)習(xí)這些相關(guān)知識(shí)時(shí)就會(huì)感覺(jué)難度大、跟不上，上課注意力不集中，甚至停止學(xué)習(xí)的錯(cuò)誤思想。因此，教師應(yīng)在講課過(guò)程中適當(dāng)補(bǔ)充高數(shù)等基礎(chǔ)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)清晰地表述理論解析過(guò)程，形象地刻畫(huà)工程結(jié)構(gòu)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的分析能力。重點(diǎn)講授理論分析過(guò)程和習(xí)題的解題思路，從更高層次培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理能力和歸納總結(jié)能力?？刹捎脴?shù)狀分析：首先理清思路、找到主干，然后順藤摸瓜、抓住重點(diǎn)，最后從整體到部分進(jìn)行有機(jī)的分析和求解。學(xué)習(xí)任何知識(shí)都不是一蹴而就的，教師在講課過(guò)程中要著重指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)方法，何時(shí)需要就某一問(wèn)題進(jìn)行深入的研究-鉆而精，何時(shí)又要站在更高的角度來(lái)俯視問(wèn)題-大而廣。拋磚引玉，借一門(mén)課的思維方式訓(xùn)練學(xué)生，這種能力的培養(yǎng)要遠(yuǎn)比單純得到高分成績(jī)來(lái)得重要。

三、改革的實(shí)施和效果

目前，教學(xué)改革已在我校工程學(xué)院機(jī)械、機(jī)化等五個(gè)專(zhuān)業(yè)15個(gè)班級(jí)進(jìn)行了試用，效果較好。整個(gè)教學(xué)時(shí)數(shù)為80學(xué)時(shí)，其中包括8學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課程。教學(xué)內(nèi)容起點(diǎn)適中，學(xué)生接受得很好。最直接的反映是學(xué)生理解了前期的高數(shù)、計(jì)算機(jī)知識(shí)與當(dāng)前理論力學(xué)之間的聯(lián)系，學(xué)會(huì)用已有的理論知識(shí)對(duì)實(shí)際進(jìn)行分析和研究，能夠?qū)⑾嗷オ?dú)立的課程融合得更好。從空間到平面的講課順序，鍛煉了學(xué)生的空間構(gòu)想能力，能力強(qiáng)的學(xué)生進(jìn)一步自學(xué)平面力系的相關(guān)知識(shí)，發(fā)揮其自主性，提高了教學(xué)質(zhì)量。8個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)以水稻插秧機(jī)等實(shí)際構(gòu)件為研究對(duì)象，指導(dǎo)學(xué)生利用靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)建立模型并模擬計(jì)算。在考試考核環(huán)節(jié)，突出對(duì)工程結(jié)構(gòu)的分析，避免學(xué)生為迎合考試而死記硬背，真正考查了學(xué)生掌握知識(shí)的能力和水平。

綜上所述，為適應(yīng)時(shí)代的要求，教師需轉(zhuǎn)變教學(xué)觀(guān)念、改進(jìn)教學(xué)方法、在傳統(tǒng)教學(xué)模式的基礎(chǔ)上融入新思想，將各學(xué)科融會(huì)貫通，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，真正做到利用力學(xué)知識(shí)有深度、有廣度的分析解決實(shí)際工程問(wèn)題。教師要精心培養(yǎng)學(xué)生，把握教學(xué)方向；學(xué)生應(yīng)發(fā)揮主觀(guān)能動(dòng)性，打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?？傊碚摿W(xué)的教學(xué)改革是一個(gè)不斷探索、不斷完善、不斷發(fā)展、需要反復(fù)思考和實(shí)踐的過(guò)程。

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基金項(xiàng)目：黑龍江省高等學(xué)校教改工程項(xiàng)目：基于大學(xué)生科技創(chuàng)新機(jī)制的拔尖人才培養(yǎng)模式研究（項(xiàng)目編號(hào)：JG2012010042）資助。endprint