農業工程領域理論力學教學改革的思考與實踐

張文姣，權龍哲，王業成

摘要：本文以農業工程領域的理論力學為研究內容，分析了教與學兩方面存在的問題，從教學內容、教學方式、學生培養等方面提出適用于農業工程專業理論力學教學改革的探索和實踐。

關鍵詞：農業工程；理論力學；改革與實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）19-0044-02

理論力學是研究物體機械運動一般規律的科學，是高等院校理工科機械、土建、水利、交通、航空航天必修的專業基礎課。其概念、理論和方法既可以解決實際工程問題，又可以對受力物體或系統進行機理研究，找出解決問題的解析和數值方法，進而將理論與實踐相結合，建立和發展新的模型及理論。針對農業工程領域的相關專業，理論力學為材料力學、機械原理、農業機械學等課程提供了必要的理論基礎，該門課程的性質與任務決定了其理論性、應用性強的特點。本文就教與學兩方面來探討理論力學的改革與實踐。

一、教學過程存在的問題與改進

1.課程內容的討論與改革。農業工程專業不同于力學專業，其對力學的認識是生動而不繁復的，無須深厚的理論功底，卻要應對工程的多樣性和特殊性。傳統的理論力學教學內容重經典、輕現代；重理論、輕實際；教學方法重講授、輕參與。因此，在靜力學部分應以工程實體結構為研究對象，從三維空間出發，研究空間匯交力系、空間力對點之矩、力對軸之矩、空間力偶、空間任意力系的簡化和平衡等內容，鍛煉學生的空間構想能力；在熟悉實際結構的前提下，掌握空間力系的分析與計算；之后再回退到簡單的平面力系部分，由難入簡，由實際到理論。在講授靜力學部分，要讓學生夯實基礎，準確掌握單個構件和系統的受力分析，通過力的平衡方程進行求解，為之后的材料力學課程做鋪墊。此外，動力學部分的達朗伯原理也是和靜力學密不可分的，雖然是運動的質點或質點系，但虛加慣性力之后，研究對象假想成靜止的個體或系統，采用靜力學平衡方程進行求解。在學到達朗伯原理一章的時候，教師要適當地復習靜力學知識，反復強調靜力學的解題思路，在力系平衡的理論基礎上求解動力學問題。

2.教學方式的討論與改進。傳統的授課方式常以單純教材和粉筆講授為主，板書時間長、信息量大，學生容易感覺枯燥乏味。隨著科技的不斷發展和計算機的日益普及，多媒體教學逐步走進大學課堂。教師應充分利用學生對計算機的興趣，在黑板講授理論知識的同時，做好電子教案、多媒體課件的輔助。例如在運動學部分，通過多媒體將機構傳動的運動形式及運動過程生動地展示給學生，在課本學習的同時，增強學生的工程應用概念，培養工程素質。在動力學部分，可將我國神舟發射的繞地球運動與動量矩定理等概念聯系在一起，將深奧的太空運動與力學知識有機結合，在學習知識的同時，激發學生對科學的興趣和對祖國的熱愛。

3.各學科的交叉與融合。近年來，由于本科招生的規模不斷擴大，我國的高等教育開始由小而精轉變為大而廣。由于地域差異，同一專業、同一班級學生的智力水平、知識掌握程度和興趣愛好都明顯不同。如果仍采用原有的統一授課方式，顯然不能適應學生個體化差異大的情況。隨著國際交流增多，英語已經不再是一門單純的語言，它已成為各個學科各個專業的科研工具。為滿足不同層次學生的學習熱情，教師在講課的同時，可將相關的力學英語詞匯介紹給學生，為以后專業學習進行鋪墊，也促進了學生對大學英語四、六級的重視和實際應用。此外，教師在講課過程中也應適當介紹ADAMS、ANASYS等工程仿真軟件，讓有能力的同學在理論學習的同時，了解工程計算分析工具，激發學生的主動性和創造性。

二、學生學習能力的培養和提高

理論力學教材中的很多基礎知識：如靜力學-力的三要素，運動學-速度、加速度，動力學-動量、動能、功能原理等內容是與中學及大學物理重合的。學生在學習理論力學時容易停留在原有的簡化模型和分析，習慣沿用以前的物理知識來解決問題，忽視了大學高等數學在理論力學中的基礎應用，不能主動接受和學習理論力學的新概念和新方法，難以采用解析方法來闡述基本概念、運算和結論。這種欠缺主要體現在靜力學-空間力對點之矩的矢量分析、運動學-矢量法和自然法求點的運動、運動學-速度合成定理與加速度合成定理的公式推導、動力學-質點系相對于質心的動量矩定理等方面。單純使用初級物理知識和生活經驗是難以解決實際工程中的復雜問題。學生在學習這些相關知識時就會感覺難度大、跟不上，上課注意力不集中，甚至停止學習的錯誤思想。因此，教師應在講課過程中適當補充高數等基礎知識，嚴謹清晰地表述理論解析過程，形象地刻畫工程結構的實際運動，調動學生學習的積極性，培養學生的分析能力。重點講授理論分析過程和習題的解題思路，從更高層次培養學生的邏輯推理能力和歸納總結能力。可采用樹狀分析：首先理清思路、找到主干，然后順藤摸瓜、抓住重點，最后從整體到部分進行有機的分析和求解。學習任何知識都不是一蹴而就的，教師在講課過程中要著重指導學生的學習方法，何時需要就某一問題進行深入的研究-鉆而精，何時又要站在更高的角度來俯視問題-大而廣。拋磚引玉，借一門課的思維方式訓練學生，這種能力的培養要遠比單純得到高分成績來得重要。

三、改革的實施和效果

目前，教學改革已在我校工程學院機械、機化等五個專業15個班級進行了試用，效果較好。整個教學時數為80學時，其中包括8學時的實驗課程。教學內容起點適中，學生接受得很好。最直接的反映是學生理解了前期的高數、計算機知識與當前理論力學之間的聯系，學會用已有的理論知識對實際進行分析和研究，能夠將相互獨立的課程融合得更好。從空間到平面的講課順序，鍛煉了學生的空間構想能力，能力強的學生進一步自學平面力系的相關知識，發揮其自主性，提高了教學質量。8個學時的實驗以水稻插秧機等實際構件為研究對象，指導學生利用靜力學、運動學知識建立模型并模擬計算。在考試考核環節，突出對工程結構的分析，避免學生為迎合考試而死記硬背，真正考查了學生掌握知識的能力和水平。

綜上所述，為適應時代的要求，教師需轉變教學觀念、改進教學方法、在傳統教學模式的基礎上融入新思想，將各學科融會貫通，培養學生的學習能力、實踐能力和創新能力，真正做到利用力學知識有深度、有廣度的分析解決實際工程問題。教師要精心培養學生，把握教學方向；學生應發揮主觀能動性，打下堅實的基礎?？傊碚摿W的教學改革是一個不斷探索、不斷完善、不斷發展、需要反復思考和實踐的過程。

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基金項目：黑龍江省高等學校教改工程項目：基于大學生科技創新機制的拔尖人才培養模式研究（項目編號：JG2012010042）資助。endprint