理論力學課程多媒體教學體系的研究與實踐

盛國剛　鄧軍　潘軍

[摘 要]隨著信息技術的不斷發展，多媒體教學形式以其良好的直觀性、趣味性和交互性為越來越多的人所接受。提高多媒體教學水平，既要有高質量的多媒體課件系統，又必須以教師為本，加強多媒體課件與課堂教學的有機整合。多媒體教學效果與課件本身質量有很大的關系，需要教師根據每堂課自己的體會、同行之間的交流、學生的反饋情況，對媒體課件進行不斷的更新完善。一個好的多媒體軟件系統，只有與教學經驗較豐富的教師有機結合，才能真正發揮多媒體教學優勢。

[關鍵詞]理論力學 多媒體 有機整合

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2015）04-0148-02

隨著信息技術的不斷發展，多媒體教學形式以其良好的直觀性、趣味性和交互性為越來越多的人所接受。目前許多高校都加入多媒體教育的建設中，甚至于多媒體教學成為創“精品課程”的必備條件之一，教師們運用多種工具和軟件（如數碼相機、攝像機、電腦、掃描儀、投影儀等硬件設備以及Powerpoint、Photoshop、AutoCAD、3Dmax、Flash等軟件）制作了一批多媒體課件。對于理論力學課程，如何開展課件的研制工作以及如何將課件與課堂教學有機整合，我們進行了一些探討。

一、多媒體教學基本理論及應用課件的研制

理論力學的基本理論是一切力學課程的基礎，相應的基本理論及應用課件的研制也顯得尤為重要。結合理論力學課程體系和課程內容的改革，靜力學不再對各種力系獨立進行分析，主要分成力系的簡化和力系的平衡兩大部分，從一般情形出發，直接導出特殊結果。靜力學中物體系統的平衡問題，取不同的研究對象，可以得到結果相同的多種解答，每種解答需要兩個或三個以上的受力圖，信息量相當大，另外，空間力系平衡的受力分析圖等問題，通過多媒體表述，避免了黑板板書的困難。在計算桁架結構內力時，在桿件數量比較多的情況下，計算方法往往不是唯一的，包括所取的截面及節點都有可能不唯一，需要通過不同的受力分析圖進行比較，運用多媒體的表現形式可以節省大量的時間。

運動學分為剛體運動學和點的運動學兩大部分。在運動學中，黑板板書圖例只是運動機構瞬間狀態的示意，不能描繪運動的全過程，特別是點的合成運動中絕對運動軌跡曲線、相對運動軌跡曲線以及牽連運動狀態，剛體平面運動的瞬心軌跡曲線，不同的瞬間，平面運動剛體上各點的運動狀態，通過多媒體動態顯示，清楚直觀，還可以對學生感興趣的動態過程實例進行重復播放。

動力學中動量定理、動量矩定理合為一章，這樣剛體平面運動方程成為兩定理的綜合運用。動力學中各章內容的研究對象以質點系為模型，導出普遍理論，應用時以剛體為主。在動力學問題中，通過視頻演示，解釋動量定理、動量矩定理、動靜法等原理在工程和生活中的應用實例。例如利用動量定理，了解振動壓路機的工作原理，通過調節偏心質量的大小和質量分布，可以實現不同類型的壓路機對不同被壓實材料的密實作用。利用動量矩定理，解釋花樣滑冰運動員身體轉動速度的變化規律，網球對球拍的沖擊以及擊球時手掌處產生的沖擊效果，以及如何減小對手掌產生的不利沖擊效果。利用動靜法，解釋大型旋轉機械的動平衡問題以及車輛在不同路況下的動力學問題。動靜法中的主動力、約束力和慣性力，可以用不同的顏色、不同的線條（實線、虛線）表示，可以進一步說明達朗貝爾原理只是在形式上組成了平衡力系，并不是靜力學問題中真正的平衡。

此外，對不同的專業，為了使教、學、用緊密結合，課件內容也有所側重，如橋梁工程專業對不同的橋梁模型如梁橋、拱橋、懸索橋、斜拉橋等，進行了力學性能的定性分析，而建筑工程專業對各種屋架結構模型，梁、柱、板、樁及其組合結構模型進行定性分析，機械類專業對各種典型機械零件模型、工程機械模型、各種傳動機構模型進行靜、動態分析。這種虛擬實際工程和生活模型的多媒體教學手段，易懂、易學、易教，傳統的教學方式很難達到相應的教學效果。

在課件中，簡化了基本理論的推導，強調其具體運用，在一定程度上緩解了課時縮短的矛盾。每次課有獨立的課件，包括知識點、重點難點內容、學習方法指導、課堂討論、思考、例題等欄目。對不同的內容設計出不同的表現形式，利用文字、線條、顏色等多變的格式進行設置。

二、理論力學多媒體典型例題庫的編制

要學好理論力學課程，學生必須獨立完成一定數量的計算問題，因此制作典型例題多媒體課件成為豐富多媒體素材庫的又一個內容。在每一次多媒體教學課中，都設置了一定數量的例題，這些例題的一個共同特點就是對解答步驟分步進行控制，依次點擊可以得到解答的每一個要點，使解題規范化，對培養學生解決問題的素質和能力有一定的幫助。如靜力學平衡計算，依次點擊可分別得到研究對象、受力圖、平衡方程、計算結果；動靜法中的例題依次點擊可得到研究對象、主動力及約束反力、運動量、慣性力、方程。運動學、動力學部分的例題除對解答分步驟進行控制外，還可以對例題的圖形進行運動過程的仿真演示，從而使例題的分析解釋更加生動形象。例題庫中的例題來自于一些重點院校編制的教材、考研試題、競賽試題、習題解答參考書等，在一定程度上反映了理論力學課程的學習水平。在每一道例題的講解過程中，通過對學生學習狀態的有效監控，對一些學生不懂的步驟，可以利用多媒體回放的特點為學生提供重復學習的機會。而對于有些例題，如靜力學中的部分例題，只對研究對象、受力圖部分進行點擊，而平衡方程、計算結果由學生自己去思考。一題多解，通過黑板板書，將會花費很多時間，運用多媒體的教學手段，將會起到較好的效果，如對于靜力學問題，取不同的研究對象，對不同的構件或組合進行受力分析，可以得到問題的相同解答，通過一題多解，使學生更加熟練的掌握靜力學平衡問題的求解。對于運動學中平面運動剛體上點的速度求解，通過一些典型問題，比較基點法、速度投影定理和瞬心法的適用性，進一步加深對這些知識點的理解。對于動力學問題，比較動量定理、動量矩定理、動能定理以及動靜法的適用性，對一些典型的動力學問題盡量嘗試用多種方法解決，進一步加深對這些定理和方法的理解。

三、如何改進多媒體教學的教學效果

教學媒體由多個要素組成，包括教師的語言、教態、形象，教學課件、黑板板書、教材和輔導書，以及學生的思考、提問、討論、作業、考試，課件只是教學媒體中的一個輔助部分，其中最重要的媒體要素還是教師簡明、清晰、語速適中、抑揚頓挫的語言表達，生動形象的肢體語言和激發學生學習欲望的魅力。黑板的作用也不能被取代，每堂課的要點、重要公式的推導、典型例題的講解、學生的課堂提問和討論，都必須通過黑板板書。如在動量、動量矩定理中外力系對質點系整體運動變化的瞬時效應與時間累積效應的含義、動能定理中作用力的空間累積效應問題、動靜法與動量、動量矩定理的區別和聯系等，這些問題必須由教師根據自己掌握的綜合性理論力學知識用語言和黑板板書進行解釋。最后，教學效果需要所面向的對象媒體“學生”通過作業、考試表現出來，特別是作業環節。理論力學課程與其他課程相比，作業量較大，要求學生認真、獨立完成，才能達到學習的效果，老師也必須掌握大學生的作業情況，實時對課堂教學做出調整。因此，教師必須精心組織課堂教學，改變單向灌輸、放電影式的教學方式，時刻觀察學生的接受能力和反饋情況，及時調整教學節奏，同時加強學生自主學習、自主實踐的意識，達到使學生愉快學習的目的。一堂成功的理論力學課程，起主導作用的教師、對象媒體“學生”和黑板的效能也是關鍵的、不可缺的因素。

實踐表明，多媒體教學效果與課件本身質量有很大的關系，需要教師根據每堂課自己的體會、同行之間的交流、學生的反饋情況，對媒體課件進行不斷的更新完善。同時，一個好的多媒體軟件系統，只有與教學經驗較豐富的教師有機結合，才能真正發揮多媒體教學優勢。

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[責任編輯：鐘 嵐]