應用型高校理論力學教學探討

何凡

摘要：理論力學的知識點較多，并且邏輯關系較為復雜，教學效果容易受到影響。根據在教學中發現的一些問題，本文指出應用型高校可以從幾個方面改進教學，培養學生的實際工程能力，同時也有助于提高理論力學的教學質量，為理論力學的教學者提供一些借鑒和參考。

關鍵詞：應用型高校；理論力學；教學質量；邏輯思維

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）38-0189-02

一、引言

對工科專業的學生來說，理論力學是一門非常重要的技術基礎課，尤其是對土木類和機械類等專業，理論力學的地位更為凸顯。作為進入大學接觸到的第一門力學課程，理論力學的學習至關重要，不僅可以直接解決實際工程問題，而且為后續的材料力學、結構力學以及專業課程奠定了必要的基礎。

學習理論力學的學生處于低年級，很容易自然而然地想到中學物理的力學。在理論力學教學中，我們經常發現，學生仍然沿用中學物理的思維去解決理論力學問題，而且這種思維根深蒂固，使得不少學生固執地認為理論力學就是物理，尤其是物理學得不好的學生很自然地認為理論力學肯定也學不好，無論在自信心還是學習興趣上首先就敗下陣來，教學效果可想而知。

因此，在理論力學的第一節課，非常有必要跟學生講清楚理論力學與中學物理的力學之間有何區別與聯系，理論力學到底涉及哪些內容，為什么中學物理已經學過力學現在還要學習。例如，中學物理的力學研究對象是質點，關注的是摩擦力等；理論力學的研究對象是剛體，關注的是約束力等。這些區別必須在理論力學的緒論課上明確地指出來，使學生首先從思想上認識到理論力學的獨立性和重要性。可以說，使學生意識到理論力學是一門全新的課程，其教學質量的提高才能從根本上得到解決。

理論力學牽涉較多的數學推導以及邏輯關系的建立，學生往往感覺較為棘手，教學效果往往不甚理想。為此，許多理論力學教師創造了新穎的教學方法，如概念教學、協作學習等。誠然，在理論力學教學過程中，注重能力的培養和教學體系的改革是非常重要的。通過教學中發現的問題，在以應用為導向的高校中提高理論力學的教學質量，可以從以下方面入手。

二、理論力學應注重邏輯思維能力的培養

理論力學這門課程除了傳授相應的知識，邏輯思維能力的培養也是其一大任務。理論力學學得好的學生，往往具有較強的邏輯分析能力。應用理論知識對復雜工程問題進行理論分析的能力，是一種綜合的素質能力，具有三個層面：（1）對復雜問題分解并表達的能力。（2）對分解的復雜問題進行有條理的分析和表達。（3）綜合性分析一個復雜問題。在這三個層面，存在四個單一的能力：（1）分解的能力。（2）表達的能力。（3）條理性分析的能力。（4）綜合的能力。其中，表達能力是全部問題的一個前提。理論力學教學的第一個能力培養問題就是理論分析的清晰表達，表達能力的培養不是一個理論問題和一個講通道理的問題，而是一個技能訓練的問題。因此，表達能力的培養必須有多次的重復，是一個循序漸進的過程。

理論力學的一個教學難點是學生對復雜問題表達出現了較多的漏洞。例如，對于約束力的處理，單個的約束得心應手，多種約束則容易出現混亂；尤其是銷釘問題，是很多學生較為頭痛的。當銷釘只連接兩個孔時，還能處理，在思維上學生也能想通，但對銷釘連接多個孔的情況，學生極易出現思維的混亂，漏畫或多畫力的情況經常出現。出現這種狀況的原因，是學生邏輯不夠清晰和嚴密。我們在教學中經常強調畫約束力要能說出力的施力體和受力體，分析的過程要有清晰的條理性。但一個極為關鍵的教學環節，是給學生留有一定的思維空間，使他們在理性認識上完全能夠接受。能力培養必須是學生在模仿中逐漸進入獨立思考階段的引導啟發式教學。在理論力學教學中掌握留給學生思維的空間是能力培養的關鍵，鼓勵學生大膽地表達思維，才能有針對性地糾正不對的地方。總之，使學生學會思維，學會表達思維，留有足夠的思維空間，能夠主動思維。

三、理論力學教學可以結合生活實例

現在的高校教學比較強調必須結合工程實例，尤其是對以應用型為導向的高校，這顯得更為重要。因此，現在通常的做法是針對學生所學專業，結合其專業上的工程實例去講。例如，針對土木橋梁專業的學生，我們經常在講到固定鉸鏈支座和滾動支座這樣的約束時，就會舉出這樣的工程實例：橋梁一端通過固定鉸鏈支座固定在橋墩上，另一端則通過滾動支座置于橋墩上，滾動支座的應用是為了調節橋梁的熱脹冷縮時產生的位移變化。這種做法固然很好，但也存在不容忽視的問題。

值得我們注意和思考的是，作為低年級學生，幾乎還沒有接觸到專業課程，許多學生對專業的認識還很比較淺，也不太可能完全理解專業中的工程實例。有些平常不太容易接觸的工程實例，對學生理解起來不是那么容易，尤其在涉及運動學這部分內容時。在教學中，我們經常發現不少學生對本專業的工程實例顯得有些茫然。為此，可以在教學中結合一些生活中的實例，讓學生更有切身體會，看得見摸得著，理解起來更容易。例如，在講剛體的平面運動時，可以用黑板擦的運動進行演示講解，或以健身器材的運動視頻（教師可以拍成短片）講解不同的運動形式。學生有了切身體會，可以親身體驗，往往會表現出較高的學習興趣和熱情，能夠實實在在地感受到理論的價值和應用。對學生來說，理論力學的內容也不會那么枯燥和難懂，也不再只停留在紙面上，會讓理論力學的教學事半功倍。

四、理論力學教學應注重的其他方面

實驗在理論力學的教學中是必不可少的部分，將理論教學中的基本概念和基本方法直接用于實驗分析，讓學生在實驗中激發學習的主動性，在自主應用理論知識的過程中激發探索研究的興趣，培養創新意識和創新能力，培養學生理論與實際相結合的工程動手分析能力。只有使學生學會獨立操作、獨立實驗的基本技能，才有可能獨立地完成提高性的實驗研究。

除了教學大綱中規定的一些基礎性實驗，可以適時開設開放性實驗。開放性實驗以綜合性理論分析與實驗分析相結合為知識重點，主要培養學生完全獨立的實驗分析能力，以工程實際或模擬工程實際為背景，讓學生設計實驗，從而培養他們的綜合工程分析能力。開放性實驗可以最大限度地調動學生的主動性探索和研究興趣，培養創新意識和創新能力，其實驗時間比較彈性，可通過提前預約、學生助教輔助來完成。

另外，在教學中引入小論文的寫作等，可以培養學生研究過程的表述和研究分析的表述等能力，對提高教學質量是非常有益的。學生通過發現身邊的一些力學問題，進而撰寫小論文，可以運用ANSYS等工程分析軟件解決實際問題，并通過開放性實驗來驗證。這一套完整的培養模式能使學生對書本知識有更深入的理解，對將來專業課程的學習能起到積極的促進作用，對學生科研能力的培養也有積極影響。對學生而言，首先是學會了獨立主動地進行研究，其次是學會了研究過程的表述和研究分析的表述。小論文可以是學生的一次大作業，對論文題目，教師可不做規定，或是學生發現的一些身邊與力學有關的問題，或是學生根據所學專業選擇的題目。做小論文的目的是讓學生綜合運用所學力學知識解決實際問題，使書本知識與工程實際得到結合，提升學生的解決問題的能力。

五、結語

理論力學以培養學生工程理論分析能力為核心，在教學內容的三大模塊中，靜力學培養學生的分析表達能力，運動學培養學生對復雜問題條理清晰的分析能力，動力學培養學生綜合分析問題的能力。以上述三個能力培養的階梯為能力培養主線，使學生從物理的普遍性理論分析方法發展為對工程復雜性問題的綜合理論分析方法，實現能力培養階梯在教學進程中的規范化和系統化。

理論力學雖然對很多學生來說掌握較為困難，但只要教師不斷總結教學中發現的問題，提出相應的解決方法，注重從多方面入手，一定能使學生在能力培養的同時掌握好相關知識，提高教學質量。

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