《理論力學》教學改革探索

王娟??

摘要：結合機械工程學院三個專業的教學實踐需要，根據本專業特色及學生情況，轉變教學思路，做到與《大學物理》和《材料力學》等課程的銜接。將理論知識運用到工程實踐中，分別從對少學時《理論力學》教學內容的精簡、教學重點的落實、教學方式及手段的多樣化、盡可能優化的考核方式這些方面對機械工程學院《理論力學》課程的教學展開探討和改革。

關鍵詞：理論力學；教學探索改革

《理論力學》課是多數工科專業核心技術基礎課程之一。 它包括靜力學、運動學和動力學三部分，主要研究物體機械運動的一般規律。它對工科學生既有基礎性又具有應用性，它不僅是作為所學基礎課程《高等數學》《大學物理》與后續課程，如《材料力學》《機械原理》《機械設計》的過渡，還能培養學生的邏輯思維及分析和解決實際問題的能力，并將這些能力運用到生活及生產過程中。順應國家“走新型工業化道路”和“走出去”戰略的目標，我院也要以培養應用能力強、動手能力強的工程技術人才作為教育目標。

一、 《理論力學》教學改革的必要性

一方面，作為機械工程學院的學生，《理論力學》與相關理論課以及工程實際聯系緊密，在實際中碰到的簡單力學問題可以直接應用理論力學知識去解決，復雜的力學問題需要與其他專業課程（比如《材料力學》《機械原理》等）結合才能解決。學好理論力學課程不但有助于提高學生分析實際問題、解決實際問題的能力，而且對學生理論素質的培養也會有不小的作用。

另一方面，由于理論課程總體來說比較枯燥、乏味，很多學生的學習積極性會隨著課程難度的增加而逐漸降低，容易導致“一旦開始聽不懂，之后就干脆不聽”的現象。況且，該課程學習過程中經常涉及《高等數學》和《大學物理》的內容，倘若所涉及內容大部分同學都未掌握，會對教授新內容造成極大的障礙。所以，如何講好這門課以及運用何種教學方式和手段就變得非常重要。然而，我院《理論力學》只有54個學時，這無疑對這門課程的教學工作是一巨大的考驗。如何在54個課時內完成《理論力學》課程的教學任務，特別是如何在這期間上好這門課程并取得良好的教學效果就顯得尤為重要。

下面結合自己2014年以來的教學實踐，從教學內容、教學方法及手段、考核方式三個方面著手就機械工程學院三個專業的《理論力學》課程的教學模式進行探討和改革嘗試。

二、 教學內容的改革

1. 如何精簡教學內容以滿足學時

針對我專業《理論力學》學時較少的情況，選用孟慶東主編，機械工業出版社出版的21世紀高等教育規劃教材《理論力學簡明教程》（60學時左右）。一方面根據我專業實際需求刪減部分內容。例如牛頓力學部分，高中物理、大學物理都在重復講解，因此只需一帶而過，而著重強調涉及變力對牛頓定理的應用。再例如空間力系部分，關于物體重心相關理論、相關推導，以及計算公式等內容，由于我專業學生只要求會利用相關公式在實際問題中找到所需重心，并不要求掌握其公式來源，另外高等數學和大學物理課中均有相關說明，因此無需再次重復，只需通過例題講解要求學生掌握公式用法即可。又例如打星號加深部分的“加速度合成定理”以及“機械振動基礎”等部分，可鼓勵學生根據自身學習情況和興趣自行學習。

另一方面，為了節省課時數，可對《理論力學》的知識結構進行適當調整。如講到靜力學部分“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行分析并及時進行擴展，以便理解記憶。還省去了先講平面力系再講空間力系時，還需要稍加復習平面力系所占用的時間。

另外，可根據我專業的特點，調整課程內容的側重點，將與我專業不大相關的章節僅作一簡要介紹，從而壓縮一定的課時數。

2. 如何保證落實教學重點及難點

通過上述方式節省出來的課時數，應合理用在課程的重點和難點部分。靜力學中的受力分析是整個力學的基礎，也是后續《材料力學》《機械原理》《機械設計》等課程的基礎。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重點和難點，應通過合適的教學方式和手段著重加以分析說明，以保證學生理解掌握。運動學中“點的合成運動”部分，能有效地將復雜運動分解為簡單運動的組合幫助解決問題。這部分不僅是重點也是難點，也應重點講解。動力學部分的“動量定理和動量矩定理”雖然是標星號章節，但是對于我專業學生而言，這部分內容對將要接觸到的專業知識和以后的實際應用有比較重要的作用，所以也必須作為重點內容講解。

整個《理論力學》都是基于矢量代數的，如力、速度、加速度、動量、動量矩等都是矢量，因此，矢量代數法則、定義對理論力學中的矢量也同樣適用。所以，課程中要根據情況適當穿插相關的矢量代數內容，幫助學生更好地理解應用。

另外，高等數學微積分在理論力學中也會涉及，在教學過程中，適時加以特別說明也是非常有必要的。

三、 教學方式及手段的改革

1. 如何利用有限課時有效地完成教學任務

我專業《理論力學》課程54教學學時。每一節課的信息量大、時間緊迫，這樣對教師的教和學生的學都提出了更高的要求。為了更好地完成教學，如今采用多媒體教學早已全面取代了板書教學。但是多媒體課件在進行很多分析及解題范例講解等過程中，常常使課堂氣氛枯燥，并且不容易講清楚，不便于學生更快更好地理解，教學效果不佳。經多年教學經驗得出，板書與多媒體相結合的方式能夠在盡可能高效地完成教學任務的同時使學生更好地理解所學內容。

2. 如何實現學生所學理論知識能夠更好地與實際相結合

在教學過程中切忌單純講解抽象實例，例如力學簡圖。由于缺乏一定的工程背景，學生大多沒有見過研究對象的實物，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，因而學習起來比較抽象、不易接受，很難把力學模型與真實構件聯系起來。因此，多媒體課件中盡可能地展現構件的實物圖片或是動畫，能夠幫助學生更好地理解。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、螺絲等，或是通過介紹本專業會經常接觸到的工程構件或設備的工程背景和意義來幫助學生更直觀地接受所研究對象并理解和掌握分析方法。另外，還可以在學習新內容之前留一些與生活相關的思考題，讓學生在課外思考，結合所學內容力爭得到相應的解答。例如下水口水流漩渦的方向、河床被河水沖刷的情況，船上兩人的射擊問題等。這樣，就能使學生體會到力學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實。這種啟發式教學不僅能引起學生的很大興趣，還能獲得一般教學方式所達不到的效果。

3. 如何解決學生“聽課易懂，習題難做”的普遍問題

由于學生在高中物理、大學物理中都接觸了“力學”內容，課程中很多內容都讓學生有“似曾相識”的感覺。但是所有問題都從原來的“理想狀態”轉化為了“實際狀態”，都從“不變”換成了“變”的問題。所以，到自己獨立做題時就感覺力不從心、相當費力，無從下手。這就需要在講解例題的時候，給學生強調和之前所學知識存在的差異，強調比之前所學需要多考慮到的各種因素，教學生解題的思維方式及解題技巧。例如，學生總是容易忽略物體的轉動，而只考慮其平動；總是容易忽略摩擦力的方向還和其運動趨勢有關，等等。

同時培養學生邏輯性思維與發散式思維方法也很重要。在教學中注重對學生邏輯性思維訓練的同時，也必須注意發散性思維的培養。例題講解過程中，要從解題思路上引導學生，通過講解有代表性、針對性強的例題，采用從多角度分析解題，使學生學會全方位、多角度思考，拓寬解題思路，提高解題能力，深化力學概念。

4. 如何調動學生學習動力，將練習落到實處

為了保證和檢驗教學效果，課后做習題是必不可少的。但是有些學生學習動力和自覺性比較差，看似每次作業完成得都不錯，一到考試成績卻不盡如人意。由于無法杜絕作業的抄襲，只能從課堂上來“逼”著學生做題。為了提高學生學習效果，在有限的學時中，安排一定的習題時間，來面對面、有針對性地幫助學生解決解題過程中的問題。由于時間有限，必須合理、高效地利用這些時間。具體方案如下：將學生分成若干小組，各小組中既包含成績較好、態度較積極的學生，也包含成績不好、主動性差的學生。依靠相互幫扶、相互督促，“逼”著主動性差的學生參與課堂練習。各小組最終可以將仍然解決不了的問題或存在的疑問提出來，授課教師當場解答。同時還可以根據情況選代表上黑板來做題，這樣可以明確地發現大多數同學容易出現的問題，并且當場糾正，盡可能杜絕再犯同樣的錯誤。

四、 考核方式的改革

考核評估是最基本的體現教學效果的手段。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合進行綜合評定。

期末閉卷考試占綜合成績的70%，平時成績占綜合成績的30%。期末考試既要考核學生對基本知識和其應用的掌握情況，也要考查學生運用所學知識解決生活及工程當中的實際問題，內容必須涵蓋大綱中所要求掌握的知識點，題量和難度必須合理。平時成績的考核內容要多樣化，提高學生平時的學習積極性，主動去思考、去研究，培養主動學習的好習慣并形成良好的學習方法。平時成績主要從幾個方面進行考核：①出勤率、遲到情況。以此來督促學生按時到課。②課堂分組做題情況的表現及個人課后的提問。主要為了鼓勵學生在課堂上積極參與，在課后積極提問。③作業完成及掌握情況。由于作業抄襲情況的存在，所占分值較小。④總結個人學習心得及學習方法。

五、 結語

通過2014年以來從事《理論力學》的教學體會，逐步嘗試采用適合我專業學生的各種教學方式，不斷研究如何讓學生更好地接受和掌握所學知識，并能夠運用于之后的專業課及工程實際當中，從而取得更好的教學效果，提高教學質量。

本次教學改革尚不完善，仍然無法擺脫傳統的采用試卷的考試方法。這尚不足以從各方面對學生進行考核，尤其是以培養應用型技術員為目標的教學考核。

另外，由于課時限制，無法讓學生大量參與實踐，以鞏固所學知識。最后，改革后的課程是否能取得顯著的教學效果還有待驗證。

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