《理論力學(xué)》教學(xué)改革探索

摘 要：針對(duì)《理論力學(xué)》學(xué)時(shí)減少、內(nèi)容較多的特點(diǎn)，論文從課程的發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，提出了一些教學(xué)內(nèi)容、方式、手段及考核方式的改革措施，希望對(duì)廣大力學(xué)教師提供一些參考。

關(guān)鍵詞：理論力學(xué)；教學(xué)；改革探索

《理論力學(xué)》是研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的最普遍和最基本規(guī)律的學(xué)科。因此，它既是各門力學(xué)學(xué)科的基礎(chǔ)，又是各門與機(jī)械運(yùn)動(dòng)密切聯(lián)系的工程技術(shù)學(xué)科的基礎(chǔ)。對(duì)于大多數(shù)的工科學(xué)生來(lái)說(shuō)，這門課程是學(xué)生從單純的理論知識(shí)的學(xué)習(xí)到運(yùn)用適當(dāng)?shù)睦碚摵退季S去解決工程實(shí)際問(wèn)題的首門課程。對(duì)機(jī)制類學(xué)生更好的鞏固《高等數(shù)學(xué)》《大學(xué)物理》等前置課程，并為后續(xù)《機(jī)械原理》《機(jī)械設(shè)計(jì)》等專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。針對(duì)于我院汽車服務(wù)專業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō)，在后續(xù)課程的教學(xué)過(guò)程以及在畢業(yè)設(shè)計(jì)中涉及理論力學(xué)的相關(guān)知識(shí)運(yùn)用時(shí)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生運(yùn)用理論解決實(shí)際問(wèn)題的能力比較欠缺，因此《理論力學(xué)》課程的改革勢(shì)在必行。

一、 理論力學(xué)課程發(fā)展現(xiàn)狀

隨著我校向“應(yīng)用性大學(xué)”的轉(zhuǎn)變，對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)方案也隨之發(fā)生變化，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)分?jǐn)?shù)明顯增加，素質(zhì)教育類課程比重提高，為了適應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)，《理論力學(xué)》的課時(shí)數(shù)減少，對(duì)于某些專業(yè)，更是將《理論力學(xué)》和《材料力學(xué)》合成了一門課程。這種改變導(dǎo)致本課程的講授時(shí)間減少，課后的學(xué)習(xí)時(shí)間縮減。而我校作為一所一般本科院校，生源較重點(diǎn)院校略顯薄弱，學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊。另一方面，由于《理論力學(xué)》的教學(xué)是從基礎(chǔ)理論出發(fā)，由淺入深。在基礎(chǔ)理論的推導(dǎo)和講授時(shí)，由于涉及高等數(shù)學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，如果上課沒(méi)有跟著老師的思路，會(huì)覺(jué)得課程越來(lái)越乏味。

因此怎樣才能在有限的教學(xué)環(huán)節(jié)中讓學(xué)生掌握理論力學(xué)基本的分析方法和理論，培養(yǎng)學(xué)生利用理論知識(shí)分析實(shí)際問(wèn)題的能力，是本課程的亟須解決的問(wèn)題。

下面結(jié)合自己2013年以來(lái)的教學(xué)實(shí)踐，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及手段、考核方式三個(gè)方面著手就機(jī)械工程學(xué)院三個(gè)專業(yè)的《理論力學(xué)》課程的教學(xué)模式進(jìn)行探討和改革嘗試。

二、 教學(xué)內(nèi)容的改革

1. 根據(jù)我專業(yè)特點(diǎn)合理安排教學(xué)內(nèi)容

我院三個(gè)專業(yè)《理論力學(xué)》學(xué)課，均為54個(gè)學(xué)時(shí)，學(xué)時(shí)較少。選用孟慶東主編，機(jī)械工業(yè)出版社出版的21世紀(jì)高等教育規(guī)劃教材《理論力學(xué)簡(jiǎn)明教程》（60學(xué)時(shí)左右）。要想在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，將本專業(yè)學(xué)生必須掌握的內(nèi)容全部教授給學(xué)生，就得根據(jù)我專業(yè)實(shí)際需求安排教學(xué)內(nèi)容，將之前學(xué)生在其他課程中學(xué)習(xí)過(guò)的內(nèi)容就重點(diǎn)簡(jiǎn)單復(fù)習(xí)，不需要占用太多學(xué)時(shí)，而將與之前存在較大差距的部分著重講解。例如牛頓定理、物體重心相關(guān)理論等部分。由于我專業(yè)學(xué)生只要求會(huì)利用相關(guān)公式解決實(shí)際工程問(wèn)題，并不要求掌握其公式推導(dǎo)過(guò)程，因此關(guān)于有些定理的推導(dǎo)也不需要詳細(xì)講解，只需要幫助學(xué)生理解掌握公式，另外通過(guò)例題講解要求學(xué)生掌握公式在工程背景下的用法即可。對(duì)于課本中打“☆”的部分也要選擇性取舍，關(guān)于“動(dòng)量定理”部分，后續(xù)專業(yè)學(xué)習(xí)中將會(huì)用到就不能舍去，關(guān)于“達(dá)朗貝爾動(dòng)靜法”部分，關(guān)于慣性力系的簡(jiǎn)化方法也必須給學(xué)生講清楚，不能因?yàn)檎n本中打“☆”就盲目略去不講。至于對(duì)本專業(yè)學(xué)生用處不大或是難度較大的標(biāo)注“☆”的部分可鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)自身學(xué)習(xí)情況和興趣自行學(xué)習(xí)。

另一方面，為了節(jié)省課時(shí)數(shù)，經(jīng)我院多位《理論力學(xué)》老師協(xié)商，一致決定可對(duì)《理論力學(xué)》的知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。講到靜力學(xué)部分“平面基本及任意力系”的同時(shí)，可以講授“空間基本及任意力系”，這樣不僅學(xué)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(jìn)行分析并及時(shí)進(jìn)行擴(kuò)展，以便理解記憶。而省去了先講平面力系再講空間力系時(shí)，還需要稍加復(fù)習(xí)平面力系所占用的時(shí)間。

另外，可根據(jù)我專業(yè)的特點(diǎn)，調(diào)整該門課程上課內(nèi)容的側(cè)重點(diǎn)，將與我專業(yè)不大相關(guān)或者涉及得比較少的部分僅作以簡(jiǎn)單介紹，以節(jié)省一定的學(xué)時(shí)給需要重點(diǎn)講解的部分。

2. 將教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)落到實(shí)處

經(jīng)過(guò)上述對(duì)教學(xué)內(nèi)容的適當(dāng)調(diào)整，將節(jié)省出來(lái)的學(xué)時(shí)數(shù)，充分合理的用在該門課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)部分。現(xiàn)就該門課程的幾個(gè)重點(diǎn)難點(diǎn)作為例子加以說(shuō)明。

（1） “靜力學(xué)”部分，受力分析就是該部分的重點(diǎn)和難點(diǎn)，是整個(gè)力學(xué)的基礎(chǔ)，也是其他專業(yè)課例如《材料力學(xué)》《機(jī)械原理》《機(jī)械設(shè)計(jì)》等課程的基礎(chǔ)。從“約束及約束力”部分開(kāi)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(huà)受力圖、列平衡方程、解所求未知量是一塊兒重點(diǎn)和難點(diǎn)，學(xué)生不僅容易受中學(xué)階段受力分析的束縛，還對(duì)新引入的概念比較生疏。應(yīng)通過(guò)合適的教學(xué)方式和手段著重加以分析說(shuō)明，讓學(xué)生逐漸跳出中學(xué)受力分析的模式，熟悉所謂約束的概念，保證學(xué)生更好的理解掌握。

（2） “運(yùn)動(dòng)學(xué)”部分，“點(diǎn)的合成運(yùn)動(dòng)”能有效地將復(fù)雜運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)的合成，幫助更好更方便地解決復(fù)雜問(wèn)題。這部分不僅是重點(diǎn)也是難點(diǎn)，但是學(xué)生對(duì)“絕對(duì)運(yùn)動(dòng)”“相對(duì)運(yùn)動(dòng)”“牽連運(yùn)動(dòng)”不容易準(zhǔn)確定位，容易混淆。因此這部分也應(yīng)重點(diǎn)講解，并且傳授準(zhǔn)確定位的手段及方法。

（3） “動(dòng)力學(xué)”部分，“動(dòng)量定理和動(dòng)量矩定理”雖然是標(biāo)“☆”章節(jié)，但是對(duì)于我專業(yè)學(xué)生而言，這部分內(nèi)容對(duì)將要接觸到的專業(yè)知識(shí)和以后的實(shí)際應(yīng)用有比較重要的作用，所以也必須作為重點(diǎn)內(nèi)容講解。

無(wú)論從哪個(gè)角度來(lái)分析，整個(gè)《理論力學(xué)》都是基于矢量代數(shù)的，如力、速度、加速度、動(dòng)量、動(dòng)量矩等。因此，矢量代數(shù)法則、定義對(duì)理論力學(xué)中的矢量也同樣適用。所以，課程中要根據(jù)情況適當(dāng)穿插相關(guān)的矢量代數(shù)內(nèi)容，幫助學(xué)生更好的理解應(yīng)用。另外，高等數(shù)學(xué)微積分在理論力學(xué)中也體現(xiàn)了相當(dāng)重要的地位，往往很多時(shí)候，學(xué)生因?yàn)槲⒎e分沒(méi)有學(xué)好，而影響了《理論力學(xué)》甚至是之后的多門專業(yè)課的學(xué)習(xí)，在教學(xué)過(guò)程中，適時(shí)加以特別說(shuō)明，鼓勵(lì)學(xué)生課后自主復(fù)習(xí)相關(guān)內(nèi)容，以便能在專業(yè)課中靈活運(yùn)用也是非常有必要的。

三、 教學(xué)方式及手段的改革

1. 如何保證學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程之前數(shù)學(xué)知識(shí)的掌握endprint

在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，每當(dāng)理論力學(xué)中的定理或者解決問(wèn)題的方法牽涉到高等數(shù)學(xué)的相關(guān)知識(shí)時(shí)，學(xué)生會(huì)產(chǎn)生畏難情緒，從而使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的主動(dòng)性降低。那么怎么使這些數(shù)學(xué)知識(shí)不成為學(xué)習(xí)過(guò)程中的絆腳石，具體的操作方法有兩種：一種是在每當(dāng)用到數(shù)學(xué)知識(shí)時(shí)先對(duì)其詳細(xì)的講解，這種方法的效果特別顯著，學(xué)生會(huì)跟著老師的思路一步步去理解，但是鑒于《理論力學(xué)》本身的課時(shí)量的縮減，這種教學(xué)方法只能摒棄。另一種方法就是先將課程中需要用到的高數(shù)相關(guān)理論做一個(gè)詳細(xì)的歸納，形成文字的材料發(fā)放給學(xué)生提前預(yù)習(xí)，然后在課上通過(guò)課堂提問(wèn)的形式考查大家的自學(xué)成果，而課堂表現(xiàn)的數(shù)據(jù)也計(jì)入期末成績(jī)的范疇，這樣既督促學(xué)生提高自學(xué)能力，也使課堂的互動(dòng)性增強(qiáng)。

從教師的角度來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，應(yīng)該加強(qiáng)基礎(chǔ)課教師和專業(yè)課教師之間信息的交流。比如《理論力學(xué)》中質(zhì)點(diǎn)、質(zhì)點(diǎn)系、剛體的微分這一部分內(nèi)容，需要學(xué)生首先通過(guò)理論力學(xué)相關(guān)知識(shí)建模、列出微分方程并求解。而微分方程的解法在《高等數(shù)學(xué)》的講授也是在同一學(xué)期并行開(kāi)展的，如果在高數(shù)的教學(xué)過(guò)程中教師對(duì)于這一部分的講解可以附帶一些以實(shí)際工程問(wèn)題為實(shí)例的講授，學(xué)生在《理論力學(xué)》的學(xué)習(xí)過(guò)程中就不會(huì)那么陌生。

2. 如何保證學(xué)生積極的思考

由于在現(xiàn)有的教學(xué)時(shí)間內(nèi)每堂課所需要完成的教學(xué)任務(wù)重，信息量大，多媒體教學(xué)基本已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的板書(shū)教學(xué)。多媒體教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)毋庸置疑，直觀清晰、可以節(jié)省教師大量的板書(shū)時(shí)間，但也存在一定的問(wèn)題。從本人的教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在課堂上講解例題時(shí)，如果是采用多媒體教學(xué)的方式，學(xué)生可以很好地理解這一個(gè)題目的解題過(guò)程，但是在完成習(xí)題的時(shí)候就有些手足無(wú)措了。究其原因是在講授過(guò)程中解題思路的缺失。也就是說(shuō)，采用多媒體教學(xué)時(shí)學(xué)生并沒(méi)有去思考為什么這樣去做，遇到這樣的問(wèn)題應(yīng)該怎么去思考，而只是通過(guò)老師的講解覺(jué)得這種解法是正確的。所以在本人教學(xué)的過(guò)程中都會(huì)將每一個(gè)例題板書(shū)出來(lái)，從頭開(kāi)始去分析應(yīng)該怎樣去思考、解答。

3. 如何實(shí)現(xiàn)學(xué)生所學(xué)理論知識(shí)能夠更好地與實(shí)際相結(jié)合

在教學(xué)過(guò)程中切忌單純講解抽象實(shí)例，例如力學(xué)簡(jiǎn)圖。由于缺乏一定的工程背景，學(xué)生大多沒(méi)有見(jiàn)過(guò)研究對(duì)象的實(shí)物，學(xué)生不容易想象真實(shí)的研究對(duì)象和了解所研究問(wèn)題的實(shí)際意義。因而學(xué)習(xí)起來(lái)比較抽象、不易接受，很難把力學(xué)模型與真實(shí)構(gòu)件相聯(lián)系起來(lái)。因此，多媒體課件中盡可能的展現(xiàn)構(gòu)件的實(shí)物圖片或是動(dòng)畫(huà)，能夠幫助學(xué)生更好的理解。講解實(shí)例時(shí)，也盡可能以身邊的事物為例，如高架橋、堤壩、吊車、門、轉(zhuǎn)頭、螺絲等，或是通過(guò)介紹本專業(yè)會(huì)經(jīng)常接觸到的工程構(gòu)件或設(shè)備的工程背景和意義來(lái)幫助學(xué)生更直觀地接受所研究對(duì)象并理解和掌握分析方法。另外，還可以在學(xué)習(xí)新內(nèi)容之前留一些與生活相關(guān)的思考題，讓學(xué)生在課外思考，結(jié)合所學(xué)內(nèi)容力爭(zhēng)得到相應(yīng)的解答。例如下水口水流漩渦的方向、河床被和數(shù)沖刷的情況，船上兩人的射擊問(wèn)題等等。這樣，就能使學(xué)生看體會(huì)到力學(xué)并不僅僅是一些枯燥的概念和理論，還是生活中隨處可見(jiàn)的現(xiàn)實(shí)。這種啟發(fā)式教學(xué)不僅能引起學(xué)生的很大興趣，還能獲得一般教學(xué)方式所達(dá)不到的效果。

四、 考核方式的改革

考核評(píng)估是最基本的體現(xiàn)教學(xué)效果的手段。采取綜合評(píng)定的考核方式，將期末閉卷考試和平時(shí)成績(jī)相結(jié)合進(jìn)行綜合評(píng)定。現(xiàn)在學(xué)校統(tǒng)一采用的形式是期末考試成績(jī)占70%，平時(shí)成績(jī)占30%的比例。

1. 期末考試類型轉(zhuǎn)變

期末試卷的一般試題類型為選擇、填空、作圖和簡(jiǎn)答題。但在現(xiàn)在這個(gè)通訊發(fā)達(dá)的時(shí)代，信息的獲取是很容易的事情，而《理論力學(xué)》是一門和工程實(shí)際密切相關(guān)的課程。因此改變課程考試的類型可以更好檢查學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的掌握情況。在考試過(guò)程中，本人曾經(jīng)嘗試過(guò)開(kāi)卷考試的形式。即學(xué)生可以用一張A4紙將所學(xué)過(guò)知識(shí)以及自己認(rèn)為重要的一些公式、理解記錄在上面，而考題全部為解答計(jì)算題類型，這樣學(xué)生不用在花費(fèi)大量時(shí)間去識(shí)記一些復(fù)雜的公式、定理，而只需要明確解題的思路即可。

2. 平時(shí)成績(jī)的分配

平時(shí)成績(jī)主要從考勤、作業(yè)兩個(gè)方面來(lái)考查學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度和學(xué)習(xí)成果，但這些并不能完全的表現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)軌跡。在教學(xué)中可以發(fā)現(xiàn)某些學(xué)生上課時(shí)比較認(rèn)真，互動(dòng)性很好，但是由于基礎(chǔ)不夠牢固，最后考試的成績(jī)并不算突出，因此在平時(shí)考核中加入了學(xué)生積極性的這一項(xiàng)指標(biāo)，用以判定學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中的用心程度，畢竟考試只是為了督促學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)程。

五、 結(jié)語(yǔ)

參與《理論力學(xué)》的教學(xué)體會(huì)有四年了，我努力嘗試設(shè)計(jì)一套適合我院各專業(yè)學(xué)生的一種科學(xué)的教學(xué)方式，努力讓學(xué)生更好地接受和掌握所學(xué)知識(shí)，更好地將之前的以及之后的專業(yè)課更好地融合在一起，并能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)以致用，將所學(xué)知識(shí)靈活運(yùn)用到以后的工作中，保證得到更好的教學(xué)效果，提高這門課的教學(xué)質(zhì)量。

本次教學(xué)改革尚不完善，仍然無(wú)法擺脫傳統(tǒng)的采用試卷的考試方法。這尚不足以從各方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核，尤其是以培養(yǎng)應(yīng)用型技術(shù)員為目標(biāo)的教學(xué)考核。

另外，由于課時(shí)限制，無(wú)法讓學(xué)生大量參與實(shí)踐，以鞏固所學(xué)知識(shí)。若以后條件允許，我認(rèn)為應(yīng)該爭(zhēng)取融入更多的實(shí)踐機(jī)會(huì)，以便能夠及時(shí)地將所學(xué)理論融入實(shí)踐環(huán)節(jié)，能夠取得更好的教學(xué)效果。最后，改革后的課程是否能取得顯著的教學(xué)效果還有待驗(yàn)證。

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作者簡(jiǎn)介：

丁小可，貴州省貴陽(yáng)市貴陽(yáng)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院。endprint