淺析《理論力學》課程教學方法

王麗娟(鄭州工業應用技術學院機電工程學院 河南 鄭州 451100)

1 課程內容與特點

理論力學是一門研究物體機械運動一般規律的科學，此“物體”指的是速度遠小于光速的宏觀物體。課程包括靜力學、運動學和動力學三大部分，以伽利略和牛頓總結的基本定律為基礎，屬于古典力學的范疇。專業術語多、定理定律多、理論計算公式多、需要分析解決的實際問題多而復雜是本門課程的一大特點。

1．1靜力學。靜力學單純從受力方面研究物體的平衡規律，包括受力分析、力系的等效替換或簡化及各種力系的平衡條件，這在設計各種機械結構等工程實際問題中有著非常重要的作用。這部分教學主要培養學生的基礎理論和基本技能，以掌握基礎理論知識、會應用為重點，學生要理解掌握剛體、約束、力與力偶、力矩與力偶矩、力學模型與力學建模、摩擦等基本概念和術語，掌握靜力學公理和物體受力分析方法，以及各種力系作用下的物體平衡條件，會在理論基礎上分析解決工程實際問題。

1．2運動學。運動學單純從幾何角度分析物體的機械運動，從點的簡單運動、合成運動到剛體的簡單運動、平面運動來分析點或剛體相對于一個定參考系或不同參考系的運動規律，包括運動方程、運動軌跡、速度和加速度等。這部分教學要培養學生對實際工程的設計和創新能力，對工程實例要會進行模擬化然后進行運動分析。要理解矢量法、直角坐標法、自然法，并以此來解決工程實際中點的簡單運動問題，及在點的合成運動中某一瞬時點的速度合成和加速度合成規律;理解、掌握剛體的平移、繞定軸轉動問題中點的速度、加速度計算，及在平面運動中的運動分解、速度及加速度計算。

1．3動力學。動力學從受力物體的機械運動與作用力之間的關系出發，建立物體機械運動的普遍規律。這部分內容是靜力學和運動學的結合，即分析運動物體的力學性能，以及在整個運動過程中如何才能達到能量的最大利用。學生要理解掌握質點、質點系、動量、動量矩、動能、功、功率等基本概念，掌握質點動力學的基本方程，理解基礎上掌握動量定理、動量矩定理、動能定理等動力學普遍定理，并會求解實際工程問題。

2 學生現狀

鑒于理論力學課程內容的理論性、枯燥性、抽象性、密集且復雜，對本門課程內容從心底較為排斥是絕大部分學生的現狀，即使是部分基礎較好的學生，在結合實踐進行分析的能力也較為薄弱。尤其是運動學當中，定系與動系的建立及其之間的關系、牽連點和牽連運動的判定、絕對運動與相對運動和牽連運動的關系、點的速度和加速度合成定理等，不少同學表示很難理解，以致做習題的時候很難有明確的解題思路，甚至無從下手。因此，在培養應用性人才的目標要求下，在現階段仍以課堂授課的現實情況下，如何采用多種有效的教學方法和手段，激發學生內心的學習興趣，理解并很好地消化吸收所學的知識，增加課堂教學效果，使學生在牢牢掌握知識點的情況下，會把理論知識靈活運用到實際問題的求解當中，這是本門課程教學的一大關鍵問題，對多數理論力學授課老師來說也是一大挑戰。

3 教學研究方法

3．1理論聯系實際。理論力學研究的是日常生活和一般工程中最普遍的物體運動規律，由此可以借助日常生活和生產實例，使學生對知識點理解并消化吸收。譬如，可以從經典電影或紀錄片中截取與工程相關的部分片段，分類整理后做成案例，跟學生一起研究和探討。此舉正是基于學生對抽象的書本內容比較排斥，但是對動態的影像資料卻是比較感興趣，故可將抽象的理論內容融入動態的影像資料當中，把當下工程實際與理論力學知識點建立聯系，激發學生的學習興趣，增強學生將理論公式與求解實際問題進行轉化的能力，從而保證教學效果。

基于工程應用型人才的培養目標，理論力學在授課時應加大課程案例的比重，通過觀察各種運動及受力情況分析，抽象化建立力學模型，并在理論體系的基礎上借助理論公式求解計算，以此來提高學生的分析、處理實際工程問題的能力。

3．2歸納與演繹。理論力學概念多、定理多、公式多，且邏輯性強，公式應用較系統，對某些公式推導可以讓學生自行學習而不必一一進行推導演示過程。譬如運動學中的速度合成定理，通過動畫演示實例，分析絕對運動、相對運動、牽連運動等三種運動，推出速度合成定理公式，即動點在某瞬時的絕對速度等于相對速度與牽連速度的矢量和，這樣學生對公式的把握更直觀，也便于理解和運用，再舉例分析并計算，則理解和運用得到強化。同樣方法可適用于牽連運動為平移或定軸轉動時點的加速度合成定理，再舉例分析比較加速度公式的異同，得出科氏加速度的方向和大小計算，從而更有針對性地理解和掌握該部分內容。

3．3借助于現代教育技術手段。對理論力學這種內容高度抽象性課程，傳統方法講授起來多枯燥無味，學生也難以集中精力和理解掌握，因此，可采用CAI課件，借助于計算機輔助教學系統，通過大量的動畫演示，將課堂由靜態變為動態。這種更為直觀的授課方法，增強了學習趣味性，激發了學生學習興趣，也更容易理解和掌握學習內容，尤其是對運動學和動力學部分。運動學重點研究點和剛體的運動，包括求解運動軌跡、剛體內某點的速度和加速度等等，通過動畫演示，一是可以直觀地看出各種機構的整體運動情況以及機構內各構件之間的相互運動關系，剛體內點與點之間的運動關系，這有助于提高學生對機構整體運動情況的空間想象能力;二是對一些較難理解的抽象概念，譬如點的合成運動中，牽連運動、相對運動、絕對運動的概念，及相對軌跡、絕對軌跡、相對速度、絕對速度、相對加速度、絕對加速度、牽連速度、牽連加速度等以及相互之間的關系，通過動畫會有更形象的表述，學生一目了然，也就更容易理解和掌握了。

此外，智能手機、平板電腦和無線網絡發展迅速，以及教育信息化的推進，使得“移動學習”成為可能。借助于移動設備和網絡，學習可在任何時間和任何地點發生，授課者和學習者基于學習內容的雙向交流也能實現。針對某一個具體的知識點或教學環節、教學目標，授課者還可以做成教學短視頻，進行在線學習或移動學習，形成在線課堂。

3．4加強習題練習。理論力學定理、公式巨多，放到實際工程當中可以求解的問題也靈活多變，很多學生表示課堂當時清楚明白，但是給個題目還是不會做，甚至沒有解題思路，這就要求授課者加強對各類例題的講解，給學生建立完整的解題思路和方法，形成同類問題的解題模式和流程，并增加一定量的由優秀工程實際通過建立力學模型演化來的習題，鼓勵學生大膽分析計算，及時糾正錯誤，從而加強鞏固，并使理論和工程實際切實緊密聯系起來，為學生將來在實際工作中分析解決實際工程問題打好基礎。

4 結束語

理論力學的課程特性和它的重要性，使得每位授課者都積極研究探討課程教學方法和課程教學改革，總的來說，需結合自身實際，尋找適合自己的授課方法及授課形式，吸引學生注意力，促進學生個性化學習，將理論知識和解題方法傳授給學生，從而保證課堂教學質量，提高課堂教學效果。