應(yīng)用型本科院校理論力學(xué)教學(xué)方法探討

彭英

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?理論力學(xué)是一門理論性較強(qiáng)且抽象的專業(yè)基礎(chǔ)課程，其教學(xué)效果對后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)具有重要影響。針對理論力學(xué)的課程特點及學(xué)時少等教學(xué)現(xiàn)狀，結(jié)合應(yīng)用型高校的培養(yǎng)目標(biāo)，從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法、完善考核方式等方面進(jìn)行探討，從而為提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生力學(xué)思維能力和實際工程應(yīng)用能力的教學(xué)目標(biāo)提供參考。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?理論力學(xué);教學(xué)方法;應(yīng)用型高校

[中圖分類號] ?G642 ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼] ?A ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2019）13-0104-02

理論力學(xué)是高等院校多數(shù)理工科專業(yè)的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課，不僅是學(xué)習(xí)材料力學(xué)、機(jī)械設(shè)計、結(jié)構(gòu)力學(xué)、斷裂力學(xué)等一系列后續(xù)課程的基礎(chǔ)，更是解決工程實際問題的基礎(chǔ)[1]。應(yīng)用型本科院校十分注重培養(yǎng)學(xué)生理論用于實際的能力，而理論力學(xué)又是一門理論性比較強(qiáng)且抽象的課程，因此對基礎(chǔ)相對薄弱的大學(xué)生來說，學(xué)習(xí)理論力學(xué)不僅有困難，而且容易感到枯燥乏味，再加上理論力學(xué)課時少、內(nèi)容多，如何在有限的學(xué)時內(nèi)充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)效果，是理論力學(xué)教學(xué)方法探討的關(guān)鍵。

一、教學(xué)內(nèi)容

理論力學(xué)主要包括靜力學(xué)、運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)三部分內(nèi)容，各部分知識層層遞進(jìn)、環(huán)環(huán)相扣。應(yīng)用型本科院校為了擴(kuò)大學(xué)生知識面，增加學(xué)生的自主學(xué)習(xí)時間，大大減少了理論力學(xué)的課時。因此，教師必須對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，這里的調(diào)整不是簡單的刪減，而是根據(jù)學(xué)生專業(yè)要求、后續(xù)專業(yè)課程及將來的工作需求進(jìn)行調(diào)整。可以適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)充一些拓寬學(xué)生知識面、提高學(xué)習(xí)興趣的內(nèi)容，刪除一些在后續(xù)課程中重復(fù)出現(xiàn)的內(nèi)容或工程實際中應(yīng)用較少的內(nèi)容，譬如對于土木工程專業(yè)，可以把重點放在靜力學(xué)部分，而與大學(xué)物理力學(xué)部分相重復(fù)的內(nèi)容則可以不在課堂上講解，以便將有限的學(xué)時更有效地用于講授與本專業(yè)相關(guān)性較大的理論力學(xué)知識點上。總而言之，應(yīng)本著培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，課程內(nèi)容可以弱化定理證明、公式推導(dǎo)，而增加公式定理的工程應(yīng)用案例[2]。

二、教學(xué)方法的改進(jìn)

目前，傳統(tǒng)的課堂講授法依然是理論力學(xué)教學(xué)中常用的方法，該方法可以高效地將大量知識傳授給學(xué)生，但也容易造成學(xué)生被動學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)積極性不高，對教師講授的知識不能消化吸收。因此，教師除了在課堂上講授課本知識點外，還應(yīng)結(jié)合應(yīng)用型本科院校培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目標(biāo)、針對學(xué)生基礎(chǔ)薄弱的特點和理論力學(xué)理論性強(qiáng)的特點，不斷改進(jìn)教學(xué)方法以提高教學(xué)效果，以下主要探討了討論式和案例式兩種教學(xué)方法。

（一）討論式教學(xué)

為了讓學(xué)生積極主動地參與到學(xué)習(xí)中來，教師可以根據(jù)課程的安排開展課堂討論。采取討論式教學(xué)方法時，教師必須課前做好充足的準(zhǔn)備，合理選擇討論的內(nèi)容，并有效控制討論過程中可能出現(xiàn)的各種狀況，引導(dǎo)學(xué)生積極開展討論，最后教師還需對學(xué)生討論的情況進(jìn)行總結(jié)和點評，以便學(xué)生能更加深入地理解所學(xué)知識點[3]。譬如，在講解“二力桿”的概念時，對于圖1所示的三鉸拱橋，當(dāng)不計拱的自重時，啟發(fā)學(xué)生可以將右拱BC視為二力桿，對其按二力桿的特征進(jìn)行受力分析，緊接著再讓學(xué)生討論當(dāng)拱的自重不能忽略時，右拱BC是否還可以視為二力桿，其受力圖該如何表示。再如，講解完平衡體系的理論知識后，教師總結(jié)求解平衡問題的基本方法，對圖2所示的曲軸沖床模型，教師可以將學(xué)生分組，讓其中一組學(xué)生采取先整體后局部的解法，即先取整個系統(tǒng)為研究對象，再取沖頭或輪子為研究對象，列平衡方程求解;讓另一組學(xué)生選取每個物體為研究對象，列出全部平衡方程進(jìn)行求解，最后讓兩組學(xué)生討論其計算結(jié)果是否一致、哪種解法更加簡便。在討論過程中，教師要觀察學(xué)生在分析問題時是否抓住了關(guān)鍵與本質(zhì)，并對學(xué)生容易出錯的地方進(jìn)行糾正。通過分組討論，可以幫助學(xué)生掌握力學(xué)思維方法，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下扎實的基礎(chǔ)。

（二）案例式教學(xué)

理論力學(xué)教材中對例題的講解偏重于簡化的抽象力學(xué)模型，卻沒有詳細(xì)分析其簡化過程和在工程實際中的具體應(yīng)用情況，不僅容易造成學(xué)生學(xué)習(xí)困難，也影響他們學(xué)習(xí)的積極性。因此，在教學(xué)過程中教師應(yīng)將抽象的力學(xué)模型和工程實際案例相結(jié)合，使抽象問題變得具體，讓學(xué)生真切感受到理論力學(xué)的實用性，從而提高學(xué)習(xí)興趣。這樣不僅可使學(xué)生掌握力學(xué)分析的方法，還十分有利于培養(yǎng)他們解決實際工程問題的能力。譬如，在講解平面桁架的受力分析時，可以結(jié)合實際工程中常見的桁架橋、吊車梁、木屋架、鋼屋架等桁架結(jié)構(gòu)，對桁架結(jié)構(gòu)常用的力學(xué)分析方法進(jìn)行講解，并將受力分析的結(jié)果對工程施工的重要意義進(jìn)行說明[4]。

在案例式教學(xué)的過程中，還可以將有限元數(shù)值模擬技術(shù)引入理論力學(xué)課堂。通過有限元建模、計算分析和結(jié)果云圖的繪制，將抽象的力學(xué)概念和理論轉(zhuǎn)化為直觀形象的圖形，可以很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生體會工程問題到力學(xué)模型的簡化過程，從而更加深入地理解理論力學(xué)相關(guān)知識點，還為培養(yǎng)他們的力學(xué)思維能力和實際工程應(yīng)用能力奠定了良好的基礎(chǔ)。以圖3所示的平面桁架為例，若用理論力學(xué)中的截面法或節(jié)點法求解，可以得到圖4所示的內(nèi)力圖，但是計算過程非常繁瑣。如果用有限元軟件ANSYS建模求解將十分方便，并且通過后處理可以清楚地看到桁架結(jié)構(gòu)在外力作用下的變形圖（如圖5）和軸力云圖（如圖6），還可以以動畫的形式向?qū)W生展示結(jié)構(gòu)的整個受力變化過程。從圖4和圖6的結(jié)果對比，學(xué)生可以清楚地看到有限元計算的結(jié)果與理論計算的結(jié)果是完全一致的。

三、考核方式

通過考核不僅可以檢查學(xué)生對本課程內(nèi)容的掌握程度，還可以檢測教師的教學(xué)效果。應(yīng)用型大學(xué)的學(xué)生學(xué)習(xí)主動性不高，因此學(xué)校更注重平時成績的考核，理論力學(xué)平時成績已經(jīng)由原先占總成績的30%提高到占40%，平時成績又主要由考勤和作業(yè)兩部分組成。雖然學(xué)校非常重視出勤率和課堂管理，但如果教師在每次課前都點名，將會浪費(fèi)很多課堂寶貴時間，因此教師應(yīng)在第一次上課時就向?qū)W生講明課堂紀(jì)律和考勤要求，并通過隨機(jī)叫學(xué)生回答問題和到黑板前做題的方式來檢查考勤。此外，很多學(xué)生反映理論力學(xué)“聽起來容易做起來難”，因此在認(rèn)真聽課的同時，學(xué)生必須要按時完成一定量的作業(yè)，只有通過分析解決問題，才能真正掌握課程基本內(nèi)容，才能培養(yǎng)自己的思維能力。教師則要認(rèn)真批改作業(yè)，根據(jù)學(xué)生作業(yè)的完成情況記錄平時成績，并在課堂上預(yù)留一定時間針對學(xué)生作業(yè)中易出錯的部分進(jìn)行講評，總結(jié)出錯原因。

理論力學(xué)是一門理論性強(qiáng)且抽象的技術(shù)基礎(chǔ)課，應(yīng)用型高校學(xué)生基礎(chǔ)薄弱，學(xué)習(xí)主動性不高，在理論力學(xué)教學(xué)過程中，結(jié)合學(xué)時少的教學(xué)現(xiàn)狀和應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，通過調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，不斷改進(jìn)教學(xué)方法，加強(qiáng)平時成績的考核，可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，培養(yǎng)學(xué)生的力學(xué)思維能力和解決實際工程問題的能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]程靳.簡明理論力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2010.

[2]羅寧，巫靜波.融合多種教學(xué)方法于理論力學(xué)教學(xué)中的探索[J].寧波教育學(xué)院學(xué)報，2017，19（4）：92-94.

[3]王婧.試論獨(dú)立學(xué)院理論力學(xué)課程教學(xué)方法的改革[J].科技資訊，2017（24）：160-162.

[4]段士偉，李平，高為浪，等.理論力學(xué)教學(xué)中增加趣味性方法探討[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2017，34（4）：75-77.

編輯 李 靜