物理學專業理論力學課堂教學改革的探索①

陳靜 范潔慧 華正和 李清波

摘? 要：理論力學是高等院校學生的基礎理論課程，培養學生的抽象思維與嚴密的邏輯推理能力，為后續理論課程學習打下基礎。隨著理工科院校的教學改革，理論力學的教學課時大大縮減，這給課堂教學提出了新的挑戰。論文結合理論力學的教學實踐從教學內容的整合、專題內容分析、案例式教學、多種教學手段相結合等方面作了課堂教學改革的探索。

關鍵詞：理論力學? 力學? 課堂教學? 教學實踐

中圖分類號：G642 ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）07（a）-0136-03

Exploration on the Reform of Classroom Teaching in Theoretical Mechanics of Physics Specialty

CHEN Jing? FAN Jiehui? HUA Zhenghe? LI Qingbo

（Department of Physics and Electronic Electrical Engineering，Huaiyin Normal University，Huai'an Jiangsu Province，223300 China）

Abstract： Theoretical mechanics is a basic theoretical course for college students. It aims to foster the abstract thinking and strict logical reasoning ability of the college students， and lay a solid foundation for subsequent theoretical course. With the teaching reform of science and engineering colleges， the teaching hours of theoretical mechanics have been greatly reduced， which is a great challenge to classroom teaching. Combining with the teaching practice of theoretical mechanics， this paper explores the reform of classroom teaching from the integration of teaching contents， analysis of thematic contents， case teaching method and application of various teaching methods.

Key Words： Theoretical mechanics; Mechanics; Classroom teaching; Teaching reform

1? 根據學生專業特點，整合教學內容

理論力學是高等院校學生的基礎理論課程，培養學生的抽象思維與嚴密的邏輯推理能力，為后續理論課程學習打下基礎。在課堂教學過程中應盡可能做到：一是重復的內容簡要講解。例如：物體重心的概念，重心位置的計算在高等數學、力學、理論力學課程都有詳細介紹和舉例。經過高等數學和力學的學習，學生基本已經掌握了確定重心的計算方法，理論力學的教學過程中只需簡單扼要的介紹公式即可。二是根據學生特點，分層次教學。學生從中學開始接觸力學，在不同時期對于同一問題的理解水平也是不同的。在教學過程中應清楚目前學生的認識水平處于什么樣的層次，分層次教學。如牛頓運動定律的應用。在中學物理中，只需要掌握一維直線運動問題的處理;在大學力學課程中，采用矢量運算和微積分的數學工具利用牛頓運動定律解決物體運動問題;在理論力學課程中，采用求解運動微分方程的方法解決物體運動問題。所以，在課堂教學過程中應抓住各層次學生的特點，分重點講解，避免簡單的重復。三是重點的內容分解講解。一些重要的內容在力學和理論力學課程都做了詳細介紹，例如：在剛體力學中，定軸轉動和平面平行運動是重要部分，而且對學生而言是全新的知識點，學生理解起來比較困難。如果在力學和理論力學教學中這兩方面都同時花大量時間講解，必然導致課時緊張，教學效果得不到保障。所以，課堂教學中可以將這部分內容分解在兩門課程中完成，在力學授課中以定軸轉動問題為重點，平面運動只作簡單介紹;在理論力學教學中，重點講解平面運動。這樣既可以節約兩門課程的課時，同時又減輕學生學習負擔，更容易掌握重點內容。

2? 專題內容分析，構建系統的知識體系

理論力學概念多，理論性強，數學推導繁瑣。因此幫助學生建立系統的知識體系，對整體知識結構有一個清晰的認識，再理解和記憶就容易多了。同時也能快速地了解能力薄弱環節，變被動學習為有目的的主動學習。在理論力學的課堂教學中，可以以專題的形式幫助學習建立知識體系。理論力學第一章質點力學，第二章質點組力學對同樣內容的學習，在課堂教學中，一方面，列舉實例強調應用解常微分方程的數學處理方法，避免與力學內容重復;另一方面，更重要的是幫助學生梳理這部分的知識點，總結求解動力學的方法。很多問題既可以用牛頓運動定律建立二階微分方程，也可以用三大定理和三大守恒定律求解，對每一種方法的典型例題做歸納總結，使學生對定理和定律的應用有清晰的認識。在課堂教學中，需要加強這部分的總結，結合第一章的加速平動非慣性系，建立加慣性力解決非慣性系動力學問題的思路，結合第三章剛體力學，總結轉動參考系中慣性力的具體形式。通過專題內容分析使學生前后聯系起來，加深學生對專題問題的理解。

3? 案例式教學，提高學生的學習興趣

案例式教學將課堂教學內容與生活實際緊密關聯，強化應用，提高了學生的學習興趣。比如行星運動問題貫穿于牛頓力學整個學習過程。力學課程中將地球軌道近似為圓軌道，粗略給出萬有引力公式;在理論力學中采用極坐標系，從開普勒三定律給出萬有引力定律和行星運動軌道特點;接著又考慮太陽運動對行星運動軌道的影響和修正。課堂教學時可以進一步深化這個實例：在相對運動部分，以地球為觀察點，通過太陽運動軌道解釋黃道面，春分點秋分點等現象;也可結合轉動參考系，說明地球自轉和公轉的影響。通過對這些實例的分析，提高了學生的學習興趣，同時將牛頓力學整個內容串接起來，使學生更容易理解課程內容。

4? 注重多種教學手段的綜合運用

理論力學課程比較抽象，很多學生學起來吃力，另外由于課時少，教師經常趕教學進度，上課缺少趣味性，更使學生感到枯燥，疲于應付。因此，在課堂教學中需注重多種教學手段，考核方式的綜合運用，以達到更好的教學效果。

4.1 多媒體教學

理論力學課程研究的是宏觀物體機械運動，無論是靜力學還是動力學都包含大量的受力分析圖，若將受力分析、運動分析、工程實例等采用視頻、動畫、圖片、聲音等方式以多媒體課件呈現出來，既可節省課時又能直觀生動地將課程內容傳遞給學生，授課的信息量可顯著增大。但現代教學技術也有其弊端，一味地應用多媒體課件教學，可能會使部分學生感覺翻頁過快，應接不暇，上一頁還未搞懂，新的一頁又出現了，所以，在講到有一定難度的內容時，仍需和傳統教學手段結合并用，在黑板上給出推導思路、重要公式、重要結論、定理等，可加深學生對該課時內容的印象，也方便學生課后復習。

4.2 利用翻轉課堂式教學

隨著互聯網、信息化時代的到來，教育教學也應與時俱進。因此理論力學除了傳統的課堂教學以外，還可利用慕課資源和翻轉課堂技術，使在線學習與傳統教學相結合。選取部分課程內容要求學生利用在線教學資源，課外提前完成一定的視頻課程學習，歸納總結知識點，課堂上以小組合作的形式開展課堂討論，完成知識內化。這種翻轉課堂教學方式以學生為中心，根據學生個體情況進行因材施教，能及時結合學生的學習情況在平臺上進行討論，為學生答疑，為課堂教學提供保障。

4.3 加強習題練習

理論力學作為一門理論最終要指導、應用于實踐的課程，一定量的習題練習和講解是必不可少的。但目前少課時的情況下，例題和習題的數量也不允許過多，應當盡可能在減少例題和習題數量的情況下提高例題和習題的質量，選擇具有代表性的例題進行課堂講解，使絕大多數學生能搞懂并融會貫通。

4.4 注重多元化的課堂考核過程

由于課堂教學內容和形式多樣化，這就要求教師對該課程的考核多元化，除了傳統的側重于對基礎知識和基礎方法及其應用的學期閉卷考試外，還需加強課堂過程化考核，邊教學、邊考核、邊反饋。學生成績由“期末考試成績+平時成績”組成，其中平時成績包括課程作業、考勤和翻轉課堂的考核，體現考核的多元化和過程化。翻轉課堂的考核分為課后視頻課程考核和課堂討論考核，視頻課程考核主要是督促學生自主學習，對學生的線上自學情況及時評價，采用在線測試的形式進行考核。課堂討論考核注重學生的課堂互動參與度、課程討論內容的實施過程和完成度、小組成員的團隊協作能力等，結合組內評價和組間評價進行考核。

5? 結語

總之，由于目前理論力學課時的大量壓縮，必須對課堂教學進行改革，提高課堂教學的效率。我們分別從以下幾方面進行細致探討和研究：教學內容的整合，更好地把握普物力學和理論力學之間的銜接關系;專題內容分析，幫助學生構建知識體系，學好理論知識;進行案例式教學，將教學內容串接起來，提高學生的學習興趣;多種教學手段的靈活運用等，并將其付諸于教學實踐中，已取得較好的教學效果。當然理論力學教學改革是一個持續的探索過程，在教學實踐中我們仍需結合學生的特點不斷地探索和創新，希望能達到更好的教學效果，完成創新型人才的培養目標。

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