农业机械化专业理论力学教学改革的探讨

樊桂菊+郭晶

摘要：本文针对理论力学教学过程中出现的课时少、内容抽象、学生兴趣不高的问题，从优化教学内容注重理论联系实际、传统和现代教学方法有机结合、开展实践教学和课程考核方式改革四个方面对理论力学教学改革进行了阐述，从而提高了理论力学的教学质量，促进了学生分析问题和解决问题能力的提高。

关键词：教学内容;教学方法;实践教学;考核方式

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2015）24-0101-02

理论力学是研究物体机械运动的一般规律的科学，是高等学校机械类本科专业必修的一门专业技术基础课。许多后续课程都是以理论力学揭示的力学基本概念和基本规律为基础的。理论力学的理论性、逻辑性和系统性较强，很长时间以来其结构体系、理论框架、基础知识基本没有变化，随着时代的发展，在理论力学教学过程中出现了一些问题，主要表现在：（1）课时不断减少，教师上课讲的内容较多，学生思考的时间少;（2）理论力学内容抽象，教材上的例题以及练习题都是理想化的力学模型，学生难以把力学知识真正融入实践;（3）学生只关心考试内容，而不是分析问题、解决问题能力的提高。因此，在新时期和新任务下，理论力学的教学内容需要进行调整，教学方法需要改进。

一、优化教学内容，突出基本概念和理论，重视理论联系实际

经过多年的实践，结合我校农业机械化专业学生自身的特点，一直选用国内最早的理论力学教材。但教材受篇幅和学时的限制，对基本概念和基本理论引出的背景提及较少，与工程实际联系较少。学生理解起来比较困难，若授课教师在教学过程中适当地引入一些实例，突显理论力学在现代科技上的应用，会有利于激发学生的学习兴趣。

（一）静力学部分

静力学主要研究受力物体平衡时作用力应满足的条件，同时也研究物体受力的分析方法以及力系简化方法，是理论力学基础重要的部分，也是后续课程的基础。因此，讲授该部分时要适当增加课时，而对大学物理中已经讲过的一些概念，可以引导学生以复习的形式加深对这些概念的理解。约束反力是理论力学中比较重要的概念，而大学物理学中没有提过，因此必须给学生讲解透彻。但是单纯讲概念比较抽象，引入工程实例后学生会易于理解与接受。例如物体受力分析和平衡方程是静力学的基础部分，可以对工程实例（比如活塞连杆机构）进行分析，得到力学模型，除外力外根据约束类型画出机构各部分的约束力，然后列出平衡方程并求解，这样既可以提高学生力学建模的能力，也有利于提高学生应用平衡方程解决问题的能力。对摩擦问题主要讲清存在摩擦时的平衡范围和临界状态的概念，重点是存在摩擦时平衡问题的解法，滚动摩阻可不举例。

（二）运动学部分

运动学部分主要研究物体运动的几何性质，为学习动力学打基础，同时也为分析机构运动打下了基础。这部分关于点的运动和刚体的简单运动是基本内容，可以通过向学生提出问题，然后让学生自学，最后在课堂上对实际问题进行讨论总结，这样可以培养学生自学能力和解决问题的能力。

该部分的重点和难点是点的合成运动和刚体平面运动以及运动学的综合运用。点的合成运动要结合实例强调“一个点、两种坐标系、三种运动”，特别要讲清牵连运动的概念与动坐标系的适当选取。比如图1（a）和（b）中两凸轮机构动点的选取是不一样的。（a）中应以接触点“B”作为动点，（b）中则以凸轮轮心“o”为动点，原因是动点具备唯一性。而关于速度合成定理和加速度合成定理的推导限于课时限制，由学生课下自行推导，课堂上强调应用。尤其当牵连运动是定轴转动时，牵连运动和相对运动相互影响产生了科氏加速度，教材上的理论推导较抽象，对农业机械化学生来说感到茫然，通过举实际生活中的例子，比如田径比赛中的长跑项目，运动员都是按规定向左转弯;又比如在俄罗斯，向北冰洋流去的那些河流河床的东岸总是容易被冲刷，这都是由于科氏加速度的原因。运动学的综合应用是运动学中的难点，这部分内容可通过刨床机构的实例进行讲解。

（三）动力学部分

动力学部分主要是建立受力和运动之间的关系，质点动力学方程是该部分的基本内容，动量定理、动量矩定理和动能定理都是建立在质点动力学基本方程基础上的，关于这三大定理的推导可略讲，而对质心运动定理、质点系相对质心的动量矩定理以及普遍定理的综合应用则结合具体的工程实例进行讲解。比如讲解动量守恒时，可以偏心转子电动机为例，向学生提出以下问题：电动机工作时为什么会左右运动？这种运动有什么规律？会不会上下跳动？带着这些问题，学生听课时就有了目标。对于普遍定理的综合应用部分是动力学中的难点，要给学生讲清解题思路，通过一题多解的方式提高学生解决问题的能力。达朗贝尔原理是用静力学方法求解动力学问题，虚位移原理是用动力学方法求解静力学平衡问题。

二、传统教学与现代教学方法有机结合

在传统教学过程中，教师主要用传统方式进行讲授，对公式和理论推导严谨详细，学生有自己的思考时间，且有些问题过于抽象，采用这种方式过程比较枯燥，学生不感兴趣难于理解。随着计算机技术的发展，多媒体教学早已应用在理论力学教学中。多媒体教学生动形象，大大丰富了课堂信息量，尤其是工程实例的展示，比如动量定理、动量矩定理、动能定理等的应用实例用动画展示，能给学生直观地认识，加深其对定理的理解。结合文字、图像、声音等多种手段，向学生展示运动形式或者力学模型的建立，调动其学习积极性，收到良好的教学效果。但要求教师要结合自己的教学风格精心准备教学课件，有些教师教学和科研任务较重，忽略了课件的制作，仅仅从网上下载教学课件用于教学，而且几乎不用板书作相应的推导，有时课件内容较多，教师为完成内容只能快速翻页，学生根本没有时间思考，容易产生厌学情绪，使教学质量大大降低，不利于学生发散思维的培养。因此，采用传统板书与多媒体相结合的授课方式进行教学（对工程实际问题的简化、约束与约束力、工程上常见的运动机构、点的合成运动分析等在课堂上难以讲解、难以实现的较为复杂和抽象的知识）时，要充分发挥多媒体课件的优势，而对基本概念、基本框架以及解题思路尤其是在点的合成运动和刚体平面运动中分析点的速度和加速度合成时，用课件开演示运动比较直观，但在求解问题时画速度矢量图和加速度矢量图时，教师最好在黑板上画出来，在教师板书的时候，学生有自己思考的时间，有助于他们对知识的消化吸收。因此，实行传统课堂教学与多媒体教学有机结合，有利于提高教学效率和质量。endprint

三、开展实践性教学活动

我校以往的理论力学课程教学只讲授理论而无实践性环节，作为一门综合性技术基础课，理论力学涉及大量的概念、公理、定律和力学模型，理论性强、内容抽象，尽管教学过程中使用了多媒体，但毕竟不是实际的东西，学生难以融入实践的问题，严重限制了该课程的进一步发展，因此要达到满意的教学效果，理论力学教学应遵循“重理论，强实践”的原则。开发理论力学实验，除了验证性实验，还有许多实验可要求学生自己设计方案，实验室提供学生要求的实验设备及器材，由学生自己动手完成，这对学生的动手能力、提高学生学习的主动性有很大益处。我校正在为开设理论力学实验教学积极准备，让学生自制开发了摩擦系数测定仪，并积极开发静力学、运动学和动力学虚拟实验等。通过实践环节，培养了学生的动手能力和思维能力，为参加生产实践和后续课程的学习打下良好的基础。

四、课程考核方式的改革

教学的主要部分在于教与学，而考核只能作为一个辅助部分。因此，考核应该加大平时的力度，尽量使平时和期末成绩所占的比例合理。将学生最终成绩的评定与平时表现、作业成绩、实习情况等结合起来，切实改变过去一考定成绩的弊端。平时成绩包括平时作业、课堂小测验、讨论情况、实践情况等，平时作业要注重质量而不是数量，除了经典习题外，给学生布置一些课外指导书的习题，可以避免学生抄作业的现象;期末考核可以采取半开卷的方式，所谓半开卷就是允许学生在考试时把公式都记在一张纸上，带进考场，并在纸上签名（监考教师在考试过程中进行检查，公式纸不得出现其他内容，另外，考试结束后将公式纸上交，由批卷教师再核查一遍（公式纸不得复印、打印），这样既避免了死记硬背，又促使了学生的全面复习。关于期末考试用的试卷，我校根据平时积累，形成了一套《理论力学》试题库，且采用多位教师流水线作业看卷等方式，以保证考试及成绩评定的公正性。通过这些方式可以提高学生的解题能力并及时了解学生的学习动态，提高考试的可信度，促进教学与考试的有机结合。

总之，随着时代的发展，理论力学的教学在教学内容、教学方法、实践操作以及考核方式等都要进行改革，才能收到较好的教学效果，才能真正提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。

参考文献：

[1]康颖安，卿上乐，夏平.基于“卓越工程师”培养的理论力学教学改革的思考[J].湖南工程学院学报，2011，21（1）.

[2]马红玉.理论力学教学方法的几点思考[J].西安邮电学院学报，2011，（12）.

[3]王洪新，程东霁.理论力学教学中加强应用性和实践性的探讨[J].中国科技信息，2012，（4）.endprint