独立学院理论力学教学改革与实践研究

康颖安　杨理诚　刘红石　谭加才

摘 要 文章对理论力学课程性质及其重要性进行阐述，结合独立院校理论力学课程教学存在的问题，提出改革的必要性，可以从教学内容、手段和方法等三方面进行较深入的教学改革，探索出适合独立学院理论力学的教学形式，通过实践证明教学改革取得一定的成效。

关键词 独立学院 理论力学 教学改革

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2015.12.058

Abstract Theoretical Mechanics Course explained the nature and importance， combined with independent theoretical mechanics Teaching Institutions problems put forward the need for reform， can be more in-depth teaching reform teaching content， means and methods in three areas， to explore independent Institute for theoretical Mechanics forms of teaching， teaching reform achieved some results by practice.

Key words independent college； Theoretical Mechanics； teaching reform

独立学院的办学定位于“如何培养高素质的应用型本科人才”。独立学院的发展在扩大高等教育资源、丰富专业人才培养方面起着重要作用。①湖南工程学院应用技术学院的工科专业如土木工程和机械设计专业即为国家与地方建设培养亟需的应用型专业人才。

理论力学是一门重要技术基础课程，为材料力学、机械原理以及机械设计等后续的学习打下坚实的基础。理论力学与工程实际紧密联系，通过力学模型建立和研究力学中最普通的最基本的规律，培养学生科学思维方式和解决工程实际问题的能力。钱学森曾说过“工程力学走过了从工程设计的辅助手段到中心主要手段的过程，不是唱配角而是唱主角了。”由此可见在工程领域力学学科的地位与其重要性。

理论力学课程的内容体系成熟，其理论性、逻辑性和系统性较强，解题方法灵活多样，同时力学模型较抽象，对于初学者不能与工程实际很好结合起来，因此学生在学习过程中普遍感觉理论力学比较难。

独立学院的教育教学理念与母体学校有所不同，如何在有限的学时内圆满完成教学任务，如何调动独立学院学生的学习积极性，并能理论与实际结合起来解决工程实际问题。这就需要我们对工科专业理论力学进行有效的教学改革，来取得良好教学效果，达到独立学院人才培养的目标。

1 独立学院理论力学课程教学存在的问题

理论力学课程是工科专业理论性较强的技术基础课，也是与工程实际紧密联系的课程。现行理论力学教材大多按照传统教材的布局安排，其课程体系为了本学科内容体系的完整性，有些教学内容与某些课程内容的重复。在理论力学教材中部分内容，如点的运动和刚体的基本运动等就与大学物理课程中重复。这在一定程度上影响了教学中教师与学生发挥积极性、主动性，更不用说培养学生的创新能力了。与此同时，作为基础课程，理论力学的教学课时数又较少。

理论力学课程一方面理论体系严谨，逻辑性强。另一方面教材中所选用的范例和练习题以抽象力学模型偏多，整个课程表现不出明显的专业特色。这样学生在学习这门课程时感觉没有明显的学习方向，理论知识难以与工程实际紧密联系起来，学生的学习兴趣不大，不利于培养学生分析与解决问题能力。②③

在教学手段和方法上，若采用传统黑板板书方法，课堂中讲授重点理论内容，而习题练习时间很少，学生容易产生“理论易懂解题难”的情绪；而单纯采用多媒体教学手段，涵盖的教学信息量增大，内容衔接处不突出，由于教师讲授速度快，学生的学习思维跟不上老师讲解进度，理论听不懂，习题不会做而逐渐失去学习兴趣，教学效果不理想。④

独立学院是依托母体学校实行相对独立的运作模式，其资源共享。大多独立学院在依托母体学校办学过程中，课程建设基本享用母体学校的现有建设成果，往往课程设置和教材使用等均与母体学校基本一致。而独立学院的学生在入学时生源质量就比母体学校学生差，他们虽然思维活跃，内在潜力大，但是基础知识不牢固，学习方法不得当，自控和自学能力稍差。大部分学生课堂上的学习态度是听得懂感兴趣则听，听不懂则放弃学习，通常表现为旷课、作业抄袭、上课玩手机、打瞌睡。因此若采用与母体学校本科专业一样的教材、讲义，采用与母体学校相同的教学手段方法，在较少的教学时间内运用填鸭式的教学方法匆忙讲授完全部教学内容，大部分学生都很难完全理解并接受，自然也做不到准确地掌握并应用到实际问题中。

2 独立学院理论力学教学改革的措施

2.1 理论力学教学内容的改革

理清基本概念和基本定理作为理论力学教学内容改革的主要思路，然后做相关例题并讲解。

现有的理论力学内容主要由三个部分组成，即静力学、运动学和动力学。理论力学研究的物体通常是点和刚体。静力学是研究物体在力系作用下的平衡规律，这部分内容是以静力学基本公理为基础，主要讲授力的概念。静力学可以解决基本问题：物体受力分析，力系的简化，以及力系的平衡条件及其应用。静力学中受力分析是理论力学的基础，也是后序课程如材料力学、结构力学和机械设计的基础，因而对单个物体或物体系的受力分析要详细讲解并加强练习。而在受力分析实例的选取上，面对机械专业学生教学中，可选择常见的机械机构和装置，如简易的起重装置、曲柄连杆机构等，并通过机构图片、运动视频展示。理论联系实际，培养并逐渐提高学生建模的能力以及解决实际问题的能力。

运动学是从几何学方面来研究物体的机械运动，这部分主要内容包括：运动方程、轨迹、速度和加速度等的学习和计算。为避免重复内容占用大量课堂时间，通常这部分内容可通过提出问题，让学生自学并自行总结与归纳，培养了学生的自学能力。

动力学是研究物体的机械运动与作用力之间的关系。该部分内容通常对学生而言是内容多且比较难懂的，但若弄清楚各定理的本质，学习起来也不难。如质点动力学方程、动量定理和动能定理等定理都是在牛顿第二定律，即力与加速度关系定律基础上推导而来。达朗贝尔原理用静力学方法求解动力学问题，虚位移原理用分析的方法来研究任意质点系的平衡问题。上述三部分内容我们通常按由易到难的顺序讲解，即静力学→运动学→动力学，但这种的学习会使学生在学习理论力学时产生一种错误的理解，不管物体处于何种运动状态，都会习惯性认为物体在力系作用下是平衡的，因而只采用平衡条件求解约束力。而平衡只是物体机械运动的一种特殊情形。因此，静力学中只重点讲授物体的受力分析，对于力系的平衡条件及其应用放在动力学中作为物体的一种特殊运动来学习。例如：质心运动定理和刚体定轴转动微分方程结合起来，可解决所有机械运动的物体力和运动之间的问题。

2.2 理论力学教学手段的改革

教学过程中，可以把现代教学方法与传统教学模式有机地结合起来。在当前教学中广泛运用多媒体等现代化教学媒介，在理论力学课时比较少的前提下，采用多媒体教学手段，就省去了黑板板书繁杂的理论推导，这使整个课堂教学内容重点突出；同时，多媒体教学可将机构运动和工程实例等生动直观地表现出来，学生的学习兴趣提高。传统的黑板板书在现行教学中仍有其不可替代的优势。对于理论力学课程中的重点和难点问题，可采用传统黑板板书。如静力学中对物体受力分析、如何画出受力图这一部分内容，为规范力的分析和表示，对于复杂的物体系统受力分析，可以取分离体，并分别加上主动力和约束力，从而表现出物体完整的受力图；运动学中若分析点的合成运动，在黑板上画出动点的各个速度和加速度的大小及其力的方向；在对刚体惯性力系进行简化分析时，可以用传统的教学讲解法，更能便于学生了解并掌握学习中的重点和难点内容，并将其应用于工程学实际问题中。

同时，课余为便于学生学习、教师学生的沟通，建立了校级理论力学精品课程网站，通过网络平台实现资源共享与信息互动，在网络课堂上告知学生每章知识点，进行事先的预习和课后的答疑。

2.3 理论力学教学方式的改革

传统的教学模式是“以教师为中心”。在日常教学中，很多教师都会不自觉地采用“满堂灌、填鸭式”的方式，但教学效果通常不尽如人意。在教学过程中，应始终坚持“以学生为本，以学生为中心”的教学理念，实践多种不同教学方法，如任务驱动式、启发式、参与式、案例式、项目式教学法等。这些教学法均能有效地发挥学生的主动性，提高学生学习的积极性。例如在参与式教学中，教师先对理论内容进行重点讲解，然后选用工程实例让学生进行独立分析并可以成立小组进行问题的讨论，寻求解决问题的办法，参与到教学活动。当然不同章节内容，可灵活运用不同的教学法。对于摩擦来说，以脚踏车的前后轮为例，让学生参与教学，以便分析摩擦力的方向和大小；对于动量矩定理来说，可以把花样滑冰中的旋转和抛跳等动作作为实例，运用讨论式教学，引导学生思考和讨论；而对于动力学普遍定理综合运用实例，就可以采用启发式教学模式，让学生学会一题多解，用于提高学生分析问题和解决问题的能力。

近三年来，理论力学教学内容、教学手段和教学方法等改革措施，在我院土木工程专业从2012至2014级三个年级数百人进行教学实践，2012级学生理论力学期末考试成绩通过率50.8%，而2013级通过率为65.2%，2014级的通过率达到72.3%，学生成绩有了明显提高，可见改革的措施行之有效，取得了预期的教学效果。

3 结语

独立学院学生与母体学校学生在生源质量上存在明显的差异，学习基础比较差，学生自主学习能力差。而理论力学课程结构严密，逻辑性强，需要前期课程如数学、物理学习有一定基础。结合独立院校学生的自身特点，因材施教，加强教学内容和方法的改革，培养并提高学生发现和解决实际问题的能力，逐步形成适合独立学院学生的教育教学形式。

基金项目：湖南省普通高等学校教学改革研究项目（湘教通[2013]223号）

注释

① 教育部令第26号.独立学院设置与管理办法[Z].2008.

② 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（社会科学版），2011.21（1）：102-104.

③ 程玉兰，康颖安，胡凤兰等.提高学生对理论力学学习兴趣的探索与实践[J].新校园，2014.8：21-22.

④ 康颖安，卿上乐，刘红石等.独立学院材料力学课程教学探索[J].课程教育研究，2014.21（10）：240-241.