《理论力学》教学改革探索

摘 要：针对《理论力学》学时减少、内容较多的特点，论文从课程的发展现状出发，提出了一些教学内容、方式、手段及考核方式的改革措施，希望对广大力学教师提供一些参考。

关键词：理论力学；教学；改革探索

《理论力学》是研究物体机械运动的最普遍和最基本规律的学科。因此，它既是各门力学学科的基础，又是各门与机械运动密切联系的工程技术学科的基础。对于大多数的工科学生来说，这门课程是学生从单纯的理论知识的学习到运用适当的理论和思维去解决工程实际问题的首门课程。对机制类学生更好的巩固《高等数学》《大学物理》等前置课程，并为后续《机械原理》《机械设计》等专业课的学习打下坚实的基础。针对于我院汽车服务专业学生来说，在后续课程的教学过程以及在毕业设计中涉及理论力学的相关知识运用时，发现学生运用理论解决实际问题的能力比较欠缺，因此《理论力学》课程的改革势在必行。

一、 理论力学课程发展现状

随着我校向“应用性大学”的转变，对学生的培养方案也随之发生变化，实践教学环节学分数明顯增加，素质教育类课程比重提高，为了适应这一发展趋势，《理论力学》的课时数减少，对于某些专业，更是将《理论力学》和《材料力学》合成了一门课程。这种改变导致本课程的讲授时间减少，课后的学习时间缩减。而我校作为一所一般本科院校，生源较重点院校略显薄弱，学生基础参差不齐。另一方面，由于《理论力学》的教学是从基础理论出发，由浅入深。在基础理论的推导和讲授时，由于涉及高等数学的相关内容，如果上课没有跟着老师的思路，会觉得课程越来越乏味。

因此怎样才能在有限的教学环节中让学生掌握理论力学基本的分析方法和理论，培养学生利用理论知识分析实际问题的能力，是本课程的亟须解决的问题。

下面结合自己2013年以来的教学实践，从教学内容、教学方法及手段、考核方式三个方面着手就机械工程学院三个专业的《理论力学》课程的教学模式进行探讨和改革尝试。

二、 教学内容的改革

1. 根据我专业特点合理安排教学内容

我院三个专业《理论力学》学课，均为54个学时，学时较少。选用孟庆东主编，机械工业出版社出版的21世纪高等教育规划教材《理论力学简明教程》（60学时左右）。要想在有限的学时内，将本专业学生必须掌握的内容全部教授给学生，就得根据我专业实际需求安排教学内容，将之前学生在其他课程中学习过的内容就重点简单复习，不需要占用太多学时，而将与之前存在较大差距的部分着重讲解。例如牛顿定理、物体重心相关理论等部分。由于我专业学生只要求会利用相关公式解决实际工程问题，并不要求掌握其公式推导过程，因此关于有些定理的推导也不需要详细讲解，只需要帮助学生理解掌握公式，另外通过例题讲解要求学生掌握公式在工程背景下的用法即可。对于课本中打“☆”的部分也要选择性取舍，关于“动量定理”部分，后续专业学习中将会用到就不能舍去，关于“达朗贝尔动静法”部分，关于惯性力系的简化方法也必须给学生讲清楚，不能因为课本中打“☆”就盲目略去不讲。至于对本专业学生用处不大或是难度较大的标注“☆”的部分可鼓励学生根据自身学习情况和兴趣自行学习。

另一方面，为了节省课时数，经我院多位《理论力学》老师协商，一致决定可对《理论力学》的知识结构进行适当调整。讲到静力学部分“平面基本及任意力系”的同时，可以讲授“空间基本及任意力系”，这样不仅学生容易接受，还可以将平面汇交力系、平面力偶系、平面任意力系作为空间任意力系的特例进行分析并及时进行扩展，以便理解记忆。而省去了先讲平面力系再讲空间力系时，还需要稍加复习平面力系所占用的时间。

另外，可根据我专业的特点，调整该门课程上课内容的侧重点，将与我专业不大相关或者涉及得比较少的部分仅作以简单介绍，以节省一定的学时给需要重点讲解的部分。

2. 将教学重点及难点落到实处

经过上述对教学内容的适当调整，将节省出来的学时数，充分合理的用在该门课程的重点和难点部分。现就该门课程的几个重点难点作为例子加以说明。

（1） “静力学”部分，受力分析就是该部分的重点和难点，是整个力学的基础，也是其他专业课例如《材料力学》《机械原理》《机械设计》等课程的基础。从“约束及约束力”部分开始，就平面及空间汇交力系到力偶系到任意力系的受力分析、画受力图、列平衡方程、解所求未知量是一块儿重点和难点，学生不仅容易受中学阶段受力分析的束缚，还对新引入的概念比较生疏。应通过合适的教学方式和手段着重加以分析说明，让学生逐渐跳出中学受力分析的模式，熟悉所谓约束的概念，保证学生更好的理解掌握。

（2） “运动学”部分，“点的合成运动”能有效地将复杂运动转化为简单运动的合成，帮助更好更方便地解决复杂问题。这部分不仅是重点也是难点，但是学生对“绝对运动”“相对运动”“牵连运动”不容易准确定位，容易混淆。因此这部分也应重点讲解，并且传授准确定位的手段及方法。

（3） “动力学”部分，“动量定理和动量矩定理”虽然是标“☆”章节，但是对于我专业学生而言，这部分内容对将要接触到的专业知识和以后的实际应用有比较重要的作用，所以也必须作为重点内容讲解。

无论从哪个角度来分析，整个《理论力学》都是基于矢量代数的，如力、速度、加速度、动量、动量矩等。因此，矢量代数法则、定义对理论力学中的矢量也同样适用。所以，课程中要根据情况适当穿插相关的矢量代数内容，帮助学生更好的理解应用。另外，高等数学微积分在理论力学中也体现了相当重要的地位，往往很多时候，学生因为微积分没有学好，而影响了《理论力学》甚至是之后的多门专业课的学习，在教学过程中，适时加以特别说明，鼓励学生课后自主复习相关内容，以便能在专业课中灵活运用也是非常有必要的。

三、 教学方式及手段的改革

1. 如何保证学生在学习本课程之前数学知识的掌握endprint

在教学过程中发现，每当理论力学中的定理或者解决问题的方法牵涉到高等数学的相关知识时，学生会产生畏难情绪，从而使学生在学习过程中的主动性降低。那么怎么使这些数学知识不成为学习过程中的绊脚石，具体的操作方法有两种：一种是在每当用到数学知识时先对其详细的讲解，这种方法的效果特别显著，学生会跟着老师的思路一步步去理解，但是鉴于《理论力学》本身的课时量的缩减，这种教学方法只能摒弃。另一种方法就是先将课程中需要用到的高数相关理论做一个详细的归纳，形成文字的材料发放给学生提前预习，然后在课上通过课堂提问的形式考查大家的自学成果，而课堂表现的数据也计入期末成绩的范畴，这样既督促学生提高自学能力，也使课堂的互动性增强。

从教师的角度来解决这个问题，应该加强基础课教师和专业课教师之间信息的交流。比如《理论力学》中质点、质点系、刚体的微分这一部分内容，需要学生首先通过理论力学相关知识建模、列出微分方程并求解。而微分方程的解法在《高等数学》的讲授也是在同一学期并行开展的，如果在高数的教学过程中教师对于这一部分的讲解可以附带一些以实际工程问题为实例的讲授，学生在《理论力学》的学习过程中就不会那么陌生。

2. 如何保证学生积极的思考

由于在现有的教学时间内每堂课所需要完成的教学任务重，信息量大，多媒体教学基本已经取代了传统的板书教学。多媒体教学的优点毋庸置疑，直观清晰、可以节省教师大量的板书时间，但也存在一定的问题。从本人的教学过程中发现，在课堂上讲解例题时，如果是采用多媒体教学的方式，学生可以很好地理解这一个题目的解题过程，但是在完成习题的时候就有些手足无措了。究其原因是在讲授过程中解题思路的缺失。也就是说，采用多媒体教学时学生并没有去思考为什么这样去做，遇到这样的问题应该怎么去思考，而只是通过老师的讲解觉得这种解法是正确的。所以在本人教学的过程中都会将每一个例题板书出来，从头开始去分析应该怎样去思考、解答。

3. 如何实现学生所学理论知识能够更好地与实际相结合

在教学过程中切忌单纯讲解抽象实例，例如力学简图。由于缺乏一定的工程背景，学生大多没有见过研究对象的实物，学生不容易想象真实的研究对象和了解所研究问题的实际意义。因而学习起来比较抽象、不易接受，很难把力学模型与真实构件相联系起来。因此，多媒体课件中尽可能的展现构件的实物图片或是动画，能够帮助学生更好的理解。讲解实例时，也尽可能以身边的事物为例，如高架桥、堤坝、吊车、门、转头、螺丝等，或是通过介绍本专业会经常接触到的工程构件或设备的工程背景和意义来帮助学生更直观地接受所研究对象并理解和掌握分析方法。另外，还可以在学习新内容之前留一些与生活相关的思考题，让学生在课外思考，结合所学内容力争得到相应的解答。例如下水口水流漩涡的方向、河床被和数冲刷的情况，船上两人的射击问题等等。这样，就能使学生看体会到力学并不仅仅是一些枯燥的概念和理论，还是生活中随处可见的现实。这种启发式教学不仅能引起学生的很大兴趣，还能获得一般教学方式所达不到的效果。

四、 考核方式的改革

考核评估是最基本的体现教学效果的手段。采取综合评定的考核方式，将期末闭卷考试和平時成绩相结合进行综合评定。现在学校统一采用的形式是期末考试成绩占70%，平时成绩占30%的比例。

1. 期末考试类型转变

期末试卷的一般试题类型为选择、填空、作图和简答题。但在现在这个通讯发达的时代，信息的获取是很容易的事情，而《理论力学》是一门和工程实际密切相关的课程。因此改变课程考试的类型可以更好检查学生学习过程的掌握情况。在考试过程中，本人曾经尝试过开卷考试的形式。即学生可以用一张A4纸将所学过知识以及自己认为重要的一些公式、理解记录在上面，而考题全部为解答计算题类型，这样学生不用在花费大量时间去识记一些复杂的公式、定理，而只需要明确解题的思路即可。

2. 平时成绩的分配

平时成绩主要从考勤、作业两个方面来考查学生学习态度和学习成果，但这些并不能完全的表现学生的学习轨迹。在教学中可以发现某些学生上课时比较认真，互动性很好，但是由于基础不够牢固，最后考试的成绩并不算突出，因此在平时考核中加入了学生积极性的这一项指标，用以判定学生在整个学习过程中的用心程度，毕竟考试只是为了督促学生的学习进程。

五、 结语

参与《理论力学》的教学体会有四年了，我努力尝试设计一套适合我院各专业学生的一种科学的教学方式，努力让学生更好地接受和掌握所学知识，更好地将之前的以及之后的专业课更好地融合在一起，并能够实现学以致用，将所学知识灵活运用到以后的工作中，保证得到更好的教学效果，提高这门课的教学质量。

本次教学改革尚不完善，仍然无法摆脱传统的采用试卷的考试方法。这尚不足以从各方面对学生进行考核，尤其是以培养应用型技术员为目标的教学考核。

另外，由于课时限制，无法让学生大量参与实践，以巩固所学知识。若以后条件允许，我认为应该争取融入更多的实践机会，以便能够及时地将所学理论融入实践环节，能够取得更好的教学效果。最后，改革后的课程是否能取得显著的教学效果还有待验证。

参考文献：

[1]樊甜甜，胡先雄.独立学院机械类专业《理论力学》课程教学方法探讨[J].科技视界，2012（06）.

[2]何运祥.《理论力学》绪论教学创新探讨[J].太原城市职业技术学院学报，2010（01）.

[3]陈震.《理论力学》课程教学改革探讨[J].江汉大学学报（自然科学版），2013（02）.

[4]刘艳萍，孙艳，郭嘉.《理论力学》课程教学改革的思索和探讨[J].教育教学论坛，2013（35）.

作者简介：

丁小可，贵州省贵阳市贵阳学院机械工程学院。endprint