浅析《理论力学》课程教学方法

2018-12-28王丽娟郑州工业应用技术学院机电工程学院河南郑州451100

数码设计 2018年8期

王丽娟(郑州工业应用技术学院机电工程学院河南郑州 451100)

1 课程内容与特点

理论力学是一门研究物体机械运动一般规律的科学，此“物体”指的是速度远小于光速的宏观物体。课程包括静力学、运动学和动力学三大部分，以伽利略和牛顿总结的基本定律为基础，属于古典力学的范畴。专业术语多、定理定律多、理论计算公式多、需要分析解决的实际问题多而复杂是本门课程的一大特点。

1．1静力学。静力学单纯从受力方面研究物体的平衡规律，包括受力分析、力系的等效替换或简化及各种力系的平衡条件，这在设计各种机械结构等工程实际问题中有着非常重要的作用。这部分教学主要培养学生的基础理论和基本技能，以掌握基础理论知识、会应用为重点，学生要理解掌握刚体、约束、力与力偶、力矩与力偶矩、力学模型与力学建模、摩擦等基本概念和术语，掌握静力学公理和物体受力分析方法，以及各种力系作用下的物体平衡条件，会在理论基础上分析解决工程实际问题。

1．2运动学。运动学单纯从几何角度分析物体的机械运动，从点的简单运动、合成运动到刚体的简单运动、平面运动来分析点或刚体相对于一个定参考系或不同参考系的运动规律，包括运动方程、运动轨迹、速度和加速度等。这部分教学要培养学生对实际工程的设计和创新能力，对工程实例要会进行模拟化然后进行运动分析。要理解矢量法、直角坐标法、自然法，并以此来解决工程实际中点的简单运动问题，及在点的合成运动中某一瞬时点的速度合成和加速度合成规律;理解、掌握刚体的平移、绕定轴转动问题中点的速度、加速度计算，及在平面运动中的运动分解、速度及加速度计算。

1．3动力学。动力学从受力物体的机械运动与作用力之间的关系出发，建立物体机械运动的普遍规律。这部分内容是静力学和运动学的结合，即分析运动物体的力学性能，以及在整个运动过程中如何才能达到能量的最大利用。学生要理解掌握质点、质点系、动量、动量矩、动能、功、功率等基本概念，掌握质点动力学的基本方程，理解基础上掌握动量定理、动量矩定理、动能定理等动力学普遍定理，并会求解实际工程问题。

2 学生现状

鉴于理论力学课程内容的理论性、枯燥性、抽象性、密集且复杂，对本门课程内容从心底较为排斥是绝大部分学生的现状，即使是部分基础较好的学生，在结合实践进行分析的能力也较为薄弱。尤其是运动学当中，定系与动系的建立及其之间的关系、牵连点和牵连运动的判定、绝对运动与相对运动和牵连运动的关系、点的速度和加速度合成定理等，不少同学表示很难理解，以致做习题的时候很难有明确的解题思路，甚至无从下手。因此，在培养应用性人才的目标要求下，在现阶段仍以课堂授课的现实情况下，如何采用多种有效的教学方法和手段，激发学生内心的学习兴趣，理解并很好地消化吸收所学的知识，增加课堂教学效果，使学生在牢牢掌握知识点的情况下，会把理论知识灵活运用到实际问题的求解当中，这是本门课程教学的一大关键问题，对多数理论力学授课老师来说也是一大挑战。

3 教学研究方法

3．1理论联系实际。理论力学研究的是日常生活和一般工程中最普遍的物体运动规律，由此可以借助日常生活和生产实例，使学生对知识点理解并消化吸收。譬如，可以从经典电影或纪录片中截取与工程相关的部分片段，分类整理后做成案例，跟学生一起研究和探讨。此举正是基于学生对抽象的书本内容比较排斥，但是对动态的影像资料却是比较感兴趣，故可将抽象的理论内容融入动态的影像资料当中，把当下工程实际与理论力学知识点建立联系，激发学生的学习兴趣，增强学生将理论公式与求解实际问题进行转化的能力，从而保证教学效果。

基于工程应用型人才的培养目标，理论力学在授课时应加大课程案例的比重，通过观察各种运动及受力情况分析，抽象化建立力学模型，并在理论体系的基础上借助理论公式求解计算，以此来提高学生的分析、处理实际工程问题的能力。

3．2归纳与演绎。理论力学概念多、定理多、公式多，且逻辑性强，公式应用较系统，对某些公式推导可以让学生自行学习而不必一一进行推导演示过程。譬如运动学中的速度合成定理，通过动画演示实例，分析绝对运动、相对运动、牵连运动等三种运动，推出速度合成定理公式，即动点在某瞬时的绝对速度等于相对速度与牵连速度的矢量和，这样学生对公式的把握更直观，也便于理解和运用，再举例分析并计算，则理解和运用得到强化。同样方法可适用于牵连运动为平移或定轴转动时点的加速度合成定理，再举例分析比较加速度公式的异同，得出科氏加速度的方向和大小计算，从而更有针对性地理解和掌握该部分内容。

3．3借助于现代教育技术手段。对理论力学这种内容高度抽象性课程，传统方法讲授起来多枯燥无味，学生也难以集中精力和理解掌握，因此，可采用CAI课件，借助于计算机辅助教学系统，通过大量的动画演示，将课堂由静态变为动态。这种更为直观的授课方法，增强了学习趣味性，激发了学生学习兴趣，也更容易理解和掌握学习内容，尤其是对运动学和动力学部分。运动学重点研究点和刚体的运动，包括求解运动轨迹、刚体内某点的速度和加速度等等，通过动画演示，一是可以直观地看出各种机构的整体运动情况以及机构内各构件之间的相互运动关系，刚体内点与点之间的运动关系，这有助于提高学生对机构整体运动情况的空间想象能力;二是对一些较难理解的抽象概念，譬如点的合成运动中，牵连运动、相对运动、绝对运动的概念，及相对轨迹、绝对轨迹、相对速度、绝对速度、相对加速度、绝对加速度、牵连速度、牵连加速度等以及相互之间的关系，通过动画会有更形象的表述，学生一目了然，也就更容易理解和掌握了。

此外，智能手机、平板电脑和无线网络发展迅速，以及教育信息化的推进，使得“移动学习”成为可能。借助于移动设备和网络，学习可在任何时间和任何地点发生，授课者和学习者基于学习内容的双向交流也能实现。针对某一个具体的知识点或教学环节、教学目标，授课者还可以做成教学短视频，进行在线学习或移动学习，形成在线课堂。

3．4加强习题练习。理论力学定理、公式巨多，放到实际工程当中可以求解的问题也灵活多变，很多学生表示课堂当时清楚明白，但是给个题目还是不会做，甚至没有解题思路，这就要求授课者加强对各类例题的讲解，给学生建立完整的解题思路和方法，形成同类问题的解题模式和流程，并增加一定量的由优秀工程实际通过建立力学模型演化来的习题，鼓励学生大胆分析计算，及时纠正错误，从而加强巩固，并使理论和工程实际切实紧密联系起来，为学生将来在实际工作中分析解决实际工程问题打好基础。