物理学专业理论力学课堂教学改革的探索①

陈静 范洁慧 华正和 李清波

摘  要：理论力学是高等院校学生的基础理论课程，培养学生的抽象思维与严密的逻辑推理能力，为后续理论课程学习打下基础。随着理工科院校的教学改革，理论力学的教学课时大大缩减，这给课堂教学提出了新的挑战。论文结合理论力学的教学实践从教学内容的整合、专题内容分析、案例式教学、多种教学手段相结合等方面作了课堂教学改革的探索。

关键词：理论力学  力学  课堂教学  教学实践

中图分类号：G642           文献标识码：A 文章编号：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  根據学生专业特点，整合教学内容

理论力学是高等院校学生的基础理论课程，培养学生的抽象思维与严密的逻辑推理能力，为后续理论课程学习打下基础。在课堂教学过程中应尽可能做到：一是重复的内容简要讲解。例如：物体重心的概念，重心位置的计算在高等数学、力学、理论力学课程都有详细介绍和举例。经过高等数学和力学的学习，学生基本已经掌握了确定重心的计算方法，理论力学的教学过程中只需简单扼要的介绍公式即可。二是根据学生特点，分层次教学。学生从中学开始接触力学，在不同时期对于同一问题的理解水平也是不同的。在教学过程中应清楚目前学生的认识水平处于什么样的层次，分层次教学。如牛顿运动定律的应用。在中学物理中，只需要掌握一维直线运动问题的处理;在大学力学课程中，采用矢量运算和微积分的数学工具利用牛顿运动定律解决物体运动问题;在理论力学课程中，采用求解运动微分方程的方法解决物体运动问题。所以，在课堂教学过程中应抓住各层次学生的特点，分重点讲解，避免简单的重复。三是重点的内容分解讲解。一些重要的内容在力学和理论力学课程都做了详细介绍，例如：在刚体力学中，定轴转动和平面平行运动是重要部分，而且对学生而言是全新的知识点，学生理解起来比较困难。如果在力学和理论力学教学中这两方面都同时花大量时间讲解，必然导致课时紧张，教学效果得不到保障。所以，课堂教学中可以将这部分内容分解在两门课程中完成，在力学授课中以定轴转动问题为重点，平面运动只作简单介绍;在理论力学教学中，重点讲解平面运动。这样既可以节约两门课程的课时，同时又减轻学生学习负担，更容易掌握重点内容。

2  专题内容分析，构建系统的知识体系

理论力学概念多，理论性强，数学推导繁琐。因此帮助学生建立系统的知识体系，对整体知识结构有一个清晰的认识，再理解和记忆就容易多了。同时也能快速地了解能力薄弱环节，变被动学习为有目的的主动学习。在理论力学的课堂教学中，可以以专题的形式帮助学习建立知识体系。理论力学第一章质点力学，第二章质点组力学对同样内容的学习，在课堂教学中，一方面，列举实例强调应用解常微分方程的数学处理方法，避免与力学内容重复;另一方面，更重要的是帮助学生梳理这部分的知识点，总结求解动力学的方法。很多问题既可以用牛顿运动定律建立二阶微分方程，也可以用三大定理和三大守恒定律求解，对每一种方法的典型例题做归纳总结，使学生对定理和定律的应用有清晰的认识。在课堂教学中，需要加强这部分的总结，结合第一章的加速平动非惯性系，建立加惯性力解决非惯性系动力学问题的思路，结合第三章刚体力学，总结转动参考系中惯性力的具体形式。通过专题内容分析使学生前后联系起来，加深学生对专题问题的理解。

3  案例式教学，提高学生的学习兴趣

案例式教学将课堂教学内容与生活实际紧密关联，强化应用，提高了学生的学习兴趣。比如行星运动问题贯穿于牛顿力学整个学习过程。力学课程中将地球轨道近似为圆轨道，粗略给出万有引力公式;在理论力学中采用极坐标系，从开普勒三定律给出万有引力定律和行星运动轨道特点;接着又考虑太阳运动对行星运动轨道的影响和修正。课堂教学时可以进一步深化这个实例：在相对运动部分，以地球为观察点，通过太阳运动轨道解释黄道面，春分点秋分点等现象;也可结合转动参考系，说明地球自转和公转的影响。通过对这些实例的分析，提高了学生的学习兴趣，同时将牛顿力学整个内容串接起来，使学生更容易理解课程内容。

4  注重多种教学手段的综合运用

理论力学课程比较抽象，很多学生学起来吃力，另外由于课时少，教师经常赶教学进度，上课缺少趣味性，更使学生感到枯燥，疲于应付。因此，在课堂教学中需注重多种教学手段，考核方式的综合运用，以达到更好的教学效果。

4.1 多媒体教学

理论力学课程研究的是宏观物体机械运动，无论是静力学还是动力学都包含大量的受力分析图，若将受力分析、运动分析、工程实例等采用视频、动画、图片、声音等方式以多媒体课件呈现出来，既可节省课时又能直观生动地将课程内容传递给学生，授课的信息量可显著增大。但现代教学技术也有其弊端，一味地应用多媒体课件教学，可能会使部分学生感觉翻页过快，应接不暇，上一页还未搞懂，新的一页又出现了，所以，在讲到有一定难度的内容时，仍需和传统教学手段结合并用，在黑板上给出推导思路、重要公式、重要结论、定理等，可加深学生对该课时内容的印象，也方便学生课后复习。

4.2 利用翻转课堂式教学

随着互联网、信息化时代的到来，教育教学也应与时俱进。因此理论力学除了传统的课堂教学以外，还可利用慕课资源和翻转课堂技术，使在线学习与传统教学相结合。选取部分课程内容要求学生利用在线教学资源，课外提前完成一定的视频课程学习，归纳总结知识点，课堂上以小组合作的形式开展课堂讨论，完成知识内化。这种翻转课堂教学方式以学生为中心，根据学生个体情况进行因材施教，能及时结合学生的学习情况在平台上进行讨论，为学生答疑，为课堂教学提供保障。

4.3 加强习题练习

理论力学作为一门理论最终要指导、应用于实践的课程，一定量的习题练习和讲解是必不可少的。但目前少课时的情况下，例题和习题的数量也不允许过多，应当尽可能在减少例题和习题数量的情况下提高例题和习题的质量，選择具有代表性的例题进行课堂讲解，使绝大多数学生能搞懂并融会贯通。

4.4 注重多元化的课堂考核过程

由于课堂教学内容和形式多样化，这就要求教师对该课程的考核多元化，除了传统的侧重于对基础知识和基础方法及其应用的学期闭卷考试外，还需加强课堂过程化考核，边教学、边考核、边反馈。学生成绩由“期末考试成绩+平时成绩”组成，其中平时成绩包括课程作业、考勤和翻转课堂的考核，体现考核的多元化和过程化。翻转课堂的考核分为课后视频课程考核和课堂讨论考核，视频课程考核主要是督促学生自主学习，对学生的线上自学情况及时评价，采用在线测试的形式进行考核。课堂讨论考核注重学生的课堂互动参与度、课程讨论内容的实施过程和完成度、小组成员的团队协作能力等，结合组内评价和组间评价进行考核。

5  结语

总之，由于目前理论力学课时的大量压缩，必须对课堂教学进行改革，提高课堂教学的效率。我们分别从以下几方面进行细致探讨和研究：教学内容的整合，更好地把握普物力学和理论力学之间的衔接关系;专题内容分析，帮助学生构建知识体系，学好理论知识;进行案例式教学，将教学内容串接起来，提高学生的学习兴趣;多种教学手段的灵活运用等，并将其付诸于教学实践中，已取得较好的教学效果。当然理论力学教学改革是一个持续的探索过程，在教学实践中我们仍需结合学生的特点不断地探索和创新，希望能达到更好的教学效果，完成创新型人才的培养目标。

参考文献

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