理论力学课程素质教育的探讨与实践

盛国刚 邓军 李学罡

［摘要］本文以理论力学课程为对象，通过学生的自主学习、强化理论力学实践性和趣味性教学以及网络互动教学平台，对如何提高学生素质教育水平进行了一系列的探讨和实践。

［关键词］理论力学素质教育自主学习实践性趣味性

［中图分类号］G642.3［文献标识码］A［文章编号］2095-3437（2014）06-0113-02

理论力学是我校道路、桥梁、建筑、水利、机械及其相关专业重要的技术基础课，为培养学生的工程师素质并为后继课程的学习奠定基础起着关键的作用。笔者结合我校对人才培养定位实际情况，即面向基层，培养具有创新精神和实践能力的应用型人才，就如何通过理论力学课程对学生开展素质教育，进行了初步的研究和探讨。

一、改变传统教学模式，注重学生课堂自主学习能力的培养

在传统的教学模式中，老师专注于给学生讲授，学生完成听课、作业和考试三个环节的任务，老师讲得辛苦，学生学得枯燥，没有沟通、交流和反馈，以至于不少学生对理论力学课程提不起兴趣，收获可想而知，有些学生考试时就连及格都难得到保证。在这种学习环境下，学生处于一种被动接受知识的状态，背概念、公式，强记老师讲解的例题，举一不能反三，老师讲得细而全，学生没有自己的思考、琢磨和总结。通过这种方式获取的知识，并不能够促进学生素质和能力的提高。自主学习就是通过老师的引导、启发，自觉、主动地获取知识，在掌握课程知识的同时，提高自身分析问题和解决问题的能力。对于理论力学课程，要达到这一目标，教师必须在有限的课堂时间内，通过引导，让学生弄清理论力学的一系列概念、公式所包含的知识点以及每个知识点的形成过程、引入其实际背景，弄清已掌握的知识点与新知识点之间的关联性、逻辑性以及每个知识点在工程实例和后续课程中的应用情况。这样学生不会再感觉到理论力学只有一些枯燥的概念和公式。同时老师通过营造一种和谐、愉快的课堂学习环境，鼓励学生在课堂上大胆地思考和表达，增强学习的主动性。对于理论力学的一些公式，注重其背景和推导思路，淡化其具体的数学推导过程，根据公式让学生找出量与量之间的关系并作定性分析。对于理论力学中的典型例题，仅提供几种解题思路，让学生自主选择正确的或最佳的解题方案，最后老师点评并作总结。如在静力学平衡问题中，对于一具体问题，研究对象的选取并没有唯一的解答，如何选择研究对象，使问题变得简单清晰，这就需要学生在老师的指导下多思考，并鼓励同学们在课堂上提出不同的见解，对不同研究对象的选择进行比较分析。对于运动学中的点的合成运动这一内容，需要老师基于“相对运动轨迹明显”这一基本法则，引导、启发学生通过典型实例，合理地选择动点、动系，并让学生在课堂上就相对运动的轨迹给出说明。对于合成运动中的加速度合成定理公式推导，主要让学生弄清楚牵连运动为转动时，为什么会有哥氏加速度？对于公式推导中的求导等数学计算过程，学生应该自己很容易能够明白。对于动力学中的三大定理，通过物理课程的学习，已具备一定的基础，主要引导学生从研究对象“质点”如何拓展到研究对象为“质点系（包括刚体）”。对于三大定理（质点系）的公式推导，要求学生掌握共性和非共性的地方，同时通过引导，要求学生自己琢磨每一定理能够解决什么类型的动力学问题。通过一些典型实例，让学生在课堂上思考讨论，并发表自己得出的结论。

二、结合专业特色，融入实践性教学内容

理论力学是各工程专业的基础课程, 需要融入各专业课中, 同样, 各专业课内容也要融入理论力学课程中去。两类学科的交叉与相溶应是素质教育改革的良好途径。根据理论力学知识与不同大类专业（土木、机械、水利等）的融合, 加强工程概念和理论力学实践性内容, 在教学中增添具有工程背景的理论力学特色教学模块。如桥梁专业，对不同的桥梁模型如梁桥、拱桥、悬索桥、斜拉桥等，进行了力学性能的定性分析，而建筑工程专业对各种屋架结构模型以及梁、柱、板、桩及其组合结构模型进行力学性能的定性分析，机械类专业对各种典型机械模型（如发动机的曲柄滑块机构、车床主轴的受力分析、行星齿轮减速器模型等）、工程机械模型（如起重机模型、压路机模型、千斤顶模型）、各种传动机构模型进行静、动态力学和运动分析。又如学生感兴趣的舰载飞机，在飞机和弹射推动力作用下，从甲板上起飞，需要的初始速度或需多长跑道，飞机在甲板上降落时阻拦索的作用、摩擦力做功以及降落速度、跑道长度等物理量之间的关系及其基本力学原理。对于水利类专业，对水压力作用下的大坝、自动水闸门、水力发电设备等模型进行受力分析。为适应不同专业的教学需要，建立不同的理论力学实践性教学模块内容。当然理论力学课程本身还不能直接应用于工程问题，若要解决实际的工程问题，必须通过多学科知识的综合运用。实践性教学的实施，可以鼓励学生多观察、多思考、多探讨、多实践，开拓了学生的思维、激发了学生的创新意识，并且有益于培养学生综合运用知识的能力。

三、加强课外师生互动，充分发挥学生学习的主体作用

通过课外师生互动，加强学生自主学习、自主实践的意识。建立多媒体网络互动教学平台，运用图片、动画向学生展示工程实例力学分析、仿真试验。如有影响的大型结构物事故力学知识实例：美国911 事件中世贸双塔倒塌的力学原理进行分析，该次事件首先是撞击，然后是火灾，简要说明大楼倒塌的主要原因是内部钢梁上的防火物质在高温下被破坏，导致结构承载能力下降，大楼受到巨大的自身重力荷载而使结构失去原有的静力平衡状态。人类的生存环境与力学知识息息相关的实例分析：1998年长江荆州段在第六次洪峰来临时，预计水位要达到45 m 以上，要不要分洪就成为抗洪决策者面前的极为重大的问题。当时力学工作者就是利用理论力学中的静力平衡知识以及计算力学中的“有限单元法”，对大堤的安全系数进行了精密的计算与分析，最后做出了正确的决策，既保证了长江堤坝的安全，也避免了有可能分洪造成的巨大损失，在关键时刻，力学为防洪立了一大功。体育运动与力学知识的关系也是非常密切的：跳高运动员过杆的姿势分析、滑冰运动员原地转动角速度的变化与其运动姿势变化的关系。讲解撞击中心的概念时，引入网球运动员击球的问题，根据来球的方向、击球姿势，分析球拍手柄对运动员手的冲击，如何减少冲击，这是一个典型的动量和动量矩定理综合运用的问题。乒乓球的运动状态以及运动轨迹分析问题，也是一个典型的理论力学运动学和动力学的综合问题。通过大量来自于生活、来自于实际的力学现象分析，使学生在课外能自主实践，自主学习。在教学平台上介绍一些中外力学家的故事、力学与国防工业、国民经济相关的一些重大事项，让学生更进一步地认识到掌握好力学知识的重要意义，例如：在2000年下半年，美国的三十几个专业工程协会评出了20世纪对人类影响最大的20 项技术，力学在其中多项技术中起着重要的甚至是关键的作用，排在第一位的是电力系统技术，目前几乎所有输入电网的电力都是叶轮机带动发电机产生的，而叶轮机、发电机以及输电线路的设计都离不开力学。根据《力学与实践》等参考资料，编辑力学小问题，在互动教学平台上征集问题解答，并在网上或课堂上对解答进行点评，并在网络教学平台上实时回答学生的疑问，让学生与教师建立有效的互动。通过网络互动教学平台，开阔了学生的学习思路，扩大了学生的学习视野，同时也提高了学生学习的兴趣与积极性, 启发学生思维，激发求知欲望。

四、结语

理论力学课程的素质教育，需要教师付出很多时间和精力，教师自身素质的提高，是提高学生素质教育水平的根本因素之一。今后应加强理论力学课程的实验教学，进一步丰富和完善理论力学课程素质教学内容。

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［责任编辑：左芸］