理论力学课程多媒体教学体系的研究与实践

盛国刚　邓军　潘军

[摘 要]随着信息技术的不断发展，多媒体教学形式以其良好的直观性、趣味性和交互性为越来越多的人所接受。提高多媒体教学水平，既要有高质量的多媒体课件系统，又必须以教师为本，加强多媒体课件与课堂教学的有机整合。多媒体教学效果与课件本身质量有很大的关系，需要教师根据每堂课自己的体会、同行之间的交流、学生的反馈情况，对媒体课件进行不断的更新完善。一个好的多媒体软件系统，只有与教学经验较丰富的教师有机结合，才能真正发挥多媒体教学优势。

[关键词]理论力学 多媒体 有机整合

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）04-0148-02

随着信息技术的不断发展，多媒体教学形式以其良好的直观性、趣味性和交互性为越来越多的人所接受。目前许多高校都加入多媒体教育的建设中，甚至于多媒体教学成为创“精品课程”的必备条件之一，教师们运用多种工具和软件（如数码相机、摄像机、电脑、扫描仪、投影仪等硬件设备以及Powerpoint、Photoshop、AutoCAD、3Dmax、Flash等软件）制作了一批多媒体课件。对于理论力学课程，如何开展课件的研制工作以及如何将课件与课堂教学有机整合，我们进行了一些探讨。

一、多媒体教学基本理论及应用课件的研制

理论力学的基本理论是一切力学课程的基础，相应的基本理论及应用课件的研制也显得尤为重要。结合理论力学课程体系和课程内容的改革，静力学不再对各种力系独立进行分析，主要分成力系的简化和力系的平衡两大部分，从一般情形出发，直接导出特殊结果。静力学中物体系统的平衡问题，取不同的研究对象，可以得到结果相同的多种解答，每种解答需要两个或三个以上的受力图，信息量相当大，另外，空间力系平衡的受力分析图等问题，通过多媒体表述，避免了黑板板书的困难。在计算桁架结构内力时，在杆件数量比较多的情况下，计算方法往往不是唯一的，包括所取的截面及节点都有可能不唯一，需要通过不同的受力分析图进行比较，运用多媒体的表现形式可以节省大量的时间。

运动学分为刚体运动学和点的运动学两大部分。在运动学中，黑板板书图例只是运动机构瞬间状态的示意，不能描绘运动的全过程，特别是点的合成运动中绝对运动轨迹曲线、相对运动轨迹曲线以及牵连运动状态，刚体平面运动的瞬心轨迹曲线，不同的瞬间，平面运动刚体上各点的运动状态，通过多媒体动态显示，清楚直观，还可以对学生感兴趣的动态过程实例进行重复播放。

动力学中动量定理、动量矩定理合为一章，这样刚体平面运动方程成为两定理的综合运用。动力学中各章内容的研究对象以质点系为模型，导出普遍理论，应用时以刚体为主。在动力学问题中，通过视频演示，解释动量定理、动量矩定理、动静法等原理在工程和生活中的应用实例。例如利用动量定理，了解振动压路机的工作原理，通过调节偏心质量的大小和质量分布，可以实现不同类型的压路机对不同被压实材料的密实作用。利用动量矩定理，解释花样滑冰运动员身体转动速度的变化规律，网球对球拍的冲击以及击球时手掌处产生的冲击效果，以及如何减小对手掌产生的不利冲击效果。利用动静法，解释大型旋转机械的动平衡问题以及车辆在不同路况下的动力学问题。动静法中的主动力、约束力和惯性力，可以用不同的颜色、不同的线条（实线、虚线）表示，可以进一步说明达朗贝尔原理只是在形式上组成了平衡力系，并不是静力学问题中真正的平衡。

此外，对不同的专业，为了使教、学、用紧密结合，课件内容也有所侧重，如桥梁工程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，梁、柱、板、桩及其组合结构模型进行定性分析，机械类专业对各种典型机械零件模型、工程机械模型、各种传动机构模型进行静、动态分析。这种虚拟实际工程和生活模型的多媒体教学手段，易懂、易学、易教，传统的教学方式很难达到相应的教学效果。

在课件中，简化了基本理论的推导，强调其具体运用，在一定程度上缓解了课时缩短的矛盾。每次课有独立的课件，包括知识点、重点难点内容、学习方法指导、课堂讨论、思考、例题等栏目。对不同的内容设计出不同的表现形式，利用文字、线条、颜色等多变的格式进行设置。

二、理论力学多媒体典型例题库的编制

要学好理论力学课程，学生必须独立完成一定数量的计算问题，因此制作典型例题多媒体课件成为丰富多媒体素材库的又一个内容。在每一次多媒体教学课中，都设置了一定数量的例题，这些例题的一个共同特点就是对解答步骤分步进行控制，依次点击可以得到解答的每一个要点，使解题规范化，对培养学生解决问题的素质和能力有一定的帮助。如静力学平衡计算，依次点击可分别得到研究对象、受力图、平衡方程、计算结果；动静法中的例题依次点击可得到研究对象、主动力及约束反力、运动量、惯性力、方程。运动学、动力学部分的例题除对解答分步骤进行控制外，还可以对例题的图形进行运动过程的仿真演示，从而使例题的分析解释更加生动形象。例题库中的例题来自于一些重点院校编制的教材、考研试题、竞赛试题、习题解答参考书等，在一定程度上反映了理论力学课程的学习水平。在每一道例题的讲解过程中，通过对学生学习状态的有效监控，对一些学生不懂的步骤，可以利用多媒体回放的特点为学生提供重复学习的机会。而对于有些例题，如静力学中的部分例题，只对研究对象、受力图部分进行点击，而平衡方程、计算结果由学生自己去思考。一题多解，通过黑板板书，将会花费很多时间，运用多媒体的教学手段，将会起到较好的效果，如对于静力学问题，取不同的研究对象，对不同的构件或组合进行受力分析，可以得到问题的相同解答，通过一题多解，使学生更加熟练的掌握静力学平衡问题的求解。对于运动学中平面运动刚体上点的速度求解，通过一些典型问题，比较基点法、速度投影定理和瞬心法的适用性，进一步加深对这些知识点的理解。对于动力学问题，比较动量定理、动量矩定理、动能定理以及动静法的适用性，对一些典型的动力学问题尽量尝试用多种方法解决，进一步加深对这些定理和方法的理解。

三、如何改进多媒体教学的教学效果

教学媒体由多个要素组成，包括教师的语言、教态、形象，教学课件、黑板板书、教材和辅导书，以及学生的思考、提问、讨论、作业、考试，课件只是教学媒体中的一个辅助部分，其中最重要的媒体要素还是教师简明、清晰、语速适中、抑扬顿挫的语言表达，生动形象的肢体语言和激发学生学习欲望的魅力。黑板的作用也不能被取代，每堂课的要点、重要公式的推导、典型例题的讲解、学生的课堂提问和讨论，都必须通过黑板板书。如在动量、动量矩定理中外力系对质点系整体运动变化的瞬时效应与时间累积效应的含义、动能定理中作用力的空间累积效应问题、动静法与动量、动量矩定理的区别和联系等，这些问题必须由教师根据自己掌握的综合性理论力学知识用语言和黑板板书进行解释。最后，教学效果需要所面向的对象媒体“学生”通过作业、考试表现出来，特别是作业环节。理论力学课程与其他课程相比，作业量较大，要求学生认真、独立完成，才能达到学习的效果，老师也必须掌握大学生的作业情况，实时对课堂教学做出调整。因此，教师必须精心组织课堂教学，改变单向灌输、放电影式的教学方式，时刻观察学生的接受能力和反馈情况，及时调整教学节奏，同时加强学生自主学习、自主实践的意识，达到使学生愉快学习的目的。一堂成功的理论力学课程，起主导作用的教师、对象媒体“学生”和黑板的效能也是关键的、不可缺的因素。

实践表明，多媒体教学效果与课件本身质量有很大的关系，需要教师根据每堂课自己的体会、同行之间的交流、学生的反馈情况，对媒体课件进行不断的更新完善。同时，一个好的多媒体软件系统，只有与教学经验较丰富的教师有机结合，才能真正发挥多媒体教学优势。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 梁斌，刘宗发，王彦生.《力学与现代生活》多媒体课件的制作与特色[J].理工高教研究，2007（26）：103-104.

[2] 尹凤娥.理论力学多媒体课件的制作与应用[J].电教科技，2012（30）：167.

[3] 盛国刚，李学罡.基础力学课程教学改革探索与实践[J].高等建筑教育，2011（20）：58-60.

[4] 李俊峰.理论力学课程体系改革探索与实践[J].中国大学教学，2008（4）：10-13.

[5] 隋允康.做“顶天立地”的教师—从“材料力学”国家精品课程建设谈起[J].中国大学教学，2007（7）：23-25.

[6] 禹加宽.中等职业教育《理论力学·静力学》网络课程教学系统设计[D].南京：东南大学，2005.

[7] 杜锦才.冲击动力学综合实验系统的开发与研究[D].杭州：浙江大学，2004.

[8] 何晓玲.高校多媒体课堂教学评价体系的构建与应用研究[D].重庆：西南大学，2008.

[9] 林立松.高职院校多媒体教学的应用现状及策略研究[D].济南：山东师范大学，2007.

[责任编辑：钟 岚]