《理论力学》教学改革探索

王娟��

摘要：结合机械工程学院三个专业的教学实践需要，根据本专业特色及学生情况，转变教学思路，做到与《大学物理》和《材料力学》等课程的衔接。将理论知识运用到工程实践中，分别从对少学时《理论力学》教学内容的精简、教学重点的落实、教学方式及手段的多样化、尽可能优化的考核方式这些方面对机械工程学院《理论力学》课程的教学展开探讨和改革。

关键词：理论力学；教学探索改革

《理论力学》课是多数工科专业核心技术基础课程之一。 它包括静力学、运动学和动力学三部分，主要研究物体机械运动的一般规律。它对工科学生既有基础性又具有应用性，它不仅是作为所学基础课程《高等数学》《大学物理》与后续课程，如《材料力学》《机械原理》《机械设计》的过渡，还能培养学生的逻辑思维及分析和解决实际问题的能力，并将这些能力运用到生活及生产过程中。顺应国家“走新型工业化道路”和“走出去”战略的目标，我院也要以培养应用能力强、动手能力强的工程技术人才作为教育目标。

一、 《理论力学》教学改革的必要性

一方面，作为机械工程学院的学生，《理论力学》与相关理论课以及工程实际联系紧密，在实际中碰到的简单力学问题可以直接应用理论力学知识去解决，复杂的力学问题需要与其他专业课程（比如《材料力學》《机械原理》等）结合才能解决。学好理论力学课程不但有助于提高学生分析实际问题、解决实际问题的能力，而且对学生理论素质的培养也会有不小的作用。

另一方面，由于理论课程总体来说比较枯燥、乏味，很多学生的学习积极性会随着课程难度的增加而逐渐降低，容易导致“一旦开始听不懂，之后就干脆不听”的现象。况且，该课程学习过程中经常涉及《高等数学》和《大学物理》的内容，倘若所涉及内容大部分同学都未掌握，会对教授新内容造成极大的障碍。所以，如何讲好这门课以及运用何种教学方式和手段就变得非常重要。然而，我院《理论力学》只有54个学时，这无疑对这门课程的教学工作是一巨大的考验。如何在54个课时内完成《理论力学》课程的教学任务，特别是如何在这期间上好这门课程并取得良好的教学效果就显得尤为重要。

下面结合自己2014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. 如何精简教学内容以满足学时

针对我专业《理论力学》学时较少的情况，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）。一方面根据我专业实际需求删减部分内容。例如牛顿力学部分，高中物理、大学物理都在重复讲解，因此只需一带而过，而着重强调涉及变力对牛顿定理的应用。再例如空间力系部分，关于物体重心相关理论、相关推导，以及计算公式等内容，由于我专业学生只要求会利用相关公式在实际问题中找到所需重心，并不要求掌握其公式来源，另外高等数学和大学物理课中均有相关说明，因此无需再次重复，只需通过例题讲解要求学生掌握公式用法即可。又例如打星号加深部分的“加速度合成定理”以及“机械振动基础”等部分，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，可对《理论力学》的知识结构进行适当调整。如讲到静力学部分“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。还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，调整课程内容的侧重点，将与我专业不大相关的章节仅作一简要介绍，从而压缩一定的课时数。

2. 如何保证落实教学重点及难点

通过上述方式节省出来的课时数，应合理用在课程的重点和难点部分。静力学中的受力分析是整个力学的基础，也是后续《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重点和难点，应通过合适的教学方式和手段着重加以分析说明，以保证学生理解掌握。运动学中“点的合成运动”部分，能有效地将复杂运动分解为简单运动的组合帮助解决问题。这部分不仅是重点也是难点，也应重点讲解。动力学部分的“动量定理和动量矩定理”虽然是标星号章节，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。

整个《理论力学》都是基于矢量代数的，如力、速度、加速度、动量、动量矩等都是矢量，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，帮助学生更好地理解应用。

另外，高等数学微积分在理论力学中也会涉及，在教学过程中，适时加以特别说明也是非常有必要的。

三、 教学方式及手段的改革

1. 如何利用有限课时有效地完成教学任务

我专业《理论力学》课程54教学学时。每一节课的信息量大、时间紧迫，这样对教师的教和学生的学都提出了更高的要求。为了更好地完成教学，如今采用多媒体教学早已全面取代了板书教学。但是多媒体课件在进行很多分析及解题范例讲解等过程中，常常使课堂气氛枯燥，并且不容易讲清楚，不便于学生更快更好地理解，教学效果不佳。经多年教学经验得出，板书与多媒体相结合的方式能够在尽可能高效地完成教学任务的同时使学生更好地理解所学内容。

2. 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，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联系起来。因此，多媒体课件中尽可能地展现构件的实物图片或是动画，能够帮助学生更好地理解。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、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、河床被河水冲刷的情况，船上两人的射击问题等。这样，就能使学生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。

3. 如何解决学生“听课易懂，习题难做”的普遍问题

由于学生在高中物理、大学物理中都接触了“力学”内容，课程中很多内容都让学生有“似曾相识”的感觉。但是所有问题都从原来的“理想状态”转化为了“实际状态”，都从“不变”换成了“变”的问题。所以，到自己独立做题时就感觉力不从心、相当费力，无从下手。这就需要在讲解例题的时候，给学生强调和之前所学知识存在的差异，强调比之前所学需要多考虑到的各种因素，教学生解题的思维方式及解题技巧。例如，学生总是容易忽略物体的转动，而只考虑其平动；总是容易忽略摩擦力的方向还和其运动趋势有关，等等。

同时培养学生逻辑性思维与发散式思维方法也很重要。在教学中注重对学生逻辑性思维训练的同时，也必须注意发散性思维的培養。例题讲解过程中，要从解题思路上引导学生，通过讲解有代表性、针对性强的例题，采用从多角度分析解题，使学生学会全方位、多角度思考，拓宽解题思路，提高解题能力，深化力学概念。

4. 如何调动学生学习动力，将练习落到实处

为了保证和检验教学效果，课后做习题是必不可少的。但是有些学生学习动力和自觉性比较差，看似每次作业完成得都不错，一到考试成绩却不尽如人意。由于无法杜绝作业的抄袭，只能从课堂上来“逼”着学生做题。为了提高学生学习效果，在有限的学时中，安排一定的习题时间，来面对面、有针对性地帮助学生解决解题过程中的问题。由于时间有限，必须合理、高效地利用这些时间。具体方案如下：将学生分成若干小组，各小组中既包含成绩较好、态度较积极的学生，也包含成绩不好、主动性差的学生。依靠相互帮扶、相互督促，“逼”着主动性差的学生参与课堂练习。各小组最终可以将仍然解决不了的问题或存在的疑问提出来，授课教师当场解答。同时还可以根据情况选代表上黑板来做题，这样可以明确地发现大多数同学容易出现的问题，并且当场纠正，尽可能杜绝再犯同样的错误。

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时成绩相结合进行综合评定。

期末闭卷考试占综合成绩的70%，平时成绩占综合成绩的30%。期末考试既要考核学生对基本知识和其应用的掌握情况，也要考查学生运用所学知识解决生活及工程当中的实际问题，内容必须涵盖大纲中所要求掌握的知识点，题量和难度必须合理。平时成绩的考核内容要多样化，提高学生平时的学习积极性，主动去思考、去研究，培养主动学习的好习惯并形成良好的学习方法。平时成绩主要从几个方面进行考核：①出勤率、迟到情况。以此来督促学生按时到课。②课堂分组做题情况的表现及个人课后的提问。主要为了鼓励学生在课堂上积极参与，在课后积极提问。③作业完成及掌握情况。由于作业抄袭情况的存在，所占分值较小。④总结个人学习心得及学习方法。

五、 结语

通过2014年以来从事《理论力学》的教学体会，逐步尝试采用适合我专业学生的各种教学方式，不断研究如何让学生更好地接受和掌握所学知识，并能够运用于之后的专业课及工程实际当中，从而取得更好的教学效果，提高教学质量。

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。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：

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