应用型本科院校理论力学教学方法探讨

彭英

[摘           要]  理论力学是一门理论性较强且抽象的专业基础课程，其教学效果对后续专业课程的学习具有重要影响。针对理论力学的课程特点及学时少等教学现状，结合应用型高校的培养目标，从优化教学内容、改进教学方法、完善考核方式等方面进行探讨，从而为提高学生学习兴趣、培养学生力学思维能力和实际工程应用能力的教学目标提供参考。

[关    键   词]  理论力学;教学方法;应用型高校

[中图分类号]  G642              [文献标志码]  A            [文章编号]  2096-0603（2019）13-0104-02

理论力学是高等院校多数理工科专业的一门重要技术基础课，不仅是学习材料力学、机械设计、结构力学、断裂力学等一系列后续课程的基础，更是解决工程实际问题的基础[1]。应用型本科院校十分注重培养学生理论用于实际的能力，而理论力学又是一门理论性比较强且抽象的课程，因此对基础相对薄弱的大学生来说，学习理论力学不仅有困难，而且容易感到枯燥乏味，再加上理论力学课时少、内容多，如何在有限的学时内充分调动学生的学习积极性，提高教学效果，是理论力学教学方法探讨的关键。

一、教学内容

理论力学主要包括静力学、运动学和动力学三部分内容，各部分知识层层递进、环环相扣。应用型本科院校为了扩大学生知识面，增加学生的自主学习时间，大大减少了理论力学的课时。因此，教师必须对教学内容进行相应的调整，这里的调整不是简单的删减，而是根据学生专业要求、后续专业课程及将来的工作需求进行调整。可以适当地补充一些拓宽学生知识面、提高学习兴趣的内容，删除一些在后续课程中重复出现的内容或工程实际中应用较少的内容，譬如对于土木工程专业，可以把重点放在静力学部分，而与大学物理力学部分相重复的内容则可以不在课堂上讲解，以便将有限的学时更有效地用于讲授与本专业相关性较大的理论力学知识点上。总而言之，应本着培养学生分析问题和解决问题的能力，课程内容可以弱化定理证明、公式推导，而增加公式定理的工程应用案例[2]。

二、教学方法的改进

目前，传统的课堂讲授法依然是理论力学教学中常用的方法，该方法可以高效地将大量知识传授给学生，但也容易造成學生被动学习，学习积极性不高，对教师讲授的知识不能消化吸收。因此，教师除了在课堂上讲授课本知识点外，还应结合应用型本科院校培养应用型人才的目标、针对学生基础薄弱的特点和理论力学理论性强的特点，不断改进教学方法以提高教学效果，以下主要探讨了讨论式和案例式两种教学方法。

（一）讨论式教学

为了让学生积极主动地参与到学习中来，教师可以根据课程的安排开展课堂讨论。采取讨论式教学方法时，教师必须课前做好充足的准备，合理选择讨论的内容，并有效控制讨论过程中可能出现的各种状况，引导学生积极开展讨论，最后教师还需对学生讨论的情况进行总结和点评，以便学生能更加深入地理解所学知识点[3]。譬如，在讲解“二力杆”的概念时，对于图1所示的三铰拱桥，当不计拱的自重时，启发学生可以将右拱BC视为二力杆，对其按二力杆的特征进行受力分析，紧接着再让学生讨论当拱的自重不能忽略时，右拱BC是否还可以视为二力杆，其受力图该如何表示。再如，讲解完平衡体系的理论知识后，教师总结求解平衡问题的基本方法，对图2所示的曲轴冲床模型，教师可以将学生分组，让其中一组学生采取先整体后局部的解法，即先取整个系统为研究对象，再取冲头或轮子为研究对象，列平衡方程求解;让另一组学生选取每个物体为研究对象，列出全部平衡方程进行求解，最后让两组学生讨论其计算结果是否一致、哪种解法更加简便。在讨论过程中，教师要观察学生在分析问题时是否抓住了关键与本质，并对学生容易出错的地方进行纠正。通过分组讨论，可以帮助学生掌握力学思维方法，为后续专业课程的学习打下扎实的基础。

（二）案例式教学

理论力学教材中对例题的讲解偏重于简化的抽象力学模型，却没有详细分析其简化过程和在工程实际中的具体应用情况，不仅容易造成学生学习困难，也影响他们学习的积极性。因此，在教学过程中教师应将抽象的力学模型和工程实际案例相结合，使抽象问题变得具体，让学生真切感受到理论力学的实用性，从而提高学习兴趣。这样不仅可使学生掌握力学分析的方法，还十分有利于培养他们解决实际工程问题的能力。譬如，在讲解平面桁架的受力分析时，可以结合实际工程中常见的桁架桥、吊车梁、木屋架、钢屋架等桁架结构，对桁架结构常用的力学分析方法进行讲解，并将受力分析的结果对工程施工的重要意义进行说明[4]。

在案例式教学的过程中，还可以将有限元数值模拟技术引入理论力学课堂。通过有限元建模、计算分析和结果云图的绘制，将抽象的力学概念和理论转化为直观形象的图形，可以很好地激发学生的学习兴趣，使学生体会工程问题到力学模型的简化过程，从而更加深入地理解理论力学相关知识点，还为培养他们的力学思维能力和实际工程应用能力奠定了良好的基础。以图3所示的平面桁架为例，若用理论力学中的截面法或节点法求解，可以得到图4所示的内力图，但是计算过程非常繁琐。如果用有限元软件ANSYS建模求解将十分方便，并且通过后处理可以清楚地看到桁架结构在外力作用下的变形图（如图5）和轴力云图（如图6），还可以以动画的形式向学生展示结构的整个受力变化过程。从图4和图6的结果对比，学生可以清楚地看到有限元计算的结果与理论计算的结果是完全一致的。

三、考核方式

通过考核不仅可以检查学生对本课程内容的掌握程度，还可以检测教师的教学效果。应用型大学的学生学习主动性不高，因此学校更注重平时成绩的考核，理论力学平时成绩已经由原先占总成绩的30%提高到占40%，平时成绩又主要由考勤和作业两部分组成。虽然学校非常重视出勤率和课堂管理，但如果教师在每次课前都点名，将会浪费很多课堂宝贵时间，因此教师应在第一次上课时就向学生讲明课堂纪律和考勤要求，并通过随机叫学生回答问题和到黑板前做题的方式来检查考勤。此外，很多学生反映理论力学“听起来容易做起来难”，因此在认真听课的同时，学生必须要按时完成一定量的作业，只有通过分析解决问题，才能真正掌握课程基本内容，才能培养自己的思维能力。教师则要认真批改作业，根据学生作业的完成情况记录平时成绩，并在课堂上预留一定时间针对学生作业中易出错的部分进行讲评，总结出错原因。

理论力学是一门理论性强且抽象的技术基础课，应用型高校学生基础薄弱，学习主动性不高，在理论力学教学过程中，结合学时少的教学现状和应用型人才的培养目标，通过调整教学内容，不断改进教学方法，加强平时成绩的考核，可以提高学生学习的主动性和积极性，培养学生的力学思维能力和解决实际工程问题的能力。

参考文献：

[1]程靳.简明理论力学[M].北京：高等教育出版社，2010.

[2]罗宁，巫静波.融合多种教学方法于理论力学教学中的探索[J].宁波教育学院学报，2017，19（4）：92-94.

[3]王婧.试论独立学院理论力学课程教学方法的改革[J].科技资讯，2017（24）：160-162.

[4]段士伟，李平，高为浪，等.理论力学教学中增加趣味性方法探讨[J].安徽工业大学学报（社会科学版），2017，34（4）：75-77.

编辑 李 静