“理论力学”教学改革与实践研究

论文核心提示:

 摘要:结合河南理工大学开展的“‘理论力学’课程体系改革研究与实践”教育教学改革项目,就工科院校“理论力学”课程的教学内容、教学方法和考核方式等内容进行了研究,就改革实践过程中出现的有关问题进行了思考并展开探讨。   关键词:理论力学;教学改革;实践

  摘要:结合河南理工大学开展的“‘理论力学’课程体系改革研究与实践”教育教学改革项目,就工科院校“理论力学”课程的教学内容、教学方法和考核方式等内容进行了研究,就改革实践过程中出现的有关问题进行了思考并展开探讨。
  关键词:理论力学;教学改革;实践
    “理论力学”是河南理工大学(以下简称“我校”)机械、土木和采矿类工科专业一门重要的专业基础课,是学习其他力学类技术基础课和“机械原理”、“机械设计”、“岩石力学”、“边坡工程”等后续专业课的基础,其特点是理论体系系统性强、逻辑严密,基本理论、基本概念和基本原理多而复杂。从教学效果来看,多数学生普遍反映本课程难度较大,甚至成了所谓的“魔鬼课程”,用学生中比较流行的话来说,就是本课程“理论易懂,习题难做”、[1]“一不小心,就很容易挂科”……为了激发学生的学习兴趣,着力提高“理论力学”课程的教学效果,我校近年来开展了以“理论力学课程体系改革研究与实践”为题的教育教学改革项目,就本课程的教学内容、教学方法和考核方式等内容进行了系统的研究,现对教学改革实践过程中的有关思考和取得的成效加以整理。
  一、讲好绪论课,充分调动学生的学习积极性 论文代发中心(www.21cnlunwen.com)提供优质论文发表服务
  爱因斯坦曾经说过:“兴趣是最好的老师。”有了学习兴趣才能有一个良好的心态去对待学习的内容。事实证明,许多学生之所以产生厌学情绪,甚至对理论力学课的学习采取敬而远之、破罐子破摔的态度,最最关键的一点,是缺少学习的兴趣和热情。作为“理论力学”的第一堂课——绪论,除了对本课程的教学内容、将采用的教学方法和教学手段以及教学计划等基本内容必须交待清楚之外,还有一个重要的作用,就是激发学生对本课程的学习兴趣和学习热情,以便为课程后续具体内容的学习创造一个良好的氛围。为了收到良好的效果,在理论力学绪论的讲授过程中,提供了许多生活和工程中的例子,如高空走钢丝、花样滑冰、计算机硬盘转速、落体偏东、塔吊配重、三峡大坝、拉线轮、猫旋理论等,[2]对其中蕴含的力学概念和力学知识进行必要的说明,这极大地调动了广大学生学习本课程的热情。
  二、整合教学内容,强调前后知识点的关联性
  “理论力学”所涉及的教学内容繁杂,根据理论力学教学内容的具体情况,进行了如下有益的尝试:
  1.与大学物理力学部分的衔接处理
  现有的“理论力学”教学内容与“大学物理”的力学部分存在着不少重复部分,[3]这种现象在静力学、运动学和动力学中都有所涉及,如运动学中质点的运动方程、轨迹方程的确定,速度、加速度的计算和刚体的简单运动,动力学中动量定理、动量矩定理和动能定理三大基本定理等内容,对于这些重复内容采取了简化处理,仅作必要的回顾和强调。而对于大学物理中没有涉及到内容,比如运动学中点的合成运动、刚体的平面运动以及动力学中刚体的平面运动微分方程、质心运动定理等,作为理论力学的新内容应当把主要的精力放在新内容的讲授上面。
  2.强调前后知识点的关联性
  就理论力学的教学内容而言,前后知识点存在着密切的关联性,[1]在教学过程中应给予充分的重视。例如,在静力学环节中所学习的物体(或物体系统)的受力分析和受力图的画法,贯穿整个理论力学始终,应作为重中之重加以强调。在教学过程中发现,有部分同学开始觉得受力分析部分在中学物理中已经学过,没有进一步学习的必要,以至于一开始就没有引起足够的重视,等到后面动力学知识的学习中,遇到稍微复杂一点的问题,最基本的物体或系统中的某一部件的受力分析往往会出现不知从何做起而无所适从的现象,更谈不上画受力图进行后续计算了。为此教师在讲授这部分内容时总是不厌其烦地进行强调和说明,就近几学期的反映来看,成效显著。
  又如,讲授平面任意力系简化时,突出强调了主矢和主矩的概念,并对这两个概念在物体或物体系统的运动与动力学响应之间的关系分析时所扮演的重要角色给予预先说明;在讨论刚体的定轴转动知识时,强调其中涉及的重要公式,特别是速度和加速度这些表征运动强弱的物理量与其他物理量和有关几何量之间的关系。等到后面动力学内容讲解时,多数同学能够把前后知识点顺利地建立联系,为问题的后续分析和最终解决提供了保证。
  三、选取灵活多样的教学方式,注重提高课堂效率
  事实证明,教学成效的好坏在很大程度上取决于教师所采取的教学方式正确与否,好的教学方式能够起到化繁为简、化难为易的作用,事半而功倍;相反不好的教学方法往往收效甚微,很难达到理想的教学效果,事倍而功半。在“理论力学”教学过程中,为了取得良好的教学效果,根据不同的教学内容,选取了案例教学法、互动式教学法、讲评式教学法等灵活多样的教学方式,教学效果良好。
  1.案例教学法
  案例教学自从哈佛法学院于1870年率先使用以来在全世界产生了广泛影响。20世纪80年代,案例教学开始引入我国,目前已得到了广泛的应用。在传统的教学模式下,课堂讲授内容与工程实践严重脱节。教师教学环节多为“填鸭式”的教学模式,课堂气氛沉闷,毫无生气可言,教学效果之差可想而知,这与当今提倡的素质教育潮流格格不入。[4]“理论力学”案例教学法就是在课程中选用一些经典的工程实例,结合工程反映出来的问题从力学层面进行分析讨论,进而引出其中所涉及的力学概念以及蕴含的力学原理,让学生产生一种身临其境的直观认知,进而对所涉及的力学知识有所理解、认识和掌握。例如,在讲授平面力学知识时,以建筑工程中常用的塔吊为切入点,借助工程图片、动画等素材,用多媒体进行展示,启发引导学生与老师一起分析在塔吊工作的过程中所涉及的各种外力,然后以塔吊为分析对象,讨论其工作中的平衡问题,确定塔吊所需配重的合理范围。
  又如在讲授理论力学中“力线平移定理”知识时,先采用启发式方式要求学生一起回顾前面有关章节中讲授过的“力的可传性原理”,它是讨论一个力沿其作用线方向在刚体上移动时对刚体的作用效果不变这样一个性质的;接着启发学生思考如果一个力在它作用的刚体上进行侧向平移后的作用效应是否会改变的问题,也就是作用效果否会变,如果不变,为什么?如果改变,将会怎样改变?如何利用先前学过的知识分析和处理这一问题成为摆在大家面前的一个问题。通过尝试发现,大家提出了许多不同的想法和意见,最后在老师的进一步引导下,大家逐渐掀开“力线平移定理”的神秘面纱。接下来,老师进一步结合乒乓球运动中的旋风球、工业厂房里的吊车梁以及生活中钉钉子等问题举例说明该定理在日常生活和工程生产实际中的应用。这样一来,大家的理解和接受水平自然就提高了。  

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