農(nóng)業(yè)機(jī)械化專業(yè)理論力學(xué)教學(xué)改革的探討

樊桂菊+郭晶

摘要：本文針對(duì)理論力學(xué)教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的課時(shí)少、內(nèi)容抽象、學(xué)生興趣不高的問(wèn)題，從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容注重理論聯(lián)系實(shí)際、傳統(tǒng)和現(xiàn)代教學(xué)方法有機(jī)結(jié)合、開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)和課程考核方式改革四個(gè)方面對(duì)理論力學(xué)教學(xué)改革進(jìn)行了闡述，從而提高了理論力學(xué)的教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)了學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力的提高。

關(guān)鍵詞：教學(xué)內(nèi)容;教學(xué)方法;實(shí)踐教學(xué);考核方式

中圖分類號(hào)：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2015）24-0101-02

理論力學(xué)是研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的一般規(guī)律的科學(xué)，是高等學(xué)校機(jī)械類本科專業(yè)必修的一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課。許多后續(xù)課程都是以理論力學(xué)揭示的力學(xué)基本概念和基本規(guī)律為基礎(chǔ)的。理論力學(xué)的理論性、邏輯性和系統(tǒng)性較強(qiáng)，很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)其結(jié)構(gòu)體系、理論框架、基礎(chǔ)知識(shí)基本沒(méi)有變化，隨著時(shí)代的發(fā)展，在理論力學(xué)教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)了一些問(wèn)題，主要表現(xiàn)在：（1）課時(shí)不斷減少，教師上課講的內(nèi)容較多，學(xué)生思考的時(shí)間少;（2）理論力學(xué)內(nèi)容抽象，教材上的例題以及練習(xí)題都是理想化的力學(xué)模型，學(xué)生難以把力學(xué)知識(shí)真正融入實(shí)踐;（3）學(xué)生只關(guān)心考試內(nèi)容，而不是分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力的提高。因此，在新時(shí)期和新任務(wù)下，理論力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容需要進(jìn)行調(diào)整，教學(xué)方法需要改進(jìn)。

一、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，突出基本概念和理論，重視理論聯(lián)系實(shí)際

經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐，結(jié)合我校農(nóng)業(yè)機(jī)械化專業(yè)學(xué)生自身的特點(diǎn)，一直選用國(guó)內(nèi)最早的理論力學(xué)教材。但教材受篇幅和學(xué)時(shí)的限制，對(duì)基本概念和基本理論引出的背景提及較少，與工程實(shí)際聯(lián)系較少。學(xué)生理解起來(lái)比較困難，若授課教師在教學(xué)過(guò)程中適當(dāng)?shù)匾胍恍?shí)例，突顯理論力學(xué)在現(xiàn)代科技上的應(yīng)用，會(huì)有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（一）靜力學(xué)部分

靜力學(xué)主要研究受力物體平衡時(shí)作用力應(yīng)滿足的條件，同時(shí)也研究物體受力的分析方法以及力系簡(jiǎn)化方法，是理論力學(xué)基礎(chǔ)重要的部分，也是后續(xù)課程的基礎(chǔ)。因此，講授該部分時(shí)要適當(dāng)增加課時(shí)，而對(duì)大學(xué)物理中已經(jīng)講過(guò)的一些概念，可以引導(dǎo)學(xué)生以復(fù)習(xí)的形式加深對(duì)這些概念的理解。約束反力是理論力學(xué)中比較重要的概念，而大學(xué)物理學(xué)中沒(méi)有提過(guò)，因此必須給學(xué)生講解透徹。但是單純講概念比較抽象，引入工程實(shí)例后學(xué)生會(huì)易于理解與接受。例如物體受力分析和平衡方程是靜力學(xué)的基礎(chǔ)部分，可以對(duì)工程實(shí)例（比如活塞連桿機(jī)構(gòu)）進(jìn)行分析，得到力學(xué)模型，除外力外根據(jù)約束類型畫出機(jī)構(gòu)各部分的約束力，然后列出平衡方程并求解，這樣既可以提高學(xué)生力學(xué)建模的能力，也有利于提高學(xué)生應(yīng)用平衡方程解決問(wèn)題的能力。對(duì)摩擦問(wèn)題主要講清存在摩擦?xí)r的平衡范圍和臨界狀態(tài)的概念，重點(diǎn)是存在摩擦?xí)r平衡問(wèn)題的解法，滾動(dòng)摩阻可不舉例。

（二）運(yùn)動(dòng)學(xué)部分

運(yùn)動(dòng)學(xué)部分主要研究物體運(yùn)動(dòng)的幾何性質(zhì)，為學(xué)習(xí)動(dòng)力學(xué)打基礎(chǔ)，同時(shí)也為分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)打下了基礎(chǔ)。這部分關(guān)于點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)和剛體的簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)是基本內(nèi)容，可以通過(guò)向?qū)W生提出問(wèn)題，然后讓學(xué)生自學(xué)，最后在課堂上對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行討論總結(jié)，這樣可以培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力和解決問(wèn)題的能力。

該部分的重點(diǎn)和難點(diǎn)是點(diǎn)的合成運(yùn)動(dòng)和剛體平面運(yùn)動(dòng)以及運(yùn)動(dòng)學(xué)的綜合運(yùn)用。點(diǎn)的合成運(yùn)動(dòng)要結(jié)合實(shí)例強(qiáng)調(diào)“一個(gè)點(diǎn)、兩種坐標(biāo)系、三種運(yùn)動(dòng)”，特別要講清牽連運(yùn)動(dòng)的概念與動(dòng)坐標(biāo)系的適當(dāng)選取。比如圖1（a）和（b）中兩凸輪機(jī)構(gòu)動(dòng)點(diǎn)的選取是不一樣的。（a）中應(yīng)以接觸點(diǎn)“B”作為動(dòng)點(diǎn)，（b）中則以凸輪輪心“o”為動(dòng)點(diǎn)，原因是動(dòng)點(diǎn)具備唯一性。而關(guān)于速度合成定理和加速度合成定理的推導(dǎo)限于課時(shí)限制，由學(xué)生課下自行推導(dǎo)，課堂上強(qiáng)調(diào)應(yīng)用。尤其當(dāng)牽連運(yùn)動(dòng)是定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，牽連運(yùn)動(dòng)和相對(duì)運(yùn)動(dòng)相互影響產(chǎn)生了科氏加速度，教材上的理論推導(dǎo)較抽象，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械化學(xué)生來(lái)說(shuō)感到茫然，通過(guò)舉實(shí)際生活中的例子，比如田徑比賽中的長(zhǎng)跑項(xiàng)目，運(yùn)動(dòng)員都是按規(guī)定向左轉(zhuǎn)彎;又比如在俄羅斯，向北冰洋流去的那些河流河床的東岸總是容易被沖刷，這都是由于科氏加速度的原因。運(yùn)動(dòng)學(xué)的綜合應(yīng)用是運(yùn)動(dòng)學(xué)中的難點(diǎn)，這部分內(nèi)容可通過(guò)刨床機(jī)構(gòu)的實(shí)例進(jìn)行講解。

（三）動(dòng)力學(xué)部分

動(dòng)力學(xué)部分主要是建立受力和運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系，質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)方程是該部分的基本內(nèi)容，動(dòng)量定理、動(dòng)量矩定理和動(dòng)能定理都是建立在質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)基本方程基礎(chǔ)上的，關(guān)于這三大定理的推導(dǎo)可略講，而對(duì)質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理、質(zhì)點(diǎn)系相對(duì)質(zhì)心的動(dòng)量矩定理以及普遍定理的綜合應(yīng)用則結(jié)合具體的工程實(shí)例進(jìn)行講解。比如講解動(dòng)量守恒時(shí)，可以偏心轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)為例，向?qū)W生提出以下問(wèn)題：電動(dòng)機(jī)工作時(shí)為什么會(huì)左右運(yùn)動(dòng)？這種運(yùn)動(dòng)有什么規(guī)律？會(huì)不會(huì)上下跳動(dòng)？帶著這些問(wèn)題，學(xué)生聽(tīng)課時(shí)就有了目標(biāo)。對(duì)于普遍定理的綜合應(yīng)用部分是動(dòng)力學(xué)中的難點(diǎn)，要給學(xué)生講清解題思路，通過(guò)一題多解的方式提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力。達(dá)朗貝爾原理是用靜力學(xué)方法求解動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，虛位移原理是用動(dòng)力學(xué)方法求解靜力學(xué)平衡問(wèn)題。

二、傳統(tǒng)教學(xué)與現(xiàn)代教學(xué)方法有機(jī)結(jié)合

在傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中，教師主要用傳統(tǒng)方式進(jìn)行講授，對(duì)公式和理論推導(dǎo)嚴(yán)謹(jǐn)詳細(xì)，學(xué)生有自己的思考時(shí)間，且有些問(wèn)題過(guò)于抽象，采用這種方式過(guò)程比較枯燥，學(xué)生不感興趣難于理解。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，多媒體教學(xué)早已應(yīng)用在理論力學(xué)教學(xué)中。多媒體教學(xué)生動(dòng)形象，大大豐富了課堂信息量，尤其是工程實(shí)例的展示，比如動(dòng)量定理、動(dòng)量矩定理、動(dòng)能定理等的應(yīng)用實(shí)例用動(dòng)畫展示，能給學(xué)生直觀地認(rèn)識(shí)，加深其對(duì)定理的理解。結(jié)合文字、圖像、聲音等多種手段，向?qū)W生展示運(yùn)動(dòng)形式或者力學(xué)模型的建立，調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)積極性，收到良好的教學(xué)效果。但要求教師要結(jié)合自己的教學(xué)風(fēng)格精心準(zhǔn)備教學(xué)課件，有些教師教學(xué)和科研任務(wù)較重，忽略了課件的制作，僅僅從網(wǎng)上下載教學(xué)課件用于教學(xué)，而且?guī)缀醪挥冒鍟飨鄳?yīng)的推導(dǎo)，有時(shí)課件內(nèi)容較多，教師為完成內(nèi)容只能快速翻頁(yè)，學(xué)生根本沒(méi)有時(shí)間思考，容易產(chǎn)生厭學(xué)情緒，使教學(xué)質(zhì)量大大降低，不利于學(xué)生發(fā)散思維的培養(yǎng)。因此，采用傳統(tǒng)板書與多媒體相結(jié)合的授課方式進(jìn)行教學(xué)（對(duì)工程實(shí)際問(wèn)題的簡(jiǎn)化、約束與約束力、工程上常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、點(diǎn)的合成運(yùn)動(dòng)分析等在課堂上難以講解、難以實(shí)現(xiàn)的較為復(fù)雜和抽象的知識(shí)）時(shí)，要充分發(fā)揮多媒體課件的優(yōu)勢(shì)，而對(duì)基本概念、基本框架以及解題思路尤其是在點(diǎn)的合成運(yùn)動(dòng)和剛體平面運(yùn)動(dòng)中分析點(diǎn)的速度和加速度合成時(shí)，用課件開(kāi)演示運(yùn)動(dòng)比較直觀，但在求解問(wèn)題時(shí)畫速度矢量圖和加速度矢量圖時(shí)，教師最好在黑板上畫出來(lái)，在教師板書的時(shí)候，學(xué)生有自己思考的時(shí)間，有助于他們對(duì)知識(shí)的消化吸收。因此，實(shí)行傳統(tǒng)課堂教學(xué)與多媒體教學(xué)有機(jī)結(jié)合，有利于提高教學(xué)效率和質(zhì)量。endprint

三、開(kāi)展實(shí)踐性教學(xué)活動(dòng)

我校以往的理論力學(xué)課程教學(xué)只講授理論而無(wú)實(shí)踐性環(huán)節(jié)，作為一門綜合性技術(shù)基礎(chǔ)課，理論力學(xué)涉及大量的概念、公理、定律和力學(xué)模型，理論性強(qiáng)、內(nèi)容抽象，盡管教學(xué)過(guò)程中使用了多媒體，但畢竟不是實(shí)際的東西，學(xué)生難以融入實(shí)踐的問(wèn)題，嚴(yán)重限制了該課程的進(jìn)一步發(fā)展，因此要達(dá)到滿意的教學(xué)效果，理論力學(xué)教學(xué)應(yīng)遵循“重理論，強(qiáng)實(shí)踐”的原則。開(kāi)發(fā)理論力學(xué)實(shí)驗(yàn)，除了驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，還有許多實(shí)驗(yàn)可要求學(xué)生自己設(shè)計(jì)方案，實(shí)驗(yàn)室提供學(xué)生要求的實(shí)驗(yàn)設(shè)備及器材，由學(xué)生自己動(dòng)手完成，這對(duì)學(xué)生的動(dòng)手能力、提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性有很大益處。我校正在為開(kāi)設(shè)理論力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)積極準(zhǔn)備，讓學(xué)生自制開(kāi)發(fā)了摩擦系數(shù)測(cè)定儀，并積極開(kāi)發(fā)靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)等。通過(guò)實(shí)踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力和思維能力，為參加生產(chǎn)實(shí)踐和后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

四、課程考核方式的改革

教學(xué)的主要部分在于教與學(xué)，而考核只能作為一個(gè)輔助部分。因此，考核應(yīng)該加大平時(shí)的力度，盡量使平時(shí)和期末成績(jī)所占的比例合理。將學(xué)生最終成績(jī)的評(píng)定與平時(shí)表現(xiàn)、作業(yè)成績(jī)、實(shí)習(xí)情況等結(jié)合起來(lái)，切實(shí)改變過(guò)去一考定成績(jī)的弊端。平時(shí)成績(jī)包括平時(shí)作業(yè)、課堂小測(cè)驗(yàn)、討論情況、實(shí)踐情況等，平時(shí)作業(yè)要注重質(zhì)量而不是數(shù)量，除了經(jīng)典習(xí)題外，給學(xué)生布置一些課外指導(dǎo)書的習(xí)題，可以避免學(xué)生抄作業(yè)的現(xiàn)象;期末考核可以采取半開(kāi)卷的方式，所謂半開(kāi)卷就是允許學(xué)生在考試時(shí)把公式都記在一張紙上，帶進(jìn)考場(chǎng)，并在紙上簽名（監(jiān)考教師在考試過(guò)程中進(jìn)行檢查，公式紙不得出現(xiàn)其他內(nèi)容，另外，考試結(jié)束后將公式紙上交，由批卷教師再核查一遍（公式紙不得復(fù)印、打印），這樣既避免了死記硬背，又促使了學(xué)生的全面復(fù)習(xí)。關(guān)于期末考試用的試卷，我校根據(jù)平時(shí)積累，形成了一套《理論力學(xué)》試題庫(kù)，且采用多位教師流水線作業(yè)看卷等方式，以保證考試及成績(jī)?cè)u(píng)定的公正性。通過(guò)這些方式可以提高學(xué)生的解題能力并及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，提高考試的可信度，促進(jìn)教學(xué)與考試的有機(jī)結(jié)合。

總之，隨著時(shí)代的發(fā)展，理論力學(xué)的教學(xué)在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐操作以及考核方式等都要進(jìn)行改革，才能收到較好的教學(xué)效果，才能真正提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

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