獨立學院理論力學教學改革與實踐研究

康穎安　楊理誠　劉紅石　譚加才

摘 要 文章對理論力學課程性質及其重要性進行闡述，結合獨立院校理論力學課程教學存在的問題，提出改革的必要性，可以從教學內容、手段和方法等三方面進行較深入的教學改革，探索出適合獨立學院理論力學的教學形式，通過實踐證明教學改革取得一定的成效。

關鍵詞 獨立學院 理論力學 教學改革

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2015.12.058

Abstract Theoretical Mechanics Course explained the nature and importance， combined with independent theoretical mechanics Teaching Institutions problems put forward the need for reform， can be more in-depth teaching reform teaching content， means and methods in three areas， to explore independent Institute for theoretical Mechanics forms of teaching， teaching reform achieved some results by practice.

Key words independent college； Theoretical Mechanics； teaching reform

獨立學院的辦學定位于“如何培養高素質的應用型本科人才”。獨立學院的發展在擴大高等教育資源、豐富專業人才培養方面起著重要作用。①湖南工程學院應用技術學院的工科專業如土木工程和機械設計專業即為國家與地方建設培養亟需的應用型專業人才。

理論力學是一門重要技術基礎課程，為材料力學、機械原理以及機械設計等后續的學習打下堅實的基礎。理論力學與工程實際緊密聯系，通過力學模型建立和研究力學中最普通的最基本的規律，培養學生科學思維方式和解決工程實際問題的能力。錢學森曾說過“工程力學走過了從工程設計的輔助手段到中心主要手段的過程，不是唱配角而是唱主角了。”由此可見在工程領域力學學科的地位與其重要性。

理論力學課程的內容體系成熟，其理論性、邏輯性和系統性較強，解題方法靈活多樣，同時力學模型較抽象，對于初學者不能與工程實際很好結合起來，因此學生在學習過程中普遍感覺理論力學比較難。

獨立學院的教育教學理念與母體學校有所不同，如何在有限的學時內圓滿完成教學任務，如何調動獨立學院學生的學習積極性，并能理論與實際結合起來解決工程實際問題。這就需要我們對工科專業理論力學進行有效的教學改革，來取得良好教學效果，達到獨立學院人才培養的目標。

1 獨立學院理論力學課程教學存在的問題

理論力學課程是工科專業理論性較強的技術基礎課，也是與工程實際緊密聯系的課程。現行理論力學教材大多按照傳統教材的布局安排，其課程體系為了本學科內容體系的完整性，有些教學內容與某些課程內容的重復。在理論力學教材中部分內容，如點的運動和剛體的基本運動等就與大學物理課程中重復。這在一定程度上影響了教學中教師與學生發揮積極性、主動性，更不用說培養學生的創新能力了。與此同時，作為基礎課程，理論力學的教學課時數又較少。

理論力學課程一方面理論體系嚴謹，邏輯性強。另一方面教材中所選用的范例和練習題以抽象力學模型偏多，整個課程表現不出明顯的專業特色。這樣學生在學習這門課程時感覺沒有明顯的學習方向，理論知識難以與工程實際緊密聯系起來，學生的學習興趣不大，不利于培養學生分析與解決問題能力。②③

在教學手段和方法上，若采用傳統黑板板書方法，課堂中講授重點理論內容，而習題練習時間很少，學生容易產生“理論易懂解題難”的情緒；而單純采用多媒體教學手段，涵蓋的教學信息量增大，內容銜接處不突出，由于教師講授速度快，學生的學習思維跟不上老師講解進度，理論聽不懂，習題不會做而逐漸失去學習興趣，教學效果不理想。④

獨立學院是依托母體學校實行相對獨立的運作模式，其資源共享。大多獨立學院在依托母體學校辦學過程中，課程建設基本享用母體學校的現有建設成果，往往課程設置和教材使用等均與母體學校基本一致。而獨立學院的學生在入學時生源質量就比母體學校學生差，他們雖然思維活躍，內在潛力大，但是基礎知識不牢固，學習方法不得當，自控和自學能力稍差。大部分學生課堂上的學習態度是聽得懂感興趣則聽，聽不懂則放棄學習，通常表現為曠課、作業抄襲、上課玩手機、打瞌睡。因此若采用與母體學校本科專業一樣的教材、講義，采用與母體學校相同的教學手段方法，在較少的教學時間內運用填鴨式的教學方法匆忙講授完全部教學內容，大部分學生都很難完全理解并接受，自然也做不到準確地掌握并應用到實際問題中。

2 獨立學院理論力學教學改革的措施

2.1 理論力學教學內容的改革

理清基本概念和基本定理作為理論力學教學內容改革的主要思路，然后做相關例題并講解。

現有的理論力學內容主要由三個部分組成，即靜力學、運動學和動力學。理論力學研究的物體通常是點和剛體。靜力學是研究物體在力系作用下的平衡規律，這部分內容是以靜力學基本公理為基礎，主要講授力的概念。靜力學可以解決基本問題：物體受力分析，力系的簡化，以及力系的平衡條件及其應用。靜力學中受力分析是理論力學的基礎，也是后序課程如材料力學、結構力學和機械設計的基礎，因而對單個物體或物體系的受力分析要詳細講解并加強練習。而在受力分析實例的選取上，面對機械專業學生教學中，可選擇常見的機械機構和裝置，如簡易的起重裝置、曲柄連桿機構等，并通過機構圖片、運動視頻展示。理論聯系實際，培養并逐漸提高學生建模的能力以及解決實際問題的能力。

運動學是從幾何學方面來研究物體的機械運動，這部分主要內容包括：運動方程、軌跡、速度和加速度等的學習和計算。為避免重復內容占用大量課堂時間，通常這部分內容可通過提出問題，讓學生自學并自行總結與歸納，培養了學生的自學能力。

動力學是研究物體的機械運動與作用力之間的關系。該部分內容通常對學生而言是內容多且比較難懂的，但若弄清楚各定理的本質，學習起來也不難。如質點動力學方程、動量定理和動能定理等定理都是在牛頓第二定律，即力與加速度關系定律基礎上推導而來。達朗貝爾原理用靜力學方法求解動力學問題，虛位移原理用分析的方法來研究任意質點系的平衡問題。上述三部分內容我們通常按由易到難的順序講解，即靜力學→運動學→動力學，但這種的學習會使學生在學習理論力學時產生一種錯誤的理解，不管物體處于何種運動狀態，都會習慣性認為物體在力系作用下是平衡的，因而只采用平衡條件求解約束力。而平衡只是物體機械運動的一種特殊情形。因此，靜力學中只重點講授物體的受力分析，對于力系的平衡條件及其應用放在動力學中作為物體的一種特殊運動來學習。例如：質心運動定理和剛體定軸轉動微分方程結合起來，可解決所有機械運動的物體力和運動之間的問題。

2.2 理論力學教學手段的改革

教學過程中，可以把現代教學方法與傳統教學模式有機地結合起來。在當前教學中廣泛運用多媒體等現代化教學媒介，在理論力學課時比較少的前提下，采用多媒體教學手段，就省去了黑板板書繁雜的理論推導，這使整個課堂教學內容重點突出；同時，多媒體教學可將機構運動和工程實例等生動直觀地表現出來，學生的學習興趣提高。傳統的黑板板書在現行教學中仍有其不可替代的優勢。對于理論力學課程中的重點和難點問題，可采用傳統黑板板書。如靜力學中對物體受力分析、如何畫出受力圖這一部分內容，為規范力的分析和表示，對于復雜的物體系統受力分析，可以取分離體，并分別加上主動力和約束力，從而表現出物體完整的受力圖；運動學中若分析點的合成運動，在黑板上畫出動點的各個速度和加速度的大小及其力的方向；在對剛體慣性力系進行簡化分析時，可以用傳統的教學講解法，更能便于學生了解并掌握學習中的重點和難點內容，并將其應用于工程學實際問題中。

同時，課余為便于學生學習、教師學生的溝通，建立了校級理論力學精品課程網站，通過網絡平臺實現資源共享與信息互動，在網絡課堂上告知學生每章知識點，進行事先的預習和課后的答疑。

2.3 理論力學教學方式的改革

傳統的教學模式是“以教師為中心”。在日常教學中，很多教師都會不自覺地采用“滿堂灌、填鴨式”的方式，但教學效果通常不盡如人意。在教學過程中，應始終堅持“以學生為本，以學生為中心”的教學理念，實踐多種不同教學方法，如任務驅動式、啟發式、參與式、案例式、項目式教學法等。這些教學法均能有效地發揮學生的主動性，提高學生學習的積極性。例如在參與式教學中，教師先對理論內容進行重點講解，然后選用工程實例讓學生進行獨立分析并可以成立小組進行問題的討論，尋求解決問題的辦法，參與到教學活動。當然不同章節內容，可靈活運用不同的教學法。對于摩擦來說，以腳踏車的前后輪為例，讓學生參與教學，以便分析摩擦力的方向和大小；對于動量矩定理來說，可以把花樣滑冰中的旋轉和拋跳等動作作為實例，運用討論式教學，引導學生思考和討論；而對于動力學普遍定理綜合運用實例，就可以采用啟發式教學模式，讓學生學會一題多解，用于提高學生分析問題和解決問題的能力。

近三年來，理論力學教學內容、教學手段和教學方法等改革措施，在我院土木工程專業從2012至2014級三個年級數百人進行教學實踐，2012級學生理論力學期末考試成績通過率50.8%，而2013級通過率為65.2%，2014級的通過率達到72.3%，學生成績有了明顯提高，可見改革的措施行之有效，取得了預期的教學效果。

3 結語

獨立學院學生與母體學校學生在生源質量上存在明顯的差異，學習基礎比較差，學生自主學習能力差。而理論力學課程結構嚴密，邏輯性強，需要前期課程如數學、物理學習有一定基礎。結合獨立院校學生的自身特點，因材施教，加強教學內容和方法的改革，培養并提高學生發現和解決實際問題的能力，逐步形成適合獨立學院學生的教育教學形式。

基金項目：湖南省普通高等學校教學改革研究項目（湘教通[2013]223號）

注釋

① 教育部令第26號.獨立學院設置與管理辦法[Z].2008.

② 康穎安，卿上樂，夏平.基于“卓越工程師”培養的理論力學教學改革的思考[J].湖南工程學院學報（社會科學版），2011.21（1）：102-104.

③ 程玉蘭，康穎安，胡鳳蘭等.提高學生對理論力學學習興趣的探索與實踐[J].新校園，2014.8：21-22.

④ 康穎安，卿上樂，劉紅石等.獨立學院材料力學課程教學探索[J].課程教育研究，2014.21（10）：240-241.