新形勢下高校青年教師理論力學教學方法交流

宋敉淘

摘 要：高校教育工程化與研究型大學建設時期，理論力學的教學對于青年教師提出了嚴峻的挑戰。筆者作為一位高校青年教師，根據自身的實踐經驗，分析了當前新形勢下青年教師理論力學課程教學所面臨的挑戰，并提出了自己的幾點應對意見。

關鍵詞：大眾教育；研究型大學；青年教師；理論力學

中圖分類號：G642文獻標志碼：A文章編號：2095-9214（2016）12-0152-01

目前，我國高校處于高校教育工程化及建設研究性大學的新形勢下。高等教育大眾化趨勢伴隨而來的擴招，使學生整體質量下降。同時由于課程門類多樣化，導致各門基礎課程的學時得到了大大的壓縮。理論力學是機械、土木、材料、車輛等眾多工科專業的基礎課程，其體系龐大精深。如何在很少的學時內向基礎薄弱的學生傳授出理論力學的基本框架，并讓他們能夠利用理論力學知識分析工程中相關的問題，為高校教師提出了嚴峻的挑戰。作為研究型大學青年教師，初上講臺，對課程內容生疏，同時又肩負著繁重的科研壓力，這種挑戰就顯得尤為突出。青年教師如何能在短時間內克服這種困難？筆者自2012年在高校工作以來，每年都擔任一到兩次理論力學的教學工作，在這個問題上面有一些自己的思考。筆者認為，作為一個初上講臺的青年教師，為了快速適應新形勢下高校理論力學的講授工作，應該做到以下幾點：

一、對課堂上所要傳授的知識點做到主次有序

在連續兩個學時理論力學教學過程中，所要傳授出的知識點一般都較多。對于剛接觸教學工作的青年教師，在準備課堂內容的過程中經常會覺得內容太多，有時候甚至覺得凌亂，毫無頭緒，需要花費大量的時間思考怎樣串聯所要講解的概念。而在課堂上也很容易因內容過多而造成照本宣科，枯燥，以及課堂時間無法很好掌控等問題。筆者認為克服這些問題的一個很有效的方法就是要清楚所要傳授內容主次上的區別，做到綱舉目張，圍繞重點內容開展課堂講解，同時在這個過程中最好能順便串聯起需要交代但并非重點的知識點。

二、養成邏輯嚴密的習慣，形成自己的知識體系敘述思路

理論力學是一門體系完備，邏輯嚴密的學科。整門課程建立在少數公理（如靜力學公理）及理想模型（如質點、質點系、剛體）基礎上，并經過邏輯演繹得到系統化的概念和定律。同時，理論力學具有不同的敘述方式，不同的人對同樣的內容可以有自己獨特的敘述方式。比如在靜力學中，可以先講述任意力系，再由任意力系的性質推演出平面匯交力系、平行力系等特殊力系的性質；也可以先研究特殊力系，再總結歸納出任意力系的特點。然而，在不同的敘述方式中，都應遵從如下原則：后續內容建立在前面內容基礎之上。應避免在不同敘述方式中隨意跳躍，給人造成混亂的感覺。比如國內很多采用先特殊再一般的敘述風格的理論力學教科書在講解平面匯交力系的合力矩定律時便常有敘述混亂的現象。這些教科書在該定律的證明過程中很突兀地運用力矩矢的概念，而該概念在后續的空間力系中才出現。該情況下，我們不妨用下面的方法進行講解。

圖1 平面匯交力系合力矩定律的證明 圖2 二力矩式平衡方程適用條件

問題：如圖1所示剛體，受到平面匯交力系{1，2，…，n}作用，試證明該力系對剛體所在平面內任意一點O的矩等于力系合力對O點的矩。

證明：如圖1所示，將匯交力系中任一力向垂直于OA的坐標軸ξ及沿著OA的坐標軸η分解為iξ及iη，則該匯交力系對O點的矩為：∑MO（i）=∑Fidi。根據幾何關系di=OAcosθi得到∑MO（i）=∑FiOAcosθi。又Ficosθi=Fξi，于是∑MO（i）=∑FξiOA=OA∑Fξi。再根據合力矢投影定律有Fξ=∑Fξi，于是∑MO（i）=OAFξ=MO（）。證畢。

三、不拘泥于教材，學會取舍并盡量用易懂直觀的方法傳授知識

教材可以不用考慮篇幅的問題，詳盡地探討涉及到的問題，目的是做到體系化。而課堂上的學時有限，教師不應拘泥于教材，而需對課堂上的內容做出取舍。同時，在闡述知識點的時候，在遵循上面所說的敘述方式不應混亂的原則下，可采用最簡單和直觀的敘述方式。比如在平面匯交力系的平衡方程建立的過程中，分析二力矩式和三力矩式使用的條件時，很多教材依據力系簡化的思路。該方法比較巧妙，但直覺性不夠，不容易被學生掌握。在講解該知識過程中，不妨使用下面的方法（以二矩式為例）：

問題：如圖2所示剛體，受到平面任意力系{1，2，…，n}作用，其二力矩平衡條件為：∑MA（）=0，∑MB（）=0，∑Fxi=0，其中A和B為平面內任意兩不同的點，x為任意軸，且AB不垂直于x軸。以下分析為什么AB不能垂直于x軸。

分析過程：如圖2所示，將力系中任一力向垂直于OA的坐標軸ξ及沿著OA的坐標軸η分解為iξ及iη，則該力系平衡方程的二矩式為：

∑MA（）=0： ∑Fξidi=0

∑MB（）=0： ∑Fξi（di+d）=0

∑Fxi=0

方程減去方程得：∑Fξid=0

即：∑Fξi=0

于是二矩式-三個方程變為一矩式，由方程或構成。若AB垂直于x軸。即ξ軸與x軸平行，于是方程和實際上為同一個方程。也就是說一矩式或分別只有兩個獨立的方程或，小于平面任意力系未知量的個數，一般情況下無法求解出所有未知量。由此得出二矩式適用的條件是AB不能與x軸垂直。

（作者單位：江蘇大學土木工程與力學學院）

參考文獻：

[1]馬志敏.大眾化教育背景下少學時理論力學教學的實踐與思考，高等學刊，2015，20：223-224，226.

[2]許安國，葉龍，郭名.研究型大學教師勝任素質模型構建研究，中國高教研究，2012，12：65-68.

[3]哈爾濱工業大學理論力學教研室編.理論力學（上冊），第5版，北京：高等教育出版社，1997.