淺析《理論力學(xué)》課程教學(xué)方法

王麗娟(鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 河南 鄭州 451100)

1 課程內(nèi)容與特點(diǎn)

理論力學(xué)是一門(mén)研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)一般規(guī)律的科學(xué)，此“物體”指的是速度遠(yuǎn)小于光速的宏觀物體。課程包括靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)三大部分，以伽利略和牛頓總結(jié)的基本定律為基礎(chǔ)，屬于古典力學(xué)的范疇。專業(yè)術(shù)語(yǔ)多、定理定律多、理論計(jì)算公式多、需要分析解決的實(shí)際問(wèn)題多而復(fù)雜是本門(mén)課程的一大特點(diǎn)。

1．1靜力學(xué)。靜力學(xué)單純從受力方面研究物體的平衡規(guī)律，包括受力分析、力系的等效替換或簡(jiǎn)化及各種力系的平衡條件，這在設(shè)計(jì)各種機(jī)械結(jié)構(gòu)等工程實(shí)際問(wèn)題中有著非常重要的作用。這部分教學(xué)主要培養(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)理論和基本技能，以掌握基礎(chǔ)理論知識(shí)、會(huì)應(yīng)用為重點(diǎn)，學(xué)生要理解掌握剛體、約束、力與力偶、力矩與力偶矩、力學(xué)模型與力學(xué)建模、摩擦等基本概念和術(shù)語(yǔ)，掌握靜力學(xué)公理和物體受力分析方法，以及各種力系作用下的物體平衡條件，會(huì)在理論基礎(chǔ)上分析解決工程實(shí)際問(wèn)題。

1．2運(yùn)動(dòng)學(xué)。運(yùn)動(dòng)學(xué)單純從幾何角度分析物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，從點(diǎn)的簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)、合成運(yùn)動(dòng)到剛體的簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)、平面運(yùn)動(dòng)來(lái)分析點(diǎn)或剛體相對(duì)于一個(gè)定參考系或不同參考系的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，包括運(yùn)動(dòng)方程、運(yùn)動(dòng)軌跡、速度和加速度等。這部分教學(xué)要培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)際工程的設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力，對(duì)工程實(shí)例要會(huì)進(jìn)行模擬化然后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析。要理解矢量法、直角坐標(biāo)法、自然法，并以此來(lái)解決工程實(shí)際中點(diǎn)的簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，及在點(diǎn)的合成運(yùn)動(dòng)中某一瞬時(shí)點(diǎn)的速度合成和加速度合成規(guī)律;理解、掌握剛體的平移、繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)問(wèn)題中點(diǎn)的速度、加速度計(jì)算，及在平面運(yùn)動(dòng)中的運(yùn)動(dòng)分解、速度及加速度計(jì)算。

1．3動(dòng)力學(xué)。動(dòng)力學(xué)從受力物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)與作用力之間的關(guān)系出發(fā)，建立物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的普遍規(guī)律。這部分內(nèi)容是靜力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)的結(jié)合，即分析運(yùn)動(dòng)物體的力學(xué)性能，以及在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中如何才能達(dá)到能量的最大利用。學(xué)生要理解掌握質(zhì)點(diǎn)、質(zhì)點(diǎn)系、動(dòng)量、動(dòng)量矩、動(dòng)能、功、功率等基本概念，掌握質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)的基本方程，理解基礎(chǔ)上掌握動(dòng)量定理、動(dòng)量矩定理、動(dòng)能定理等動(dòng)力學(xué)普遍定理，并會(huì)求解實(shí)際工程問(wèn)題。

2 學(xué)生現(xiàn)狀

鑒于理論力學(xué)課程內(nèi)容的理論性、枯燥性、抽象性、密集且復(fù)雜，對(duì)本門(mén)課程內(nèi)容從心底較為排斥是絕大部分學(xué)生的現(xiàn)狀，即使是部分基礎(chǔ)較好的學(xué)生，在結(jié)合實(shí)踐進(jìn)行分析的能力也較為薄弱。尤其是運(yùn)動(dòng)學(xué)當(dāng)中，定系與動(dòng)系的建立及其之間的關(guān)系、牽連點(diǎn)和牽連運(yùn)動(dòng)的判定、絕對(duì)運(yùn)動(dòng)與相對(duì)運(yùn)動(dòng)和牽連運(yùn)動(dòng)的關(guān)系、點(diǎn)的速度和加速度合成定理等，不少同學(xué)表示很難理解，以致做習(xí)題的時(shí)候很難有明確的解題思路，甚至無(wú)從下手。因此，在培養(yǎng)應(yīng)用性人才的目標(biāo)要求下，在現(xiàn)階段仍以課堂授課的現(xiàn)實(shí)情況下，如何采用多種有效的教學(xué)方法和手段，激發(fā)學(xué)生內(nèi)心的學(xué)習(xí)興趣，理解并很好地消化吸收所學(xué)的知識(shí)，增加課堂教學(xué)效果，使學(xué)生在牢牢掌握知識(shí)點(diǎn)的情況下，會(huì)把理論知識(shí)靈活運(yùn)用到實(shí)際問(wèn)題的求解當(dāng)中，這是本門(mén)課程教學(xué)的一大關(guān)鍵問(wèn)題，對(duì)多數(shù)理論力學(xué)授課老師來(lái)說(shuō)也是一大挑戰(zhàn)。

3 教學(xué)研究方法

3．1理論聯(lián)系實(shí)際。理論力學(xué)研究的是日常生活和一般工程中最普遍的物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，由此可以借助日常生活和生產(chǎn)實(shí)例，使學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)理解并消化吸收。譬如，可以從經(jīng)典電影或紀(jì)錄片中截取與工程相關(guān)的部分片段，分類整理后做成案例，跟學(xué)生一起研究和探討。此舉正是基于學(xué)生對(duì)抽象的書(shū)本內(nèi)容比較排斥，但是對(duì)動(dòng)態(tài)的影像資料卻是比較感興趣，故可將抽象的理論內(nèi)容融入動(dòng)態(tài)的影像資料當(dāng)中，把當(dāng)下工程實(shí)際與理論力學(xué)知識(shí)點(diǎn)建立聯(lián)系，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生將理論公式與求解實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行轉(zhuǎn)化的能力，從而保證教學(xué)效果。

基于工程應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，理論力學(xué)在授課時(shí)應(yīng)加大課程案例的比重，通過(guò)觀察各種運(yùn)動(dòng)及受力情況分析，抽象化建立力學(xué)模型，并在理論體系的基礎(chǔ)上借助理論公式求解計(jì)算，以此來(lái)提高學(xué)生的分析、處理實(shí)際工程問(wèn)題的能力。

3．2歸納與演繹。理論力學(xué)概念多、定理多、公式多，且邏輯性強(qiáng)，公式應(yīng)用較系統(tǒng)，對(duì)某些公式推導(dǎo)可以讓學(xué)生自行學(xué)習(xí)而不必一一進(jìn)行推導(dǎo)演示過(guò)程。譬如運(yùn)動(dòng)學(xué)中的速度合成定理，通過(guò)動(dòng)畫(huà)演示實(shí)例，分析絕對(duì)運(yùn)動(dòng)、相對(duì)運(yùn)動(dòng)、牽連運(yùn)動(dòng)等三種運(yùn)動(dòng)，推出速度合成定理公式，即動(dòng)點(diǎn)在某瞬時(shí)的絕對(duì)速度等于相對(duì)速度與牽連速度的矢量和，這樣學(xué)生對(duì)公式的把握更直觀，也便于理解和運(yùn)用，再舉例分析并計(jì)算，則理解和運(yùn)用得到強(qiáng)化。同樣方法可適用于牽連運(yùn)動(dòng)為平移或定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)點(diǎn)的加速度合成定理，再舉例分析比較加速度公式的異同，得出科氏加速度的方向和大小計(jì)算，從而更有針對(duì)性地理解和掌握該部分內(nèi)容。

3．3借助于現(xiàn)代教育技術(shù)手段。對(duì)理論力學(xué)這種內(nèi)容高度抽象性課程，傳統(tǒng)方法講授起來(lái)多枯燥無(wú)味，學(xué)生也難以集中精力和理解掌握，因此，可采用CAI課件，借助于計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)，通過(guò)大量的動(dòng)畫(huà)演示，將課堂由靜態(tài)變?yōu)閯?dòng)態(tài)。這種更為直觀的授課方法，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)趣味性，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，也更容易理解和掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容，尤其是對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)部分。運(yùn)動(dòng)學(xué)重點(diǎn)研究點(diǎn)和剛體的運(yùn)動(dòng)，包括求解運(yùn)動(dòng)軌跡、剛體內(nèi)某點(diǎn)的速度和加速度等等，通過(guò)動(dòng)畫(huà)演示，一是可以直觀地看出各種機(jī)構(gòu)的整體運(yùn)動(dòng)情況以及機(jī)構(gòu)內(nèi)各構(gòu)件之間的相互運(yùn)動(dòng)關(guān)系，剛體內(nèi)點(diǎn)與點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，這有助于提高學(xué)生對(duì)機(jī)構(gòu)整體運(yùn)動(dòng)情況的空間想象能力;二是對(duì)一些較難理解的抽象概念，譬如點(diǎn)的合成運(yùn)動(dòng)中，牽連運(yùn)動(dòng)、相對(duì)運(yùn)動(dòng)、絕對(duì)運(yùn)動(dòng)的概念，及相對(duì)軌跡、絕對(duì)軌跡、相對(duì)速度、絕對(duì)速度、相對(duì)加速度、絕對(duì)加速度、牽連速度、牽連加速度等以及相互之間的關(guān)系，通過(guò)動(dòng)畫(huà)會(huì)有更形象的表述，學(xué)生一目了然，也就更容易理解和掌握了。

此外，智能手機(jī)、平板電腦和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展迅速，以及教育信息化的推進(jìn)，使得“移動(dòng)學(xué)習(xí)”成為可能。借助于移動(dòng)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)，學(xué)習(xí)可在任何時(shí)間和任何地點(diǎn)發(fā)生，授課者和學(xué)習(xí)者基于學(xué)習(xí)內(nèi)容的雙向交流也能實(shí)現(xiàn)。針對(duì)某一個(gè)具體的知識(shí)點(diǎn)或教學(xué)環(huán)節(jié)、教學(xué)目標(biāo)，授課者還可以做成教學(xué)短視頻，進(jìn)行在線學(xué)習(xí)或移動(dòng)學(xué)習(xí)，形成在線課堂。

3．4加強(qiáng)習(xí)題練習(xí)。理論力學(xué)定理、公式巨多，放到實(shí)際工程當(dāng)中可以求解的問(wèn)題也靈活多變，很多學(xué)生表示課堂當(dāng)時(shí)清楚明白，但是給個(gè)題目還是不會(huì)做，甚至沒(méi)有解題思路，這就要求授課者加強(qiáng)對(duì)各類例題的講解，給學(xué)生建立完整的解題思路和方法，形成同類問(wèn)題的解題模式和流程，并增加一定量的由優(yōu)秀工程實(shí)際通過(guò)建立力學(xué)模型演化來(lái)的習(xí)題，鼓勵(lì)學(xué)生大膽分析計(jì)算，及時(shí)糾正錯(cuò)誤，從而加強(qiáng)鞏固，并使理論和工程實(shí)際切實(shí)緊密聯(lián)系起來(lái)，為學(xué)生將來(lái)在實(shí)際工作中分析解決實(shí)際工程問(wèn)題打好基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語(yǔ)

理論力學(xué)的課程特性和它的重要性，使得每位授課者都積極研究探討課程教學(xué)方法和課程教學(xué)改革，總的來(lái)說(shuō)，需結(jié)合自身實(shí)際，尋找適合自己的授課方法及授課形式，吸引學(xué)生注意力，促進(jìn)學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)，將理論知識(shí)和解題方法傳授給學(xué)生，從而保證課堂教學(xué)質(zhì)量，提高課堂教學(xué)效果。