理論力學課程案例式教學改革探索

陳小亮　陳世嵬　田祖安

摘 要 力學是工科的一個重要基礎學科。適應應用型高校理論力學課程少學時的教學現狀和相關國家行業規范，建設理論力學課程創新實驗和特色應用型工程案例庫，有助于激發學生學習興趣，增強工科學生卓越工程師培養的力學基礎能力，強化學生的工程應用能力。

關鍵詞 力學 創新實驗 工程案例式教學

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

1研究背景和意義

《理論力學》課程是力學、機設、土木、路橋等專業的一門必修專業基礎課。2012年教育部高等學校力學教學指導委員會、力學基礎課程教學指導分委員會共同組織編寫的《高等學校理工科非力學專業力學基礎課程教學基本要求》正式在高教出版社出版。該指導性專業規范與教學基本要求是國家教學質量標準的一種表現形式，是國家對本科教學質量的最低要求。規范建議機械、土木等專業《理論力學》課程學時數為80學時，非機類《理論力學》課程學時數為64學時。目前我校非力學專業《理論力學》課程學時均為48學時，遠少于《高等學校理工科非力學專業力學基礎課程教學基本要求》規范的建議學時，因此需要進行教學改革，充分利用現代化信息技術開展少學時的《理論力學》課程教學研究。

由于擴招，大學教育不再是高精尖人才的教育，學生先修基礎課程學習水平下降，固化思維厲害。同時由于課程學時的壓縮等種種因素，學生理論基礎課如大學物理和高等數學學習泛而淺，大多數同學更難以學以致用。高中物理也學過部分力學，由于高考前的強化訓練，學生對高中階段的問題處理方法、做題思維根深蒂固。一方面輕視似曾相識的理論力學課，一方面又無法靈活的吸收新知識新方法，不能應用大學階段學習的數學方法和理論力學理論來解決力學問題。

《理論力學》課程理論性很強，傳統課堂講授的教學方法課堂沉悶，學生抬頭率低、不及格率高。教學內容多以抽象化的簡單桿件或圓盤為研究對象，結合實際生活和工程中的研究對象比較少，很多學生學習時沒有興趣，不利于培養學生解決工程問題的能力和創新能力。布置的作業都是計算題的單一形式，沒有判斷題和選擇題等客觀題型的作業。老師課后輔導和學生的交流形式也比較單一，一般都是第一次課時留下老師電話、QQ、辦公室地址等聯系方式，然后讓學生有問題時聯系自己，但實際上很少有同學在考試之前主動聯系老師交流學習，因此這種課下輔導方式還需改進和完善。

2研究的目標

通過案例式教學改革，將上課睡覺、玩手機等不聽講的同學拉回到《理論力學》課堂，增強學生的學習興趣和工程應用能力。通過在線課程平臺建設，便于學生課前預習和課后復習，便于師生課后更方便、更多的交流，布置在線作業以豐富傳統作業的單一計算題型并增加學生的課外學習量，確保少學時《理論力學》課程教學的效果，提高課程的及格率。

3研究的內容和方法

3.1案例教學方式改革

針對《理論力學》課程理論性強和公式推導難度大的特點，改進教學方式，在講解理論知識時引入易引起學生興趣的生活和工程案例，例如桑塔納汽車用的千斤頂受力分析與自鎖條件、挖掘機部件的受力分析與求解各油缸的推力或拉力、翻倒問題與起重機的穩定度、旋轉式和往復式剃須刀的比較、推土機的機構運動與分析、拳擊機拳擊力的標定方法和動力學普遍定理的綜合應用、玩具動力學等，增強知識的趣味性和實用性。教學過程中盡可能以工程實例為案例進行結構簡化、荷載簡化和結構構件計算，以培養學生的工程意識。注重定理、公式及習題結論的工程應用，更多地剖析實際問題的解決過程，再舉一反三，由一個問題展開到多個問題，培養學生解決實際問題的能力。

3.2在線課程與教學資源建設

利用網絡建立《理論力學》在線課程平臺，上傳教學大綱、授課計劃、課件、習題解答等資源，方便學生課前預習和課后復習；教師還可網上與學生隨時進行交流，網上答疑；網上布置判斷題和選擇題等客觀題型的在線作業，以豐富傳統作業的單一計算題型并增加學生的課外學習量，確保少學時《理論力學》課程教學的效果，提高課程的及格率。

3.3應用型創新實驗開發建設

調研全國周培源大學生力學競賽個人賽和團體賽，從中提煉建設部分《理論力學》創新實驗項目、工程案例項目。在靜力學部分，參照我國現在的高層建筑、大跨度橋梁、海洋平臺及大型水利工程等許多重要工程開展創新實驗和工程案例建設，例如分析其受載情況，如自重、風載、靜水側壓力等，研究結構力學模型和物體平穩力系，闡明其設計、制造都是在理論力學的指導下得以實現的等等。在運動學部分，創新實驗和工程案例建設擬聯系各種自動化生產線中各種機構運動間的關系，說明運動的實現離不開對機構運動的分析；計算機硬盤驅動器，給定不變的角加速度，確定從啟動到正常運行所需時間及轉數；跟蹤目標的雷達，怎樣在不同的時間間隔內，通過測量目標與雷達間的距離和雷達的方位角，才能準確地測定目標的速度和加速度；人造地球衛星的運行軌跡等等。在動力學部分，創新實驗和工程案例建設擬考慮應用動量定理研究跳高運動員過桿的姿勢選用跨越式、俯臥式還是背越式；直升機尾槳的平衡作用等等。

在創新實驗方面，考慮現代計算機技術對傳統力學解析演算方法的滲透和革新，計算機求解和近似數（下轉第103頁）（上接第79頁）值解正以極高的速度深入到工程實際應用中。為此，在創新實驗中設置部分實驗項目培養學生利用計算機編程進行《理論力學》工程問題數值計算的能力，使之更接近于工程的實際情況。同時將數學軟件 Matlab等引入《理論力學》教學實踐活動中，也可以提高學生對本課程學習的興趣和動力。

4結束語

理論力學課程案例式教學改革是適應高校《理論力學》課程少學時教學要求和培養應用型人才目標的必然要求，通過綜合性和設計性創新實驗項目開發，強化學生的工程實踐能力培養，掌握現代的力學計算方法。通過建立《理論力學》工程應用案例庫和在線課程平臺，開展案例式教學改革，可以激發學生學習興趣，強化學生的工程應用能力。

基金項目：重慶科技學院本科教育教學改革研究項目（201844）。

參考文獻

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