應用型本科院校理論力學教學方法探討

彭英

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?理論力學是一門理論性較強且抽象的專業基礎課程，其教學效果對后續專業課程的學習具有重要影響。針對理論力學的課程特點及學時少等教學現狀，結合應用型高校的培養目標，從優化教學內容、改進教學方法、完善考核方式等方面進行探討，從而為提高學生學習興趣、培養學生力學思維能力和實際工程應用能力的教學目標提供參考。

[關 ? ?鍵 ? 詞] ?理論力學;教學方法;應用型高校

[中圖分類號] ?G642 ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼] ?A ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2019）13-0104-02

理論力學是高等院校多數理工科專業的一門重要技術基礎課，不僅是學習材料力學、機械設計、結構力學、斷裂力學等一系列后續課程的基礎，更是解決工程實際問題的基礎[1]。應用型本科院校十分注重培養學生理論用于實際的能力，而理論力學又是一門理論性比較強且抽象的課程，因此對基礎相對薄弱的大學生來說，學習理論力學不僅有困難，而且容易感到枯燥乏味，再加上理論力學課時少、內容多，如何在有限的學時內充分調動學生的學習積極性，提高教學效果，是理論力學教學方法探討的關鍵。

一、教學內容

理論力學主要包括靜力學、運動學和動力學三部分內容，各部分知識層層遞進、環環相扣。應用型本科院校為了擴大學生知識面，增加學生的自主學習時間，大大減少了理論力學的課時。因此，教師必須對教學內容進行相應的調整，這里的調整不是簡單的刪減，而是根據學生專業要求、后續專業課程及將來的工作需求進行調整。可以適當地補充一些拓寬學生知識面、提高學習興趣的內容，刪除一些在后續課程中重復出現的內容或工程實際中應用較少的內容，譬如對于土木工程專業，可以把重點放在靜力學部分，而與大學物理力學部分相重復的內容則可以不在課堂上講解，以便將有限的學時更有效地用于講授與本專業相關性較大的理論力學知識點上。總而言之，應本著培養學生分析問題和解決問題的能力，課程內容可以弱化定理證明、公式推導，而增加公式定理的工程應用案例[2]。

二、教學方法的改進

目前，傳統的課堂講授法依然是理論力學教學中常用的方法，該方法可以高效地將大量知識傳授給學生，但也容易造成學生被動學習，學習積極性不高，對教師講授的知識不能消化吸收。因此，教師除了在課堂上講授課本知識點外，還應結合應用型本科院校培養應用型人才的目標、針對學生基礎薄弱的特點和理論力學理論性強的特點，不斷改進教學方法以提高教學效果，以下主要探討了討論式和案例式兩種教學方法。

（一）討論式教學

為了讓學生積極主動地參與到學習中來，教師可以根據課程的安排開展課堂討論。采取討論式教學方法時，教師必須課前做好充足的準備，合理選擇討論的內容，并有效控制討論過程中可能出現的各種狀況，引導學生積極開展討論，最后教師還需對學生討論的情況進行總結和點評，以便學生能更加深入地理解所學知識點[3]。譬如，在講解“二力桿”的概念時，對于圖1所示的三鉸拱橋，當不計拱的自重時，啟發學生可以將右拱BC視為二力桿，對其按二力桿的特征進行受力分析，緊接著再讓學生討論當拱的自重不能忽略時，右拱BC是否還可以視為二力桿，其受力圖該如何表示。再如，講解完平衡體系的理論知識后，教師總結求解平衡問題的基本方法，對圖2所示的曲軸沖床模型，教師可以將學生分組，讓其中一組學生采取先整體后局部的解法，即先取整個系統為研究對象，再取沖頭或輪子為研究對象，列平衡方程求解;讓另一組學生選取每個物體為研究對象，列出全部平衡方程進行求解，最后讓兩組學生討論其計算結果是否一致、哪種解法更加簡便。在討論過程中，教師要觀察學生在分析問題時是否抓住了關鍵與本質，并對學生容易出錯的地方進行糾正。通過分組討論，可以幫助學生掌握力學思維方法，為后續專業課程的學習打下扎實的基礎。

（二）案例式教學

理論力學教材中對例題的講解偏重于簡化的抽象力學模型，卻沒有詳細分析其簡化過程和在工程實際中的具體應用情況，不僅容易造成學生學習困難，也影響他們學習的積極性。因此，在教學過程中教師應將抽象的力學模型和工程實際案例相結合，使抽象問題變得具體，讓學生真切感受到理論力學的實用性，從而提高學習興趣。這樣不僅可使學生掌握力學分析的方法，還十分有利于培養他們解決實際工程問題的能力。譬如，在講解平面桁架的受力分析時，可以結合實際工程中常見的桁架橋、吊車梁、木屋架、鋼屋架等桁架結構，對桁架結構常用的力學分析方法進行講解，并將受力分析的結果對工程施工的重要意義進行說明[4]。

在案例式教學的過程中，還可以將有限元數值模擬技術引入理論力學課堂。通過有限元建模、計算分析和結果云圖的繪制，將抽象的力學概念和理論轉化為直觀形象的圖形，可以很好地激發學生的學習興趣，使學生體會工程問題到力學模型的簡化過程，從而更加深入地理解理論力學相關知識點，還為培養他們的力學思維能力和實際工程應用能力奠定了良好的基礎。以圖3所示的平面桁架為例，若用理論力學中的截面法或節點法求解，可以得到圖4所示的內力圖，但是計算過程非常繁瑣。如果用有限元軟件ANSYS建模求解將十分方便，并且通過后處理可以清楚地看到桁架結構在外力作用下的變形圖（如圖5）和軸力云圖（如圖6），還可以以動畫的形式向學生展示結構的整個受力變化過程。從圖4和圖6的結果對比，學生可以清楚地看到有限元計算的結果與理論計算的結果是完全一致的。

三、考核方式

通過考核不僅可以檢查學生對本課程內容的掌握程度，還可以檢測教師的教學效果。應用型大學的學生學習主動性不高，因此學校更注重平時成績的考核，理論力學平時成績已經由原先占總成績的30%提高到占40%，平時成績又主要由考勤和作業兩部分組成。雖然學校非常重視出勤率和課堂管理，但如果教師在每次課前都點名，將會浪費很多課堂寶貴時間，因此教師應在第一次上課時就向學生講明課堂紀律和考勤要求，并通過隨機叫學生回答問題和到黑板前做題的方式來檢查考勤。此外，很多學生反映理論力學“聽起來容易做起來難”，因此在認真聽課的同時，學生必須要按時完成一定量的作業，只有通過分析解決問題，才能真正掌握課程基本內容，才能培養自己的思維能力。教師則要認真批改作業，根據學生作業的完成情況記錄平時成績，并在課堂上預留一定時間針對學生作業中易出錯的部分進行講評，總結出錯原因。

理論力學是一門理論性強且抽象的技術基礎課，應用型高校學生基礎薄弱，學習主動性不高，在理論力學教學過程中，結合學時少的教學現狀和應用型人才的培養目標，通過調整教學內容，不斷改進教學方法，加強平時成績的考核，可以提高學生學習的主動性和積極性，培養學生的力學思維能力和解決實際工程問題的能力。

參考文獻：

[1]程靳.簡明理論力學[M].北京：高等教育出版社，2010.

[2]羅寧，巫靜波.融合多種教學方法于理論力學教學中的探索[J].寧波教育學院學報，2017，19（4）：92-94.

[3]王婧.試論獨立學院理論力學課程教學方法的改革[J].科技資訊，2017（24）：160-162.

[4]段士偉，李平，高為浪，等.理論力學教學中增加趣味性方法探討[J].安徽工業大學學報（社會科學版），2017，34（4）：75-77.

編輯 李 靜