《理論力學》課程的教改認識

楊欣怡 劉洋 呂超穎

摘 要：《理論力學》作為機械類專業課程中的一項重要課程，內容涵蓋面廣、知識點龐雜，應用性較強。針對目前《理論力學》課程教學中出現的學生參與度低、課堂活躍度不夠、課堂效果不佳等問題，將對教學方法、考核方法等進行探討，提出以學生為中心，借助多媒體教學的方法，以達到提高學生興趣和授課效果的目的。

關鍵詞：理論力學 教學方法 考核方法

1 引言

《理論力學》作為機械類專業的一門基礎課程，內容涉及非常廣泛，主要包括靜力學、運動學和動力學三部分，其中靜力學是對物體受力分析、平面力系和空間力系進行了深層次的討論和研究，運動學是對質點和剛體的簡單運動以及點的合成運動、剛體平面運動等復雜運動都進行了解與掌握，動力學則是對基本方程、微分方程、動能定理和達朗貝爾原理等進行說明。該課程是材料力學、流體傳動與控制等機械相關專業課程的基礎，因此該課程對于學生的重要程度不言而喻。但現階段通過對學生課堂表現的觀察，發現學生整體的參與度較低、課堂活躍度不夠，使得課堂效果不佳，大部分學生對理論力學所講知識無法有效吸收，僅靠死記硬背等簡單方式來完成本門課程考試的任務，通過分析及研究可以理論力學課程現有的課堂效果不利于學生進入社會后的發展，因此改進理論力學課堂教學的內容以及方式方法對提高機械類專業學生對學習理論力學課程的學習熱情具有重要影響。

2 教學內容、教學方法及考核方法

2.1 教學內容整合優化

理論力學課程主要包含靜力學、運動學和動力學三大部分，其書籍種類也不計其數，但通過對比可以發現，對于不同出版社所出版的理論力學教材或者課外輔導書籍來說都是大同小異的，問題主要體現在絕大部分的題目不夠新穎，在隨著社會熱點變化的同時沒有得到相應的改變，如在靜力學部分中對物體進行受力分析時，還只是借助簡單的梁、球體、墻壁來講解和說明對于物體受力分析過程中所應該注意到的步驟及問題，這樣的教學內容對學生來說是相對乏味的，并不能有效地勾起學生的熱情度。基于此，在進行相關內容講解的同時，應該以時事熱點來進行切入及說明，如近些年來，橋梁安全是大家比較關注的一個熱點問題，如果我們在進行受力分析相關內容講解的同時，能夠引入橋梁承載能力及受力均勻度的分析，從而來加深學生對于此內容的學習及掌握程度。傳統的內容在一些特定的時候對提高學生的參與度來說效果并不是很好，因此我們要對所講授的內容進行整合優化，利用每節課有限的時間來為學生勾畫出較大的接觸廣度。

2.2 以學生為中心的教學組成

在傳統的課程教授模式中，對于理論力學這門專業基礎課程的講授，通常是以老師為主，學生為輔的形式來進行的，知識點總是單一地進行單方向的傳遞，使得學生對于所講授內容的興趣度及參與度不高，長期以往會造成學生失去對于本門課程學習的熱情和興趣。針對此現象的出現，老師應結合學生的實際情況對講課的內容及方法進行調整，如適當添加多媒體動圖的演示、其中對于較難理解的結構及運動情況可用UG、Pro/E等三維建模軟件來在課堂上進行模型的建立，通過在課堂上的親自動手演示來加深學生對于知識難點的理解及掌握，并且可以在建模的過程中，通過對重要操作命令的反復強調及對相似命令的實例區分，來說明不同命令所呈現出不同的處理特點，如UG軟件中的布爾運算，包括求和、求差及求交。通常當老師首次提出基本概念時，學生都是處于很難理解的狀態，對這三種不同計算方式的特點也不夠了解，那么在此時，教師就可以直接借助UG等軟件來進行實體的操作演示，讓學生能夠更加直觀地感受和區分，如可以利用圓柱體命令首先建立出一個三維圓柱體，其次在三維圓柱體表面上端建立同軸不同徑的另外一個三維圓柱體，并將新的三維圓柱體表面向下拉伸，使得兩個圓柱體之間有重合部分，接著就是利用三種不同的計算方式來完成對兩個目標對象的選取，從而得出不同的計算結果。通過簡單的對比來加深學生對于布爾運算的理解及掌握。除此之外，還可通過使用CAE模擬軟件，如DEFORM、ABAQUS等對物體的運動過程進行仿真演示等。例如在對剛體平面運動的定義講解及教授時，學生根據書本上標出的二維圖一時間無法理解或想象出曲柄連桿、齒輪機構等的平面運動狀態，此時即可通過軟件建模及CAE仿真來實現連桿或機構整體動態運動的展示，加深學生對于剛體平面運動定義的理解及掌握，如此教學，可使學生在學習理論力學知識內容的同時也接觸關于CAD/CAE/CAM 計算機軟件技術等的相關內容，為今后從事模具設計、結構優化等工作奠定了一定的基礎。通過教學方式的改變來實現傳統教學問題的改善，通過多種教學方式的變化加深學生課堂的參與度，有效提高學習效率。

2.3 實驗實訓練習

針對本門課程的性質以及應用型本科院校的定位標準，對于理論力學知識的講解其目的主要是在實際的應用過程中去分析力學等問題，因此應借助學校實驗室以及工程實際問題分析，在實驗室中加深對于平面及空間力系平衡問題的討論及分析。

傳統理論力學的教學過程中，絕大多數院校均是以理論教學為主，忽略了對于實驗及實訓內容的講解，使得學生的實際動手能力以及利用理論力學相關知識解決實際力學問題的能力得不到鍛煉和提高，因此在對本門課程改革的過程中，要加大實驗等動手練習的比例，以此來達到鍛煉學生將所學理論知識轉換成實際解決問題的能力和本事。例如在理論力學靜力學部分中的摩擦相關章節的學習過程中，可以通過增添實驗課時來加深學生對于靜摩擦、動摩擦等的理解和判斷。具體的實驗項目可以包含摩擦系數量測實驗以及影響動摩擦因數的因素試驗等。現以影響動摩擦因數的因素實驗為例，在本次的實驗練習中，學生首先可以憑借自身所學習過的相關知識，思考總結能夠影響動摩擦因數的因素都有哪些，然后將其影響因素進行整理，接下來就是想辦法改變試樣的條件，以驗證是否能夠影響摩擦因數，比如以材料表面的粗糙度為影響因素，學生就會利用所學過的知識去思考改變材料粗糙度的方法，如可以借助不同粒度的砂紙來對材料表面的粗糙程度進行改變，使得試樣達到實驗的條件，其次就是利用專業的實驗設備，如摩擦系數測量儀來完成不同條件下摩擦系數的量測，即對具有不同粗糙程度的試樣的摩擦系數進行量測，從而探索不同影響因素對于摩擦系數影響的具體規律。通過此次實驗的整體操作練習過程，不僅使得學生掌握了使用設備測量摩擦系數的能力，還使得學生對于試樣的磨制有實際的操作練習，為今后學生從事相關實驗或者性能檢測等提供一定的操作基礎。簡單的一個實驗可以從方方面面來鍛煉學生的綜合能力，因此可以看出實驗及實訓對于理論力學教學的重要性，學生通過親身實驗的操作，能夠加深對于理論知識的掌握，以及綜合運用所學知識解決實際問題的能力。故在理論力學的教學改革中，實驗及實訓課時課程內容的添加對于提升理論力學教學效果來說是很重要的一環。

2.4 考核方法的變革

理論力學課程傳統的考試形式總是以筆試試卷地形式來進行，且考試成績在整體的成績中占據極大的比例，這樣傳統的考核方式使得學生往往是在考前對所學的理論知識點進行突擊，通過死記硬背的方式也能夠順利通過考試，但是學生對于知識點實際理解的程度并不像考試成績所體現出來的那樣。因此可以看出這種傳統的考核方式僅僅能夠簡單檢測出學生對于學習內容的識記程度，卻不能有效地鍛煉學生對于所學知識的應用能力。尤其是對于應用型本科院校的定位，旨在培養具有實際動手及操作能力的學生，應將重點放在學生實際對于知識點掌握及使用的熟練程度上，故針對此情況，應對理論力學課程的考核方式也進行調整，主張多元化的考核方法，除了將筆試成績納入成績考核內，還應將學生平時上課時的表現及參與互動情況作為成績考核的一部分，以此來促進學生在課堂上的專注度，并結合課時安排，對實踐內容所占的比例進行調整，實驗包含的內容除了簡單的驗證性實驗之外，多進行開放性及創新性類型的實驗操作，加大學生實際動手能力，綜合多個方面來豐富考核方法，使得學生的理論及實際運用的能力均能夠得到有效地檢測及提升。

3 結語

本文通過對《理論力學》課程的學習現狀進行簡單介紹，并對造成此現狀的原因進行簡單分析，基于以上對該門課程的教學方法及考核方式進行教學討論，提出以學生為中心的多種教學手段結合、增加實驗及實訓課程內容以及多元化的考核方式，使得學生對于理論知識及實際運用知識的能力都得到一定程度地提升。讓學生在具有足夠專業知識的前提下，具備一定程度的發現問題、分析問題及解決問題的能力，為今后進入社會奠定下牢固的基礎。

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