獨立學(xué)院理論力學(xué)教學(xué)改革與實踐研究

康穎安　楊理誠　劉紅石　譚加才

摘 要 文章對理論力學(xué)課程性質(zhì)及其重要性進行闡述，結(jié)合獨立院校理論力學(xué)課程教學(xué)存在的問題，提出改革的必要性，可以從教學(xué)內(nèi)容、手段和方法等三方面進行較深入的教學(xué)改革，探索出適合獨立學(xué)院理論力學(xué)的教學(xué)形式，通過實踐證明教學(xué)改革取得一定的成效。

關(guān)鍵詞 獨立學(xué)院 理論力學(xué) 教學(xué)改革

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2015.12.058

Abstract Theoretical Mechanics Course explained the nature and importance， combined with independent theoretical mechanics Teaching Institutions problems put forward the need for reform， can be more in-depth teaching reform teaching content， means and methods in three areas， to explore independent Institute for theoretical Mechanics forms of teaching， teaching reform achieved some results by practice.

Key words independent college； Theoretical Mechanics； teaching reform

獨立學(xué)院的辦學(xué)定位于“如何培養(yǎng)高素質(zhì)的應(yīng)用型本科人才”。獨立學(xué)院的發(fā)展在擴大高等教育資源、豐富專業(yè)人才培養(yǎng)方面起著重要作用。①湖南工程學(xué)院應(yīng)用技術(shù)學(xué)院的工科專業(yè)如土木工程和機械設(shè)計專業(yè)即為國家與地方建設(shè)培養(yǎng)亟需的應(yīng)用型專業(yè)人才。

理論力學(xué)是一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課程，為材料力學(xué)、機械原理以及機械設(shè)計等后續(xù)的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。理論力學(xué)與工程實際緊密聯(lián)系，通過力學(xué)模型建立和研究力學(xué)中最普通的最基本的規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維方式和解決工程實際問題的能力。錢學(xué)森曾說過“工程力學(xué)走過了從工程設(shè)計的輔助手段到中心主要手段的過程，不是唱配角而是唱主角了。”由此可見在工程領(lǐng)域力學(xué)學(xué)科的地位與其重要性。

理論力學(xué)課程的內(nèi)容體系成熟，其理論性、邏輯性和系統(tǒng)性較強，解題方法靈活多樣，同時力學(xué)模型較抽象，對于初學(xué)者不能與工程實際很好結(jié)合起來，因此學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中普遍感覺理論力學(xué)比較難。

獨立學(xué)院的教育教學(xué)理念與母體學(xué)校有所不同，如何在有限的學(xué)時內(nèi)圓滿完成教學(xué)任務(wù)，如何調(diào)動獨立學(xué)院學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，并能理論與實際結(jié)合起來解決工程實際問題。這就需要我們對工科專業(yè)理論力學(xué)進行有效的教學(xué)改革，來取得良好教學(xué)效果，達到獨立學(xué)院人才培養(yǎng)的目標。

1 獨立學(xué)院理論力學(xué)課程教學(xué)存在的問題

理論力學(xué)課程是工科專業(yè)理論性較強的技術(shù)基礎(chǔ)課，也是與工程實際緊密聯(lián)系的課程。現(xiàn)行理論力學(xué)教材大多按照傳統(tǒng)教材的布局安排，其課程體系為了本學(xué)科內(nèi)容體系的完整性，有些教學(xué)內(nèi)容與某些課程內(nèi)容的重復(fù)。在理論力學(xué)教材中部分內(nèi)容，如點的運動和剛體的基本運動等就與大學(xué)物理課程中重復(fù)。這在一定程度上影響了教學(xué)中教師與學(xué)生發(fā)揮積極性、主動性，更不用說培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力了。與此同時，作為基礎(chǔ)課程，理論力學(xué)的教學(xué)課時數(shù)又較少。

理論力學(xué)課程一方面理論體系嚴謹，邏輯性強。另一方面教材中所選用的范例和練習(xí)題以抽象力學(xué)模型偏多，整個課程表現(xiàn)不出明顯的專業(yè)特色。這樣學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課程時感覺沒有明顯的學(xué)習(xí)方向，理論知識難以與工程實際緊密聯(lián)系起來，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不大，不利于培養(yǎng)學(xué)生分析與解決問題能力。②③

在教學(xué)手段和方法上，若采用傳統(tǒng)黑板板書方法，課堂中講授重點理論內(nèi)容，而習(xí)題練習(xí)時間很少，學(xué)生容易產(chǎn)生“理論易懂解題難”的情緒；而單純采用多媒體教學(xué)手段，涵蓋的教學(xué)信息量增大，內(nèi)容銜接處不突出，由于教師講授速度快，學(xué)生的學(xué)習(xí)思維跟不上老師講解進度，理論聽不懂，習(xí)題不會做而逐漸失去學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)效果不理想。④

獨立學(xué)院是依托母體學(xué)校實行相對獨立的運作模式，其資源共享。大多獨立學(xué)院在依托母體學(xué)校辦學(xué)過程中，課程建設(shè)基本享用母體學(xué)校的現(xiàn)有建設(shè)成果，往往課程設(shè)置和教材使用等均與母體學(xué)?；疽恢?。而獨立學(xué)院的學(xué)生在入學(xué)時生源質(zhì)量就比母體學(xué)校學(xué)生差，他們雖然思維活躍，內(nèi)在潛力大，但是基礎(chǔ)知識不牢固，學(xué)習(xí)方法不得當(dāng)，自控和自學(xué)能力稍差。大部分學(xué)生課堂上的學(xué)習(xí)態(tài)度是聽得懂感興趣則聽，聽不懂則放棄學(xué)習(xí)，通常表現(xiàn)為曠課、作業(yè)抄襲、上課玩手機、打瞌睡。因此若采用與母體學(xué)校本科專業(yè)一樣的教材、講義，采用與母體學(xué)校相同的教學(xué)手段方法，在較少的教學(xué)時間內(nèi)運用填鴨式的教學(xué)方法匆忙講授完全部教學(xué)內(nèi)容，大部分學(xué)生都很難完全理解并接受，自然也做不到準確地掌握并應(yīng)用到實際問題中。

2 獨立學(xué)院理論力學(xué)教學(xué)改革的措施

2.1 理論力學(xué)教學(xué)內(nèi)容的改革

理清基本概念和基本定理作為理論力學(xué)教學(xué)內(nèi)容改革的主要思路，然后做相關(guān)例題并講解。

現(xiàn)有的理論力學(xué)內(nèi)容主要由三個部分組成，即靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)。理論力學(xué)研究的物體通常是點和剛體。靜力學(xué)是研究物體在力系作用下的平衡規(guī)律，這部分內(nèi)容是以靜力學(xué)基本公理為基礎(chǔ)，主要講授力的概念。靜力學(xué)可以解決基本問題：物體受力分析，力系的簡化，以及力系的平衡條件及其應(yīng)用。靜力學(xué)中受力分析是理論力學(xué)的基礎(chǔ)，也是后序課程如材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)和機械設(shè)計的基礎(chǔ)，因而對單個物體或物體系的受力分析要詳細講解并加強練習(xí)。而在受力分析實例的選取上，面對機械專業(yè)學(xué)生教學(xué)中，可選擇常見的機械機構(gòu)和裝置，如簡易的起重裝置、曲柄連桿機構(gòu)等，并通過機構(gòu)圖片、運動視頻展示。理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)并逐漸提高學(xué)生建模的能力以及解決實際問題的能力。

運動學(xué)是從幾何學(xué)方面來研究物體的機械運動，這部分主要內(nèi)容包括：運動方程、軌跡、速度和加速度等的學(xué)習(xí)和計算。為避免重復(fù)內(nèi)容占用大量課堂時間，通常這部分內(nèi)容可通過提出問題，讓學(xué)生自學(xué)并自行總結(jié)與歸納，培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力。

動力學(xué)是研究物體的機械運動與作用力之間的關(guān)系。該部分內(nèi)容通常對學(xué)生而言是內(nèi)容多且比較難懂的，但若弄清楚各定理的本質(zhì)，學(xué)習(xí)起來也不難。如質(zhì)點動力學(xué)方程、動量定理和動能定理等定理都是在牛頓第二定律，即力與加速度關(guān)系定律基礎(chǔ)上推導(dǎo)而來。達朗貝爾原理用靜力學(xué)方法求解動力學(xué)問題，虛位移原理用分析的方法來研究任意質(zhì)點系的平衡問題。上述三部分內(nèi)容我們通常按由易到難的順序講解，即靜力學(xué)→運動學(xué)→動力學(xué)，但這種的學(xué)習(xí)會使學(xué)生在學(xué)習(xí)理論力學(xué)時產(chǎn)生一種錯誤的理解，不管物體處于何種運動狀態(tài)，都會習(xí)慣性認為物體在力系作用下是平衡的，因而只采用平衡條件求解約束力。而平衡只是物體機械運動的一種特殊情形。因此，靜力學(xué)中只重點講授物體的受力分析，對于力系的平衡條件及其應(yīng)用放在動力學(xué)中作為物體的一種特殊運動來學(xué)習(xí)。例如：質(zhì)心運動定理和剛體定軸轉(zhuǎn)動微分方程結(jié)合起來，可解決所有機械運動的物體力和運動之間的問題。

2.2 理論力學(xué)教學(xué)手段的改革

教學(xué)過程中，可以把現(xiàn)代教學(xué)方法與傳統(tǒng)教學(xué)模式有機地結(jié)合起來。在當(dāng)前教學(xué)中廣泛運用多媒體等現(xiàn)代化教學(xué)媒介，在理論力學(xué)課時比較少的前提下，采用多媒體教學(xué)手段，就省去了黑板板書繁雜的理論推導(dǎo)，這使整個課堂教學(xué)內(nèi)容重點突出；同時，多媒體教學(xué)可將機構(gòu)運動和工程實例等生動直觀地表現(xiàn)出來，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣提高。傳統(tǒng)的黑板板書在現(xiàn)行教學(xué)中仍有其不可替代的優(yōu)勢。對于理論力學(xué)課程中的重點和難點問題，可采用傳統(tǒng)黑板板書。如靜力學(xué)中對物體受力分析、如何畫出受力圖這一部分內(nèi)容，為規(guī)范力的分析和表示，對于復(fù)雜的物體系統(tǒng)受力分析，可以取分離體，并分別加上主動力和約束力，從而表現(xiàn)出物體完整的受力圖；運動學(xué)中若分析點的合成運動，在黑板上畫出動點的各個速度和加速度的大小及其力的方向；在對剛體慣性力系進行簡化分析時，可以用傳統(tǒng)的教學(xué)講解法，更能便于學(xué)生了解并掌握學(xué)習(xí)中的重點和難點內(nèi)容，并將其應(yīng)用于工程學(xué)實際問題中。

同時，課余為便于學(xué)生學(xué)習(xí)、教師學(xué)生的溝通，建立了校級理論力學(xué)精品課程網(wǎng)站，通過網(wǎng)絡(luò)平臺實現(xiàn)資源共享與信息互動，在網(wǎng)絡(luò)課堂上告知學(xué)生每章知識點，進行事先的預(yù)習(xí)和課后的答疑。

2.3 理論力學(xué)教學(xué)方式的改革

傳統(tǒng)的教學(xué)模式是“以教師為中心”。在日常教學(xué)中，很多教師都會不自覺地采用“滿堂灌、填鴨式”的方式，但教學(xué)效果通常不盡如人意。在教學(xué)過程中，應(yīng)始終堅持“以學(xué)生為本，以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，實踐多種不同教學(xué)方法，如任務(wù)驅(qū)動式、啟發(fā)式、參與式、案例式、項目式教學(xué)法等。這些教學(xué)法均能有效地發(fā)揮學(xué)生的主動性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。例如在參與式教學(xué)中，教師先對理論內(nèi)容進行重點講解，然后選用工程實例讓學(xué)生進行獨立分析并可以成立小組進行問題的討論，尋求解決問題的辦法，參與到教學(xué)活動。當(dāng)然不同章節(jié)內(nèi)容，可靈活運用不同的教學(xué)法。對于摩擦來說，以腳踏車的前后輪為例，讓學(xué)生參與教學(xué)，以便分析摩擦力的方向和大??；對于動量矩定理來說，可以把花樣滑冰中的旋轉(zhuǎn)和拋跳等動作作為實例，運用討論式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生思考和討論；而對于動力學(xué)普遍定理綜合運用實例，就可以采用啟發(fā)式教學(xué)模式，讓學(xué)生學(xué)會一題多解，用于提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

近三年來，理論力學(xué)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和教學(xué)方法等改革措施，在我院土木工程專業(yè)從2012至2014級三個年級數(shù)百人進行教學(xué)實踐，2012級學(xué)生理論力學(xué)期末考試成績通過率50.8%，而2013級通過率為65.2%，2014級的通過率達到72.3%，學(xué)生成績有了明顯提高，可見改革的措施行之有效，取得了預(yù)期的教學(xué)效果。

3 結(jié)語

獨立學(xué)院學(xué)生與母體學(xué)校學(xué)生在生源質(zhì)量上存在明顯的差異，學(xué)習(xí)基礎(chǔ)比較差，學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力差。而理論力學(xué)課程結(jié)構(gòu)嚴密，邏輯性強，需要前期課程如數(shù)學(xué)、物理學(xué)習(xí)有一定基礎(chǔ)。結(jié)合獨立院校學(xué)生的自身特點，因材施教，加強教學(xué)內(nèi)容和方法的改革，培養(yǎng)并提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)和解決實際問題的能力，逐步形成適合獨立學(xué)院學(xué)生的教育教學(xué)形式。

基金項目：湖南省普通高等學(xué)校教學(xué)改革研究項目（湘教通[2013]223號）

注釋

① 教育部令第26號.獨立學(xué)院設(shè)置與管理辦法[Z].2008.

② 康穎安，卿上樂，夏平.基于“卓越工程師”培養(yǎng)的理論力學(xué)教學(xué)改革的思考[J].湖南工程學(xué)院學(xué)報（社會科學(xué)版），2011.21（1）：102-104.

③ 程玉蘭，康穎安，胡鳳蘭等.提高學(xué)生對理論力學(xué)學(xué)習(xí)興趣的探索與實踐[J].新校園，2014.8：21-22.

④ 康穎安，卿上樂，劉紅石等.獨立學(xué)院材料力學(xué)課程教學(xué)探索[J].課程教育研究，2014.21（10）：240-241.