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(yè)基礎課程，其教學效果對后續(xù)專業(yè)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(xiàn)狀，結(jié)合應用型高校的培養(yǎng)目標，從優(yōu)化教學內(nèi)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(yǎng)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(guān) ? ?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(shù)理工科專業(yè)的一門重要技術(shù)基礎課，不僅是學習材料力學、機械設計、結(jié)構(gòu)力學、斷裂力學等一系列后續(xù)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(yǎng)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(nèi)容多，如何在有限的學時內(nèi)充分調(diào)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(guān)鍵。

一、教學內(nèi)容

理論力學主要包括靜力學、運動學和動力學三部分內(nèi)容，各部分知識層層遞進、環(huán)環(huán)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(nèi)容進行相應的調(diào)整，這里的調(diào)整不是簡單的刪減，而是根據(jù)學生專業(yè)要求、后續(xù)專業(yè)課程及將來的工作需求進行調(diào)整?？梢赃m當?shù)匮a充一些拓寬學生知識面、提高學習興趣的內(nèi)容，刪除一些在后續(xù)課程中重復出現(xiàn)的內(nèi)容或工程實際中應用較少的內(nèi)容，譬如對于土木工程專業(yè)，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(nèi)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(yè)相關(guān)性較大的理論力學知識點上?？偠灾?，應本著培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，課程內(nèi)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(tǒng)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(jié)合應用型本科院校培養(yǎng)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(jù)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(nèi)容，并有效控制討論過程中可能出現(xiàn)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(jié)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(fā)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(jié)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(tǒng)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(jié)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(guān)鍵與本質(zhì)，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(xù)專業(yè)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(jié)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(yǎng)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(jié)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(jié)構(gòu)，對桁架結(jié)構(gòu)常用的力學分析方法進行講解，并將受力分析的結(jié)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(shù)值模擬技術(shù)引入理論力學課堂。通過有限元建模、計算分析和結(jié)果云圖的繪制，將抽象的力學概念和理論轉(zhuǎn)化為直觀形象的圖形，可以很好地激發(fā)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(guān)知識點，還為培養(yǎng)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(jié)點法求解，可以得到圖4所示的內(nèi)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(jié)構(gòu)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?qū)W生展示結(jié)構(gòu)的整個受力變化過程。從圖4和圖6的結(jié)果對比，學生可以清楚地看到有限元計算的結(jié)果與理論計算的結(jié)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(nèi)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(jīng)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(yè)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?qū)W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(yè)，只有通過分析解決問題，才能真正掌握課程基本內(nèi)容，才能培養(yǎng)自己的思維能力。教師則要認真批改作業(yè)，根據(jù)學生作業(yè)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(yè)中易出錯的部分進行講評，總結(jié)出錯原因。

理論力學是一門理論性強且抽象的技術(shù)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(jié)合學時少的教學現(xiàn)狀和應用型人才的培養(yǎng)目標，通過調(diào)整教學內(nèi)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(yǎng)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(yè)大學學報（社會科學版），2017，34（4）：75-77.

編輯 李 靜