理论力学教学改革的尝试与体会

理论力学教学改革的尝试与体会

【摘要】我校目前工科讲授的理论力学是哈尔滨工业大学编写的教材，该教材在我校已使用多年，就该教材的教学内容，教学方法，教学过程及教学手段等问题，并结合我校的实际教学情况，提出了一些看法及本人的一些体会。

【关键词】理论力学；教学方法；教学改革；教学效果

随着当前科学技术的不断发展和改革开放的不断深入，社会对人才的培养提出了更高的要求。作为培养人才的基地——高等学校，必须加强对大学生的素质教育，加强对大学生的综合能力培养。结合理论力学教材特点，在教学内容调整的基础上，又结合本校学生的特点对教学方法及教学手段进行改革尝试。

1 明确课程特点与学生特点

理论力学是大学生遇到的第一门专业技术基础课程，它是培养大学生综合运用能力，培养学生分析解决工程实际能力。在理论力学讲授之前学生学得是数学，物理，化学等各门基础理论课，而在理论力学之后学得是材料力学，结构力学，机械零件设计等各门专业课程。所以理论力学是工科院校培养教育中的第一个重要的转折点，即由偏重基础理论培养向偏重工程实际培养的重要转折点。

哈尔滨工业大学编写的理论力学最新版即第七版对原有的教学内容进行了适当的调整，同时也增加了部分新内容。该教材最突出的特点是理论性强，信息量大，题目新颖，并注重联系工程实际。这对培养学生逻辑思维能力，综合运用能力颇有好处。

虽然理论力学的定律和定理为数不多，但却得到各种不同的，广泛的运用。对于学习理论力学的学生来说，最大的困难在于运用理论中的定律去解决具体的工程实际问题。而在理论力学的教学过程中，学生普遍反映的是理论性特强，难以看懂，难以理解。同时近几年来理论力学课时大幅度压缩，高等学校连续扩招，导致教学质量连续下滑。基于以上原因，并结合本校的实际教学情况，本人在理论力学实际教学过程中对部分教学内容进行适当调整，对教学方法和教学手段进行了尝试性地改革，通过调整，改革后，教学效果十分显著，教学质量明显回升。

2 教学内容适当地调整

教学内容的调整必须以基本内容为核心，并根据学生的实际情况而定。在实际教学过程中不过分地追求理论的纵向完美，而是注重讲述力学基本概念，注重讲述如何应用理论去解决工程实际问题。

理论力学中静力学第一章节中的力矩及力偶矩的性质内容不做详细教授，只是讲授它的转向及数值的性质。学生在大学物理中已学过。而是在第二章节中的力偶系的简化中给予复习。经过教学实践证明，这种讲授是完全可行的。物体系

统平衡问题对工科学生而言，这部分内容具有极其重要的工程实际意义。应重点讲授如何使用平衡方程去解决具体实际问题。对摩擦平衡问题重点讲授，重点讲授摩擦角与自锁现象，滚动摩擦等概念。

理论力学运动学中点的一般运动章节不直接给学生讲授（大学物理已学过），可以在点的复合运动及刚体平面运动章节中的例题或习题中给予复习。对于刚体的空间运动章节可以根据专业的需要进行讲授。该教材在理论分析及公式推导过程中多采用矩阵及变矢量求导计算或表示。变矢量求导学生在数学中也没用学过，矩阵方面知识也只是刚刚开始接触，还正在学习之中。所以学生普遍反映理论力学课听不懂，教材看不明白。针对这种情况，本人对教材中的某些理论分析及其公式推导仍采用传统教材讲授，学生普遍良好，教学效果非常明显。点的复合运动中牵连运动为定轴转动时点的加速度合成定理的证明一节在实际教学中不做详细推导。因为变矢量求导学生没学过，即使以前给予详细推导，学生也是似懂非懂，效果不大。重点讲授科氏加速度的物理意义，并结合实际例子来说明科氏加速度产生的原因，以及重点讲授科氏加速度在工程实际中的运用。

理论力学教材中的质点系动量定理，质点系动量矩定理，质点系动能定理即动力学三大定理，三大定理中的有关内容可以进行综合讲授（大部分内容大学物理已学过）。重点讲授刚体定轴转动微分方程，刚体平面运动微分方程，刚体平面运动的动能及其在工程实际中的运用。该教材的特点是例题少，解答不详细，习题难度大，远远满足不了教学需要。在实际教学中对重点，难点内容讲授，列举大量具有代表性的工程实际范例，进行分析，解答。着重培养学生解决工程实际问题能力。

3 重点讲授基本概念，解题思路，发展动向

在实际教学过程中，重点讲授基本概念，解题思路，发展动向，尽量避免大段的公式推导或大量材料的堆砌。例如在讲授动力学中拉氏方程一节，由动力学普遍方程出发，公式推导也特别多。本人在讲课时采用了两步走的办法。

第一步——动力学普遍方程在广义坐标中的表达式：

广义主动力与广义惯性力相平衡

Q■+Q■*=0 （j=1，2，‥‥‥‥，n）

第二步——广义惯性力用动能表达

Q■*=-■■+■

由此得拉氏方程

■■-■=Q■ （j=1，2，‥‥‥‥，n）

有些次要细节推导则完全可以删除，如两个拉格朗日关系式，只写出来再说一句“利用直接代入可以容易的证明”即可。这样推导拉氏方程不仅思路清晰，而且为后面对拉氏方程的分析打下良好的基础。

4 教学方法的改革

打破传统的教师将知识单向输入给学生的教学体系，建立知识反馈交流系统。要实现这一点，教师应给学生创造一个宽松的学习环境，与学生建立情感和谐的关系，特别是理论力学课程的难点内容，这个方法尤为重要。例如，学生对于“刚体平面运动微分方程，虚位移原理”等内容比较难掌握，教师在课堂上花了很多时间进行讲解，学生也似乎听懂了，但学生并不能很好去应用。通过多次反馈交流，教师不断地根据反馈信息及时给予引导，效果比较显著。

图1

在教学过程中，真正以学生为中心，强调学习的积极性，主动性以及教师的引导作用。过去将例题讲得过细以及重理论讲解的思想使得学生无需“消化”就“吸收”，处于被动接受的地位。现在课程理论部分精讲，例题仅讲解题思路。同时在课堂上引入一些工程应用的具体实例，科学研究中抽象出来的理想力学模型和各院校的考研试题等信息，提高学生的学习积极性。为了活跃课堂气氛，教师提出一些问题可以让学生回答。对所提出的问题应该符合学生的实际，又能引起学生的兴趣，最好问题来源于日常生活，工程实际或科学发展。

5 结束语

在理论力学多年的教学过程中，不断地改革教（下转第257页）（上接第167页）学方法，不断地合理地调整教学内容。这样讲授不但消除了学生对理论力学的恐惧感，而且大大地提高了学生对学习的兴趣。使学生由过去的被动学习转变为主动学习，真正使学生做到了学会学习。这样的教学方法，教学效果十分明显，在每年的理论力学全校统考中，本人所带的班级总是名列前茅。多次荣获《理论力学》优秀教学质量一等奖。

【参考文献】

[1]张速，吕晓棠.理论力学[M].武汉：武汉大学出版社，2013.

[2]哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学[M].北京：高等教育出版社，2009.

[3]贾书惠.搞好课堂教学的几个基本问题[J].力学与实践，2002（2）：50-52.