应用型人才理论力学课程教学改革与实践

摘 要 针对应用型人才的培养目标，以理论力学教学为例，教学内容上从培养学生实践创新能力方面入手，增加机构认知课程和以工程案例为载体的全过程习题课，注重理论与实践结合；教学方法上从如何组织讲课用语和如何导入抽象知识点两方面探讨教学方法的科学合理设计，体现教学的趣味性和学生的主体地位。

关键词 应用型 理论力学 教学改革

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2017.02.054

Abstract According to the training target of applied talents， the teaching of theoretical mechanics as an example， the teaching content from the aspects of cultivating students' practical innovation ability， increase cognitive courses and exercises the whole process with the engineering case as the carrier， pay attention to the combination of theory and practice； rational design of two teaching methods on how to organize lectures from the language and how to import abstract knowledge on teaching methods of science， reflecting the interest of teaching and students' subject status.

Keywords applied； Theoretical Mechanics； teaching reform

0 前言

“理力学”是一门理论性很强的专业基础课，是研究物体机械运动规律的科学。教学中需要从经验或实验归纳出的基本公理或定律出发，经过数学演绎得出物体机械运动的一般规律和具体问题的解决办法。应用型人才培养，要求学生除了需要扎实的理论基础外，还需具备分析和处理实际问题的能力。理论力学的教学也应该围绕这一培养目标展开。笔者在多年的理论力学教学中发现，应用型人才在理论力学教学上过分依赖于研究型大学的教学模式，教学内容设计上过分强调课程体系的完整性，理论推导多，实践少；教学上缺少以学生为主体的灵活、多样的教学方法。文章以理论力学教学为例，从教学内容、方法上探讨适合应用型人才发展目标的理论力学教学模式。

1教学内容的改革

应用型人才的培养目标要求“理论力学”的教学内容应该以培养技能型人才为主。教师在教学过程中应更注重对学生实践创新能力的培养，注重对教学内容的科学合理设计。①

1.1 合理设计教学内容

理论力学在内容上分成：静力学、运动学、动力学三部分。“受力分析”是物体系统平衡问题和后续“材料力学”课程的基础。学生作业中发现，学生们在学习约束反力、受力分析这一部分内容时问题较多，有必要增加这一部分的作业讲解。

从绝大多数应用本科院校机械类学生教学计划上看，学生们在学习理论力学之前，并没有学过机构运动知识，而在运动学部分需要大量引用四连杆机构的运动作为实例，学生们一开始接触机构难免有些摸不着头脑，所以在运动学授课之前设计机构认知的内容是很有必要的。

动力学中的三大定理在“大学物理”已经学习了，部分内容存在重复，适当减少动力学部分的讲解。课程结束后，增加以工程案例为主的全课程大习题课。巧妙选择、设计习题，把整个课程的静力学、运动学和动力学知识串联起来，让学生对课程有一个系统的认识，实现对学生创新实践能力的培养。

1.2 教学内容设计实践

以我校机械类本科64学时的理论力学为例，课程内容增加静力学内容，运动学部分学时不变，适当减少动力学部分的学时。把静力学部分由原来的22学时增加为24学时，增加的2学时内容主要放在静力学工程实例上；运动学部分增加1学时四连杆机构的实例展示，减少1学时“牵连运动为定轴转动”的内容，课时安排上仍然是原来的18学时；动力学部分由原来的24学时减少为20学时；课程讲解完毕，设计2学时的与专业相关的工程案例作为全课程大习题课，如表1。

在教学实践中发现，按照新设计的教学内容开展教学，教师普遍反映好教了，学生们普遍反映好学了。

2 教学方法的改革

“授人以鱼不如授人以渔”，教给学生学习和研究的方法，比教会他们定理、公式更为重要。教师在教学过程中应该巧妙设计，突出以学生为主体的灵活、多样的教学方法。

2.1 巧妙组织讲课用语，做到言简意赅

自古以来，课堂教学靠的是口耳相传，传道、授业、解惑都离不开口语表达，教师语言修养的高低会对学生理解和消化知识点起到至关重要的作用，故教师语言艺术的重要性是毋庸置疑的。②

运动学部分大量利用几何法表达点的速度、加速度，由于学生数理知识的缺乏，往往对矢量图求解的办法难以着手，不知先画哪个量，后画哪个量。图1a，学生利用基点法求解B点速度的时候，对于的方向不好确定，讲授时可以把矢量图方法归纳为“一凑二确保”的五字法，所谓“凑”，是指假设的方向和已知的合成后能凑出水平方向的；所谓“确保”，是指检查矢量图，确保两个分矢量、在合矢量的两侧，图1b，甚至可以跟学生打比喻，“分矢量如同合矢量的卫兵，一边一个把合矢量保护起来”。这样讲解既缓和了课堂气氛，又能使学生轻松地接受新知识。

“一凑二确保”的办法在点的加速度合成定理中也同样适用，实践证明，有了@个口诀，学生接受起来更加容易了，也更愿意花时间去画矢量图，对于整篇运动学的学习也会保持较高的兴趣。

2.2 抽象知识点的引入要自然

理论力学教材中有些定义概念是比较生硬、抽象的，讲课时直接给出的话，学生们难免搞不清其真正的物理意义。比如讲动量矩时，大部分的教材都是直接给出动量矩的概念，学生学起来普遍感觉比较抽象、难以理解。讲授这一部分时要做到自然引入，笔者在讲述这部分内容的时候采用设问的方法。讲解前，先给学生播放一段均质轮绕质心转动的视频，如图2a。紧接着提问，众所周知，物体平动的运动强度可以用动量来描述，那么均质轮的转动强度用什么来描述呢？学生刚刚学过动量定理，很自然地会用动量来表达均质轮的转动强度。均质圆盘在力作用下转动起来，圆盘的动量，可实际上，即圆盘在转动。可见，用动量来描述圆盘的运动强度是行不通的，必须引入一个新的物理量来度量圆盘的转动效果。这个时候教师可以使用“类比法”。众所周知，力可以使刚体产生移动效果也可以使刚体产生转动效果，一般力矢量用来描述刚体的移动状态，用力矩用来描述刚体绕矩心的转动状态。根据动量定理，力矢量作用在刚体上，刚体的运动强度用动量来描述；既然力的转动效果用力矩来描述力，不难联系到描述力作用在刚体上的转动强度时可以动量来取矩，于是把这个描述刚体转动强度的物理量叫做动量矩，如图2b，用表示。用设问和类比的办法引入动量矩的物理意义学生接受起来比较自然，也比较好区别动量和动量矩的物理意义。

再比方说，讲到刚体平面运动微分方程时，先给学生播放一段圈操表演视频，然后提出问题：“体操运动员在进行圈操表演时，使圈高速转动，并在地面上向前抛出，不久圈可自动返回到运动员跟前，用什么力学原因解释？”配合引入的问题，精心设计例题，假设圈是均质的，给出质量、半径、圈心的初速度、初角速度、圈和地面间的摩擦系数。通过对圈的受力分析和运动分析，引出刚体平面运动微分方程这个知识点。

2.3 充分发挥案例化教学在培养应用型创新能力上的作用

为了更有效地实施案例教学，根据教学内容和学生专业选编教学案例，案例选择首先要充分考虑其工程性，所选择的案例应该具有一定的工程背景。针对教学中的重点和难点，利用一些小型的工程案例来说明知识点，使学生加强对知识的理解和掌握。另外虑案例的典型性，即所选案例应具有代表性并能充分体现力学课程的理论知识，围绕案例的核心理念，由浅入深地设计一系列的问题，引导学生去思考。

应用型人才要具备将专业知识转化为实际应用的能力，培养应用型人才的关键环节是培养具备整合、集成多学科的知识资源并创造性地提出解决问题方案的能力。劳伦斯认为：一个好的案例是一个把部分真实生活引入课堂，从而可使教师和全班学生对之进行分析和学习的工具。它是学术思绪驰骋的依据。③

3 小结

在应用型人才的理论力学课堂教学中，针对人才培养的特点从教学内容和教学方法两方面进行了改革，科学合理设计教学内容，增加了受力分析的讲授内容，重点增加机构认知方面的内容，增加以工程案例为载体的全课程习题课，培养了学生对课程的学习兴趣和对本专业的求知欲。教学方法方面，以学生为主体，从讲课用语和知识点引入两方面出发，注重教学方法的合理性，体现了教学的趣味性。

注释

① 唐静静，范钦珊.基础力学课程研究型教学方法的探索[J].力学与实践，2008.30（4）：89-90.

② 于月民.大学力学基础课实施案例教学的探索与实践[J].价值工程，2013（23）：225-226.

③ 郭涛.案例教学是促进教师成长的重要途径[J].西安教育学院学报，2003（12）：68.