盛國剛 鄧軍 李學(xué)罡

［摘要］本文以理論力學(xué)課程為對(duì)象，通過學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、強(qiáng)化理論力學(xué)實(shí)踐性和趣味性教學(xué)以及網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)教學(xué)平臺(tái)，對(duì)如何提高學(xué)生素質(zhì)教育水平進(jìn)行了一系列的探討和實(shí)踐。

［關(guān)鍵詞］理論力學(xué)素質(zhì)教育自主學(xué)習(xí)實(shí)踐性趣味性

［中圖分類號(hào)］G642.3［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A［文章編號(hào)］2095-3437（2014）06-0113-02

理論力學(xué)是我校道路、橋梁、建筑、水利、機(jī)械及其相關(guān)專業(yè)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，為培養(yǎng)學(xué)生的工程師素質(zhì)并為后繼課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)起著關(guān)鍵的作用。筆者結(jié)合我校對(duì)人才培養(yǎng)定位實(shí)際情況，即面向基層，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的應(yīng)用型人才，就如何通過理論力學(xué)課程對(duì)學(xué)生開展素質(zhì)教育，進(jìn)行了初步的研究和探討。

一、改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，注重學(xué)生課堂自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)

在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，老師專注于給學(xué)生講授，學(xué)生完成聽課、作業(yè)和考試三個(gè)環(huán)節(jié)的任務(wù)，老師講得辛苦，學(xué)生學(xué)得枯燥，沒有溝通、交流和反饋，以至于不少學(xué)生對(duì)理論力學(xué)課程提不起興趣，收獲可想而知，有些學(xué)生考試時(shí)就連及格都難得到保證。在這種學(xué)習(xí)環(huán)境下，學(xué)生處于一種被動(dòng)接受知識(shí)的狀態(tài)，背概念、公式，強(qiáng)記老師講解的例題，舉一不能反三，老師講得細(xì)而全，學(xué)生沒有自己的思考、琢磨和總結(jié)。通過這種方式獲取的知識(shí)，并不能夠促進(jìn)學(xué)生素質(zhì)和能力的提高。自主學(xué)習(xí)就是通過老師的引導(dǎo)、啟發(fā)，自覺、主動(dòng)地獲取知識(shí)，在掌握課程知識(shí)的同時(shí)，提高自身分析問題和解決問題的能力。對(duì)于理論力學(xué)課程，要達(dá)到這一目標(biāo)，教師必須在有限的課堂時(shí)間內(nèi)，通過引導(dǎo)，讓學(xué)生弄清理論力學(xué)的一系列概念、公式所包含的知識(shí)點(diǎn)以及每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的形成過程、引入其實(shí)際背景，弄清已掌握的知識(shí)點(diǎn)與新知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)性、邏輯性以及每個(gè)知識(shí)點(diǎn)在工程實(shí)例和后續(xù)課程中的應(yīng)用情況。這樣學(xué)生不會(huì)再感覺到理論力學(xué)只有一些枯燥的概念和公式。同時(shí)老師通過營造一種和諧、愉快的課堂學(xué)習(xí)環(huán)境，鼓勵(lì)學(xué)生在課堂上大膽地思考和表達(dá)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。對(duì)于理論力學(xué)的一些公式，注重其背景和推導(dǎo)思路，淡化其具體的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程，根據(jù)公式讓學(xué)生找出量與量之間的關(guān)系并作定性分析。對(duì)于理論力學(xué)中的典型例題，僅提供幾種解題思路，讓學(xué)生自主選擇正確的或最佳的解題方案，最后老師點(diǎn)評(píng)并作總結(jié)。如在靜力學(xué)平衡問題中，對(duì)于一具體問題，研究對(duì)象的選取并沒有唯一的解答，如何選擇研究對(duì)象，使問題變得簡單清晰，這就需要學(xué)生在老師的指導(dǎo)下多思考，并鼓勵(lì)同學(xué)們?cè)谡n堂上提出不同的見解，對(duì)不同研究對(duì)象的選擇進(jìn)行比較分析。對(duì)于運(yùn)動(dòng)學(xué)中的點(diǎn)的合成運(yùn)動(dòng)這一內(nèi)容，需要老師基于“相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡明顯”這一基本法則，引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生通過典型實(shí)例，合理地選擇動(dòng)點(diǎn)、動(dòng)系，并讓學(xué)生在課堂上就相對(duì)運(yùn)動(dòng)的軌跡給出說明。對(duì)于合成運(yùn)動(dòng)中的加速度合成定理公式推導(dǎo)，主要讓學(xué)生弄清楚牽連運(yùn)動(dòng)為轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，為什么會(huì)有哥氏加速度？對(duì)于公式推導(dǎo)中的求導(dǎo)等數(shù)學(xué)計(jì)算過程，學(xué)生應(yīng)該自己很容易能夠明白。對(duì)于動(dòng)力學(xué)中的三大定理，通過物理課程的學(xué)習(xí)，已具備一定的基礎(chǔ)，主要引導(dǎo)學(xué)生從研究對(duì)象“質(zhì)點(diǎn)”如何拓展到研究對(duì)象為“質(zhì)點(diǎn)系（包括剛體）”。對(duì)于三大定理（質(zhì)點(diǎn)系）的公式推導(dǎo)，要求學(xué)生掌握共性和非共性的地方，同時(shí)通過引導(dǎo)，要求學(xué)生自己琢磨每一定理能夠解決什么類型的動(dòng)力學(xué)問題。通過一些典型實(shí)例，讓學(xué)生在課堂上思考討論，并發(fā)表自己得出的結(jié)論。

二、結(jié)合專業(yè)特色，融入實(shí)踐性教學(xué)內(nèi)容

理論力學(xué)是各工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程, 需要融入各專業(yè)課中, 同樣, 各專業(yè)課內(nèi)容也要融入理論力學(xué)課程中去。兩類學(xué)科的交叉與相溶應(yīng)是素質(zhì)教育改革的良好途徑。根據(jù)理論力學(xué)知識(shí)與不同大類專業(yè)（土木、機(jī)械、水利等）的融合, 加強(qiáng)工程概念和理論力學(xué)實(shí)踐性內(nèi)容, 在教學(xué)中增添具有工程背景的理論力學(xué)特色教學(xué)模塊。如橋梁專業(yè)，對(duì)不同的橋梁模型如梁橋、拱橋、懸索橋、斜拉橋等，進(jìn)行了力學(xué)性能的定性分析，而建筑工程專業(yè)對(duì)各種屋架結(jié)構(gòu)模型以及梁、柱、板、樁及其組合結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行力學(xué)性能的定性分析，機(jī)械類專業(yè)對(duì)各種典型機(jī)械模型（如發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、車床主軸的受力分析、行星齒輪減速器模型等）、工程機(jī)械模型（如起重機(jī)模型、壓路機(jī)模型、千斤頂模型）、各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)模型進(jìn)行靜、動(dòng)態(tài)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)分析。又如學(xué)生感興趣的艦載飛機(jī)，在飛機(jī)和彈射推動(dòng)力作用下，從甲板上起飛，需要的初始速度或需多長跑道，飛機(jī)在甲板上降落時(shí)阻攔索的作用、摩擦力做功以及降落速度、跑道長度等物理量之間的關(guān)系及其基本力學(xué)原理。對(duì)于水利類專業(yè)，對(duì)水壓力作用下的大壩、自動(dòng)水閘門、水力發(fā)電設(shè)備等模型進(jìn)行受力分析。為適應(yīng)不同專業(yè)的教學(xué)需要，建立不同的理論力學(xué)實(shí)踐性教學(xué)模塊內(nèi)容。當(dāng)然理論力學(xué)課程本身還不能直接應(yīng)用于工程問題，若要解決實(shí)際的工程問題，必須通過多學(xué)科知識(shí)的綜合運(yùn)用。實(shí)踐性教學(xué)的實(shí)施，可以鼓勵(lì)學(xué)生多觀察、多思考、多探討、多實(shí)踐，開拓了學(xué)生的思維、激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，并且有益于培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。

三、加強(qiáng)課外師生互動(dòng)，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主體作用

通過課外師生互動(dòng)，加強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主實(shí)踐的意識(shí)。建立多媒體網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)教學(xué)平臺(tái)，運(yùn)用圖片、動(dòng)畫向?qū)W生展示工程實(shí)例力學(xué)分析、仿真試驗(yàn)。如有影響的大型結(jié)構(gòu)物事故力學(xué)知識(shí)實(shí)例：美國911 事件中世貿(mào)雙塔倒塌的力學(xué)原理進(jìn)行分析，該次事件首先是撞擊，然后是火災(zāi)，簡要說明大樓倒塌的主要原因是內(nèi)部鋼梁上的防火物質(zhì)在高溫下被破壞，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載能力下降，大樓受到巨大的自身重力荷載而使結(jié)構(gòu)失去原有的靜力平衡狀態(tài)。人類的生存環(huán)境與力學(xué)知識(shí)息息相關(guān)的實(shí)例分析：1998年長江荊州段在第六次洪峰來臨時(shí)，預(yù)計(jì)水位要達(dá)到45 m 以上，要不要分洪就成為抗洪決策者面前的極為重大的問題。當(dāng)時(shí)力學(xué)工作者就是利用理論力學(xué)中的靜力平衡知識(shí)以及計(jì)算力學(xué)中的“有限單元法”，對(duì)大堤的安全系數(shù)進(jìn)行了精密的計(jì)算與分析，最后做出了正確的決策，既保證了長江堤壩的安全，也避免了有可能分洪造成的巨大損失，在關(guān)鍵時(shí)刻，力學(xué)為防洪立了一大功。體育運(yùn)動(dòng)與力學(xué)知識(shí)的關(guān)系也是非常密切的：跳高運(yùn)動(dòng)員過桿的姿勢(shì)分析、滑冰運(yùn)動(dòng)員原地轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的變化與其運(yùn)動(dòng)姿勢(shì)變化的關(guān)系。講解撞擊中心的概念時(shí)，引入網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員擊球的問題，根據(jù)來球的方向、擊球姿勢(shì)，分析球拍手柄對(duì)運(yùn)動(dòng)員手的沖擊，如何減少?zèng)_擊，這是一個(gè)典型的動(dòng)量和動(dòng)量矩定理綜合運(yùn)用的問題。乒乓球的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及運(yùn)動(dòng)軌跡分析問題，也是一個(gè)典型的理論力學(xué)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的綜合問題。通過大量來自于生活、來自于實(shí)際的力學(xué)現(xiàn)象分析，使學(xué)生在課外能自主實(shí)踐，自主學(xué)習(xí)。在教學(xué)平臺(tái)上介紹一些中外力學(xué)家的故事、力學(xué)與國防工業(yè)、國民經(jīng)濟(jì)相關(guān)的一些重大事項(xiàng)，讓學(xué)生更進(jìn)一步地認(rèn)識(shí)到掌握好力學(xué)知識(shí)的重要意義，例如：在2000年下半年，美國的三十幾個(gè)專業(yè)工程協(xié)會(huì)評(píng)出了20世紀(jì)對(duì)人類影響最大的20 項(xiàng)技術(shù)，力學(xué)在其中多項(xiàng)技術(shù)中起著重要的甚至是關(guān)鍵的作用，排在第一位的是電力系統(tǒng)技術(shù)，目前幾乎所有輸入電網(wǎng)的電力都是葉輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的，而葉輪機(jī)、發(fā)電機(jī)以及輸電線路的設(shè)計(jì)都離不開力學(xué)。根據(jù)《力學(xué)與實(shí)踐》等參考資料，編輯力學(xué)小問題，在互動(dòng)教學(xué)平臺(tái)上征集問題解答，并在網(wǎng)上或課堂上對(duì)解答進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，并在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上實(shí)時(shí)回答學(xué)生的疑問，讓學(xué)生與教師建立有效的互動(dòng)。通過網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)教學(xué)平臺(tái)，開闊了學(xué)生的學(xué)習(xí)思路，擴(kuò)大了學(xué)生的學(xué)習(xí)視野，同時(shí)也提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣與積極性, 啟發(fā)學(xué)生思維，激發(fā)求知欲望。

四、結(jié)語

理論力學(xué)課程的素質(zhì)教育，需要教師付出很多時(shí)間和精力，教師自身素質(zhì)的提高，是提高學(xué)生素質(zhì)教育水平的根本因素之一。今后應(yīng)加強(qiáng)理論力學(xué)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，進(jìn)一步豐富和完善理論力學(xué)課程素質(zhì)教學(xué)內(nèi)容。

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［責(zé)任編輯：左蕓］