物理學(xué)專業(yè)理論力學(xué)課堂教學(xué)改革的探索①

陳靜 范潔慧 華正和 李清波

摘? 要：理論力學(xué)是高等院校學(xué)生的基礎(chǔ)理論課程，培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維與嚴(yán)密的邏輯推理能力，為后續(xù)理論課程學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。隨著理工科院校的教學(xué)改革，理論力學(xué)的教學(xué)課時(shí)大大縮減，這給課堂教學(xué)提出了新的挑戰(zhàn)。論文結(jié)合理論力學(xué)的教學(xué)實(shí)踐從教學(xué)內(nèi)容的整合、專題內(nèi)容分析、案例式教學(xué)、多種教學(xué)手段相結(jié)合等方面作了課堂教學(xué)改革的探索。

關(guān)鍵詞：理論力學(xué)? 力學(xué)? 課堂教學(xué)? 教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2020）07（a）-0136-03

Exploration on the Reform of Classroom Teaching in Theoretical Mechanics of Physics Specialty

CHEN Jing? FAN Jiehui? HUA Zhenghe? LI Qingbo

（Department of Physics and Electronic Electrical Engineering，Huaiyin Normal University，Huai'an Jiangsu Province，223300 China）

Abstract： Theoretical mechanics is a basic theoretical course for college students. It aims to foster the abstract thinking and strict logical reasoning ability of the college students， and lay a solid foundation for subsequent theoretical course. With the teaching reform of science and engineering colleges， the teaching hours of theoretical mechanics have been greatly reduced， which is a great challenge to classroom teaching. Combining with the teaching practice of theoretical mechanics， this paper explores the reform of classroom teaching from the integration of teaching contents， analysis of thematic contents， case teaching method and application of various teaching methods.

Key Words： Theoretical mechanics; Mechanics; Classroom teaching; Teaching reform

1? 根據(jù)學(xué)生專業(yè)特點(diǎn)，整合教學(xué)內(nèi)容

理論力學(xué)是高等院校學(xué)生的基礎(chǔ)理論課程，培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維與嚴(yán)密的邏輯推理能力，為后續(xù)理論課程學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。在課堂教學(xué)過(guò)程中應(yīng)盡可能做到：一是重復(fù)的內(nèi)容簡(jiǎn)要講解。例如：物體重心的概念，重心位置的計(jì)算在高等數(shù)學(xué)、力學(xué)、理論力學(xué)課程都有詳細(xì)介紹和舉例。經(jīng)過(guò)高等數(shù)學(xué)和力學(xué)的學(xué)習(xí)，學(xué)生基本已經(jīng)掌握了確定重心的計(jì)算方法，理論力學(xué)的教學(xué)過(guò)程中只需簡(jiǎn)單扼要的介紹公式即可。二是根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)，分層次教學(xué)。學(xué)生從中學(xué)開始接觸力學(xué)，在不同時(shí)期對(duì)于同一問(wèn)題的理解水平也是不同的。在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)清楚目前學(xué)生的認(rèn)識(shí)水平處于什么樣的層次，分層次教學(xué)。如牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用。在中學(xué)物理中，只需要掌握一維直線運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的處理;在大學(xué)力學(xué)課程中，采用矢量運(yùn)算和微積分的數(shù)學(xué)工具利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決物體運(yùn)動(dòng)問(wèn)題;在理論力學(xué)課程中，采用求解運(yùn)動(dòng)微分方程的方法解決物體運(yùn)動(dòng)問(wèn)題。所以，在課堂教學(xué)過(guò)程中應(yīng)抓住各層次學(xué)生的特點(diǎn)，分重點(diǎn)講解，避免簡(jiǎn)單的重復(fù)。三是重點(diǎn)的內(nèi)容分解講解。一些重要的內(nèi)容在力學(xué)和理論力學(xué)課程都做了詳細(xì)介紹，例如：在剛體力學(xué)中，定軸轉(zhuǎn)動(dòng)和平面平行運(yùn)動(dòng)是重要部分，而且對(duì)學(xué)生而言是全新的知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生理解起來(lái)比較困難。如果在力學(xué)和理論力學(xué)教學(xué)中這兩方面都同時(shí)花大量時(shí)間講解，必然導(dǎo)致課時(shí)緊張，教學(xué)效果得不到保障。所以，課堂教學(xué)中可以將這部分內(nèi)容分解在兩門課程中完成，在力學(xué)授課中以定軸轉(zhuǎn)動(dòng)問(wèn)題為重點(diǎn)，平面運(yùn)動(dòng)只作簡(jiǎn)單介紹;在理論力學(xué)教學(xué)中，重點(diǎn)講解平面運(yùn)動(dòng)。這樣既可以節(jié)約兩門課程的課時(shí)，同時(shí)又減輕學(xué)生學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，更容易掌握重點(diǎn)內(nèi)容。

2? 專題內(nèi)容分析，構(gòu)建系統(tǒng)的知識(shí)體系

理論力學(xué)概念多，理論性強(qiáng)，數(shù)學(xué)推導(dǎo)繁瑣。因此幫助學(xué)生建立系統(tǒng)的知識(shí)體系，對(duì)整體知識(shí)結(jié)構(gòu)有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)，再理解和記憶就容易多了。同時(shí)也能快速地了解能力薄弱環(huán)節(jié)，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為有目的的主動(dòng)學(xué)習(xí)。在理論力學(xué)的課堂教學(xué)中，可以以專題的形式幫助學(xué)習(xí)建立知識(shí)體系。理論力學(xué)第一章質(zhì)點(diǎn)力學(xué)，第二章質(zhì)點(diǎn)組力學(xué)對(duì)同樣內(nèi)容的學(xué)習(xí)，在課堂教學(xué)中，一方面，列舉實(shí)例強(qiáng)調(diào)應(yīng)用解常微分方程的數(shù)學(xué)處理方法，避免與力學(xué)內(nèi)容重復(fù);另一方面，更重要的是幫助學(xué)生梳理這部分的知識(shí)點(diǎn)，總結(jié)求解動(dòng)力學(xué)的方法。很多問(wèn)題既可以用牛頓運(yùn)動(dòng)定律建立二階微分方程，也可以用三大定理和三大守恒定律求解，對(duì)每一種方法的典型例題做歸納總結(jié)，使學(xué)生對(duì)定理和定律的應(yīng)用有清晰的認(rèn)識(shí)。在課堂教學(xué)中，需要加強(qiáng)這部分的總結(jié)，結(jié)合第一章的加速平動(dòng)非慣性系，建立加慣性力解決非慣性系動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的思路，結(jié)合第三章剛體力學(xué)，總結(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)參考系中慣性力的具體形式。通過(guò)專題內(nèi)容分析使學(xué)生前后聯(lián)系起來(lái)，加深學(xué)生對(duì)專題問(wèn)題的理解。

3? 案例式教學(xué)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

案例式教學(xué)將課堂教學(xué)內(nèi)容與生活實(shí)際緊密關(guān)聯(lián)，強(qiáng)化應(yīng)用，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。比如行星運(yùn)動(dòng)問(wèn)題貫穿于牛頓力學(xué)整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程。力學(xué)課程中將地球軌道近似為圓軌道，粗略給出萬(wàn)有引力公式;在理論力學(xué)中采用極坐標(biāo)系，從開普勒三定律給出萬(wàn)有引力定律和行星運(yùn)動(dòng)軌道特點(diǎn);接著又考慮太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)對(duì)行星運(yùn)動(dòng)軌道的影響和修正。課堂教學(xué)時(shí)可以進(jìn)一步深化這個(gè)實(shí)例：在相對(duì)運(yùn)動(dòng)部分，以地球?yàn)橛^察點(diǎn)，通過(guò)太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)軌道解釋黃道面，春分點(diǎn)秋分點(diǎn)等現(xiàn)象;也可結(jié)合轉(zhuǎn)動(dòng)參考系，說(shuō)明地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的影響。通過(guò)對(duì)這些實(shí)例的分析，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)將牛頓力學(xué)整個(gè)內(nèi)容串接起來(lái)，使學(xué)生更容易理解課程內(nèi)容。

4? 注重多種教學(xué)手段的綜合運(yùn)用

理論力學(xué)課程比較抽象，很多學(xué)生學(xué)起來(lái)吃力，另外由于課時(shí)少，教師經(jīng)常趕教學(xué)進(jìn)度，上課缺少趣味性，更使學(xué)生感到枯燥，疲于應(yīng)付。因此，在課堂教學(xué)中需注重多種教學(xué)手段，考核方式的綜合運(yùn)用，以達(dá)到更好的教學(xué)效果。

4.1 多媒體教學(xué)

理論力學(xué)課程研究的是宏觀物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)，無(wú)論是靜力學(xué)還是動(dòng)力學(xué)都包含大量的受力分析圖，若將受力分析、運(yùn)動(dòng)分析、工程實(shí)例等采用視頻、動(dòng)畫、圖片、聲音等方式以多媒體課件呈現(xiàn)出來(lái)，既可節(jié)省課時(shí)又能直觀生動(dòng)地將課程內(nèi)容傳遞給學(xué)生，授課的信息量可顯著增大。但現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)也有其弊端，一味地應(yīng)用多媒體課件教學(xué)，可能會(huì)使部分學(xué)生感覺(jué)翻頁(yè)過(guò)快，應(yīng)接不暇，上一頁(yè)還未搞懂，新的一頁(yè)又出現(xiàn)了，所以，在講到有一定難度的內(nèi)容時(shí)，仍需和傳統(tǒng)教學(xué)手段結(jié)合并用，在黑板上給出推導(dǎo)思路、重要公式、重要結(jié)論、定理等，可加深學(xué)生對(duì)該課時(shí)內(nèi)容的印象，也方便學(xué)生課后復(fù)習(xí)。

4.2 利用翻轉(zhuǎn)課堂式教學(xué)

隨著互聯(lián)網(wǎng)、信息化時(shí)代的到來(lái)，教育教學(xué)也應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)。因此理論力學(xué)除了傳統(tǒng)的課堂教學(xué)以外，還可利用慕課資源和翻轉(zhuǎn)課堂技術(shù)，使在線學(xué)習(xí)與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合。選取部分課程內(nèi)容要求學(xué)生利用在線教學(xué)資源，課外提前完成一定的視頻課程學(xué)習(xí)，歸納總結(jié)知識(shí)點(diǎn)，課堂上以小組合作的形式開展課堂討論，完成知識(shí)內(nèi)化。這種翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方式以學(xué)生為中心，根據(jù)學(xué)生個(gè)體情況進(jìn)行因材施教，能及時(shí)結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)情況在平臺(tái)上進(jìn)行討論，為學(xué)生答疑，為課堂教學(xué)提供保障。

4.3 加強(qiáng)習(xí)題練習(xí)

理論力學(xué)作為一門理論最終要指導(dǎo)、應(yīng)用于實(shí)踐的課程，一定量的習(xí)題練習(xí)和講解是必不可少的。但目前少課時(shí)的情況下，例題和習(xí)題的數(shù)量也不允許過(guò)多，應(yīng)當(dāng)盡可能在減少例題和習(xí)題數(shù)量的情況下提高例題和習(xí)題的質(zhì)量，選擇具有代表性的例題進(jìn)行課堂講解，使絕大多數(shù)學(xué)生能搞懂并融會(huì)貫通。

4.4 注重多元化的課堂考核過(guò)程

由于課堂教學(xué)內(nèi)容和形式多樣化，這就要求教師對(duì)該課程的考核多元化，除了傳統(tǒng)的側(cè)重于對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)和基礎(chǔ)方法及其應(yīng)用的學(xué)期閉卷考試外，還需加強(qiáng)課堂過(guò)程化考核，邊教學(xué)、邊考核、邊反饋。學(xué)生成績(jī)由“期末考試成績(jī)+平時(shí)成績(jī)”組成，其中平時(shí)成績(jī)包括課程作業(yè)、考勤和翻轉(zhuǎn)課堂的考核，體現(xiàn)考核的多元化和過(guò)程化。翻轉(zhuǎn)課堂的考核分為課后視頻課程考核和課堂討論考核，視頻課程考核主要是督促學(xué)生自主學(xué)習(xí)，對(duì)學(xué)生的線上自學(xué)情況及時(shí)評(píng)價(jià)，采用在線測(cè)試的形式進(jìn)行考核。課堂討論考核注重學(xué)生的課堂互動(dòng)參與度、課程討論內(nèi)容的實(shí)施過(guò)程和完成度、小組成員的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等，結(jié)合組內(nèi)評(píng)價(jià)和組間評(píng)價(jià)進(jìn)行考核。

5? 結(jié)語(yǔ)

總之，由于目前理論力學(xué)課時(shí)的大量壓縮，必須對(duì)課堂教學(xué)進(jìn)行改革，提高課堂教學(xué)的效率。我們分別從以下幾方面進(jìn)行細(xì)致探討和研究：教學(xué)內(nèi)容的整合，更好地把握普物力學(xué)和理論力學(xué)之間的銜接關(guān)系;專題內(nèi)容分析，幫助學(xué)生構(gòu)建知識(shí)體系，學(xué)好理論知識(shí);進(jìn)行案例式教學(xué)，將教學(xué)內(nèi)容串接起來(lái)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;多種教學(xué)手段的靈活運(yùn)用等，并將其付諸于教學(xué)實(shí)踐中，已取得較好的教學(xué)效果。當(dāng)然理論力學(xué)教學(xué)改革是一個(gè)持續(xù)的探索過(guò)程，在教學(xué)實(shí)踐中我們?nèi)孕杞Y(jié)合學(xué)生的特點(diǎn)不斷地探索和創(chuàng)新，希望能達(dá)到更好的教學(xué)效果，完成創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。

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