康穎安　楊理誠(chéng)　劉紅石　譚加才

摘 要 文章對(duì)理論力學(xué)課程性質(zhì)及其重要性進(jìn)行闡述，結(jié)合獨(dú)立院校理論力學(xué)課程教學(xué)存在的問(wèn)題，提出改革的必要性，可以從教學(xué)內(nèi)容、手段和方法等三方面進(jìn)行較深入的教學(xué)改革，探索出適合獨(dú)立學(xué)院理論力學(xué)的教學(xué)形式，通過(guò)實(shí)踐證明教學(xué)改革取得一定的成效。

關(guān)鍵詞 獨(dú)立學(xué)院 理論力學(xué) 教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2015.12.058

Abstract Theoretical Mechanics Course explained the nature and importance， combined with independent theoretical mechanics Teaching Institutions problems put forward the need for reform， can be more in-depth teaching reform teaching content， means and methods in three areas， to explore independent Institute for theoretical Mechanics forms of teaching， teaching reform achieved some results by practice.

Key words independent college； Theoretical Mechanics； teaching reform

獨(dú)立學(xué)院的辦學(xué)定位于“如何培養(yǎng)高素質(zhì)的應(yīng)用型本科人才”。獨(dú)立學(xué)院的發(fā)展在擴(kuò)大高等教育資源、豐富專業(yè)人才培養(yǎng)方面起著重要作用。①湖南工程學(xué)院應(yīng)用技術(shù)學(xué)院的工科專業(yè)如土木工程和機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)即為國(guó)家與地方建設(shè)培養(yǎng)亟需的應(yīng)用型專業(yè)人才。

理論力學(xué)是一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課程，為材料力學(xué)、機(jī)械原理以及機(jī)械設(shè)計(jì)等后續(xù)的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。理論力學(xué)與工程實(shí)際緊密聯(lián)系，通過(guò)力學(xué)模型建立和研究力學(xué)中最普通的最基本的規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維方式和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。錢學(xué)森曾說(shuō)過(guò)“工程力學(xué)走過(guò)了從工程設(shè)計(jì)的輔助手段到中心主要手段的過(guò)程，不是唱配角而是唱主角了?！庇纱丝梢?jiàn)在工程領(lǐng)域力學(xué)學(xué)科的地位與其重要性。

理論力學(xué)課程的內(nèi)容體系成熟，其理論性、邏輯性和系統(tǒng)性較強(qiáng)，解題方法靈活多樣，同時(shí)力學(xué)模型較抽象，對(duì)于初學(xué)者不能與工程實(shí)際很好結(jié)合起來(lái)，因此學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中普遍感覺(jué)理論力學(xué)比較難。

獨(dú)立學(xué)院的教育教學(xué)理念與母體學(xué)校有所不同，如何在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)圓滿完成教學(xué)任務(wù)，如何調(diào)動(dòng)獨(dú)立學(xué)院學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，并能理論與實(shí)際結(jié)合起來(lái)解決工程實(shí)際問(wèn)題。這就需要我們對(duì)工科專業(yè)理論力學(xué)進(jìn)行有效的教學(xué)改革，來(lái)取得良好教學(xué)效果，達(dá)到獨(dú)立學(xué)院人才培養(yǎng)的目標(biāo)。

1 獨(dú)立學(xué)院理論力學(xué)課程教學(xué)存在的問(wèn)題

理論力學(xué)課程是工科專業(yè)理論性較強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課，也是與工程實(shí)際緊密聯(lián)系的課程?，F(xiàn)行理論力學(xué)教材大多按照傳統(tǒng)教材的布局安排，其課程體系為了本學(xué)科內(nèi)容體系的完整性，有些教學(xué)內(nèi)容與某些課程內(nèi)容的重復(fù)。在理論力學(xué)教材中部分內(nèi)容，如點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)和剛體的基本運(yùn)動(dòng)等就與大學(xué)物理課程中重復(fù)。這在一定程度上影響了教學(xué)中教師與學(xué)生發(fā)揮積極性、主動(dòng)性，更不用說(shuō)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力了。與此同時(shí)，作為基礎(chǔ)課程，理論力學(xué)的教學(xué)課時(shí)數(shù)又較少。

理論力學(xué)課程一方面理論體系嚴(yán)謹(jǐn)，邏輯性強(qiáng)。另一方面教材中所選用的范例和練習(xí)題以抽象力學(xué)模型偏多，整個(gè)課程表現(xiàn)不出明顯的專業(yè)特色。這樣學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課程時(shí)感覺(jué)沒(méi)有明顯的學(xué)習(xí)方向，理論知識(shí)難以與工程實(shí)際緊密聯(lián)系起來(lái)，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不大，不利于培養(yǎng)學(xué)生分析與解決問(wèn)題能力。②③

在教學(xué)手段和方法上，若采用傳統(tǒng)黑板板書(shū)方法，課堂中講授重點(diǎn)理論內(nèi)容，而習(xí)題練習(xí)時(shí)間很少，學(xué)生容易產(chǎn)生“理論易懂解題難”的情緒；而單純采用多媒體教學(xué)手段，涵蓋的教學(xué)信息量增大，內(nèi)容銜接處不突出，由于教師講授速度快，學(xué)生的學(xué)習(xí)思維跟不上老師講解進(jìn)度，理論聽(tīng)不懂，習(xí)題不會(huì)做而逐漸失去學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)效果不理想。④

獨(dú)立學(xué)院是依托母體學(xué)校實(shí)行相對(duì)獨(dú)立的運(yùn)作模式，其資源共享。大多獨(dú)立學(xué)院在依托母體學(xué)校辦學(xué)過(guò)程中，課程建設(shè)基本享用母體學(xué)校的現(xiàn)有建設(shè)成果，往往課程設(shè)置和教材使用等均與母體學(xué)校基本一致。而獨(dú)立學(xué)院的學(xué)生在入學(xué)時(shí)生源質(zhì)量就比母體學(xué)校學(xué)生差，他們雖然思維活躍，內(nèi)在潛力大，但是基礎(chǔ)知識(shí)不牢固，學(xué)習(xí)方法不得當(dāng)，自控和自學(xué)能力稍差。大部分學(xué)生課堂上的學(xué)習(xí)態(tài)度是聽(tīng)得懂感興趣則聽(tīng)，聽(tīng)不懂則放棄學(xué)習(xí)，通常表現(xiàn)為曠課、作業(yè)抄襲、上課玩手機(jī)、打瞌睡。因此若采用與母體學(xué)校本科專業(yè)一樣的教材、講義，采用與母體學(xué)校相同的教學(xué)手段方法，在較少的教學(xué)時(shí)間內(nèi)運(yùn)用填鴨式的教學(xué)方法匆忙講授完全部教學(xué)內(nèi)容，大部分學(xué)生都很難完全理解并接受，自然也做不到準(zhǔn)確地掌握并應(yīng)用到實(shí)際問(wèn)題中。

2 獨(dú)立學(xué)院理論力學(xué)教學(xué)改革的措施

2.1 理論力學(xué)教學(xué)內(nèi)容的改革

理清基本概念和基本定理作為理論力學(xué)教學(xué)內(nèi)容改革的主要思路，然后做相關(guān)例題并講解。

現(xiàn)有的理論力學(xué)內(nèi)容主要由三個(gè)部分組成，即靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)。理論力學(xué)研究的物體通常是點(diǎn)和剛體。靜力學(xué)是研究物體在力系作用下的平衡規(guī)律，這部分內(nèi)容是以靜力學(xué)基本公理為基礎(chǔ)，主要講授力的概念。靜力學(xué)可以解決基本問(wèn)題：物體受力分析，力系的簡(jiǎn)化，以及力系的平衡條件及其應(yīng)用。靜力學(xué)中受力分析是理論力學(xué)的基礎(chǔ)，也是后序課程如材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)和機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，因而對(duì)單個(gè)物體或物體系的受力分析要詳細(xì)講解并加強(qiáng)練習(xí)。而在受力分析實(shí)例的選取上，面對(duì)機(jī)械專業(yè)學(xué)生教學(xué)中，可選擇常見(jiàn)的機(jī)械機(jī)構(gòu)和裝置，如簡(jiǎn)易的起重裝置、曲柄連桿機(jī)構(gòu)等，并通過(guò)機(jī)構(gòu)圖片、運(yùn)動(dòng)視頻展示。理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)并逐漸提高學(xué)生建模的能力以及解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

運(yùn)動(dòng)學(xué)是從幾何學(xué)方面來(lái)研究物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，這部分主要內(nèi)容包括：運(yùn)動(dòng)方程、軌跡、速度和加速度等的學(xué)習(xí)和計(jì)算。為避免重復(fù)內(nèi)容占用大量課堂時(shí)間，通常這部分內(nèi)容可通過(guò)提出問(wèn)題，讓學(xué)生自學(xué)并自行總結(jié)與歸納，培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力。

動(dòng)力學(xué)是研究物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)與作用力之間的關(guān)系。該部分內(nèi)容通常對(duì)學(xué)生而言是內(nèi)容多且比較難懂的，但若弄清楚各定理的本質(zhì)，學(xué)習(xí)起來(lái)也不難。如質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)方程、動(dòng)量定理和動(dòng)能定理等定理都是在牛頓第二定律，即力與加速度關(guān)系定律基礎(chǔ)上推導(dǎo)而來(lái)。達(dá)朗貝爾原理用靜力學(xué)方法求解動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，虛位移原理用分析的方法來(lái)研究任意質(zhì)點(diǎn)系的平衡問(wèn)題。上述三部分內(nèi)容我們通常按由易到難的順序講解，即靜力學(xué)→運(yùn)動(dòng)學(xué)→動(dòng)力學(xué)，但這種的學(xué)習(xí)會(huì)使學(xué)生在學(xué)習(xí)理論力學(xué)時(shí)產(chǎn)生一種錯(cuò)誤的理解，不管物體處于何種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，都會(huì)習(xí)慣性認(rèn)為物體在力系作用下是平衡的，因而只采用平衡條件求解約束力。而平衡只是物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的一種特殊情形。因此，靜力學(xué)中只重點(diǎn)講授物體的受力分析，對(duì)于力系的平衡條件及其應(yīng)用放在動(dòng)力學(xué)中作為物體的一種特殊運(yùn)動(dòng)來(lái)學(xué)習(xí)。例如：質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理和剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)微分方程結(jié)合起來(lái)，可解決所有機(jī)械運(yùn)動(dòng)的物體力和運(yùn)動(dòng)之間的問(wèn)題。

2.2 理論力學(xué)教學(xué)手段的改革

教學(xué)過(guò)程中，可以把現(xiàn)代教學(xué)方法與傳統(tǒng)教學(xué)模式有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。在當(dāng)前教學(xué)中廣泛運(yùn)用多媒體等現(xiàn)代化教學(xué)媒介，在理論力學(xué)課時(shí)比較少的前提下，采用多媒體教學(xué)手段，就省去了黑板板書(shū)繁雜的理論推導(dǎo)，這使整個(gè)課堂教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)突出；同時(shí)，多媒體教學(xué)可將機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)和工程實(shí)例等生動(dòng)直觀地表現(xiàn)出來(lái)，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣提高。傳統(tǒng)的黑板板書(shū)在現(xiàn)行教學(xué)中仍有其不可替代的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于理論力學(xué)課程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題，可采用傳統(tǒng)黑板板書(shū)。如靜力學(xué)中對(duì)物體受力分析、如何畫(huà)出受力圖這一部分內(nèi)容，為規(guī)范力的分析和表示，對(duì)于復(fù)雜的物體系統(tǒng)受力分析，可以取分離體，并分別加上主動(dòng)力和約束力，從而表現(xiàn)出物體完整的受力圖；運(yùn)動(dòng)學(xué)中若分析點(diǎn)的合成運(yùn)動(dòng)，在黑板上畫(huà)出動(dòng)點(diǎn)的各個(gè)速度和加速度的大小及其力的方向；在對(duì)剛體慣性力系進(jìn)行簡(jiǎn)化分析時(shí)，可以用傳統(tǒng)的教學(xué)講解法，更能便于學(xué)生了解并掌握學(xué)習(xí)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容，并將其應(yīng)用于工程學(xué)實(shí)際問(wèn)題中。

同時(shí)，課余為便于學(xué)生學(xué)習(xí)、教師學(xué)生的溝通，建立了校級(jí)理論力學(xué)精品課程網(wǎng)站，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)資源共享與信息互動(dòng)，在網(wǎng)絡(luò)課堂上告知學(xué)生每章知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)行事先的預(yù)習(xí)和課后的答疑。

2.3 理論力學(xué)教學(xué)方式的改革

傳統(tǒng)的教學(xué)模式是“以教師為中心”。在日常教學(xué)中，很多教師都會(huì)不自覺(jué)地采用“滿堂灌、填鴨式”的方式，但教學(xué)效果通常不盡如人意。在教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)始終堅(jiān)持“以學(xué)生為本，以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，實(shí)踐多種不同教學(xué)方法，如任務(wù)驅(qū)動(dòng)式、啟發(fā)式、參與式、案例式、項(xiàng)目式教學(xué)法等。這些教學(xué)法均能有效地發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。例如在參與式教學(xué)中，教師先對(duì)理論內(nèi)容進(jìn)行重點(diǎn)講解，然后選用工程實(shí)例讓學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立分析并可以成立小組進(jìn)行問(wèn)題的討論，尋求解決問(wèn)題的辦法，參與到教學(xué)活動(dòng)。當(dāng)然不同章節(jié)內(nèi)容，可靈活運(yùn)用不同的教學(xué)法。對(duì)于摩擦來(lái)說(shuō)，以腳踏車的前后輪為例，讓學(xué)生參與教學(xué)，以便分析摩擦力的方向和大??；對(duì)于動(dòng)量矩定理來(lái)說(shuō)，可以把花樣滑冰中的旋轉(zhuǎn)和拋跳等動(dòng)作作為實(shí)例，運(yùn)用討論式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生思考和討論；而對(duì)于動(dòng)力學(xué)普遍定理綜合運(yùn)用實(shí)例，就可以采用啟發(fā)式教學(xué)模式，讓學(xué)生學(xué)會(huì)一題多解，用于提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

近三年來(lái)，理論力學(xué)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和教學(xué)方法等改革措施，在我院土木工程專業(yè)從2012至2014級(jí)三個(gè)年級(jí)數(shù)百人進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，2012級(jí)學(xué)生理論力學(xué)期末考試成績(jī)通過(guò)率50.8%，而2013級(jí)通過(guò)率為65.2%，2014級(jí)的通過(guò)率達(dá)到72.3%，學(xué)生成績(jī)有了明顯提高，可見(jiàn)改革的措施行之有效，取得了預(yù)期的教學(xué)效果。

3 結(jié)語(yǔ)

獨(dú)立學(xué)院學(xué)生與母體學(xué)校學(xué)生在生源質(zhì)量上存在明顯的差異，學(xué)習(xí)基礎(chǔ)比較差，學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力差。而理論力學(xué)課程結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，邏輯性強(qiáng)，需要前期課程如數(shù)學(xué)、物理學(xué)習(xí)有一定基礎(chǔ)。結(jié)合獨(dú)立院校學(xué)生的自身特點(diǎn)，因材施教，加強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容和方法的改革，培養(yǎng)并提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，逐步形成適合獨(dú)立學(xué)院學(xué)生的教育教學(xué)形式。

基金項(xiàng)目：湖南省普通高等學(xué)校教學(xué)改革研究項(xiàng)目（湘教通[2013]223號(hào)）

注釋

① 教育部令第26號(hào).獨(dú)立學(xué)院設(shè)置與管理辦法[Z].2008.

② 康穎安，卿上樂(lè)，夏平.基于“卓越工程師”培養(yǎng)的理論力學(xué)教學(xué)改革的思考[J].湖南工程學(xué)院學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2011.21（1）：102-104.

③ 程玉蘭，康穎安，胡鳳蘭等.提高學(xué)生對(duì)理論力學(xué)學(xué)習(xí)興趣的探索與實(shí)踐[J].新校園，2014.8：21-22.

④ 康穎安，卿上樂(lè)，劉紅石等.獨(dú)立學(xué)院材料力學(xué)課程教學(xué)探索[J].課程教育研究，2014.21（10）：240-241.