理論力學(xué)教學(xué)探討
摘 要：對于少學(xué)時(shí)的理論力學(xué)教學(xué)，存在教學(xué)時(shí)間少而教學(xué)內容多等問(wèn)題。筆者針對教學(xué)中出現的問(wèn)題，闡述了一些觀(guān)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：理論力學(xué) 普通物理力學(xué) 習題課 現代教學(xué)手段
引言：《理論力學(xué)》課程作為理工科大學(xué)的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)技術(shù)基礎課，兼有基礎理論和應用技術(shù)雙重性質(zhì)，它在基礎課和專(zhuān)業(yè)課之間起承前啟后的作用。其主要以伽利略和牛頓總結的基本定律為基礎，系統介紹靜力學(xué)、運動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)的基本概念、基本原理及分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的基本方法。課程的基本狀況是概念多，定理多，公式多;前后聯(lián)系緊密，題目靈活多變，解題技巧性強。加之現時(shí)課程改革，理論力學(xué)課時(shí)較少，使很大一部分學(xué)生感到理論力學(xué)“理論難，解題難”，學(xué)習效果不甚理想。那么如何在有限的學(xué)時(shí)里培養學(xué)生的學(xué)習興趣，提高教學(xué)質(zhì)量就成了力學(xué)教師的重要課題。
1.注意普通物理力學(xué)與理論力學(xué)課程的聯(lián)系
1.1教學(xué)內容的聯(lián)系。
普通物理力學(xué)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)普物力學(xué))和理論力學(xué)同屬經(jīng)典力學(xué)。普物力學(xué)和理論力學(xué)都以機械運動(dòng)所遵循的基本規律及其推論和應用為研究對象，都包括運動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和靜力學(xué)三個(gè)部分。普物力學(xué)一般在大學(xué)入學(xué)的第一學(xué)年開(kāi)設，而理論力學(xué)一般于第二學(xué)年開(kāi)設，如何在同一內容的學(xué)習中注意二者的關(guān)系尤為重要。在理論力學(xué)的教學(xué)中對普物力學(xué)中的概念就不再詳細重復講解，而是強調理論力學(xué)課程中的新概念，這樣才能更有效地利用有限的課時(shí)，同時(shí)也能消除學(xué)生認為理論力學(xué)就是普物力學(xué)的認識誤區。
1.2教學(xué)方法的聯(lián)系。
普物力學(xué)主要是從物理現象出發(fā)，重視物理現象、物理過(guò)程，通過(guò)分析歸納的方法，由現象尋找規律，強調直觀(guān)的物理圖景，強調對基本物理概念和方法的理解和討論，強調從感性到理性的認識過(guò)程。理論力學(xué)則從物理學(xué)的幾個(gè)邏輯框架出發(fā)，通過(guò)邏輯演繹的方法，推導出機械運動(dòng)的性質(zhì)、規律和圖景。研究的特點(diǎn)是強調概念的確切性和數學(xué)證明的嚴謹性，重點(diǎn)在于培養學(xué)生的理性思維能力。對于數學(xué)知識的要求，理論力學(xué)除了要用到矢量運算和微分方程之外，還要求理解約束、自由度和廣義坐標的概念，能根據實(shí)際情況正確選擇廣義坐標，熟練掌握和運用虛功原理，熟練掌握和運用拉格朗日方程，等等。
1.3教學(xué)要求的提高。
普物力學(xué)教學(xué)教學(xué)過(guò)程中，特別關(guān)注從現象抽象出理論的方法。理論力學(xué)的教學(xué)則建立在更加嚴格的邏輯基礎上，引導學(xué)生關(guān)注如何建立新的模型、新的理論，應用新的數學(xué)工具發(fā)展新的解決問(wèn)題的方法。學(xué)生普遍反映從普物力學(xué)到理論力學(xué)的難度跨度較大，教學(xué)要求一下子提高了很多。教學(xué)中應使學(xué)生明確經(jīng)典力學(xué)的基本概念和基本規律，把培養學(xué)生提出力學(xué)問(wèn)題、分析和解決力學(xué)問(wèn)題的能力放在首位。
2.精講理論，強調概念，重視習題課的作用
對少學(xué)時(shí)的教學(xué)工作來(lái)說(shuō)，一般意味著(zhù)教學(xué)要求相對較低，而對于一般工科專(zhuān)業(yè)來(lái)說(shuō)，理論力學(xué)起著(zhù)承前啟后的作用，總體要求不能降低。為處理教學(xué)內容多與時(shí)間少的矛盾，筆者在教學(xué)實(shí)踐中，嘗試通過(guò)精講理論，強調概念，以練促講的方法，取得了較好的效果。
2.1突出重點(diǎn)，精講理論。
在課堂上堅持以教師“精講”引路，而學(xué)生則以“多練”來(lái)充分發(fā)揮其主觀(guān)能動(dòng)作用。教師在確保學(xué)生掌握基本概念、基本理論和解決問(wèn)題的前提下，合理精選教學(xué)內容，簡(jiǎn)化煩瑣的理論推演過(guò)程，突出對理論的理解和掌握。如在講授理論公式時(shí)，在給學(xué)生講清楚推導所涉及的原理及數學(xué)知識后，直接給出最后結論，具體的推演過(guò)程留給學(xué)生在課后自學(xué)，既節約了教學(xué)時(shí)間，又減輕了學(xué)生的聽(tīng)課負擔。又如在講授剛體的平面運動(dòng)的速度和加速度求解時(shí)，由于學(xué)生已經(jīng)對剛體的簡(jiǎn)單運動(dòng)非常熟悉，所以教師只需將剛體平面運動(dòng)時(shí)的運動(dòng)規律與簡(jiǎn)單運動(dòng)之間的關(guān)系給學(xué)生講清楚，學(xué)生就可以用復合運動(dòng)的相關(guān)定理和定律運用數學(xué)求和的方法得出剛體平面運動(dòng)的相關(guān)定理和定律。
2.2強調概念，舉一反三。
精講的目的是要擠出時(shí)間讓學(xué)生在思考、練習中理解和掌握基本概念、基本理論，進(jìn)而應用相關(guān)知識分析和解決實(shí)際問(wèn)題。
2.2.1利用課后思考題強調概念
由于學(xué)時(shí)的減少，課堂上許多概念只是突出理解和掌握，學(xué)生一般是知其然而不知其所以然，利用課后的思考題能指導學(xué)生對本章概念的理解。例如在點(diǎn)的復合運動(dòng)章節中，有這樣一個(gè)問(wèn)題：點(diǎn)的速度合成定理==對牽連運動(dòng)是平動(dòng)或轉動(dòng)都成立，將其兩端對時(shí)間求導，得 = + ，從而有=+，因而此式對牽連運動(dòng)是平動(dòng)或轉動(dòng)都應該成立。當然我們知道上式是不一定成立的，若在動(dòng)系平動(dòng)情況下，上式是滿(mǎn)足的，但在動(dòng)系轉動(dòng)的情況下， =+×， =+×。這是由于動(dòng)系轉動(dòng)，相應的坐標系基矢量方向發(fā)生了改變，在求導過(guò)程中也有了相應的附加值，而平動(dòng)則沒(méi)有。通過(guò)這樣的分析就能很好地理解為什么牽連運動(dòng)是轉動(dòng)時(shí)具有科氏加速度。
2.2.2利用類(lèi)比法學(xué)習概念和公式
理論力學(xué)也像學(xué)習其它知識一樣，既要一個(gè)概念一個(gè)概念地理解，一個(gè)規律一個(gè)規律地掌握，又要注意綜合對比，歸納整理。理論力學(xué)中的概念、公式絕大部分都不是孤立的。在理論力學(xué)教學(xué)中要注意綜合對比，引導學(xué)生發(fā)現他們之間的規律。例如：將剛體定軸轉動(dòng)中的轉動(dòng)方程、角速度、角加速度和質(zhì)點(diǎn)的運動(dòng)方程、速度、加速度的概念和公式進(jìn)行類(lèi)比，分析其異同，不但可以加深公式的記憶，而且對這兩部分內容可以有更深入地理解。對質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)方程、質(zhì)心運動(dòng)定理、剛體定軸轉動(dòng)微分方程進(jìn)行類(lèi)比，這三個(gè)公式所針對的研究對象雖然不同，但這三個(gè)公式是類(lèi)似的，都建立了描述物體慣性的量，描述物體運動(dòng)狀態(tài)變化的量和描述作用力的量之間的關(guān)系。
2.3重視習題課的作用。
習題課是完成理論力學(xué)課程教學(xué)任務(wù)的重要環(huán)節。該課程理論性較強，學(xué)生開(kāi)始接觸這些新概念、新公式時(shí)，缺乏具體的指導。再加上沒(méi)有經(jīng)過(guò)系統的大量的習題訓練，學(xué)生很難熟練掌握。上好一堂習題課有助于在有限的學(xué)時(shí)里最大程度地提高學(xué)生對知識的理解能力和應用能力，將枯燥的知識和實(shí)際的操作應用聯(lián)系在一起。
首先要分析學(xué)生的基礎知識和學(xué)習狀況，對癥下藥才能事半功倍，并適度引入案例教學(xué)，引導學(xué)生將生活中一些工程實(shí)例轉化為力學(xué)模型，分析常見(jiàn)橋梁的結構形式，某些機械設備中關(guān)鍵機構的運動(dòng)方式等。同時(shí)在習題課教學(xué)中一定要認真研究平時(shí)教學(xué)和學(xué)生作業(yè)中的問(wèn)題，有針對性地選擇典型例題，引導學(xué)生一題多解，對照比較。例如很多動(dòng)力學(xué)綜合問(wèn)題的求解就有多種選擇，可用相應的動(dòng)力學(xué)基本定律求解，也可用工程中常用的動(dòng)靜法解決，通過(guò)分析對照，選擇最佳的解題方法。
3.現代教學(xué)手段的合理應用
3.1多媒體教學(xué)的合理利用。
多媒體輔助教學(xué)是近年來(lái)出現的先進(jìn)教學(xué)模式。它能集影像、圖形、文字、動(dòng)畫(huà)、聲效于一體，給學(xué)生營(yíng)造一種全新的、動(dòng)態(tài)的學(xué)習情境，使一些抽象的概念、理論變得直觀(guān)，使一些無(wú)法言傳的知識具體化形象化，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣和積極性。同時(shí)可節約大量板書(shū)的時(shí)間，讓大量的工程實(shí)例輕松走進(jìn)課堂，增加課堂的信息量，從而加快教學(xué)節奏，增強教學(xué)效果。但是采用多媒體教學(xué)的過(guò)程中也要注意一些問(wèn)題。教師上課的時(shí)候應盡量減輕學(xué)生的負擔，在保證學(xué)生聽(tīng)清楚、弄明白的基礎上，留出一定的時(shí)間讓學(xué)生記筆記;在教學(xué)過(guò)程要將更多的精力放在教學(xué)的組織和對學(xué)生學(xué)習反映狀況的監控上，當發(fā)現學(xué)生有聽(tīng)不懂的跡象時(shí)，要注意重復講解;在理論推導及例題和習題的講解中，盡可能采用黑板教學(xué)，這樣每小步的推導及解答都很詳盡，學(xué)生也有足夠的思考和理解時(shí)間，所以采用多媒體教學(xué)與板書(shū)教學(xué)相結合的手段會(huì )使教學(xué)效果更好。
3.2Maple軟件在教學(xué)中的應用。
大學(xué)教學(xué)改革中很多基礎課的課時(shí)都相應減少，留給學(xué)生自己的時(shí)間相應多起來(lái)，一是該書(shū)之特色，二是現今大學(xué)生的計算機水平較高，因而在理論力學(xué)的教學(xué)中可以介紹一些相應的軟件，例如Maple軟件，在了解力學(xué)基本概念之后，學(xué)生可以利用課余時(shí)間對計算機教學(xué)軟件Maple進(jìn)行自學(xué)，使用該軟件建模編程，解決力學(xué)問(wèn)題。這樣可培養學(xué)生掌握現代先進(jìn)科學(xué)工具，提高學(xué)生包括理論力學(xué)在內的科學(xué)思維與動(dòng)手能力，品嘗自己勞動(dòng)成果，從而激起學(xué)生對學(xué)習的興趣。昔日，在大量繁雜的理論力學(xué)解題中，只能對某些特定條件、特定時(shí)間或點(diǎn)作解，而今在Maple協(xié)助下，卻不受那些特定限制，大大地擴展了解題范圍。這對于教師和學(xué)生而言，都是一個(gè)具有刺激性和興奮點(diǎn)的教學(xué)動(dòng)力。
總之，由于理論力學(xué)這門(mén)課程對理工科專(zhuān)業(yè)承前啟后的特殊性，教師應該通過(guò)自身的努力，在教學(xué)中充分展示理論力學(xué)自身的特性，盡可能地調動(dòng)學(xué)生的積極性，在有限的學(xué)時(shí)里更好地提高教學(xué)質(zhì)量。
參考文獻：
[1]喬繼形.理論力學(xué)的教學(xué)實(shí)踐[J].力學(xué)與實(shí)踐，2003，25，(5)：75.
[2]張亞紅，劉睫，趙玉成，非力學(xué)專(zhuān)業(yè)理論力學(xué)教學(xué)改革的思考[J].力學(xué)與實(shí)踐，2003，25，(3)：61-63.
[3]蘇志平.理論力學(xué)全程輔導[M].沈陽(yáng)：遼寧師范大學(xué)出版社，2004.
[4]哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室.理論力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2002.
[5]喻愛(ài)南.激發(fā)學(xué)生學(xué)習興趣深化教學(xué)改革[J].長(cháng)沙鐵道學(xué)院學(xué)報(社會(huì )科學(xué)版)，2006，7，(2)：52.
【理論力學(xué)教學(xué)探討】相關(guān)文章：
化學(xué)實(shí)驗教學(xué)探討論文10-14
教育教學(xué)管理論文08-14
努力學(xué)習的作文11-07
努力學(xué)會(huì )感恩作文12-11
工程力學(xué)實(shí)習報告11-24
小學(xué)教育教學(xué)管理論文10-23
中國現代管理理論的理論07-05
努力學(xué)習勵志語(yǔ)錄12-18
材料力學(xué)實(shí)驗報告11-27