理论力学课程案例式教学改革探索

    陈小亮　陈世嵬　田祖安

    摘 要 力学是工科的一个重要基础学科。适应应用型高校理论力学课程少学时的教学现状和相关国家行业规范，建设理论力学课程创新实验和特色应用型工程案例库，有助于激发学生学习兴趣，增强工科学生卓越工程师培养的力学基础能力，强化学生的工程应用能力。

    关键词 力学 创新实验 工程案例式教学

    中图分类号：G642 文献标识码：A

    1研究背景和意义

    《理论力学》课程是力学、机设、土木、路桥等专业的一门必修专业基础课。2012年教育部高等学校力学教学指导委员会、力学基础课程教学指导分委员会共同组织编写的《高等学校理工科非力学专业力学基础课程教学基本要求》正式在高教出版社出版。该指导性专业规范与教学基本要求是国家教学质量标准的一种表现形式，是国家对本科教学质量的最低要求。规范建议机械、土木等专业《理论力学》课程学时数为80学时，非机类《理论力学》课程学时数为64学时。目前我校非力学专业《理论力学》课程学时均为48学时，远少于《高等学校理工科非力学专业力学基础课程教学基本要求》规范的建议学时，因此需要进行教学改革，充分利用现代化信息技术开展少学时的《理论力学》课程教学研究。

    由于扩招，大学教育不再是高精尖人才的教育，学生先修基础课程学习水平下降，固化思维厉害。同时由于课程学时的压缩等种种因素，学生理论基础课如大学物理和高等数学学习泛而浅，大多数同学更难以学以致用。高中物理也学过部分力学，由于高考前的强化训练，学生对高中阶段的问题处理方法、做题思维根深蒂固。一方面轻视似曾相识的理论力学课，一方面又无法灵活的吸收新知识新方法，不能应用大学阶段学习的数学方法和理论力学理论来解决力学问题。

    《理论力学》课程理论性很强，传统课堂讲授的教学方法课堂沉闷，学生抬头率低、不及格率高。教学内容多以抽象化的简单杆件或圆盘为研究对象，结合实际生活和工程中的研究对象比较少，很多学生学习时没有兴趣，不利于培养学生解决工程问题的能力和创新能力。布置的作业都是计算题的单一形式，没有判断题和选择题等客观题型的作业。老师课后辅导和学生的交流形式也比较单一，一般都是第一次课时留下老师电话、QQ、办公室地址等联系方式，然后让学生有问题时联系自己，但实际上很少有同学在考试之前主动联系老师交流学习，因此这种课下辅导方式还需改进和完善。

    2研究的目标

    通过案例式教学改革，将上课睡觉、玩手机等不听讲的同学拉回到《理论力学》课堂，增强学生的学习兴趣和工程应用能力。通过在线课程平台建设，便于学生课前预习和课后复习，便于师生课后更方便、更多的交流，布置在线作业以丰富传统作业的单一计算题型并增加学生的课外学习量，确保少学时《理论力学》课程教学的效果，提高课程的及格率。

    3研究的内容和方法

    3.1案例教学方式改革

    针对《理论力学》课程理论性强和公式推导难度大的特点，改进教学方式，在讲解理论知识时引入易引起学生兴趣的生活和工程案例，例如桑塔纳汽车用的千斤顶受力分析与自锁条件、挖掘机部件的受力分析与求解各油缸的推力或拉力、翻倒问题与起重机的稳定度、旋转式和往复式剃须刀的比较、推土机的机构运动与分析、拳击机拳击力的标定方法和动力学普遍定理的综合应用、玩具动力学等，增强知识的趣味性和实用性。教学过程中尽可能以工程实例为案例进行结构简化、荷载简化和结构构件计算，以培养学生的工程意识。注重定理、公式及习题结论的工程应用，更多地剖析实际问题的解决过程，再举一反三，由一个问题展开到多个问题，培养学生解决实际问题的能力。

    3.2在线课程与教学资源建设

    利用网络建立《理论力学》在线课程平台，上传教学大纲、授课计划、课件、习题解答等资源，方便学生课前预习和课后复习；教师还可网上与学生随时进行交流，网上答疑；网上布置判断题和选择题等客观题型的在线作业，以丰富传统作业的单一计算题型并增加学生的课外学习量，确保少学时《理论力学》课程教学的效果，提高课程的及格率。

    3.3应用型创新实验开发建设

    调研全国周培源大学生力学竞赛个人赛和团体赛，从中提炼建设部分《理论力学》创新实验项目、工程案例项目。在静力学部分，参照我国现在的高层建筑、大跨度桥梁、海洋平台及大型水利工程等许多重要工程开展创新实验和工程案例建設，例如分析其受载情况，如自重、风载、静水侧压力等，研究结构力学模型和物体平稳力系，阐明其设计、制造都是在理论力学的指导下得以实现的等等。在运动学部分，创新实验和工程案例建设拟联系各种自动化生产线中各种机构运动间的关系，说明运动的实现离不开对机构运动的分析；计算机硬盘驱动器，给定不变的角加速度，确定从启动到正常运行所需时间及转数；跟踪目标的雷达，怎样在不同的时间间隔内，通过测量目标与雷达间的距离和雷达的方位角，才能准确地测定目标的速度和加速度；人造地球卫星的运行轨迹等等。在动力学部分，创新实验和工程案例建设拟考虑应用动量定理研究跳高运动员过杆的姿势选用跨越式、俯卧式还是背越式；直升机尾桨的平衡作用等等。

    在创新实验方面，考虑现代计算机技术对传统力学解析演算方法的渗透和革新，计算机求解和近似数（下转第103页）（上接第79页）值解正以极高的速度深入到工程实际应用中。为此，在创新实验中设置部分实验项目培养学生利用计算机编程进行《理论力学》工程问题数值计算的能力，使之更接近于工程的实际情况。同时将数学软件 Matlab等引入《理论力学》教学实践活动中，也可以提高学生对本课程学习的兴趣和动力。

    4结束语

    理论力学课程案例式教学改革是适应高校《理论力学》课程少学时教学要求和培养应用型人才目标的必然要求，通过综合性和设计性创新实验项目开发，强化学生的工程实践能力培养，掌握现代的力学计算方法。通过建立《理论力学》工程应用案例库和在线课程平台，开展案例式教学改革，可以激发学生学习兴趣，强化学生的工程应用能力。

    基金项目：重庆科技学院本科教育教学改革研究项目（201844）。

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