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摘要：本文以农业工程领域的理论力学为研究内容，分析了教与学两方面存在的问题，从教学内容、教学方式、学生培养等方面提出适用于农业工程专业理论力学教学改革的探索和实践。
关键词：农业工程；理论力学；改革与实践
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）19-0044-02
理论力学是研究物体机械运动一般规律的科学，是高等院校理工科机械、土建、水利、交通、航空航天必修的专业基础课。其概念、理论和方法既可以解决实际工程问题，又可以对受力物体或系统进行机理研究，找出解决问题的解析和数值方法，进而将理论与实践相结合，建立和发展新的模型及理论。针对农业工程领域的相关专业，理论力学为材料力学、机械原理、农业机械学等课程提供了必要的理论基础，该门课程的性质与任务决定了其理论性、应用性强的特点。本文就教与学两方面来探讨理论力学的改革与实践。
一、教学过程存在的问题与改进
1.课程内容的讨论与改革。农业工程专业不同于力学专业，其对力学的认识是生动而不繁复的，无须深厚的理论功底，却要应对工程的多样性和特殊性。传统的理论力学教学内容重经典、轻现代；重理论、轻实际；教学方法重讲授、轻参与。因此，在静力学部分应以工程实体结构为研究对象，从三维空间出发，研究空间汇交力系、空间力对点之矩、力对轴之矩、空间力偶、空间任意力系的简化和平衡等内容，锻炼学生的空间构想能力；在熟悉实际结构的前提下，掌握空间力系的分析与计算；之后再回退到简单的平面力系部分，由难入简，由实际到理论。在讲授静力学部分，要让学生夯实基础，准确掌握单个构件和系统的受力分析，通过力的平衡方程进行求解，为之后的材料力学课程做铺垫。此外，动力学部分的达朗伯原理也是和静力学密不可分的，虽然是运动的质点或质点系，但虚加惯性力之后，研究对象假想成静止的个体或系统，采用静力学平衡方程进行求解。在学到达朗伯原理一章的时候，教师要适当地复习静力学知识，反复强调静力学的解题思路，在力系平衡的理论基础上求解动力学问题。
2.教学方式的讨论与改进。传统的授课方式常以单纯教材和粉笔讲授为主，板书时间长、信息量大，学生容易感觉枯燥乏味。随着科技的不断发展和计算机的日益普及，多媒体教学逐步走进大学课堂。教师应充分利用学生对计算机的兴趣，在黑板讲授理论知识的同时，做好电子教案、多媒体课件的辅助。例如在运动学部分，通过多媒体将机构传动的运动形式及运动过程生动地展示给学生，在课本学习的同时，增强学生的工程应用概念，培养工程素质。在动力学部分，可将我国神舟发射的绕地球运动与动量矩定理等概念联系在一起，将深奥的太空运动与力学知识有机结合，在学习知识的同时，激发学生对科学的兴趣和对祖国的热爱。
3.各学科的交叉与融合。近年来，由于本科招生的规模不断扩大，我国的高等教育开始由小而精转变为大而广。由于地域差异，同一专业、同一班级学生的智力水平、知识掌握程度和兴趣爱好都明显不同。如果仍采用原有的统一授课方式，显然不能适应学生个体化差异大的情况。随着国际交流增多，英语已经不再是一门单纯的语言，它已成为各个学科各个专业的科研工具。为满足不同层次学生的学习热情，教师在讲课的同时，可将相关的力学英语词汇介绍给学生，为以后专业学习进行铺垫，也促进了学生对大学英语四、六级的重视和实际应用。此外，教师在讲课过程中也应适当介绍ADAMS、ANASYS等工程仿真软件，让有能力的同学在理论学习的同时，了解工程计算分析工具，激发学生的主动性和创造性。
二、学生学习能力的培养和提高
理论力学教材中的很多基础知识：如静力学-力的三要素，运动学-速度、加速度，动力学-动量、动能、功能原理等内容是与中学及大学物理重合的。学生在学习理论力学时容易停留在原有的简化模型和分析，习惯沿用以前的物理知识来解决问题，忽视了大学高等数学在理论力学中的基础应用，不能主动接受和学习理论力学的新概念和新方法，难以采用解析方法来阐述基本概念、运算和结论。这种欠缺主要体现在静力学-空间力对点之矩的矢量分析、运动学-矢量法和自然法求点的运动、运动学-速度合成定理与加速度合成定理的公式推导、动力学-质点系相对于质心的动量矩定理等方面。单纯使用初级物理知识和生活经验是难以解决实际工程中的复杂问题。学生在学习这些相关知识时就会感觉难度大、跟不上，上课注意力不集中，甚至停止学习的错误思想。因此，教师应在讲课过程中适当补充高数等基础知识，严谨清晰地表述理论解析过程，形象地刻画工程结构的实际运动，调动学生学习的积极性，培养学生的分析能力。重点讲授理论分析过程和习题的解题思路，从更高层次培养学生的逻辑推理能力和归纳总结能力。可采用树状分析：首先理清思路、找到主干，然后顺藤摸瓜、抓住重点，最后从整体到部分进行有机的分析和求解。学习任何知识都不是一蹴而就的，教师在讲课过程中要着重指导学生的学习方法，何时需要就某一问题进行深入的研究-钻而精，何时又要站在更高的角度来俯视问题-大而广。抛砖引玉，借一门课的思维方式训练学生，这种能力的培养要远比单纯得到高分成绩来得重要。
三、改革的实施和效果
目前，教学改革已在我校工程学院机械、机化等五个专业15个班级进行了试用，效果较好。整个教学时数为80学时，其中包括8学时的实验课程。教学内容起点适中，学生接受得很好。最直接的反映是学生理解了前期的高数、计算机知识与当前理论力学之间的联系，学会用已有的理论知识对实际进行分析和研究，能够将相互独立的课程融合得更好。从空间到平面的讲课顺序，锻炼了学生的空间构想能力，能力强的学生进一步自学平面力系的相关知识，发挥其自主性，提高了教学质量。8个学时的实验以水稻插秧机等实际构件为研究对象，指导学生利用静力学、运动学知识建立模型并模拟计算。在考试考核环节，突出对工程结构的分析，避免学生为迎合考试而死记硬背，真正考查了学生掌握知识的能力和水平。
综上所述，为适应时代的要求，教师需转变教学观念、改进教学方法、在传统教学模式的基础上融入新思想，将各学科融会贯通，培养学生的学习能力、实践能力和创新能力，真正做到利用力学知识有深度、有广度的分析解决实际工程问题。教师要精心培养学生，把握教学方向；学生应发挥主观能动性，打下坚实的基础。总之，理论力学的教学改革是一个不断探索、不断完善、不断发展、需要反复思考和实践的过程。
参考文献：
[1]哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学[M].北京：高等教育出版社，2006.
[2]洪嘉振，杨长俊.工科理论力学教学体系改革的探索与实践[J].力学与实践，1999，（6）：55-57.
[3]张亚红，刘睫.非力学专业理论力学教学改革的思考[J].力学与实践，2003，25（3）：63-65.
[4]沈火明，葛玉梅，张明.理论力学教学改革的研究与实践[J].西南交通大学学报（社会科学版），2004，5（6）：23-25.
基金项目：黑龙江省高等学校教改工程项目：基于大学生科技创新机制的拔尖人才培养模式研究（项目编号：JG2012010042）资助。
关键词：农业工程；理论力学；改革与实践
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）19-0044-02
理论力学是研究物体机械运动一般规律的科学，是高等院校理工科机械、土建、水利、交通、航空航天必修的专业基础课。其概念、理论和方法既可以解决实际工程问题，又可以对受力物体或系统进行机理研究，找出解决问题的解析和数值方法，进而将理论与实践相结合，建立和发展新的模型及理论。针对农业工程领域的相关专业，理论力学为材料力学、机械原理、农业机械学等课程提供了必要的理论基础，该门课程的性质与任务决定了其理论性、应用性强的特点。本文就教与学两方面来探讨理论力学的改革与实践。
一、教学过程存在的问题与改进
1.课程内容的讨论与改革。农业工程专业不同于力学专业，其对力学的认识是生动而不繁复的，无须深厚的理论功底，却要应对工程的多样性和特殊性。传统的理论力学教学内容重经典、轻现代；重理论、轻实际；教学方法重讲授、轻参与。因此，在静力学部分应以工程实体结构为研究对象，从三维空间出发，研究空间汇交力系、空间力对点之矩、力对轴之矩、空间力偶、空间任意力系的简化和平衡等内容，锻炼学生的空间构想能力；在熟悉实际结构的前提下，掌握空间力系的分析与计算；之后再回退到简单的平面力系部分，由难入简，由实际到理论。在讲授静力学部分，要让学生夯实基础，准确掌握单个构件和系统的受力分析，通过力的平衡方程进行求解，为之后的材料力学课程做铺垫。此外，动力学部分的达朗伯原理也是和静力学密不可分的，虽然是运动的质点或质点系，但虚加惯性力之后，研究对象假想成静止的个体或系统，采用静力学平衡方程进行求解。在学到达朗伯原理一章的时候，教师要适当地复习静力学知识，反复强调静力学的解题思路，在力系平衡的理论基础上求解动力学问题。
2.教学方式的讨论与改进。传统的授课方式常以单纯教材和粉笔讲授为主，板书时间长、信息量大，学生容易感觉枯燥乏味。随着科技的不断发展和计算机的日益普及，多媒体教学逐步走进大学课堂。教师应充分利用学生对计算机的兴趣，在黑板讲授理论知识的同时，做好电子教案、多媒体课件的辅助。例如在运动学部分，通过多媒体将机构传动的运动形式及运动过程生动地展示给学生，在课本学习的同时，增强学生的工程应用概念，培养工程素质。在动力学部分，可将我国神舟发射的绕地球运动与动量矩定理等概念联系在一起，将深奥的太空运动与力学知识有机结合，在学习知识的同时，激发学生对科学的兴趣和对祖国的热爱。
3.各学科的交叉与融合。近年来，由于本科招生的规模不断扩大，我国的高等教育开始由小而精转变为大而广。由于地域差异，同一专业、同一班级学生的智力水平、知识掌握程度和兴趣爱好都明显不同。如果仍采用原有的统一授课方式，显然不能适应学生个体化差异大的情况。随着国际交流增多，英语已经不再是一门单纯的语言，它已成为各个学科各个专业的科研工具。为满足不同层次学生的学习热情，教师在讲课的同时，可将相关的力学英语词汇介绍给学生，为以后专业学习进行铺垫，也促进了学生对大学英语四、六级的重视和实际应用。此外，教师在讲课过程中也应适当介绍ADAMS、ANASYS等工程仿真软件，让有能力的同学在理论学习的同时，了解工程计算分析工具，激发学生的主动性和创造性。
二、学生学习能力的培养和提高
理论力学教材中的很多基础知识：如静力学-力的三要素，运动学-速度、加速度，动力学-动量、动能、功能原理等内容是与中学及大学物理重合的。学生在学习理论力学时容易停留在原有的简化模型和分析，习惯沿用以前的物理知识来解决问题，忽视了大学高等数学在理论力学中的基础应用，不能主动接受和学习理论力学的新概念和新方法，难以采用解析方法来阐述基本概念、运算和结论。这种欠缺主要体现在静力学-空间力对点之矩的矢量分析、运动学-矢量法和自然法求点的运动、运动学-速度合成定理与加速度合成定理的公式推导、动力学-质点系相对于质心的动量矩定理等方面。单纯使用初级物理知识和生活经验是难以解决实际工程中的复杂问题。学生在学习这些相关知识时就会感觉难度大、跟不上，上课注意力不集中，甚至停止学习的错误思想。因此，教师应在讲课过程中适当补充高数等基础知识，严谨清晰地表述理论解析过程，形象地刻画工程结构的实际运动，调动学生学习的积极性，培养学生的分析能力。重点讲授理论分析过程和习题的解题思路，从更高层次培养学生的逻辑推理能力和归纳总结能力。可采用树状分析：首先理清思路、找到主干，然后顺藤摸瓜、抓住重点，最后从整体到部分进行有机的分析和求解。学习任何知识都不是一蹴而就的，教师在讲课过程中要着重指导学生的学习方法，何时需要就某一问题进行深入的研究-钻而精，何时又要站在更高的角度来俯视问题-大而广。抛砖引玉，借一门课的思维方式训练学生，这种能力的培养要远比单纯得到高分成绩来得重要。
三、改革的实施和效果
目前，教学改革已在我校工程学院机械、机化等五个专业15个班级进行了试用，效果较好。整个教学时数为80学时，其中包括8学时的实验课程。教学内容起点适中，学生接受得很好。最直接的反映是学生理解了前期的高数、计算机知识与当前理论力学之间的联系，学会用已有的理论知识对实际进行分析和研究，能够将相互独立的课程融合得更好。从空间到平面的讲课顺序，锻炼了学生的空间构想能力，能力强的学生进一步自学平面力系的相关知识，发挥其自主性，提高了教学质量。8个学时的实验以水稻插秧机等实际构件为研究对象，指导学生利用静力学、运动学知识建立模型并模拟计算。在考试考核环节，突出对工程结构的分析，避免学生为迎合考试而死记硬背，真正考查了学生掌握知识的能力和水平。
综上所述，为适应时代的要求，教师需转变教学观念、改进教学方法、在传统教学模式的基础上融入新思想，将各学科融会贯通，培养学生的学习能力、实践能力和创新能力，真正做到利用力学知识有深度、有广度的分析解决实际工程问题。教师要精心培养学生，把握教学方向；学生应发挥主观能动性，打下坚实的基础。总之，理论力学的教学改革是一个不断探索、不断完善、不断发展、需要反复思考和实践的过程。
参考文献：
[1]哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学[M].北京：高等教育出版社，2006.
[2]洪嘉振，杨长俊.工科理论力学教学体系改革的探索与实践[J].力学与实践，1999，（6）：55-57.
[3]张亚红，刘睫.非力学专业理论力学教学改革的思考[J].力学与实践，2003，25（3）：63-65.
[4]沈火明，葛玉梅，张明.理论力学教学改革的研究与实践[J].西南交通大学学报（社会科学版），2004，5（6）：23-25.
基金项目：黑龙江省高等学校教改工程项目：基于大学生科技创新机制的拔尖人才培养模式研究（项目编号：JG2012010042）资助。