提高理论力学教学质量的几点认识

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  摘要:针对大多数学生普遍认为理论力学难学、抽象,以及目前课时偏少的问题,本文从教学内容、教学方法和师生关系三方面就如何提高教学质量提出了几点认识。
  关键词:理论力学;教学内容;教学方法;师生关系
  作者简介:樊桂菊(1979-),女,山东曲阜人,山东农业大学机电学院(智能化农业机械与装备山东省高校重点实验室),讲师;郭晶(1979-),女,山东青岛人,山东农业大学机电学院(智能化农业机械与装备山东省高校重点实验室),副教授。(山东 泰安 271018)
  基金项目:本文系霍英东教育基金会第十二届高青年教师基金资助项目(121049)的研究成果。
  中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2011)27-0180-02‘
  
  理论力学是一门理论性很强的专业基础课,是一系列后续课的基础,也是解决实际工程技术问题的有力工具。但大多数学生普遍认为理论力学难学、抽象,加上目前理论力学课时普遍偏少,如何在有限的课时达到较为满意的教学效果成为最需要解决的问题。因此,作为该门课程的教师,在授课过程中既要发挥教师的主导作用,又要积极调动学生学习兴趣和主动性,创造轻松活跃的课堂气氛,让学生积极参与到教学过程中,才能提高教学质量。
  一、合理安排教学内容,突出重点
  1.仔细钻研教学材料,突出重点内容
  依据教学大纲,把握教学的目的和各章节具体要求,准确把握各章节的重点、难点及前后联系。对于一些不是很重要的或者是比较简单的问题大多是一带而过,这样学生就可以明白哪些是重点,哪些是难点,做到有的放矢。这就要求教师在备课的时候力求讲稿精练、生动,带过一些简单问题;还可以挤出一定的时间来让学生思考现实生活中的实际例子,从而进一步掌握基本概念、基本理论以及解决问题的方法。比如静力学中,重点放在机构受力分析和平面任意力系平衡求解问题上,给学生详细讲解解题步骤和注意事项,而对一些概念象“力”、“力的三要素”、“平衡”等大学物理中都已经讲过,只给学生简单提一下,这样学生的思路比较清晰。讲述点的合成运动的时候,让学生从不同的角度分析自行车车轮边缘一点的运动:人在地面上观察的时候,它的运动是一个复杂运动;坐在自行车上的时候,它的运动是圆周运动,而自行车本身又在直线前进。这样,本来是非常抽象的速度合成定理通过一个简单又常见的例子学生就会觉得浅显易懂。
  2.精讲典型例题和部分习题
  通过精讲典型例题让学生明确解题思路,学会分析问题、解决问题。理论力学课本上的例题比较多,尤其运动学和动力学部分,有时候讲一道题需要一节课的时间,受课时限制,不可能毎道例题都一一讲授,而且很多例题课本上讲的非常清楚,完全可以让学生课下自学。另外,可以将部分课后习题(尤其与实际生活相接近的)作为例题来讲,学生比较感兴趣。而且在讲解例题的过程中,注意从简单到复杂,有明显的由易到难的梯度,便于学生接受。例如讲解点的加速度合成时,先让学生掌握牵连运动是平动时的加速度合成定理,在此基础上,再讲当牵连运动是定轴转动时的加速度合成定理,学生就比较好理解了。
  二、改革教学方法,发挥学生主体作用
  1.启发式教学,激发学生求知欲
  启发式教学就是通过在教材的重点、难点、疑点处创设一种问题情境,以引起学生注意,并作适当启发,培养学生的思维,鼓励学生主动地、独立地分析问题和解决问题,这样既增加了学生的自信心,又激发了学生的求知欲,不仅可以培养学生学习的积极性,还可以引导学生的思维导向,培养学生思考、分析问题的能力。[1]例如在讲动量矩定理时,可以给学生举爬绳比赛的例子,如图1所示,质量相同的两个人爬绳,A相对绳的速度比B相对绳的速度快,问谁先到达顶点,学生一般会说A先到顶点,但通过动画演示两人一同到达。这就在学生脑子里留下了一个“?”,带着这个“?”学生再学习动量矩定理就有目的了。理论力学课的一个主要环节就是定理、公式的推导,有的学生就说理论力学就象是模型化的高等数学,这一部分处理不好,学生就会有厌学的情绪,教师要诱导学生发现数学推导中所包含的力学意义,启发他们从力学角度出发来分析、揭示各个数学表达式中所揭示的力学规律。例如在学习了动量定理和动能定理以后,让学生就这两个定理的表达式进行比较,有的学生在进行了简单的数学推导后说它们是相互矛盾的,实际上这些学生就是忽视了两个表达式中力F所代表的是不同的物理意义,而这两个定理的含义是完全一致的,只是研究问题的角度和所揭示的运动规律不同而已。这样就可使学生从根本上掌握所学知识。
  2.探究式教学,提高学生自主能力
  探究式教学是指学生在学习概念和原理时,教师只给他们一些事例和问题,让学生自己通过阅读、观察、实验、思考、讨论等途径去独立探究,自行发现并掌握相应的原理和结论的一种方法。比如在学习光滑铰链约束时,教师可以提出“人体哪些关节可简化成铰链连接?”这一问题,让学生通过观察、讨论的方式得到答案,从而掌握这部分知识,另外学生的主体地位、自主能力都得到了加强。大多数学校开设的理论力学都没有实验课,在教学过程中可以让学生试着自作一些实验仪器,这样可以提高学生对这门课的兴趣,还加深了对这部分知识的理解。比如在讲解摩擦角时,理论上理解比较抽象,让学生自制仪器来测量摩擦角,然后写出小论文,通过这一方式,学生对摩擦角的认识就比较深刻。运动学中,有的学生想象不出机构怎么运动的,可以让学生做一些运动模型,一方面提高学生的动手能力,另一方面有助于学生对点的合成运动的理解。在动力学中,动量定理、动量矩定理和动能定理每个定理的推导过程紧密并具有逻辑性,但归根结底都是由动力学基本定律推出的,也就是说这些定理之间联系非常紧密,教师可以引导学生在所学知识的基础上,让学生对每个定理进行重新推导,并让学生分组讨论推导过程和结果,从而加深对每个定理的理解,提高学生的思维灵活性。
  3.互动式教学,培养学生创新能力
  互动式教学就是通过营造多边互动的教学环境,在教学双方平等交流探讨的过程中,达到不同观点碰撞交融,进而激发教学双方的主动性和创新性。教师要引导学生去想像,由学过的想到即将要学的,由现在的想到未来可能出现的和曾经发生的,进而培养学生丰富的想像力。[2]在理论力学教学过程中,老师可以预先布置题目,让同学独立思考,课堂上展开讨论,同学上黑板讲解,互相补充,然后由老师归纳总结,对各解法作出评价。可以使学生加深对知识的理解,温故知新,引导学生找出内在联系与具体差别。从而调动学习的积极性,转被动为主动,思维可以尽情发散,思考可以任意深入,这种状态下,创造性才可能发挥出来,本质的问题才能被发现。比如讲解运动学时,由点的简单运动到点的复合运动,再由刚体的简单运动引申到刚体的平面运动,教师可以引导学生发现其中紧密的联系:运动学就是一个由简单到复杂的理论体系,刚体本身就是点的集合,复合运动也是简单运动的合成。这样可以充分发挥学生灵活的思维,加深这部分内容的理解。大多数的习题尤其是运动学、动力学综合问题,可以用多种方法求解,有的运动学问题可以用点的速度合成求解,也可以用复合运动或刚体平面运动求解;动力学问题可以用三大定理求解,也可以用达朗伯原理求解,但其中只有一个是最简便的。这样通过对同一问题采取不同解法,找到其最简便的解法,使得学生将所学知识前后贯通,逐渐培养其创新思维能力,可以脱离书本知识的局限,不墨守成规,遇到实际勤于思考,充分发挥自己的创新意识,勇于创新,找到最好的解决办法。
   4.多媒体教学与板书相结合
  近年来,随着多媒体技术的普及,理论力学的老师多采用多媒体上课,确实方便了不少,象运动学部分,很多同学想不出机构是如何运动的,通过多媒体播放动画,学生一目了然,而且一些工程示例也可以引到课堂上,提高了学生学习的兴趣。但讲解一些比较难理解的知识点时,多媒体播放的太快,学生跟不上老师的进度,时间一长学生容易产生厌学的情绪。尤其在点的合成运动中分析点的速度和加速度合成时,内容本来就不好理解,教师如果只按照课件来讲,大部分学生就听不明白。这就要求教师用板书在黑板上把速度矢量图和加速度矢量图一步一步地画出来,这样学生可以紧跟老师的思路,而且在教师板书的时候,学生有自己思考的时间,有助于学生对知识的消化吸收。
  三、建立和谐的师生关系,营造轻松活跃的课堂气氛
  和谐良好的师生关系有助于提高学生对这门课的兴趣,如果学生不喜欢任课老师,对这门课学生学习的兴趣也不大。教师在与学生的交往中应放下架子,多与学生交流,多关心学生的生活,倾听学生的心声,学习尊重学生人格,在教学中营造一种轻松活泼、和谐融洽的课堂气氛,使学生在愉悦的气氛中主动参与教学,达到与学生互动合作、教学相长的目的,从而打破传统的教师将知识单向输入给学生的教学体系,建立的知识反馈交流系统。[3]教师应给学生创造一种宽松的学习环境,在教学活动中应注重与学生的交往艺术,学会欣赏和鼓励学生积极思考、勇于提出问题。教师对待学生要宽容,要多发现学生的优点,多表扬少批评,绝不能挖苦学生打击学生的信心。教师要改变观点,把学生放在对等的位置上,以诚相待。特别是对于“理论力学”课程中的难点内容,这种方法尤为重要。在讲述点的加速度合成定理时,加速度矢量比较多,要鼓励学生提出自己不明白的地方,对这些地方重复讲解,加深学生对知识的理解。
  总之,理论力学教学过程是一种双边活动的过程,教师是教学活动的组织者,起主导作用,要完成教学任务,提高教学质量,必须合理安排教学内容,采用先进的教学方法和方式,并在教学过程中建立良好的师生关系,才能培养学生对理论力学的兴趣,从而在学习过程中发挥学生的主动性、积极性,才能达到较好的教学效果。
  
  参考文献:
  [1]李享荣,张雷.对理论力学教学改革的认识与实践[J].上海理工大学学报:社会科学版,2005,27(2).
  [2]王敏.理论力学课程教学改革的几点思考[J].广州技术师范学院学报,2007,(10).
  [3]崔玉洁,张祖立.谈理论力学课堂教学模式改革[J].沈阳农业大学学报:社会科学版,2006,(2).
  [4]哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学(第7版)[M].北京:高等教育出版社,2009.
  (责任编辑:刘丽娜)
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