“理论力学”教学改革与实践研究

来源 :中国电力教育 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hudaxia110
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘要:结合河南理工大学开展的“‘理论力学’课程体系改革研究与实践”教育教学改革项目,就工科院校“理论力学”课程的教学内容、教学方法和考核方式等内容进行了研究,就改革实践过程中出现的有关问题进行了思考并展开探讨。
  关键词:理论力学;教学改革;实践
  作者简介:韩宪军(1975-),男,山东邹城人,河南理工大学土木工程学院,讲师;王钦亭(1973-),男,蒙古族,河南镇平人,河南理工大学土木工程学院,副教授。(河南焦作454000)
  基金项目:本文系河南理工大学教学改革课题(课题编号:2008JG043)的研究成果。
  中图分类号:G642.0     文献标识码:A     文章编号:1007-0079(2012)17-0066-02
  “理论力学”是河南理工大学(以下简称“我校”)机械、土木和采矿类工科专业一门重要的专业基础课,是学习其他力学类技术基础课和“机械原理”、“机械设计”、“岩石力学”、“边坡工程”等后续专业课的基础,其特点是理论体系系统性强、逻辑严密,基本理论、基本概念和基本原理多而复杂。从教学效果来看,多数学生普遍反映本课程难度较大,甚至成了所谓的“魔鬼课程”,用学生中比较流行的话来说,就是本课程“理论易懂,习题难做”、[1]“一不小心,就很容易挂科”……为了激发学生的学习兴趣,着力提高“理论力学”课程的教学效果,我校近年来开展了以“理论力学课程体系改革研究与实践”为题的教育教学改革项目,就本课程的教学内容、教学方法和考核方式等内容进行了系统的研究,现对教学改革实践过程中的有关思考和取得的成效加以整理。
  一、讲好绪论课,充分调动学生的学习积极性
  爱因斯坦曾经说过:“兴趣是最好的老师。”有了学习兴趣才能有一个良好的心态去对待学习的内容。事实证明,许多学生之所以产生厌学情绪,甚至对理论力学课的学习采取敬而远之、破罐子破摔的态度,最最关键的一点,是缺少学习的兴趣和热情。作为“理论力学”的第一堂课——绪论,除了对本课程的教学内容、将采用的教学方法和教学手段以及教学计划等基本内容必须交待清楚之外,还有一个重要的作用,就是激发学生对本课程的学习兴趣和学习热情,以便为课程后续具体内容的学习创造一个良好的氛围。为了收到良好的效果,在理论力学绪论的讲授过程中,提供了许多生活和工程中的例子,如高空走钢丝、花样滑冰、计算机硬盘转速、落体偏东、塔吊配重、三峡大坝、拉线轮、猫旋理论等,[2]对其中蕴含的力学概念和力学知识进行必要的说明,这极大地调动了广大学生学习本课程的热情。
  二、整合教学内容,强调前后知识点的关联性
  “理论力学”所涉及的教学内容繁杂,根据理论力学教学内容的具体情况,进行了如下有益的尝试:
  1.与大学物理力学部分的衔接处理
  现有的“理论力学”教学内容与“大学物理”的力学部分存在着不少重复部分,[3]这种现象在静力学、运动学和动力学中都有所涉及,如运动学中质点的运动方程、轨迹方程的确定,速度、加速度的计算和刚体的简单运动,动力学中动量定理、动量矩定理和动能定理三大基本定理等内容,对于这些重复内容采取了简化处理,仅作必要的回顾和强调。而对于大学物理中没有涉及到内容,比如运动学中点的合成运动、刚体的平面运动以及动力学中刚体的平面运动微分方程、质心运动定理等,作为理论力学的新内容应当把主要的精力放在新内容的讲授上面。
  2.强调前后知识点的关联性
  就理论力学的教学内容而言,前后知识点存在着密切的关联性,[1]在教学过程中应给予充分的重视。例如,在静力学环节中所学习的物体(或物体系统)的受力分析和受力图的画法,贯穿整个理论力学始终,应作为重中之重加以强调。在教学过程中发现,有部分同学开始觉得受力分析部分在中学物理中已经学过,没有进一步学习的必要,以至于一开始就没有引起足够的重视,等到后面动力学知识的学习中,遇到稍微复杂一点的问题,最基本的物体或系统中的某一部件的受力分析往往会出现不知从何做起而无所适从的现象,更谈不上画受力图进行后续计算了。为此教师在讲授这部分内容时总是不厌其烦地进行强调和说明,就近几学期的反映来看,成效显著。
  又如,讲授平面任意力系简化时,突出强调了主矢和主矩的概念,并对这两个概念在物体或物体系统的运动与动力学响应之间的关系分析时所扮演的重要角色给予预先说明;在讨论刚体的定轴转动知识时,强调其中涉及的重要公式,特别是速度和加速度这些表征运动强弱的物理量与其他物理量和有关几何量之间的关系。等到后面动力学内容讲解时,多数同学能够把前后知识点顺利地建立联系,为问题的后续分析和最终解决提供了保证。
  三、选取灵活多样的教学方式,注重提高课堂效率
  事实证明,教学成效的好坏在很大程度上取决于教师所采取的教学方式正确与否,好的教学方式能够起到化繁为简、化难为易的作用,事半而功倍;相反不好的教学方法往往收效甚微,很难达到理想的教学效果,事倍而功半。在“理论力学”教学过程中,为了取得良好的教学效果,根据不同的教学内容,选取了案例教学法、互动式教学法、讲评式教学法等灵活多样的教学方式,教学效果良好。
  1.案例教学法
  案例教学自从哈佛法学院于1870年率先使用以来在全世界产生了广泛影响。20世纪80年代,案例教学开始引入我国,目前已得到了广泛的应用。在传统的教学模式下,课堂讲授内容与工程实践严重脱节。教师教学环节多为“填鸭式”的教学模式,课堂气氛沉闷,毫无生气可言,教学效果之差可想而知,这与当今提倡的素质教育潮流格格不入。[4]“理论力学”案例教学法就是在课程中选用一些经典的工程实例,结合工程反映出来的问题从力学层面进行分析讨论,进而引出其中所涉及的力学概念以及蕴含的力学原理,让学生产生一种身临其境的直观认知,进而对所涉及的力学知识有所理解、认识和掌握。例如,在讲授平面力学知识时,以建筑工程中常用的塔吊为切入点,借助工程图片、动画等素材,用多媒体进行展示,启发引导学生与老师一起分析在塔吊工作的过程中所涉及的各种外力,然后以塔吊为分析对象,讨论其工作中的平衡问题,确定塔吊所需配重的合理范围。
  又如在讲授理论力学中“力线平移定理”知识时,先采用启发式方式要求学生一起回顾前面有关章节中讲授过的“力的可传性原理”,它是讨论一个力沿其作用线方向在刚体上移动时对刚体的作用效果不变这样一个性质的;接着启发学生思考如果一个力在它作用的刚体上进行侧向平移后的作用效应是否会改变的问题,也就是作用效果否会变,如果不变,为什么?如果改变,将会怎样改变?如何利用先前学过的知识分析和处理这一问题成为摆在大家面前的一个问题。通过尝试发现,大家提出了许多不同的想法和意见,最后在老师的进一步引导下,大家逐渐掀开“力线平移定理”的神秘面纱。接下来,老师进一步结合乒乓球运动中的旋风球、工业厂房里的吊车梁以及生活中钉钉子等问题举例说明该定理在日常生活和工程生产实际中的应用。这样一来,大家的理解和接受水平自然就提高了。
  基于现代化多媒体技术的案例教学法,直观性强,整个学习过程是在一种和谐友好的氛围中展开的,这种氛围有利于增加学生的学习兴趣、主动性和创造性,有利于形成“老师为主导、学生为主体”的师生、生生之间积极互动,在互动交流中产生知识和思想的碰撞,进而提炼出所讨论的问题涉及的知识点,迸发出智慧的火花、教学相长的良好局面。
  2.讲评式教学法
  任何一门课的讲授过程中,不应该采取一以贯之的教学方式,否则很容易使学生产生“厌烦”情绪,老师的教学积极性也很难得到充分的调动与发挥,“理论力学”课程的讲授也不例外,对于一些难度不大或一些概念性的知识尤其如此。在这种情况下,老师可以采用所谓的讲评式教学法。
  讲评式教学法是主动式教学法的一种,[5]其大致过程如下:老师先选择适用于这种方法的教学内容,提前通知学生做好预习,然后以小组为单位进行课前准备;上课时每小组推选一名本组中的优秀学生到讲学前就有关知识点进行讲解,讲解结束后其余同学(含讲解者所在小组同学)可就刚才讲解的内容进行讨论或提出质疑,讲解者进行解答;如此类推,直到把所有重要知识点讲解完毕。最后老师就大家在讲解讨论过程中好的方面和出现的问题或不足进行必要的总结说明,和大家一起把相关的知识点进行汇总、当堂消化吸收,不留“夹生饭”。比如工程中的摩擦问题和动量定理等内容所涉及的知识学生在中学阶段和大学物理课程中就有所接触,为了检验大家的认知程度,进行必要的知识扩充并提高大家主动获取知识的能力,发挥其学习的积极性和主观能动性,尝试将这两部分内容采用讲评式进行教学。也就是采取学生先课下阅读书本并搜集有关的知识点(如摩擦的概念和利弊、摩擦的分类性质、考虑摩擦时平衡问题求解等),在课堂上就各有关相对独立的知识点进行“学生讲解,师生点评”。通过多次实践发现这种方式很受学生的欢迎,而且课堂氛围活跃,大家的积极性得到了最大程度的发挥,所需课时大概减少一半左右,而学生取得的学习效果非常理想。当然,这一方法只能局限于知识较易于理解的章节,对于其他难度稍大的部分则不宜采用。
  3.习题课教学法
  习题课的教学在整个理论力学教学环节中处于非常重要的地位。然而随着高校教育教学改革的进行,“理论力学”教学学时逐渐减少,在教学学时不断减少的背景下,为了完成计划内的教学内容,许多时候不得不放弃或消减原有的习题课课时,这对于理论力学教学工作是非常不利的。为了弥补因学时压缩、习题课课时消减带来的不利影响可以部分内容采取了讲评式教学方法,把节省下来的学时用于习题课教学。在布置习题时不但有选择地布置那些教材上提供的轮子、杆件等典型的传统题目,而且还适当补充一些有一定工程背景和源自生活的题目供大家选做。习题课的任务就是把大家在习题完成过程中反映出来的共性问题进行分析讲解,找出其中出错的原因,给予及时的纠正。习题课讲解时都是选取有代表性的题目,贯彻“少而精”的原则,注重在分析问题的思路和方法方面给学生以启发,提倡一题多解,[5]力争做到讲一个会一个,变化一下条件或适当改变一下形式,仍能正确地进行分析处理,即希望达到举一反三、触类旁通的目的。
  4.其他教学法
  古人说“授人之鱼,不如授人之渔”。大学教育的目的不是让学生学会多少“死的”、具体的知识,而是教给他们学会掌握正确的分析问题、处理问题的思路和方法。杨振宁等人也曾指出“对学生来讲,会计算,能记住,考试考得不错,都不是最重要的,最重要的是要有好的思想方法”。[6]大学阶段学生学习的目的也不应是“学会”多少知识,而应该是通过学习有关的课程知识,达到“会学”这一目的。“理论力学”的教学也要围绕着这一观点,教师应该明白教学过程是一个“授人以渔”,而不是“授人以鱼”的过程。为此整个教学过程要致力于学生能力和工程素质的培养,注重让学生学会“如何学习”的方法。比如,在学习物体平衡分析问题时,有的同学对平衡的概念和平衡方程的理论公式能够背得滚瓜烂熟,但是一遇到具体的问题就不知如何下手了。这点在后续专业课程的学习中表现尤为突出。比如在学习“弹性力学”的平衡微分方程和边坡工程稳定性分析等课程知识时,多处用到平面(或空间)平衡方程的列取问题,许多同学都无从下手,无所适从。这说明大家在学习力系平衡问题时,仅仅是学到了一些基本的概念和一些形式或一些方程,至于概念和方程所表达的物理含义许多同学只是浅尝辄止,更谈不上对问题进行深入地分析理解,进而达到“会学”这种境界了。为此,笔者在相关知识点的教学过程中,对基本概念、基本定理和基本公式等内容,结合工程和生活中的实际问题进行讲解分析,入情入理、说理透彻、由浅入深,努力激发学生的积极性、主动性和创造性,做到眼到、手到、心到,入耳、入心,给他们以强烈的冲击和深刻的印象,达到深入理解和掌握概念、原理、公式的本质内涵之目的。比如在讲解前述物体的平衡问题时,应着重强调平衡的概念,并着重强调它在弹性力学、边坡工程等后续课程中的应用。
  应当指出,教学方法的选取不应当是一成不变的,应该根据不同的教学内容、不同的老师和不同的学生灵活选用或交叉使用,以达到较好的教学效果。此外,为了提高学生的学习兴趣,可以在教学过程中适当加入力学史内容,以力学小故事和力学发展及其前景展望为内容调动大家学好理论力学的热情。还可以采用Matlab、Maple等计算机模拟方法就比较抽象、难以理解和接受的内容进行编程处理,降低学习难度,以达到轻松学习的目的。[3,7]
  四、改革考核方式,重视对学生能力和素质的考查
  考核对只是检验老师教学效果和学生学习效果的一种手段。经过一段时期的教学改革,目前大多数学校在考核过程中普遍摒弃了期末一套试题决定学生成绩的做法。[8]现有的考核方式学生成绩一般由平时成绩和期末成绩两部分构成,所占比重大概是3:7。我校目前也采用这种比例,不过为了培养大家的学习能力和工程素养,笔者在平时成绩中加入课程论文和教学意见建议反馈两部分内容,分值各占总成绩的5%。课程论文的撰写能够检验大家对理论力学基本概念、基本原理、基本公式的理解和应用水平,培养他们学会学习的本领。教学意见建议反馈,能够及时把本届学生在整个理论力学学习过程中发现的教学方面的缺点和不足以及良好的建议及时反馈给老师,可对下一届学生的学习提供很好的参考。
  五、结论
  “理论力学”教学成效如何,对于工科大学生来说具有至关重要的影响,本文就教学改革实践中的一些浅见进行了总结,目的在于抛砖引玉,希望对广大力学工作者有所帮助。
  
  参考文献:
  [1]刘红岩,李冬梅,罗志华,等.“理论力学”课程内容的逻辑关联分析及教学方法研究[J].中国地质教育,2010,(1):82-85.
  [2]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,(2):27-28.
  [3]胡志娟.理论力学教学现代化探索[D].成都:四川师范大学,2003.
  [4]罗平平,韩宪军.“地基处理与加固”课程教学技巧与方法探讨[J].中国电力教育,2011,(10):107-108.
  [5]袁健.理论力学的主动教学模式探讨[J].力学与实践,2006,28(1):76-77.
  [6]韩小平,张劲夫,和兴锁.在新形势下理论力学教学改革的几点思考[J].西北工业大学学报(社会科学版),2002,22(1):83-85.
  [7]孙海滨,宫衍香.理论力学教学改革的实践与探索[J].高等理科教育,2007,(5):93-96.
  [8]张亚红,刘睫,赵玉成.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.
  (责任编辑:宋秀丽)
其他文献
摘要:针对“制造装备及自动化”课程自身的特点,结合教学实践,讨论了在该课程的教学过程中教师认真备好每一堂课,采用课堂提问、分组讨论、现学现考、让学生走上讲台等多种形式改革课堂组织方式来加强学生的学习主动性。  关键词:制造装备;课程教学;教学改革  作者简介:钟建琳(1969-),女,湖南华容人,北京信息科技大学机电工程学院,副教授;王红军(1966-),女,河南郑州人,北京信息科技大学机电工程学
期刊
摘要:地球物理学专业是理论和实践并重的学科,是能源勘探的主要手段,在能源类高校设置地球物理专业意义重大。主要探讨了了山东科技大学地球物理学专业设置的历史背景、专业建设的指导思想、课程体系的设置、教学改革初探、师资队伍建设及通过专业建设实践所取得的成绩。  关键词:地球物理学;课程体系;教学改革  作者简介:李桂花(1977-),女,山东日照人,山东科技大学地质科学与工程学院,讲师;林年添(1962
期刊
摘要:地方新建本科院校在我国本科高校的生态群落中受到众多圈层挤压,是弱势群体中的弱势者。一定要坚持走地方化发展之路,融入地方、依托地方、服务地方;一定要坚持“应用型”的办学定位,强化与地方产业发展紧密结合的应用研究,大力培养地方经济社会发展急需的应用型人才;一定要实现学校与地方政府、企业的良性互动,以服务和贡献赢得地方的支持,从而拓宽自身生存发展新空间,牢牢把握学校科学发展的主动权。  关键词:地
期刊
摘要:药剂设备与技术专业是目前国内唯一的关于药物制剂方向的工科类本科专业,旨在培养既懂制药原理和工艺又精通机械设计、电气控制的应用型人才,为此药剂设备与技术专业近年来着力在教学体系和教学方法上进行了一系列改革和探索,以期找出符合特色专业建设的教学之路,创办具有自身特色的应用型专业,培养更符合现代社会需求的知识型高素质高能力的人才。  关键词:药剂设备;专业;教学改革  作者简介:杜妍辰(1976-
期刊
摘要:高校课程论文正进一步成为当前测试大学生综合能力的一种较为有力的手段,也正强化着大学生探索创新、独立思考、语言表达、思维逻辑、宏观把握等各方面的能力,同时有效弥补了课程考试存在的“一卷定音”的弊端。为此,根据多年的桥梁工程科研教学经验,在课程论文写作方面展开研究,阐明了课程论文在本科生教育中的必要性和重要性,并针对目前普遍存在的课程论文质量差,抄袭现象严重等方面的问题提出了一系列改进措施,以期
期刊
摘要:“信号与系统”课程介绍的基本分析方法和原理广泛应用于信号与信息处理、自动控制、通信及电路与系统等领域。如何有效地提高“信号与系统”课程的教学质量,是一项具有重要意义的工作。在“信号与系统”课程中开展双语教学,有利于提高“信号与系统”课程的教学质量,促进该课程的科学发展。讨论了“信号与系统”双语教学改革的教学对象、教学内容及教学方法,对双语教学这种教学方式进行了一些有益的思考。  关键词:信号
期刊
摘要:“计算水力学”是一门水利、交通、环境、土木等工科专业研究生重要的专业基础课程。从课程背景、课程特色出发,阐述了开设“计算水力学”课程的必要性和实用性。按照“重组基础、反映现代、融入前沿、综合交叉”的原则,对该课程的教学内容进行了精选优化。采用“基础理论+应用实例+教学软件+学科前沿”的教学模式实施教学,培养了学生利用计算水力学方法分析问题、解决问题的能力,同时开拓了学生的视野,促进了创新思维
期刊
摘要:为适应软件工程双专业复合型人才培养模式和就业市场的需求,在武汉工程大学“E+”国家级人才培养模式创新实验区下设的英语+软件工程双专业经过探索和实践的基础上,探讨了作为软件工程专业主干课之一的“软件体系结构”课程的教学改革,提出了一些内容剪裁和教法改进。  关键词:双专业;软件体系结构;教学改革  作者简介:刘玮(1973-),女,湖北武汉人,武汉工程大学计算机科学与工程学院,讲师;何成万(1
期刊
摘要:结合培养卓越工程师的要求,针对目前“锅炉原理课程设计”教学过程中存在的问题,提出了贯彻“以德为先”的培养理念、实行差别化培养、加强设计工作规范化教育和采用过程与结果并重的考核方法等措施,有效提高了该实践课程的教学效果。  关键词:锅炉原理;课程设计;教学改革;卓越工程师  作者简介:王波(1981-),男,四川珙县人,上海理工大学能源与动力工程学院,讲师;袁益超(1965-),男,浙江嵊州人
期刊
摘要:基于高等职业教育的“校企合作、工学交替”基本理念和培养“职业能力”的基本目标,阐述了在“集散控制系统”课程教学过程采用项目教学法必要性,以及实施的要素和应用实践;实践表明项目教学法是提高教学质量和提高职业能力的一种行之有效的教学方法。  关键词:项目教学法;校企合作;工学交替;集散控制系统(DCS)  作者简介:蒋兴加(1969-),男,湖南道县人,广西机电职业技术学院电气工程系,副教授;梁
期刊