简论教学改革力学基础课程教学革新

摘要：我校的理论力学为国家级精品课程，经过十几年的建设，已经形成了较为完整的课程体系和现代化教学体系。本文主要介绍我校理论力学课程的教学改革，为国内从事相关课程教学的教师提供参考。
关键词：理论力学；教学改革；课程
1674-9324（2013）22-0031-02
一、引言
理论力学是工科专业大学生必修的一门技术基础课程，它的基本任务是在学生已有的中学力学的基础上，培养学生具有对工程对象正确建立力学模型的能力，具备对这些力学模型进行静力学、运动学和动力学分析的能力，具备利用理论力学的基本概念判断分析结果正确与否的能力。我校的理论力学是一门面向全校开设的基础课程，授课采用两本教材，一本是洪嘉振教授等编著的《理论力学》，该教材从矢量力学出发对概念进行阐述，授课对象为机械类专业学生；另一门教材为刘延柱教授编著的《理论力学》，该教材从传统的结构力学出发进行描述，授课对象为船舶工程、环境、土木等专业学生。我校的理论力学于2003年被评为国家级精品课程，经过十余年的建设，已经形成较为完整的课程和教学体系。以下以机械类专业的理论力学为对象，介绍课程的教学体系与改革内容。

二、教学体系与改革

1.教学内容安排。本科生理论力学研究的对象为刚体，主要讲述平面问题，授课内容包括静力学、运动学与动力学三部分。我校机械类专业的理论力学授课学时为81学时，课程于大二上开设，学生人数500多人，由4～5名教师承担教学任务。课程内容安排为：绪论2学时，数学基础5学时，静力学12学时，运动学14学时，运动学计算机辅助分析8学时，矢量动力学基础10学时，刚体动力学8学时，分析力学14学时，动力学计算机辅助分析8学时。教学所用教材是从矢量力学对问题进行描述的，因此在正式进行理论力学教学内容前，安排了5学时的数学基础授课，介绍教材中所需用到的数学知识，并且统一符号表达。目前大型工程软件在实际工程中得到了大量使用，是现代工程设计的主要手段之一。运动学和动力学计算机辅助分析内容的教学目的就是为了与大型工程软件应用相接轨，让学生了解和掌握工程应用软件的理论构架和计算方法。理论力学中，静力学内容较为简单，难点在于摩擦平衡问题。运动学主要包含定点和动点的速度和加速度分析，其中动点问题是难点。动力学中，碰撞问题需要用到动量定理和动量矩定理的积分形式，拉格朗日第二类方程涉及到动能定理的内容，因此动力学内容的重点是碰撞问题、达朗贝尔原理、虚位移原理、拉格朗日第一类方程和第二类方程。课程安排有期中和期末考试，不占教学学时。期中考试内容为静力学和运动学，期末只考试动力学。因为动力学内容中需要用到静力学和运动学的知识点，例如采用达朗贝尔原理解题时需要用到静力平衡和运动学中的加速度分析等，因此期末考试事实上是对理论力学所有知识点的测试。
2.多媒体技术应用。目前多媒体技术已经在高校的授课中得到了大量使用。使用电子教案后，教师可以有更多的时间开展课堂讨论，实现启发式教学，从而提高教学效率。要达到此目的，教师应在电子教案的制作上和内容安排上做足功夫。以往板书教学的优点是学生可以有充分的时间理解和消化教学内容，有充足的时间做笔记，课后复习时对课堂内容的印象也较深。电子教案很容易使得教师讲课内容快和产生“走马观花”现象，导致学生来不及消化课堂内容。因此，电子教案的使用应当注意如下问题：一是电子教案的内容安排上应当尽可能地接近板书形式，前后内容进行有效关联，便于学生理解；二是进行电子教案和板书相结合的方式进行教学，关键知识点应该利用板书进行辅助；三是教师应当掌握好讲课速度和授课技巧，不断进行课堂师生互动，实时掌握学生对授课内容的掌握程度。要取得好的讲课效果，任课教师应当不断磨炼和提高个人授课技巧，提高电子教案的实用性，注重课堂教学中学生的参与度，只有这样才能真正达到理论教学与现代化教学手段相结合的目的。我校的理论力学电子教案多年来根据使用情况和学生的反馈不断得到完善。为了给学生一个直观认识，电子教案中针对教学内容的各个知识点开发有大量的动画显示，这在丰富教学内容的同时，也大大提高了教学效果。另外在教学中，针对航空航天和机械等系统，穿插了一些科研介绍，以提高学生的科研兴趣。多年的教学实践显示出，该电子教案在精简授课学时、激发学生学习兴趣、提高教学效果等方面取得了良好实效，能够取得很好的教学效果。怎样写毕业论文www.618jyw.com
开发电子教案的另一个目的，是可以为兄弟院校提供教学参考。
3.计算机辅助计算基础与应用。以往的理论力学课程较少涉及计算机辅助分析的内容。对于实际工程系统，目前计算机辅助分析已经成为现代工程设计的主要手段之一，而且已经开发有成熟的大型工程应用软件，这些软件是基于力学的基本原理进行开发的，在国民经济建设中发挥着重要作用。为了提高学生的知识结构和面向21世纪的高素质人才培养，我校的理论力学在课程教学中引入了运动学和动力学的计算机辅助分析内容，开发了《理论力学求解器》软件（在纸质教材中附有光盘），并且分别在运动学和动力学的计算机辅助分析理论教学内容结束后，安排学生上机实践，进一步理会理论力学的关键知识点，这样一方面可以让学生对大型工程软件的构造和计算方法等有一定的认识，领悟掌握好理论力学知识的重要性，另一方面可以为学生今后的工程服务打下基础。采用以上教学改革措施，可以达到理论教学内容与工程应用软件相结合的目的。
4.实验教学。我校的理论力学课程安排有实验内容，包括静力学、运动学、振动、、综合演示等实验。学生可以按学号登陆“工程力学教学基地”网站（http：//em.sjtu.edu.cn），网上察看选课办法和实验要求。实验教学要求学生在实验教师的指导下，在规定的时间段内利用业余时间独立完成实验，并且提交实验报告。实验教学由工程力学实验中心教师承担，不占理论力学的教学学时。实验作为理论力学教学的辅助功能可以加深学生对知识点的掌握，提高学生理论联系实际的能力，以达到理论教学和实验相结合的目的。近年来，工程力学实验中心对大量的教学实验进行了更新和改造，充分应用新的实验技术和结合工程实践，开发出了一批综合性和设计性实验，为提高学生的实验动手能力提供了条件，详见以上的教学基地网站。
5.课程网站。我校的理论力学建设有课程网站（http：//tm.sjtu.edu.cn），该网站充分发挥计算机网络的优势和多媒体先进的表现手段，营造一种在网络环境下自主、完整、系统学习理论力学的环境。课程网站是一个教师、助教、学生共同参与的助学平台。通过课程网站的讨论区和留言区，教师还可以收集校内外的反馈信息，作为进一步完善课程建设的参考。
三、结语
教学改革是一个长期和艰巨的任务，一门课程的体系与教学内容的完善需要在教学实践中反复锤炼，应根据科技的发展去除陈旧内容、补充新知识。理论力学是一门工科专业必修的技术基础课程，它是工程技术的主要基础之一，对于机械和航空航天等专业尤为重要。在面对新世纪创新人才培养的要求下，理论力学课程应当顺应科技的发展，不断在课程体系、教学内容、教学方法、教学手段等方面进行革新，实现课程教学与现代信息技术的整合，为培养合格的创新性工程技术人才做出贡献。
作者简介：蔡国平，男，上海交通大学工程力学系，博士，教授，博导，研究方向为结构振动与控制。