探索力学“论述力学”授课中命题式教学办法研究征文

更新时间:2023-12-19 点赞:15577 浏览:62581 作者:用户投稿原创标记本站原创

摘要:结合“理论力学”课程教学,介绍命题式教学方法的应用。围绕提炼出的若干个关键命题,详细讨论了如何有效地组织课堂教学,以充分调动学生的积极性,节约学时,提高教学效果。结合教学体验,对命题式教学方法实施中的关键问题以及方法的优点进行了分析和讨论。
关键词:理论力学;命题式教学;教学组织
作者简介:孙玉周(1974-),男,河南新野人,中原工学院建筑工程学院副院长,副教授;
许君风(1973-),男,湖南邵阳人,中原工学院建筑工程学院,讲师。
基金项目:本文系中原工学院校级优秀课程“理论力学”建设项目、河南省双语教学示范课程“Engineering Mechanics”建设项目的研究成果。
1007-0079(2013)14-0103-02
“理论力学”是大学工科专业专业基础课,所讲授的理论知识和分析方法是很多后续课程建立自身理论体系的基础。但是,近几年各高校对“理论力学”课程的教学学时压缩非常严重,很多高校的机械、土木类专业的“理论力学”课程学时已被压缩到60学时,有的甚至被压缩到45学时。[1,2]在这种情况下,探讨教学方法的改革、研究教学内容的合理组织变得非常必要,高校力学教师也已经在这方面做了很多有益的研究工作。[3-5]
“理论力学”课程内容的理论性和系统性非常强,具有很强的面向应用的特点。静力学、运动摘自:毕业论文范文www.618jyw.com
学和动力学三部分内容均可以容易地找到其主线,关键知识点非常清晰,掌握了课程内容的关键点和要解决的主要问题,对于课程知识的学习和理解很有帮助。经过多年的实践和研究,提出了命题式教学方法,本文重点介绍这一教学方法的主要思想,以及如何有效地组织课堂教学。

一、命题式教学方法

“理论力学”分为静力学、运动学和动力学三部分,各部分的内容具有相对的独立性,每部分要解决的主要问题非常清楚。在课程的讲授中,可把要解决的主要问题以命题的形式提出来,讲课前向学生强调将要讲授的内容所对应的命题,课程讲授中亦紧紧围绕命题展开,做到重点突出,节约时间。该方法不仅可以做到讲授思路清楚,亦可激发学生的学习兴趣和积极性,使他们容易抓住重点。对于整个“理论力学”课程的教学内容,提炼出了以下7个命题:怎样分析物体受哪些力作用;怎样计算物体上所受的未知力;质点相对于不同参考系的运动之间的关系;平面运动刚体上不同点之间的速度、加速度之间的关系;刚体的平动效应和所受力系的主矢之间的关系;刚体的转动效应和所受力系的主矩之间的关系;定轴转动刚体和平面运动刚体的动能怎样计算及动能定理应用。
此外,每个命题的讲授中亦可提出若干个子命题,子命题的提法更加具体,可以给学生布置成课堂或课下作业,若布置为课堂作业,可让学生上讲台回答。通常只要求学生回答结果,道出关键地方,强调方法的理解和应用。比如,刚体的平动效应和主矢之间的关系这一主命题在讲授中可分为两个子命题:平面运动刚体的动量怎样计算;如何描述平动效应和主矢之间的关系。

二、教学内容组织和讲授方式

一般而言,静力学部分研究物体的平衡规律,但它主要是为了解决两个关键问题:怎样分析物体受哪些力作用;怎样计算物体上所受的约束反力力。相对于运动学和动力学部分,静力学部分的知识点比较多,比较琐碎,在讲授具体知识点时,要注意向这两个关键命题上归纳,提高学生的注意力。静力学部分至少需要12次课,前两次课讲授一些基本公理和定理,以及投影、力矩和力偶这些基本概念,特别要强调力偶的概念,要把它看作一个基本概念来理解,它与转动效应直接相关。第3次课讲授约束的概念,以及怎样进行受力分析,物体系统的受力分析要讲解4~6个例题,至此,第一个命题已经解决。第4次课先讲授力系简化的思想,然后介绍怎样对平面汇交力学和平面力偶系进行简化。第4次课的第2个学时介绍力线平移定理,以及如何应用力线平移定理对平面任意力系进行简化,简单分析结果。第5次课深入介绍平面力系的简化以及结果讨论,要多举例、多向学生提问题,加强学生对方法和结果的理解,第5次课还要介绍怎样求平面力系的合力(主矢和主矩),它可以看成简化方法的应用,也可以看作合理投影定理和合力矩定理的综合运用。第6次课讲授物体的平衡条件和平衡方程,静定和超静定的概念,以及如何运用平衡方程求解平衡计算问题。第7和8次课讲解物体系统的平衡计算问题,这是静力学的重点,至少要向学生讲解8个例题,物体系统的平衡计算直接回答了第二个命题。第9次课讲授考虑摩擦的平衡计算问题,可看作一类特殊的问题,主要强调摩擦角的概念及其应用。第10和11次课讲授空间力系的简化和平衡计算,只要求学生掌握简单的单个物体的计算问题。第12次课介绍重心、质心和形心的概念和计算方法(1个学时),另1个学时可安排为习题课。
运动学部分的主线更加清晰,就是为了解决两个关键问题:质点相对于不同参考系的运动之间的关系;平面运动刚体上不同点的速度、加速度之间的关系。可紧紧围绕上面两个命题安排5次课(10个学时)讲授。第一个问题可列举坐在匀速行驶的汽车上竖直向上手抛苹果,苹果能落到我们手中,以及坐在火车上看车轮上的任一点,看到的运动是圆周运动,但从地面上看其运动是螺旋线这两个例子。第二个命题强调物体的运动其实有三种形式,一是平行移动,二是定轴转动,三是既有平动又有转动(例如在地面上做纯滚动的车轮),对于前两种运动形式,相关的分析和计算我们已经很熟悉,但第三种运动(一般的平面运动),需要在本书中掌握怎样定量地进行分析。上面内容可在第1次课中用1个学时很快讲完,然后介绍点的运动的直角坐标法和自然坐标法,以及物体的平行移动和定轴转动的定义,一个学时足够。第一次课的第二个学时直接进入第一个命题,继汽车上抛苹果和火车车轮上的点的运动两个例子,可再举2-3个例子,引入相对运动、绝对运动和牵连运动,相对速度、绝对速度和牵连速度,相对加速度、绝对加速度和牵连加速度等三组概念,然后引入点的速度合成定理(即相对速度、绝对速度、牵连速度之间的关系),并举一个简单的例子说明其应用。第二次课首先回忆上次课中分析问题的思想,对点的速度合成定理进行简单的证明,然后讲解4-5个例子(可把所有的例子分成两类,一类为直接应用,一类为间接应用)。第3次课讲解点的加速度合成定理,只要求学生能对简单的问题进行计算即可,一个学时就可以讲完。第3次课的第2个学时转入第二个命题的讲解,强调常见的刚体运动其实经常既有平动又有转动,然后引入平面运动的概念,讲解平面运动的分解和合成,通过简单的例子说明其应用。在第4次课中,通过5-6个例子讲解基点法、速度投影定理和瞬心法的应用,这是第二个命题的关键所在,在讲授三种方法应用的同时,要强调对瞬心、瞬时平动、加速度、角速度和角加速度等基本概念的理解,同时,讲课中可以适当地介绍第二个命题和第一个命题之间的关系。第5次课讲授描述平面图形内各点加速度之间关系的基点法以及其应用,重点还是分析不同类型的题目,相关的计算题要比速度问题的基点法复杂很多,可强调基点法以及第一个命题中的速度合成定理其实都是矢量方程,一个矢量方程其实相当于两个代数方程(向任意两个垂直的坐标轴上投影可得到两个代数投影方程),可解出两个未知量,最后通过一个简单的例子介绍上述两个命题的综合应用。 动力学部分研究物体的运动和受力之间的关系。对于平行移动的刚体,这一关系非常简单,就是牛顿第二定律(F=ma),理论力学中主要讲解定轴转动刚体以及平面运动刚体的运动和外力之间的关系。这一部分的内容可以归结为三个命题:刚体的平动效应和主矢之间的关系;刚体的转动效应和主矩(向质心简化)之间的关系;定轴转动刚体和平面运动刚体的动能怎样计算以及动能定理的应用。整个内容至少需要5次课。第1次课讲授动量定理和质心运动定律,其实是讲刚体的平动效应和主矢之间的关系。可考虑车轮纯滚动的例子,其运动可分解为随质心(轮心)的平动和绕质心的转动,然后提出两个子命题:平面运动刚体的动量怎样计算;如何描述平动效应和主矢之间的关系。可给学生10分钟左右的时间来看书,然后讲解和论述这两个子命题,运动学的第一个问题就解决了。讲课时要不断强调,平动效应只需要考虑质心的速度和加速度即可,刚体的总动量等于总质量乘以质心的速度,外力与平动效应之间的关系其实是外力主矢与质心加速度成正比。这部分内容不需要讲解太多应用例子,只需讲一两个例子即可。第2和3次课围绕动力学部分的第二个大命题讲授,第2次课讲授动量矩的计算和动量矩定理,要详细讲授质点、质点系和三种运动刚体的动量矩怎样计算,以及质点系对定点和质心的动量矩之间的关系,大概需要

1.5个学时左右,然后讲授质点源于:党校毕业论文范文www.618jyw.com

、质点系的动量矩定理,强调它们描述转动效应和外力之间的关系。第3次课,简单回忆动量矩定理,然后讲解转动惯量的计算,先讲动量矩定理的直接应用(定轴转动或类似定轴转动问题),然后把重点放在平面运动问题的求解上,即综合应用描述平动效应质心运动定理和描述转动效应的质心动量矩定理求解问题。到此为止,动力学问题的一般分析方法已经讲完。动能定理可看作从能量的角度分析动力学问题,也很重要,可为上述问题提供比较简单的求解方法,动能定理可用2次课讲解,第4次课讲解动力学部分的第3个命题,强调定轴转动刚体和平面运动刚体的动能怎样计算,以及力偶的功和功率怎样计算,同时强调要注意运用动能定理的微分形式,相对于前面的动量矩定理,这部分内容学生较易掌握,重点应该放在应用上。第5次课讲授5~6个例子分类介绍动能定理的应用。

三、应用效果和讨论

命题式教学方法的最大优点就是可以节约学时,尽可能多地讲授知识点。“理论力学”三大部分内容包含的知识点相当多,45个学时很难按照正常进度讲完所有内容,很多学校于是把运动学或动力学部分的内容或者部分内容删除掉,这给学生学习其他后续课程造成很大压力。运用本文的命题式教学方法,基本可以讲授完20世纪90年代“理论力学”教学大纲要求的讲课内容。近几年在中原工学院教学实践中证明:按照命题式教学方法讲授,学生都能较好地掌握“理论力学”的主要内容。
命题式教学方法的另一个优点是可以激发学生的学习兴趣,调动学生的学习积极性,提高学习效果。“理论力学”中的有些基本知识与“高中物理”和“大学物理”中内容重复,如果重复讲述,不能突出“理论力学”课程的面向应用的特点,学生没有学习兴趣。按照本文讲授方法,可以最大限度调动学生的学习积极性。此外,该方法亦可提高学生的应用能力,学习“理论力学”的目的就是为了解决工程实际中或后续专业课程中的具体问题,提出的每一个命题解决问题的针对性都很强,命题的直接解答中如果再结合实际问题来分析,教学效果会更好。
结合命题式教学方法,可以比较容易开展和组织创新性教学。具体做法是:教师先在黑板上写出命题(通常写1~2个子命题),稍作解释,指定1~2节内容让学生自己看15~20分钟,然后让学生上讲台讲解和点评,学生讲解和点评时要求他们多集中在命题的回答和应用上。实践证明,对于很多知识点,用这种方法效果很好,学生的注意力会很集中,充分展开思路,知识点的掌握更牢固。
近几年也在开展“理论力学”双语教学工作,命题式教学方法应用到双语教学过程中,效果明显,但还要进一步琢磨和利用命题式教学方法的灵魂。比如,很多定理的证明和推导过程可以不讲,重点放在命题的回答和解释以及定理的阐述和应用上,而证明过程直接略去,或让学生课后自己学习和理解。
参考文献:
朱桥.在教学课时少的情况下怎样上好理论力学课[J].内江科技,2010.(9):53-54.
吴宏章.当前工科专业《理论力学》课程存在的问题及对策[J].中国科技信息,2012,(12):254-255.
[3]孙海滨,刘婷婷.理论力学课堂教学质量调查与分析[J].当代教育论坛(教学研究),2011,(4):110-111.
[4]袁健.理论力学的主动教学模式探讨[J].力学与实践,2006,(1):77-78.
[5]韩宪军,王钦亭,蔺海晓.“理论力学”教学改革与实践研究[J].中国电力教育,2012,(17):66-67.
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