大衆化教育背景下力學教學實踐論文

一、合理選擇、調整理論力學知識結構體系

大衆化教育背景下力學教學實踐論文

目前理論力學教材關於靜力學的內容有兩種體系:第一種是先講平面力系,再講空間力系,符合由簡到易的教學思想,這種教學順序有利於學生產生親切感,但在實踐中卻容易使學生因爲覺得內容簡單,且與大學物理內容重合而產生消極倦怠感;另一種是適當提高教學起點,採用從一般到特殊的內容體系:先將空間力系簡化,由空間力系簡化結果導出空間力系平衡方程;平面匯交力系、平面力偶系、平面一般力系作爲空間力系的特例處理。這種安排,學生的難點其實就集中在數學中矢量代數工具的應用,比如點矩,其數學計算過程學生在高等數學裏就會了,在理論力學課程裏只是賦予不同矢量的物理含義而已,只要在講新課之前,和同學們一起復習一下矢量運算,後面的講解就變得容易得多了。這種體系,雖然提高了教學難點,但因爲教學內容新穎緊湊,有利於保持同學們在學習初期的學習熱情,激發同學們的學習興趣,尤其是在少課時的情況下。我校近幾年對兩種教材體系都作了嘗試,老師們普遍反映,在少學時情況下,後一種教學體系能更順利地完成教學任務。此外,在靜力學部分,刪掉平面簡單桁架內力計算這一內容。桁架內力計算,於機械類學生而言,他們在今後學習中的主要結構不是桁架,而需要進行桁架分析的土木類學生後面會開設結構力學課程專門學習。因此,在學時精減的情況下,適當刪掉,是合理的。在運動學部分,考慮到我校的理工科專業在後續的學習中很少用到科氏加速度,對理論力學後面幾章的學習亦無影響,且學生學習難度較大,把牽連運動爲定軸轉動時的點的加速度合成定理內容刪除。最近出版的教材如哈工大第七版理論力學和劉慧然主編的理論力學,都將加速度合成定理分爲兩個小節,一個是牽連運動爲平動時點的加速度合成定理,一個是牽連運動爲定軸轉動時的點的加速度合成定理,這爲教學上內容的取捨做了很好的準備。

二、教學過程中值得關注的細節問題

教學過程是一種特殊的認識過程,也是一個促進學生身心發展的過程。在教學過程中,教師要有目的有計劃地引導學生能動地進行認識活動,使學生能循序漸進地掌握基礎知識和基本技能,因此教學過程尤其要關注教學中的一些細節問題。有些小細節,稍不注意,可能就會形成學生學習中大的困擾和迷惑,爲此筆者小結了以下幾點。

(一)處理好理論力學與大學物理中重合內容的關係

大學物理課程是理論力學學習的基礎,理論力學任課教師有必要了解學生大學物理課程中與理論力學課程相同部分學習的深度,最好能翻翻學生當前物理課使用的教材,與學生充分交流,以便明確學生的基礎特點,把握理論力學分析問題的側重點,消除同學們對大學物理課上學過的知識的倦怠感,提高學時利用率,激發學生的學習興趣,開啓理論力學學習新的里程。

(二)理順好各章節內容體系,使知識點的串聯多一些共性,少一些混亂,便於學生形成知識結構體系

如理論力學中無論是靜力學、運動學還是動力學,歸結到最後,都是一個矢量方程求解的問題,在把矢量方程化爲代數方程的時候,都需要把矢量方程在某一座標軸上投影,既然是投影,就有正負號規定的問題,應儘可能使規定前後一致,同時講清不同點:靜力學中,方程右邊爲零,不需關注其右邊的正負號;而運動學和動力學中方程右邊不爲零,要同時關注左右兩邊各矢量投影情況。這樣,把列方程的過程統一起來,強調它們的一致性,而不是強調靜力學方程與後面方程的不同,便於學生知識的系統化。

(三)合理設置教學結構內容,使學生學習目標性更明確些

例如剛體平面運動這一章裏,關於剛體平面運動隨基點的平移運動與基點選擇有關而繞基點的轉動與基點的選擇無關這一結論,學生在學習初期往往不能體會其使用價值,爲此在後面應反覆結合瞬心法求任一點的速度,來讓學生體會這一結論的作用,減少學生對結論的迷惑。

(四)處理好理論力學中公式推導的問題

理工科學生必須有紮實的數學功底才能更好地掌握專業基礎知識。有研究表明,高等數學成績對力學成績的影響是比較顯著的,尤其是理論力學中的部分公式推導,很多都涉及高等數學變矢量微積分運算,需要學生有較好的數學素養和較高的數學思維。顯然,要求學生都有這樣紮實的數學功底是不現實的`。對於理論力學中的複雜的推導,教師在課堂上統一講授公式推導時,往往容易使學生卡在公式推導理解的過程上,而忽略了公式本身的在解決工程問題中的使用價值,學生對教學目的的不明確,正是學生喪失學習動力的主因。嘗試直接給出結論,對結論中出現的新符號的物理概念、意義、使用場合詳細講解,最後介紹一下推導公式的原理和思路,以及參考資料,讓有興趣的同學課後仔細推演,這樣能照顧到大多數學生,既克服了部分學生對純理論學習的厭倦情緒,增強了學習的自信心,又節約了教學時間,減輕了學生的聽課負擔,更好地實現教學目標。

(五)理論力學教學多媒體制作的細節問題

多媒體課件教學的優越性毋庸置疑,但前提一定要製作精細。如點的合成運動裏的速度分析矢量圖的繪製,速度合成矢量圖中絕對速度、相對速度和牽連速度這三個矢量的方向不是任意的,畫的過程也不是沒有先後的,課件裏配合教師的講解,一定要清晰演示出這三個矢量繪製的先後順序。否則,學生在解題過程中是很容易迷惑犯錯的。又如理論力學學習中有很多公式和方程要求解,課件製作時,由於排版的需要,或是軟件本身的侷限性,往往只列出了求解公式和最後的解答,忽略了計算過程,由於同學們在學習理論力學時,很多高等數學的求法可能已經遺忘或是記憶模糊了,這一部分求解過程還是有必要在課件中給同學們詳細演示一下的,尤其是對一些理論力學裏面經典的問題的數學方程求解過程。當然很多教師的做法是課件裏不出現,而僅在黑板上板書,但筆者認爲課件應成爲學生課後複習的最佳資料,裏面的內容應儘可能完成些,自成一體。

三、學生作業的佈置和批改

理論力學是工科院校培養教育中由偏重基礎理論培養向偏重工程實際培養的重要轉折點,因此,上課例題和課後作業的選擇,應結合專業特色和後續課程對本課程的需要。題目的求解,應強調解題的通用程序式方法,而非像高中那樣強調解題技巧。同時,做好學生課後作業的批改,集中點評,可將同學們作業中的典型錯誤拍成圖片,放在多媒體中,作爲改錯題讓同學們一起分析錯誤原因,使同學們不僅知道正確答案,對作業中常見的解題誤區也有所防範。筆者在所授課班級作了以上嘗試,深受學生好評。這樣通過師生互相配合與努力,使同學們對本專業今後可能會接觸的問題,會分析,有手段,爲後續專業課學習打下堅實基礎。當然,爲適應創新性人才的培養目標,在習題庫中可適當增加一些具有思考性、啓發性的題目,供學有餘力的同學選做。通過完成這類題來開拓他們的學習視野,培養創新思維,深化理論知識的理解。總之,通過這樣分層次的教學,使各層次學生的潛能都能得到很好的發揮,從而完成好理論力學課程各層次的教學目標。

四、考試改革

課程教學方向的改革還需科學合理的考試製度的配合。在當前大衆化教育背景下,教師不能爲了照顧整體的及格率,單純地將考題越出越簡單,這樣勢必對優秀學生的學習積極性產生消極負面的影響。應建立科學合理的考試製度,真實有效地反映學生掌握知識結構的高低水平,體現公平,同時發揮課程考覈對教學過程的反撥作用,促進學生的學習積極性。在我校理論力學少學時,短教學週期的情況下,結合往屆學生畢業答辯中反映出來的理論力學學習中存在的問題,我們對理論力學的考試改革作了以下探索。

1.安排一次期中考試,內容主要是靜力學的知識,並將其以25%的比例納入總評成績。靜力學知識既是理論力學的重要知識點,也是後面動量學的基礎,更是很多後續課程如材料力學、機械原理、結構力學等的基礎,作爲理工科學生必須具備的核心素質能力,很有必要學習中期進行一次有關靜力學的考試,通過考試,來引起同學們對靜力學知識的足夠重視,通過備考,強化靜力學的基礎知識,也爲後面動力學授課的順利完成做好基礎準備。

2.將學生課堂討論中的表現和平時作業作爲平時成績,以25%的比例納入總評成績。

3.最後的期末考試以50%的比例納入總評成績,內容偏向運動學、動力學的內容,並向專業課需要基礎知識傾斜。此外期末考試試題中增加15分(具體總分時,若總分超過100分,按100分計)的附加選做題。附加題是綜合性比較強,有一定難度的題。目的是引導學有餘力的同學對理論力學問題深入研究學習,拓寬這部分同學的專業知識面。總之,通過合理的考評機制的建立,改變以往學好學壞一個樣,從注重最後考試結果向注重學習的全過程過渡,來滿足不同學生的需求,充分調動同學們的學習積極性。

五、結束語

隨着我國社會高速發展,如何適應社會對應用性、創新研究性等多元化人才的需求,在少學時,大衆化教育背景下,理論力學教學課程體系、教學內容、教學方法、教學手段和考覈體系等方面的改革是一項長期和艱鉅的任務。本文結合筆者在教學中的感悟,對理論力學的教學進行了一些新的實踐性工作,提出了一些新想法,目的在於拋磚引玉,與各同行共同探討,不妥之處,敬請指正,以期爲新一輪理論力學教學全面改革積蓄更多新思想,取得更好的理論力學的教學實效。