工科理论力学课程教学新方法研究与探索
邱述金
（山西农业大学 工学院，山西 太谷）
摘 要： 针对工科理论力学课程的教学现状，通过对比国内山西农业大学与国外渥太华大学在课程设计、课程内容、教学方法与考核方式等环节的异同，对理论力学课程教学的新方法进行探索，明确理论力学课程在工科专业的专业基础地位，利于提高工科教学质量，对增强学生创新创业能力具有深远意义。
关键词： 理论力学；教学方法；自主学习；工科；探索
一 前言
理论力学是一门理论性较强的专业基础课，是理工类院校机械、土木、车辆等专业的必修课程，是学习材料力学、结构力学、流体力学、机械原理、弹性力学等后续课程的基础，是解决许多工程实际问题的重要依据，是培养学生逻辑思维能力的重要课程。为满足新时代工程领域人才的要求，结合国内外理论力学课程教学现状，分析理论力学课程教学过程中各环节的问题，在学习经典力学的同时插入一些力学前沿知识，注重学生的力学体系培养，同时体现工科背景下理论力学的实际应用，对理论力课程进行教学新方法的研究与探索。
1.1 一般资料 收集2016年9月至2017年5月在本院妇科门诊就诊并进行HPV及阴道微生态检测的女性患者共986例，其中HPV阳性256例(研究组)，平均年龄(33.54±5.21)岁；HPV阴性组730例(对照组)，平均年龄(32.35±7.54)岁，两组年龄差异无统计学意义(P>0.05)，分析阴道微生态状况。受检者在检查前48 h无性生活史及阴道灌洗放药史，避开月经期，就诊时阴道无异常出血，近1个月内无特殊饮食或药物服用史。
二 国内外理论力学课程教学现状
国内以山西农业大学工学院为例，按照工科培养计划，学生在学习理论力学之前已经先修高等数学、大学物理等基础课程，在此良好基础上，大学二年级第一学期学习理论力学，具有较好的衔接性。但是针对理论力学部分内容与大学物理中某些内容略有类似的问题，学生们不易区分理论力学与大学物理中力学部分的异同，从而导致放松对理论力学的学习警惕性，进而出现在理论力学授课过程中对类似问题讲授时学生们会形成已经掌握此理论的误区。理论力学的理论易懂，但是理论力学严密完整的理论体系与研究方法，在解决各类工程实际问题，公理定理的应用各异，需要学生在学习理论知识的基础上进行大量的练习；对于部分数学基础较弱的学生，在理解推导理论力学各个定理的数学过程中会出现乏力现象，在回答课堂提问时往往是定性分析或感性认识下的脱口而出，而非逻辑思考后的准确结果，因此学生真正掌握精通理论力学很难。同时，理论力学课程又面临着学生课程紧张课后学习时间不足的问题，仅用课堂时间来学习理解消化知识是远远不够的，课后布置的作业往往又是千篇一律，真正能够做到独立思考完成作业的学生稀少，导致学生越学越没兴趣，思考问题的积极性下降，学习结果不理想。
2、适当减小线路保护零序方向判据的电压门槛值。零序保护反映过渡电阻能力强，但在高阻接地时会出现因零序电压太小而不能开放。在精度满足的情况下适当减小门槛值，可改善零序保护在高阻接地情况下的动作特性；
国外以渥太华大学（University of Ottawa）工程学院（Faculty of engineering）为例，在培养计划方面与国内差别不大，主要区别在于课程设计、课程讲授、教学方法和考核等环节。理论力学课程分为两部分内容，分别在夏季学期讲授静力学、运动学，在秋季学期讲授动力学，课程设计包含了教授课堂讲授（LEC）、助教（TA）开展习题课（DGD、TUT）及实验课（LAB），其中明确了教授的主要职责是讲授关键理论与典型例题讲授，布置的课后作业与测验（quizzes）均由助教辅助完成，这样的任务分工一方面降低了教授的劳动时间，另一方面提高了学生对知识的内化吸收效果。课程讲授方面，教授一般采用提纲式的讲授方法，主要讲解重点知识，很少开展力学定理的数学推导过程，具体涉及的一些公式推导由助教在习题课课上跟学生们讨论。教学方法上，教授会在讲课开始的一段时间内在屏幕上展示本节课程的主要内容提纲，大部分时间是以板书的形式进行讲解，学生们积极做笔记，中间穿插投影仪放映动画或者模型图，这样的教学方法极大的提高课堂效率，学生们上课之初即可了解本堂课的主要学习目的，同时板书授课方便学生做笔记，中间插入的图片或动画增加了学生对力学模型的印象。考核环节方面的差别很大，课程总成绩由平时作业、随堂测验、期中考试和期末考试组成，各部分占比分别为10%、15%、25%和50%，这样的考试成绩组成一定程度上加强了学习过程管理，降低了学生“平常不努力考前突击”的可能性。
三 教学内容的优化
对于受力分析、摩擦、点的运动、刚体的运动和机械能守恒定律等与大学物理重复的部分要避免重复，重点讲解理论力学体系下的知识内容。例如，在讲解合成运动时，要明确“1点、2系、3运动”，主要讲解动点和动参考系的选取，说明不同的动点和动参考系选择对应的绝对运动、相对运动和牵连运动也不同，而且动点和动参考系一般情况选取不同的物体，讲解刚体平面运动时，要明确点的运动、牵连运动与合成运动的区别和联系。
（一） 讲重点，避重复
目前山西农业大学工学院本科生培养方案中理论力学的学时设置为72学时，其中有68学时为授课学时，4学时为实验学时，在68个学时的教学过程中完成静力学、运动学和动力学相关理论及应用的教与学，存在一定的难度。一方面，静力学、运动学和动力学部分的教学内容相对于68学时略显偏多，同时由于课程本身的难度较高，对于任课教师如何把握讲授速度与深度具有一定的挑战性；另一方面，教师计划的教学内容在68个学时内，如何确保学生能够学会、理解、应用，并掌握理论力学中的重点和难点，这也是一个挑战。因此，在面对一系列挑战的情况下，我们经过研究和讨论，针对本院工科类的本科生理论力学教学提出了以下探索。
（二） 重应用，少推导
通过以上探索，可以提高课堂授课效率，在68个学时内保质保量完成理论力学的授课任务，同时在习题课上可以及时解决好学生的疑难，提高学生的学习效果。理论力学的理论易懂，但是掌握难，学生通过大量练习可以达到熟能生巧的境界。
（三） 增习题，改作业
理论力学课程本身具有一定的难度，而且工程实际问题变化多端，学生要做到真正掌握理论力学的全部内容，仅靠课堂讲授的68个学时是远远不够的，可参考渥太华大学理论力学教学模式，每周两次教授授课和一次助教的习题课，这样可以极大提高学生学习过程的内化能力。
参考渥太华大学工程学院理论力学教学的案例，在点的速度合成定理、加速度合成定理、科氏加速度等内容的讲授时，可以重点讲解定理应用，减少繁琐的公式推导过程。通过解决工程实际案例，来讲解类似定理的知识点，更易于数学基础一般的学生理解。
四 教学新方法的研究与探索
由于理论力学课程本身的理论性很强，对于数学基础一般的学生学习有一定难度，通过启发式的教学，结合工程实际应用案例来学习理论力学的具体定理，重点讲授定理的应用，在熟悉定理应用的基础上，理解定理的推导过程。学生根据所学理论知识参与大学生创新设计大赛等赛事可增加学生学习的趣味性，同时为后续课程的学习培养良好习惯。
（一） 课程体系优化
传统的理论力学课堂教学为教师每次课讲课100分钟，连续高强度的知识冲击容易导致学生消化困难、注意力分散等现象，学生并未完全融入到教学环节。探究怎样能实现学生对难度系数高学时大的理论力学进行自主学习的意义重大，针对工科类本科生专业特点，在讨论问题环节可以分组进行讨论，既可以培训学生自主学习的意识，又能培养团队协作的精神。同时，提供给学生讨论问题的相关资料，在讨论问题的过程中发现新问题，解决新问题，从而实现自主学习。鼓励学生借助图书馆、科技文献、教师等资源进行小组课题研究，提早了解大学生创新创业环境，进一步完善职业生涯规划。
（二） 以学生为中心
目前山西农业大学工学院理论力学教学采用的是哈尔滨工业大学理论力学第8版教材，该教材分为（Ⅰ）、（Ⅱ）两册，其中理论力学的68个授课学时主要讲授理论力学（Ⅰ）中的静力学、运动学部分和动力学三大定理与综合问题，达朗贝尔原理和虚位移原理与理论力学（Ⅱ）的内容属于后续课程分析力学基础的讲授范围，而分析力学基础仅有32学时。探索是否可以学习渥太华大学理论力学的教学模式，将理论力学（Ⅰ）、（Ⅱ）两册的内容分为两学期进行讲授，第一学期讲授静力学和运动学，第二学期讲授动力学与拉格朗日方程、碰撞、振动、定点运动等内容。
（三） 理论结合实践
理论力学教学的目的是提高学生素质，为未来工程师之路做铺垫，针对工科类本科学生理论力学的学习，主要学习相关理论，应用这些理论去解决工程实际问题，为后续课程打基础。随着时代变迁与新形势下的工程师标准，理论力学课程教学新方法也应运而生，经过一系列的调研讨论，我们准备开展以下探索。
2013年，“一带一路”倡议的提出为我国食品工业搭建了更为宽广的筑梦空间，倡议借用古代丝绸之路的历史符号，积极发展与沿线国家的经济合作伙伴关系，共同打造政治互信、经济融合、文化包容的利益共同体、命运共同体和责任共同体。
如果你喜欢文艺片，看毕赣的电影是一种享受，但对大部分观众来说，这种作者印记可能会给观众带来一些观影障碍。
（四） 综合考核
山西农业大学工学院的理论力学课程考核方式为期末闭卷考试，其中期末成绩占比70%，期末成绩直接决定了学生能否通过课程的学习，课程学习过程的重要性被降低了，学生考试不通过率一直居高不下。为提高学生学习主动性，重视学习过程，探索考试成绩的组成及分值分布，增加随堂测验和期中测验，测验成绩按比例计入期末总成绩，最终的期末考试采用全校统考，这样既可以全面考察学生对知识的掌握程度，增加考试题量，更能反映学生学习的水平与教学效果。
五 结语
通过对比山西农业大学工学院和渥太华大学工程学院的理论力学教学情况，优化了理论力学课程教学的内容，探究了适应工科类本科生理论力学课程教学的新方法，由教师为中心的教学方法转至学生为中心的自主学习模式，全面激发学生自主学习的动力，同时结合理论与实践，为培养能力全面的工程师奠定基础。为了进一步完善理论力学的教学效果，上述探索还需在后续的教学中检验和继续发展。
参考文献
[1] 刘燕,李红梅,张华,等. 基于“卓越工程师”培养的土建类理论力学教学改革研究[J]. 河北农业大学学报(农林教育版),2012,14(01):57-59+61.
[2] 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+69.
[3] 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(03):63-65.
[4] 陈震. 《理论力学》课程教学改革探讨[J]. 江汉大学学报(自然科学版),2013,41(02):101-106.
[5] 宋少云. 在理论力学教学中采用协作学习的改革实践研究[J].力学与实践,2013,35(03):85-86.
[6] 沈火明,葛玉梅,张明. 理论力学教学改革的研究与实践[J].西南交通大学学报(社会科学版),2004(06):23-25.
[7] 洪嘉振,杨长俊. 工科理论力学教学体系改革的探索与实践[J].力学与实践,1999(06):55-57.
[8] 徐小丽,金春花. 理论力学教学改革研究[J]. 教育教学论坛,2015(02):97-98.
[9] 邢利英,王新征. 工科理论力学教学改革与实践[J]. 南阳师范学院学报,2010,9(03):107-109.
[10] 张剑,黄剑峰. 理论力学教学改革的几点探讨[J]. 云南农业大学学报(社会科学版),2009,3(01):62-65.
[11] 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(05):93-96.
[12] 李俊峰. 理论力学课程体系改革探索与实践[J]. 中国大学教学,2008(04):10-13.
Research and Exploration on the New Teaching Method of Engineering Theoretical Mechanics Course
QIU Shu-Jin
(Shanxi Agricultural University, Shanxi Taigu)
Abstract: According to the teaching and learning status of engineering theoretical mechanics course, by comparing the similarities and differences in the course design, course content, teaching methods and the assessment methods between Shanxi Agricultural University and University of Ottawa, the new teaching methods of theoretical mechanics are explored. The professional foundation of the theoretical mechanics course in engineering is clarified. It is conducive to improving the quality of engineering teaching and has far-reaching significance for enhancing students’ ability to innovate and start a business.
Key words: Theoretical mechanics； Teaching methods； Independent learning； Engineering； Exploration
本文引用格式： 邱述金.工科理论力学课程教学新方法研究与探索[J]. 教育现代化,2019,6(71):237-239.
DOI： 10.16541/j.cnki.2095-8420.2019.71.077
基金项目： 2018西部地区人才培养特别项目-高等教育教学法出国研修项目（【2018】5028）。
作者简介： 邱述金，男,博士，副教授,主要研究领域为农业机械设计、农业物料性能试验。