浅谈提高理论力学课堂教学质量方法

2022-09-22

理论力学是以牛顿和伽利略总结的基本定律为基础发展起来的一门学科, 是将数学、物理中有关的基础理论进一步综合提高, 用来解决工程实际问题而形成的独立完整的理论[1]。在工科院校的知识体系当中, 理论力学处于一个承上启下的关键位置, 即在理论力学之前, 学的是数学等基础理论课;在理论力学之后, 是结构力学等专业课。理论力学是基础课和专业课之间的一座桥梁。因此, 该课程是工科院校普遍开设的一门重要的专业基础课。

鉴于理论力学在工科教育中的重要地位, 做好理论力学教学工作的重要性不言而喻。但是, 目前理论力学面临着课时不断减少, 而且学生课后用于该课程的学习时间也大为减少的不利局面。因此, 如何有效利用理论力学课堂教学时间, 在有限的教学时数内, 最大程度的提高教学质量和教学效果, 是授课教师面临的严峻挑战。本文将从以下几个方面对此问题进行初步探讨。

1 充分发挥教师在课堂教学中的主导作用

教师是课堂教学的主要承担者, 如何在有限的课堂教学中让学生既掌握相应的力学知识, 又得到一定的综合能力培养, 这对教师的专业素质和教学内容都提出了很高的要求。

1.1 提高教师自身专业素质

在有限的课堂教学时间内, 要达到最大的有效信息输出量, 就要求教师自身具备较高的专业素质。

课堂讲授对教师来讲似乎是一个纯输出的过程, 但实际上, 在备课中伴随了大量的知识输入, 这个“输入”不仅限于课本中的内容, 而是应该涵盖与本学科有关的发展历史, 研究现状, 以及相关学科的科研前沿等等, 使这个过程更像是一个“再学习再加工”的过程, 然后将这一系列的素材进行整理, 形成有序的知识组合, 最后进行“输出”。备课与授课是教师灵感的发挥和研究的深化, 既要输出又要输入, 是二者的交融和互动, 也是教师自身素质不断提高的过程[2]。只有教师充分“吃透”讲授的内容, 才有可能使课程内容运用自如, 从而有效提高课堂时间的利用效率。

1.2 结合专业特点, 优化教学内容

近年来, 随着教学改革的进行和教学观念的转变, 许多课程的学时数都进行了大幅压缩。学时减少, 教学内容又不能简单缩减, 为了在有限的学时内, 将尽可能多的教学内容清晰的传授给学生并使其理解和消化, 必须从理论力学课程自身的特点出发, 对教学内容进行优化。

首先, 理论力学是多个专业的专业基础课, 根据专业的不同, 课程内容可以有不同的侧重。对土木工程专业, 理论力学是为材料力学、结构力学等后续课程提供必要的力学理论知识, 因此宜精讲静力学全部及运动学、动力学的理论体系。工程应用则结合土木工程的专业特点并适当进行拓宽。例如, 在静力学部分, 可以引入专题, 讨论建筑物所承受载荷的类型及载荷简化, 用以加深对力的概念的理解[3]。在动力学部分, 重点介绍虚位移原理以及达朗伯原理在工程实际中的应用, 特别是如何运用这些基本原理对实际构件进行受力分析并且建立力学模型[4], 使学生能够把理论与实际结合起来, 为后续课程的学习打下基础。

其次, 由于理论力学教材大都比较注重自身的系统性, 因此教材中有不少内容与普通物理重复。在理论力学教学中, 凡是与普通物理学中重复的地方, 对公式不再推导, 可以直接给出结论。例如动力学的三个基本定理的推导部分与普通物理学课程中的力学部分相重复, 在授课时基本可以略讲。另外, 教师讲解的应是各章节的主干内容, 是教学的重点内容和关键所在, 而对一般内容或者比较简单的章节则可稍加指点, 请学生自学。

2 强调学生在课堂教学中的主体地位

课堂教学中, 学习的主体是学生。在发挥教师主导作用的同时, 要积极创造条件, 使学生从知识的被动接收者转变为主动参与者和积极探索者, 这是提高课堂教学质量的根本保证。具体措施可以从教学方法和教学手段两方面着手。

2.1 采用启发式教学方法, 培养学生的科学素质

理论力学教学中最重要的是对学生整体能力的培养和科学素质的培养。采用启发式、讨论式教学方法不仅可以使学生获得必要的知识, 更获得发现、分析、解决问题的能力。同时, 在学时大幅压缩的情况下, 仅仅依靠教师在课堂上面面俱到全部讲清楚是不可能的。因此, 采用启发式教学就显得尤为重要。

实施启发式教学的一种方法是问题式教学法, 即不断提出问题, 不断解决问题[1]。提出问题后可以让学生回答, 开展讨论, 也可以在学生思考的基础上教师来解答。教学的关键在于所设计的问题, 应与身边的力学问题或学生的专业方向结合起来, 激发学生的学习兴趣和热情, 引导学生积极思考。理论与实际的结合有利于学生对力学知识的理解和应用, 使学生将所学知识紧密与生活、生产实际相联系, 拓宽思路。此外, 对于重点难点内容, 可以由教师先提出问题, 引导学生带着问题初步了解基本概念和推导方法, 再带着自己的疑惑, 有目的地在课堂上听老师精讲[5]。在这个过程中, 教师要着重发挥好引导作用, 使学生学会总结规律性的东西, 培养学生科学的思维方法, 提高学生分析问题和解决问题的能力。

2.2 多媒体与传统教学手段相结合, 提高课堂效率

理论力学教学中涉及大量的受力和运动分析图, 采用传统的教学手段, 画这些图要占用大量课堂时间。而多媒体教学方式具有形象直观, 信息量大的特点, 可以有效提高课堂时间利用率。另一方面, 当课程内容涉及到点的复杂运动时, 传统的板书方式很难体现出绝对运动, 相对运动和牵连运动之间的关系, 如果通过多媒体手段进行演示, 学生对问题会一目了然, 有助于学生对基本概念的理解, 同时也可以吸引学生的注意力, 激发学生求知欲, 培养学生观察、分析问题和解决问题的能力。

现代化教学手段和传统的“黑板+粉笔”方法并不相互排斥, 由于理论力学课程内容演绎性强, 基本定理的推导、例题的概括总结等内容用板书是最合适的, 它可以使学生对演绎过程理解深刻, 让学生循着教师板书的逻辑思维去听、去思考, 营造出师生交流、和谐的课堂教学气氛。