理论力学实验论文：理论力学实验教学的创新

高等建筑教育　　　　　　2008年第 17卷第 2期 JOURNAL OF ARCH ITECTURAL EDUCATION IN INSTITUTIONS OF H IGHER LEARN ING　Vol117 No. 2 2008　 收稿日期 : 2008 - 02 - 20 基金项目 :重庆市高等教育教学改革研究重点项目 作者简介 :艾彦 (1961 - ) ,女 ,重庆大学资源及环境科学学院工程师 ,主要从事基础力学实验教学研究 , ( E - mail) ai6158@yahoo. com. cn。 理论力学实验教学的创新 艾　彦 ,司　鹄 (重庆大学 资源及环境科学学院 ,重庆 　400030) 摘要 :文章根据理论力学实验教学特点 ,以培养学生素质为目标 ,从教学体系、教学内容、教学方式等对理论 力学实验教学进行了改革 ,阐述了实验教学改革的思路 ,并在重庆大学各个专业的理论力学实验教学中进行 了实践。 关键词 :理论力学 ; 实验教学 ; 创新能力 中图分类号 : TB12 - 4 　　　文献标志码 : A　　　文章编号 : 100522909 (2008) 0220132203 　　为适应 21世纪科学技术迅猛发展的需要 ,培养具有创新能力的高级人才是 高校教育的目标。理论力学课程具有理论体系完整、结构严密、逻辑严谨的特 点 ,既具有极强的理论性又具有广泛的工程实用性。理论力学实验教学是对理 论教学的辅助 ,是理论力学教学体系的有机组成部分 ,是培养学生创新能力的重 要环节。 理论力学教学内容存在三多 :抽象概念多、抽象简图多、习题类型多。这无 疑给缺乏工程实际知识的低年纪学生的学习带来不少困难 ,存在对抽象概念理 解不深 ,对抽象简图认识不清 ,应用理论解题困难较大等现象。学生普遍感到理 论难学、习题难做 ,对学习理论力学产生畏难情绪。因此 ,针对学生在理论学习 中出现的困难 ,在实验教学加强形象化教学成为实验教学改革的重要内容。 一、理论力学实验教学内容 理论力学实验教学内容是依据课堂教学内容进行实验演示。在确定实验教 学内容时 ,主要考虑学生工程实际知识不足、对课堂教学中讲解的抽象概念理解 困难、抽象简图认识模糊等因素 ,通过实验教学加深学生对课堂教学难点的理解 和认识。实验教学内容包括 :铰链约束力的分析、机构运动简图、刚体运动特征、 点的运动方程、点的运动轨迹、点的合成运动、刚体平面运动。 二、理论力学实验教学方式 理论力学实验教学采用多媒体教学演示和形象化教学模型演示两种方式。 (一 )多媒体教学演示 将实验教学内容制作成多媒体课件 ,在多媒体教室上课 ,可以增加课堂讲授 内容 ,解决学时数减少而内容要深化的矛盾。通过计算机动画演示 ,可以把概念 讲深讲透 ,例如可以将静力学中铰链约束力的分析、运动学中刚体运动的特性分 析和各种机构的运动分析等制作成动画演示。 231 艾　彦 ,等　理论力学实验教学的创新 　　 (二 )形象化教学模型演示 在理论力学教学过程中 ,力学模型和教具同样起 着非常重要的作用。比如在运动学部分 ,运动机构的 分析对于缺乏工程实际的学生来说是个难点 ,尤其是 通过机构的运动分析 ,再选取动点、动系进行复合运 动分析 ,既是教学环节中的重点 ,也是教学环节中的 难点。利用动画演示 ,能取代部分模型或教具 ,如平 面机构的运动演示 ,但在表述复合运动中的相对运 动、牵连点等概念时 ,动画演示就缺乏立体感了 ,模 型、教具具有直观性、多层面和多视角的优点 ,特别是 在培养学生动手能力方面更具特色 ,只有把二者结合 起来 ,才能更好地激发学生的兴趣、培养其创新意识。 为此 ,我们自行研制开发了一套“理论力学形象教学 演示模型”。 这套实验教学模型的内容分为 6个部分 ,如图 1 所示。 第 1单元 :机构运动简图 由于教材上的运动机构都不是实际机构 ,而是用 简单线条组成的一些抽象的机构简图 ,本单元的目的 在于使学生清楚地看到典型机构简图是如何从实际 机构中抽象得来的。 第 2单元 :刚体运动特征 在运动中 ,凡是解决刚体运动问题的第一步 就是要明确刚体的运动特点 ,才能进一步分析其 上点的运动。本单元将运动学中刚体的各种运 动 ,如平动、定轴转动、平面运动和定点运动都进 行了动态演示。 第 3单元 :点的运动方程 教材上运动学的第一部分内容是“点的运动 ”, 分析点的运动首先是要建立点的运动方程 ,运动方 程实际上就是空间和时间的关系式。本单元将抽象 的时间形象化 ,刻画出时空关系式。 图 1　教学模型示意图 331 　　 　　　　　　　　　　　　　　　　高等建筑教育　　　　　　　　　　　　　　　2008年第 17卷第 2期　　　 　　第 4单元 :点的运动轨迹 在课堂教学中 ,点的运动轨迹是在直角坐标系 中通过运动方程演绎得出的 ,学生缺乏对运动轨迹 的直观认识 ,本单元将各种典型轨迹一一进行了演 示 ,加强学生对运动轨迹的认识和理解。 第 5单元 :点的合成运动 本单元是理论力学课程教学的重点和难点 ,分 析的问题第一步就是动点动系的选择。本单元在六 种典型机构上进行了比较 ,使学生清楚地看到如何 选择才最恰当。本单元也对科氏加速度进行了形象 化演示。 第 6单元 :刚体平面运动 本单元将刚体平面运动所有的抽象概念 ,如刚 体平面运动分解与合成、基点选择与刚体运动的关 系、瞬时平动、速度瞬心、不同的动系中相对转角的 差异、机构转化概念等均进行了一一演示 ,帮助学生 深刻理解抽象概念。 三、结语 重庆大学每年有两千多学生上理论力学的形象 教学现场课。通过采取随机抽样调查 ,结果表明学 生普遍感到收获很大 ,尤其是在很多抽象概念上 ,一 经演示便茅舍顿开 ,收到极好的教学效果。 实验教学是培养学生创新能力的重要环节 ,尽 管理论力学实验教学改革及实践取得了良好的效 果 ,而理论力学实验教学改革不能停步。深化理论 力学实验教学改革 ,提高人才培养素质是一项长期 而艰巨的任务 ,需要继续努力 ,使实验教学质量和教 学效果更好。 参考文献 : [ 1 ] 张晓鹏. 美国大学创新才培养模式探析 [ J ] . 中国大学 教育 , 2006 (3) : 7 - 11. [ 2 ] 尚作萍 ,杜成斌. 理论力学创新实验教学探索 [ J ] . 实 验技术与管理 , 2006, 23 (12) : 24 - 26. [ 3 ] 刘运庭 王俊英. 理论力学教学中培养学生创新能力的 思考 [ J ] . 力学与实践 , 2005, 25 (3) : 67 - 68. [ 4 ] 李正熙. 提高工科学生工程技术能力的三个途径 [ J ] . 中国大学教育 , 2002 (2) : 27 - 28. [ 5 ] 宓洽群. 大学教学原理 [M ]. 上海 :上海交通大学出版 社 , 1989. Innova tion and Practice for Exper im en t Teach ing of C la ssica lM echan ics A I Yan, SI Hu (College of R esource & Environm ent Science, Chongqing U n iversity, Chongqing 400030, China) Abstract: Classical mechanics is one of the most important basic courses in engineering college. Based on the characteristic of the experiment of classical mechanics and enhancing creative ability of students, the paper discus2 ses the reform of experiment teaching of classical mechanics, including teaching system , teaching contents, and teaching method. And the reform result of experiment teaching of classical mechanics was app lied in engineering college. Key words: classical mechanics; experiment teaching; creative ability (编辑 　欧阳雪梅 ) 431