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摘 要: 摘 要:理論力學是民航高校重要的技術基礎課之一,是后續課程學習的基礎,同時也影響到工程應用型畢業生的培養質量。針對理論力學課程現階段存在的問題,與民航實際案例結合較少,學生學習積極性不高,考試成績不理想等問題,分析提高教學質量培養學生創新思
摘 要:理論力學是民航高校重要的技術基礎課之一,是后續課程學習的基礎,同時也影響到工程應用型畢業生的培養質量。針對理論力學課程現階段存在的問題,與民航實際案例結合較少,學生學習積極性不高,考試成績不理想等問題,分析提高教學質量培養學生創新思維能力的方法,結合民航專業特色,以為民航系統輸送應用型人才為培養目標,把理論和工程實踐相結合,提高學生主動性,重點從教材建設、教學手段和教學方法等方面進行探索與思考。
關鍵詞:民航;理論力學;課程建設
理論力學是民航高校的主干課程,是力學的核心課程,是我校的飛行器動力工程、飛行器制造工程、機械電子工程、交通運輸工程、土木工程等專業的基礎課,同時也是后續課程如材料力學、結構力學、機械原理、機械設計、斷裂力學、振動力學的重要基礎。本課程的任務是使學生掌握質點、質點系、剛體和剛體系機械運動(包括平衡)的基本規律及其研究方法,學會應用理論力學的理論和方法分析解決一些簡單的工程實際問題,培養學生的建模能力、分析能力和工程應用能力。
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針對我校培養民航應用型人才的定位,分析理論力學課程現階段存在的問題,與民航實際案例結合較少,學生學習積極性不高,學生在理論力學上付出的時間少,通過對學生的反饋意見,不少同學認為理論力學課程是理論易懂做題難。
結合民航專業特色,以為民航系統輸送應用型人才為培養目標,將理論與工程實際相結合,重新定位理論力學的教學目標,重點對理論力學的教材建設、教學手段和教學方法等方面進行探索與思考。
一 定位教學目標
我校屬于民航類高校,學校人才培養目標是培養民航類工程技術應用型人才。因此,理論力學課程的教學目標應符合學校的人才培養目標。早期,理論力學課程教學目標定位于注重基礎理論的掌握、基本概念和基本原理的理解、培養分析問題的能力。這種目標定位不利于創新思維和解決民航工程實際問題能力的培養,與我校培養民航工程技術應用型人才的要求不相符。因此,學生在傳統培養目標的基礎上應具有如下幾個方面的能力。
(1)應用能力和解決工程實際問題能力。學生要了解科技前沿,應與當前重要工程問題相聯系,如航天工程、大飛機工程等,應用動量矩守恒定理理解航天飛行器的姿態控制方法。
(2)正確的模型辨識能力。如描述飛機在空間的姿態角,可認為飛機是剛體模型,而研究飛機機翼的受力變形則必須認為飛機是彈性體模型。
(3)創新思維和發散思維能力。針對同一力學模型,具有多角度、多形式的分析解決問題的能力。如滑輪重物組成的系統,可以用動量定理去分析,也可以用動能定理去解決。
二 教材建設
(一) 配套數字課程資源
我校現在用的哈爾濱工業大學理論力學教研室編《理論力學》第8版[1],該教材曾獲首屆國家優秀教材獎和國家級教學成果獎。教材內容詳盡,難度適宜,課后習題豐富,保持了前7版理論嚴謹、邏輯清晰、由淺入深的風格體系,對部分內容進行了修改和修正,適當增加了綜合性例題。例如,為了方便教與學,在書中的頁邊出現了鏈接數字課程資源的二維碼,通過掃描二維碼可以觀看運動的動畫顯示,得到了學生們的一致好評,這非常有助于學生對理論的理解。理論力學第8版很好地將基本概念闡述得科學、準確,將基本理論闡述得系統、全面,使學生能夠快速理解其物理意義,掌握關鍵知識點,提高綜合分析問題的能力,是一套高質量的理論力學教材。
(二) 以民航工程實例教學
理論力學的教材有很多,能滿足或多專業學生的學習要求,但如果教材對于不同專業的學生側重點沒有分開,學生們會主觀覺得和自己專業相差太遠而沒有興趣[2]。我校采用的理論力學教材多處采用了民航工程實例,如第二章平面任意力系關于平衡問題約束力的計算是本章的重點內容,教材習題中增加了民航實例,飛機機翼上安裝一臺發動機,作用在機翼上的氣動力按梯形分布,求解機翼固定端處的約束力。
再如第三章空間任意力系的簡化,以飛機在飛行時受到重力、升力、推力、阻力組成的空間任意力系為例,飛機實際載荷分布特別復雜,為考慮其總體效果,把力系向飛機的重心簡化,由空間任意力系簡化理論,簡化結果為主矢和主矩,可以幫助學生理解飛機有效推力、有效升力、側向力、滾轉力矩、偏航力矩和俯仰力矩。
三 教學手段
(一) 課件建設
多媒體教學課件的使用,在課堂教學中發揮著重要作用。多媒體教學課件可以提高講課效率,某些抽象的原理,板書太復雜或浪費大量時間,通過多媒體課件就可以讓學生即刻看到圖片、視頻,時刻抓住學生的思路,提高學生的學習興趣,增強講課效率,達到傳統板書教學方式所不能達到的效果[3]。
理論力學課程的特點是與工程實際聯系緊密,我們充分利用多媒體課件教學將一些難以理解的概念形象地表現出來。例如,為了讓學生深刻理解科氏加速度的概念,用北半球河流形成的自然現象去解釋,河流的右岸比較陡峭,左岸比較平緩,因為地球作為動系,河水流動產生的科氏加速度向左,河水的右岸對水產生了向左的作用力,因此右岸比較陡峭。理論力學解釋自然現象,使學生能夠快速理解并深刻記憶。
(二) 板書與多媒體相結合
采用多媒體課件教學最大的弊端是必須翻頁,翻過去的定理或公式的不能實時呈現在學生面前。為了讓新的定理或公式讓學生實時看到,以板書形式表現出來,采用多媒體教學與黑板板書相結合效果更佳。將傳統板書教學方式與多媒體教學有機的結合起來,發揮其各自的特長,教學效果更好。
四 教學方法
(一) 加強師生互動
理論力學課程的教學,需要加強師生互動環節、增加討論式的方法,活躍課堂氣氛。可先提出一定的問題,引導學生思考和討論,通過討論,學生就會發現問題,再通過教師的講解分析,學生就會感到柳暗花明。另外,學生在課下做題過程中很可能會遇到疑問,為了能及時解答這些疑問,我們建立了微信群,同學們可在群里隨時提出問題,老師也可以隨時進行解答。
(二) 解題思路多樣化
在理論力學中,針對同一個問題,可以有不同的解法,通過不同的解題方法,能讓學生復習前面的知識,同時能掌握各定理之間的關系和應用范圍。例如對同一問題,可以用動量矩定理求解,也可以用動能定理求解,則這兩種解法對比向學生講解,可以使學生不但復習了動量矩定理,同時也讓學生對這兩部分知識點的掌握更加深刻。
再如有些動力學問題可以用動量定理的微分形式、質心運動定理、動靜法等不同的方法求解,這就可以很好地培養學生的發散性思維能力。
(三) 因材施教
當前教學的客觀困難是,學時減少而教學要求基本不變,需要在一個學期內盡可能講述更多的內容,并且學生基礎良莠不齊,這給教學增加了難度。因此,需要對授課內容有所側重。
理論力學教學的側重點應在原理的理解和應用上。靜力學部分重點放在講解平面一般力系和空間一般力系的受力分析、平衡方程的建立,以及加強學生對平面一般力系和空間一般力系的工程問題求解的解題訓練上;運動學部分重點放在講解點的合成運動和剛體的平面運動上,在點的合成運動中,重點講清絕對運動、相對運動、牽連運動以及牽連點的概念,講解平面運動時,重點講清平面運動的概念、運動分解以及和點的合成運動的區別與聯系;動力學的內容只講動力學的基本方程、三大定理以及達朗貝爾原理。
基于我校人才培養目標,理論力學應從學生的實際出發,使教學的深度、廣度、進度適合學生的知識水平和接受能力,同時考慮學生的思維特點使其學有所用。因材施教是我國自古流傳下來的寶貴經驗,是我校培養民航工程應用型人才必須堅持的一條重要原則,具有非常重要的現實意義。
五 總結
基于我校的人才培養目標定位,理論力學課程的教學目標應注重創新思維和解決民航工程實際問題能力的培養。從提高教學質量的角度考慮以下幾點。
(1)教材配套相應的數字課程資源有利于學生對知識點的理解和掌握,教材中采用民航工程實例,符合我校的人才培養目標,能夠激發學生的學習興趣。
(2)課件開發過程中,與課程緊密相關的工程照片和錄像,特別是航空航天類的應用實例,培養學生用力學知識探求工程問題的能力。
(3)建立的微信群,加強了學生與老師間的互動,將疑問隨時解決,不拖延,解題思路多樣化,教學內容側重原理的理解和工程應用上,符合我校人才培養目標。