1、理論力學課堂教學中的探索型教學模式      探索型    教學以“探索”作為學生知識學習的手段，從學生認知規(guī)律出發(fā)組織教學內(nèi)容，在學習同時培養(yǎng)研究和創(chuàng)新的思維方式。    文中從教學內(nèi)容規(guī)劃    、知識點講授、習題課的組織等方面介紹如何進行探索型課堂教學。      關(guān)鍵詞 理論力學 探索型教學 創(chuàng)新型思維    Research-Oriented Teaching Mode in

2、Class Teaching ofTheoretical Mechanics / Wang HuaningAbstract Teaching of college imparts not only knowledge butalso thought to student.Exploration is the main method to learnknowledge in Research-oriented teaching mode.Teaching cont-ents are organized according to cognitive law, and researchingand

3、innovation thinking mode of students are training also inteaching. Contents organization, knowledge points teaching andexercise class planning in research-oriented teaching are intro-duced in this paper.    Key words Theoretical Mechanics;research-oriented teachingmode;creative thinki

4、ngAuthor's address School of Aerospace Engineering andApplied Mechanics,Tongji University,200092,Shanghai, China1前言大學教育以培養(yǎng)創(chuàng)新型人才為目的。創(chuàng)新型人才不僅具有扎實的理論知識，而且富有研究能力和科學探索精神。    如果大學教學仍然以講授知識為唯一目的，則人才培養(yǎng)容易出現(xiàn)技術(shù)化的傾向知道如何去做，卻疏于思考，難以創(chuàng)新。因此，課程教學在傳授知識的同時，應(yīng)該培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，訓練和培養(yǎng)學生研究型和創(chuàng)新型思維方式。 &

5、#160;  理論力學課程是工科類專業(yè)的基礎(chǔ)課。課程理論抽象、概念繁雜，但幾何和物理意義清晰；知識同時具有基礎(chǔ)與技術(shù)的雙重屬性，邏輯性強，因此比較適宜進行創(chuàng)新型思維方式的訓練。探索型教學方法是以知識探索的形式進行內(nèi)容講授，以學生認知規(guī)律組織教學內(nèi)容，培養(yǎng)學生主動鉆研和思考的習慣，最終目的是讓學生形成研究和創(chuàng)新的思維方式。理論力學中課堂教學學時數(shù)占總學時數(shù)的 90%以上，課堂教學的方式方法直接影響到學生的思維習慣。下面分別從教學內(nèi)容規(guī)劃、知識點講授、習題課的組織等方面介紹如何嘗試進行探索型課堂教學。    2    教學內(nèi)容的

6、規(guī)劃從講授知識的角度，內(nèi)容的順序規(guī)劃不一定很重要；但從培養(yǎng)學生研究型思維方式出發(fā)，內(nèi)容的規(guī)劃應(yīng)當符合認知規(guī)律。對探索型教學，講授內(nèi)容應(yīng)當更有邏輯性，讓學生以探索者的姿態(tài)主動鉆研、獲取知識。    理論力學共有三大部分內(nèi)容：靜力學、運動學、動力學。    講授的基本順序仍然從牛頓力學開始，最后介紹分析力學內(nèi)容，這符合力學發(fā)展史，也符合從易到難的認知規(guī)律?，F(xiàn)有的教材1-4一般沿用哈工大理論力學編寫體系，對靜力學部分約束基本類型與約束反力、受力分析放在力系簡化之前講。對于力系簡化沒有任何概念的學生，無法理解各種約束類型的約束反力形式，無法進

7、行探索型教學。如果把該部分放在任意力系簡化一章之后講解，便可迎刃而解。例如光滑球鉸支座，真實約束力分布是一個任意匯交力系，向鉸鏈中心簡化時可簡化為沿坐標軸的三個分量，即為約束力。對于其他形式的約束，可以在教學中引導學生自己判別。    對運動學部分，剛體的平面運動與點的合成運動是兩個重點內(nèi)容。有的教材先講平面運動2,5，這樣在推導速度和加速度合成定理時非常簡便，可以導出動系做平面運動時的運動關(guān)系。但是，學生容易把兩部分內(nèi)容割裂開。有的教材先講合成運動1,3,4,6，作為一般規(guī)律用速度和加速度合成定理建立平面運動剛體上速度和加速度關(guān)系，內(nèi)容聯(lián)系緊密，平面運動的運動關(guān)

8、系推導簡單。但是，由于平面運動沒有講，合成運動部分只能推導動系在定軸轉(zhuǎn)動剛體上的情況，不具有一般性。從知識體系的連貫性上考慮，我校采用第一種方法，即把剛體的基本運動和平面運動講完，讓學生對剛體運動有清晰認識后再研究合成運動，從而對任意動系可以順利引出牽連速度與加速度，從而得到運動關(guān)系。在習題課上通過思考題讓學生用合成運動知識解釋平面運動剛體上兩點的運動關(guān)系，引導學生認清兩部分內(nèi)容的聯(lián)系。    動力學分為矢量動力學和分析力學部分。一般情況下，廣義坐標、自由度和約束類型是在分析力學的開始介紹。但在矢量動力學中，為形成針對一般動力學問題的分析方法，也需要用自由度去分析

9、運動未知量，所以該部分內(nèi)容放在運動學結(jié)束后講，從而便于動力學問題的分析。    對教學內(nèi)容進行規(guī)劃后，整個知識脈絡(luò)清晰，定理推導簡潔，便于對各個知識點進行探索型教學設(shè)計。    3    知識點的教學設(shè)計與探索未知領(lǐng)域一樣，符合認知規(guī)律的教學過程可使學生形成清晰的知識脈絡(luò)和解決問題的思路。探索型教學中，以問題貫穿始終，要求知識講授和概念引入邏輯清晰；    采用啟發(fā)式教學，與學生積極互動；通過提出問題加強思維方式的訓練。下面以動力學普遍定理的教學為例，談?wù)勌剿餍徒虒W知識點的課

10、堂設(shè)計理念。    3.1    問題的引出探索型教學以“探索”作為學生知識學習的手段。    對每    個知識點，都用問題將其引出。    例如，講完質(zhì)點動力學后，即    將開始動量定理等質(zhì)點系動力學問題的“研究”。則給學生一個問題：如果是光滑水平面上的圓板受切線方向恒力作理論力學課堂教學中的探索型教學模式王華寧（同濟大學航空航天與力學學院 上海 200092）     

11、 中圖分類號：    G642.421 文獻標識碼：A 文章編號：1672- 7894（2012）05- 0033- 02（下轉(zhuǎn)第61 頁）教研332 0 1 2. 0 2（中 旬 刊）用，圓板將如何運動？通過問題讓學生思考，復雜問題需要建立質(zhì)點系受力與運動的關(guān)系。然后再引出問題：質(zhì)點系動力學問題如何研究？提示他們可以從每個質(zhì)點的牛頓第二定律出發(fā)，直接求和或變?yōu)榱?、功的關(guān)系后再求和，從而有可能建立出力、力矩、功與運動的關(guān)系。這樣，就從一定高度上給出解決問題的思路，接下來是如何根據(jù)這個思路導出具體的動力學方程。    3.2 定理推導

12、    教材中在推導前先介紹動量、沖量、質(zhì)心等概念。為讓學生以探索者的角色學習知識，這些概念將放在推導中進行引入。例如，用 3.1 中提到的思路進行動量定理的推導時，將每個質(zhì)點的方程求和，關(guān)于運動的部分出現(xiàn)了，在這時引入動量的概念。定理推導完成后，再詳細把動量概念進行鞏固，點明物理意義。這樣，每個知識點和概念的引出都做到有理有據(jù)，不是憑空而入，不僅使知識更有邏輯性，而且讓學生有探索的學習欲望。而后面質(zhì)心、沖量等概念的引入都可采用同樣方法。    對動量矩定理，同樣可以用上節(jié)中的例子引出。讓學生思考：圓盤的轉(zhuǎn)動規(guī)律可否通過動量定理得到？

13、從與學生的探討中得到：必須建立力矩與運動的關(guān)系才可以。在用與動量定理相似的思路推導時，遇到了取矩點為固定點或動點的結(jié)果不同的情況。從認知規(guī)律出發(fā)，先導出取矩點為固定點的簡單情況，然后讓學生思考如何推導一般動點的情況。    在啟發(fā)與引導中完成動量矩定理一般情況的推導。這種課堂設(shè)計，充分考慮了學生認知規(guī)律和探索型的教學特點，培養(yǎng)了學生研究型、創(chuàng)新型思維方式。    3.3    知識點的重復與呼應(yīng)探索型教學以問題為主線，邏輯性強，但是知識點相對零散，可能會出現(xiàn)難點集中的情況，不利于學生掌握。因此，對重要的知

14、識，需要回頭再次加深。例如動量矩的概念，在定理推導引出后要用專門時間對其求解等進行講解。    這樣，    就可以避免難點過于集中。    4    習題討論課的設(shè)計習題課是鞏固知識、應(yīng)用知識的絕好機會。探索型教學不是要學生按規(guī)定的程式解題，而是讓學生學會分析問題，形成自己的解題思路。例如對動力學問題，引導學生分析運動和受力中的獨立未知量個數(shù)和獨立的動力學方程個數(shù)，從而求解方程獲得解答。鼓勵學生用不同方法解決問題。    習題只是鞏固知識、加深

15、對定理理解而設(shè)置。為培養(yǎng)學生解決實際問題的能力，在每堂習題課中設(shè)置了一個簡單的實際問題讓學生分析，學生分組提前準備后課上講解。采用的小問題有：汽車差速器的分析（速度合成定理）；動車中動力源分散的設(shè)計原理（有摩擦的動力學問題）；茹科夫斯基凳的能量分析等。這些討論深受學生歡迎，培養(yǎng)了他們發(fā)現(xiàn)實際問題、解決實際問題的能力，也是探索型教學要達到的目標。    5 總結(jié)    理論力學每個知識點的教學，都可以從以上探索型教學理念出發(fā)設(shè)計教學方案。在教學設(shè)計中，主要遵循以下幾個原則：（1）以問題為主線設(shè)計教學，遵循認知規(guī)律；  

16、;  （2）注重知識之間的聯(lián)系和邏輯性；    （3）引導學生思考而主動獲取知識。    幾年的教學試點，學生認為這種教學方式條理清晰、思維連貫，完全不同于填鴨式的知識教學方式，在學習過程中培養(yǎng)了思考和自主學習的習慣。    參考文獻    1 哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室.理論力學M.第 6 版.北京:高等教育出版社,2002.    2 同濟大學基礎(chǔ)力學教學研究部.理論力學M.上海:同濟大學出版社,2005.  

17、  3 武清璽,馮奇.理論力學，高等教育出版社，2003 年 8 月.    4 賈書惠.理論力學教程M.北京:清華大學出版社,2004.    5    李俊峰.    理論力學    M.    北京    :清華大學出版社,2000.    6    劉延柱.    理論力學

18、0;   M.    第    2版.    高等教育出版社    ,2001.    編輯 葉 浩    字具體到直觀事物，學生一邊看白板展示一邊回答，一次次的數(shù)字變化都看得清楚、聽得明白、記得深刻。    小學生的思    維活動比較簡單，但他們的語言中樞和思維能力還處于發(fā)展階段，過于抽象的事物不易被接受，刺激了感官的記憶，加深印象易于接受。    從教育學的角度來看，上小學之前他的思維主要是具體形象思維，上學后游戲逐步讓位給學習活動，但是游戲在低年級學生身上還是占很大比例。學生通過自己的實際感受對學習做出反映，根據(jù)兒童的年齡特征，在學習中貫穿白板教學，讓他們逐步適應(yīng)學習活動并養(yǎng)成學習習慣。  &