孫慜倩，盧 浩，徐小輝，段力群，李治中

（中國人民解放軍陸軍工程大學(xué)，江蘇 南京 210000）

為深入貫徹習(xí)近平總書記關(guān)于教育的重要論述和全國教育大會精神，依據(jù)教育部頒布的《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》等文件[1]，教師要徹底落實(shí)立德樹人根本任務(wù)，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，加強(qiáng)課程思政建設(shè)。工程學(xué)科本科生從基礎(chǔ)力學(xué)課程開始，首次接觸工程觀點(diǎn)和工程知識，處于工程教育的啟蒙階段，對基礎(chǔ)力學(xué)課程的學(xué)習(xí)將直接影響學(xué)生對專業(yè)課學(xué)習(xí)的興趣[2]。

一、理論力學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

（一）課程特點(diǎn)

“理論力學(xué)”是研究物體機(jī)械運(yùn)動一般規(guī)律的一門科學(xué)，它以機(jī)理性、定量化地認(rèn)識自然、工程中的規(guī)律為目標(biāo)，是土木、機(jī)械、航空航天等工程科學(xué)的先導(dǎo)和基礎(chǔ)，為開辟新的工程領(lǐng)域提供概念和理論，為工程設(shè)計提供有效的方法，是科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展的重要推動力。同時，力學(xué)相關(guān)課程之間邏輯清晰、關(guān)聯(lián)緊密，理論力學(xué)課程是學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等力學(xué)相關(guān)課程的重要知識儲備，同時是對學(xué)生的計算能力、分析能力、建立力學(xué)模型能力和解決工程實(shí)際問題能力的重要鍛煉。

（二）課程知識結(jié)構(gòu)分析

基于“理論力學(xué)”是一門理論性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課的特性，要求學(xué)生掌握質(zhì)點(diǎn)、質(zhì)點(diǎn)系和剛體機(jī)械運(yùn)動（包括平衡）的基本規(guī)律和研究方法，為將來學(xué)習(xí)和掌握新的科學(xué)技術(shù)創(chuàng)造條件；要求學(xué)生初步學(xué)會應(yīng)用理論力學(xué)的理論和方法分析，具有解決一些工程實(shí)際問題的素質(zhì)與能力。整個課程要求學(xué)生對質(zhì)點(diǎn)、質(zhì)點(diǎn)系和剛體機(jī)械運(yùn)動的規(guī)律有較系統(tǒng)全面的了解，并掌握有關(guān)的基本概念、基本理論和基本方法及其應(yīng)用。

教學(xué)內(nèi)容的編排采用“靜力學(xué)—運(yùn)動學(xué)—動力學(xué)”的知識體系結(jié)構(gòu)。在知識內(nèi)容教學(xué)的先后次序上，遵循認(rèn)知的一般規(guī)律，按照從平面問題到空間問題、從簡單剛體到復(fù)雜系統(tǒng)、從質(zhì)點(diǎn)到剛體系統(tǒng)、從具體應(yīng)用到抽象建模等科學(xué)方式展開教學(xué)內(nèi)容。

各部分知識內(nèi)容重難點(diǎn)梳理如下：

1.靜力學(xué)部分

重點(diǎn)：通過對物體系統(tǒng)的受力分析，對平面一般力系能熟練地進(jìn)行力系的簡化，并應(yīng)用各種形式的平衡方程求解其平衡問題。

難點(diǎn)：正確地進(jìn)行受力分析；平面物體系統(tǒng)的平衡問題；空間力系的平衡。

2.運(yùn)動學(xué)部分

重點(diǎn)：能運(yùn)用運(yùn)動分解的方法，熟練地求解點(diǎn)和剛體運(yùn)動系統(tǒng)問題。

難點(diǎn)：合成運(yùn)動的計算及平面運(yùn)動剛體的運(yùn)動分析。

3.動力學(xué)部分

重點(diǎn)：能應(yīng)用動力學(xué)普遍方程分析一般動力學(xué)問題。

難點(diǎn)：動力學(xué)綜合問題求解；慣性力系的簡化。

（三）課程教學(xué)手段分析

充分借助現(xiàn)代化信息技術(shù)手段，可通過混合式教學(xué)，圍繞教學(xué)內(nèi)容，關(guān)注學(xué)生課前、課堂和課后學(xué)習(xí)成效，將教學(xué)活動與能力素質(zhì)養(yǎng)成相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生面對工程實(shí)際中的力學(xué)問題，利用網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫獲取信息和處理信息的能力。

課前，引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)、重點(diǎn)難點(diǎn)、學(xué)習(xí)資源、目標(biāo)任務(wù)開展自主預(yù)習(xí)，觀看推送的學(xué)習(xí)視頻，完成課前練習(xí)和在線測試，做到了解基本現(xiàn)象、基本知識。

課中，依據(jù)學(xué)生預(yù)習(xí)情況，靈活采用啟發(fā)式、問題驅(qū)動式、探究式等多種教學(xué)模式，圍繞重難點(diǎn)知識進(jìn)行課堂精講，組織課堂討論，開展思維啟發(fā)和推演論證。教學(xué)過程中充分運(yùn)用工程案例、實(shí)物教具、網(wǎng)絡(luò)多媒體視頻資源等教學(xué)手段提高教學(xué)效果。

課后，按照源于課堂又高于課堂的設(shè)計，完成線下強(qiáng)化練習(xí)，促進(jìn)學(xué)生知識內(nèi)化；通過完成課程小論文和創(chuàng)新競賽等活動促進(jìn)學(xué)生高階能力拓展。

力學(xué)源于工程問題，也實(shí)踐于工程問題。源于案例的實(shí)體模型的建立對基礎(chǔ)力學(xué)課程中抽象復(fù)雜概念的學(xué)習(xí)、理解和運(yùn)用都起到十分重要的作用[3-4]。在工程背景下，不管是土木工程還是機(jī)械工程都包含大量的力學(xué)模型和力學(xué)知識。教師需要充分考慮學(xué)生的能力不同、發(fā)展方向不同，形成不同層次、不同方向的培養(yǎng)目標(biāo)。專業(yè)課程體系設(shè)定是講授力學(xué)課程必修知識的依據(jù)，同時對力學(xué)課程體系進(jìn)行分層次、多角度的多維度拓展，從而針對與專業(yè)課對接的知識模塊進(jìn)行重點(diǎn)授課。必修“理論力學(xué)”主要分為機(jī)械類和土木類兩大類，課堂中的案例分析要針對不同的培養(yǎng)目標(biāo)展開。在力學(xué)知識體系基本構(gòu)筑成型的基礎(chǔ)上，著重關(guān)注教學(xué)過程中理論聯(lián)系實(shí)際問題，將孤立的知識點(diǎn)聯(lián)合成一個邏輯分明、層層遞進(jìn)的整體，把基礎(chǔ)力學(xué)課程的知識點(diǎn)構(gòu)筑成內(nèi)容完整、層次明確、分類清晰的力學(xué)知識體系建筑。

（四）教學(xué)效果預(yù)期

通過“理論力學(xué)”課程學(xué)習(xí)，使學(xué)員掌握物體機(jī)械運(yùn)動的基本規(guī)律，初步學(xué)會運(yùn)用這些規(guī)律分析解決工程實(shí)際中的力學(xué)問題，并為材料力學(xué)、機(jī)械基礎(chǔ)等后續(xù)相關(guān)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。通過課程學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生掌握科學(xué)的方法論，具備初步分析解決工程實(shí)際問題的能力和專業(yè)創(chuàng)新意識，力求經(jīng)過教師引導(dǎo)學(xué)生可以把力學(xué)相關(guān)的概念、解決問題的方法和研究思路貫穿在工程問題解決的全過程，為專業(yè)課程后續(xù)的學(xué)習(xí)和解決實(shí)際問題打下扎實(shí)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

二、課程教學(xué)實(shí)施

針對理論力學(xué)的課程特點(diǎn)，通過學(xué)情分析，著眼工科學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)，課程組“德融教育”全方位、無死角地把思政建設(shè)融入日常教學(xué)，改進(jìn)教學(xué)設(shè)計。本文以知識點(diǎn)“點(diǎn)的合成運(yùn)動”為例介紹教學(xué)設(shè)計方案。

（一）教學(xué)思路

點(diǎn)的合成運(yùn)動，研究物體對于不同參考系的運(yùn)動，分析物體相對不同參考系運(yùn)動之間的關(guān)系，涉及動點(diǎn)的三種速度：絕對速度、相對速度、牽連速度三者之間的關(guān)系，以及點(diǎn)的速度合成定理。在這節(jié)課的教授中，教師要把傳授知識、培養(yǎng)能力和提高素質(zhì)三個目標(biāo)有機(jī)統(tǒng)一，融德于課，強(qiáng)調(diào)科學(xué)思維、科學(xué)方法、實(shí)踐技能和創(chuàng)新能力的綜合培養(yǎng)。同時需要列舉分析工程背景明確的范例，加強(qiáng)理論力學(xué)知識點(diǎn)對實(shí)踐的指導(dǎo)作用，尤其是針對不同專業(yè)學(xué)生的專業(yè)需求，充實(shí)具有工程應(yīng)用的教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)要將理論教學(xué)中的研討與分析，引申、聯(lián)系到實(shí)踐應(yīng)用中去。

本部分課程內(nèi)容的講授從職業(yè)理想、社會責(zé)任、集體主義、人生觀和價值觀、科學(xué)精神五個方面進(jìn)行德融教育。教學(xué)過程中，代入情景分析，在力學(xué)文化的浸潤和滋養(yǎng)中結(jié)合知識傳授和價值引領(lǐng)，激發(fā)學(xué)生科技報國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)，培養(yǎng)科學(xué)的思維方式和科學(xué)探索、追求真理、勇攀高峰的使命感和責(zé)任感。結(jié)合中國航天2022年取得的巨大成就以及相關(guān)科研人員理論聯(lián)系實(shí)際、精益求精的工匠精神、嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)，培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感。知識講授過程中，通過三種運(yùn)動的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生體會任何事物都不是孤立的，是相互關(guān)聯(lián)的；選取不同參考系得到的運(yùn)動形式和速度都不同。在學(xué)生建立“點(diǎn)的合成運(yùn)動”相關(guān)理論概念基礎(chǔ)之上，讓學(xué)生自主探索“舟橋工程兵部隊(duì)完成野戰(zhàn)渡河工程保障任務(wù)”的問題，學(xué)以致用。

（二）出示目標(biāo)

引入案例：2022年7月25日，搭載問天實(shí)驗(yàn)艙的長征五號B遙三運(yùn)載火箭從文昌航天發(fā)射場點(diǎn)火發(fā)射（如圖1）。同一物體相對不同的參考系運(yùn)動是不同的，而物體對某一參考體的運(yùn)動可以由幾個運(yùn)動合成，并且通過長征五號B遙三運(yùn)載火箭及其上搭載的問天實(shí)驗(yàn)艙運(yùn)動分析，說明物體的運(yùn)動對于不同的參考體來說是不同的，相對某一參考體的運(yùn)動可以由相對于其他參考體的運(yùn)動組合而成，通過此新聞的運(yùn)動分析引出本節(jié)課的主題——“點(diǎn)的合成運(yùn)動”。通過振奮人心的實(shí)時新聞報道激發(fā)學(xué)生科技報國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)，深層次調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)動力。

圖1 長征五號B遙三運(yùn)載火箭從文昌航天發(fā)射場點(diǎn)火發(fā)射

（三）講授知識點(diǎn)，建立思路

首先介紹相關(guān)“點(diǎn)的合成運(yùn)動”的幾個基本概念：“定參考系和動參考系”“絕對運(yùn)動、相對運(yùn)動和牽連運(yùn)動”，其中涉及“三種運(yùn)動、三種速度和三種加速度的定義”。

接著，教師明確三種運(yùn)動時需要注意的問題，為學(xué)生后續(xù)自主分析運(yùn)動打下基礎(chǔ)，給出準(zhǔn)則和標(biāo)準(zhǔn)。并把此部分內(nèi)容和基本概念有機(jī)融合，幫助學(xué)生對定義準(zhǔn)確記憶。

基于案例導(dǎo)向的原則，舉出三種典型的運(yùn)動實(shí)例展開分析。案例的選擇要具有典型性、知識點(diǎn)覆蓋性、分析方法關(guān)聯(lián)性。在此原則下選擇的三個典型實(shí)例分別是：（a）偏心凸輪機(jī)構(gòu)；（b）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；（c）平底凸輪機(jī)構(gòu)。偏心凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特點(diǎn)是無持續(xù)接觸點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生主動思考基于這種特點(diǎn)選擇動點(diǎn)和動系的一般方法。類比法是學(xué)習(xí)力學(xué)知識、建立基礎(chǔ)力學(xué)知識體系的一種重要的方法。學(xué)習(xí)知識點(diǎn)的時候，類比法有利于啟發(fā)學(xué)生利用已有知識拓展思維，從而找出解決新問題的線索，把握知識關(guān)鍵要點(diǎn)，科學(xué)地提出合理假設(shè)。類比法的關(guān)鍵是從特殊到特殊或從一般到一般的推理。接著，在偏心凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析的基礎(chǔ)上，鼓勵學(xué)生探究曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和平底凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析，并總結(jié)這兩種機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和動點(diǎn)動系選擇的準(zhǔn)則。類比法有利于學(xué)生訓(xùn)練思維，提高自主學(xué)習(xí)的能力，把握科學(xué)的方法論。在整個學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生不再是被動接受知識的對象，而是自主探究獲得知識的主體，學(xué)生從課堂的參與者之一轉(zhuǎn)變成為課堂的主人。

下一步發(fā)起學(xué)生開展探究性討論，通過相同機(jī)構(gòu)選擇不同的動點(diǎn)，對三種運(yùn)動進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，比較動點(diǎn)的選擇對合成運(yùn)動的重要性。并呼應(yīng)和驗(yàn)證之前學(xué)生主動總結(jié)的動點(diǎn)動系選擇準(zhǔn)則。

（四）場景重現(xiàn)

帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入艦載機(jī)在航母甲板上起飛的情景（如圖2），通過觀看視頻素材可以發(fā)現(xiàn)起飛前，殲-15艦載機(jī)展開機(jī)翼，打開發(fā)動機(jī)；在地面引導(dǎo)下，進(jìn)入起飛位置，甲板輪擋升起卡住主起落架；隨后殲-15兩臺發(fā)動機(jī)推力全開，待發(fā)動機(jī)進(jìn)入全功率運(yùn)轉(zhuǎn)，飛行員做出手勢，輪擋瞬間放下，殲-15便從198米起飛線位置滑跑升空。教師提出問題，艦載機(jī)順利起飛需要達(dá)到的最小速度，航空母艦的速度對該速度的影響，兩者之間需滿足的關(guān)系。

圖2 艦載機(jī)在航母甲板上起飛

顯然，這與航空母艦和艦載機(jī)之間的相對運(yùn)動有關(guān)，可以利用合成運(yùn)動理論來分析。對于這種沒有直接約束的兩個研究對象來說，選擇艦載機(jī)為動點(diǎn)，動系固結(jié)于航空母艦，動點(diǎn)絕對速度為va，由于牽連運(yùn)動為航空母艦的運(yùn)動，動點(diǎn)的牽連速度與航空母艦該瞬時的速度相等，此時，航空母艦上工作人員看到的艦載機(jī)的速度就是兩者間的相對速度。這里我們需要研究點(diǎn)的相對速度、牽連速度和絕對速度三者之間的關(guān)系。

（五）觀察討論并進(jìn)行理論推導(dǎo)

通過樹葉落地瓢蟲P點(diǎn)運(yùn)動場景重現(xiàn)模擬動點(diǎn)、定系、動系，并對三者的運(yùn)動展開分析進(jìn)行理論推導(dǎo)（如圖3）。

圖3 樹葉上瓢蟲運(yùn)動場景重現(xiàn)

（六）學(xué)而習(xí)之

宇宙飛船在太空中擺脫萬有引力的影響，完成與航空器的對接，兩者的運(yùn)動之間需要滿足以下關(guān)系，宇宙飛船在地球上面做加速運(yùn)動，當(dāng)它的速度達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)以后停止持續(xù)加力，宇宙飛船就會保持速度的慣性直接被甩出地球，緊接著宇宙飛船在太空中要依靠速度來進(jìn)行對接。

一般在太空中，宇宙飛船需要跟航空器進(jìn)行對接，航空器在太空中是相對靜止的狀態(tài)或者有自己的運(yùn)行速度，宇宙飛船需要進(jìn)入特定的軌道，依靠方向和速度的控制，盡量保證和航天器同樣的速度，這樣才能保證宇宙飛船在和航天器對接的時候可以順利進(jìn)行。

（七）即時總結(jié)

實(shí)際運(yùn)用的能力和水平是教學(xué)評價的關(guān)鍵。情景模擬的實(shí)踐思考題，使學(xué)生從不同角度分析涉及彎曲問題的梁的設(shè)計準(zhǔn)則，以模擬宇宙飛船對接軌道的實(shí)例，提升學(xué)生抓住問題本質(zhì)開展分析研究的創(chuàng)新性思維模式和解決實(shí)際問題的能力，對標(biāo)本章節(jié)教學(xué)在思維層次的目標(biāo)，對學(xué)生的掌握情況有一個綜合準(zhǔn)確的判斷。首先宇宙飛船在宇宙中的飛行速度決定著它們軌道的大小，當(dāng)速度一定時，它們的軌道都是一定的，通過設(shè)定確定的發(fā)射時間，以及設(shè)定目標(biāo)的速度，即可完成同一個軌道上對接。

拓展提問引發(fā)深層次思考：在有萬有引力的影響下和脫離萬有引力的影響的情形下，兩個物體完成對接有何區(qū)別？

（八）任務(wù)布置

案例背景：在現(xiàn)代戰(zhàn)爭條件下，舟橋工程兵部隊(duì)必須快速完成野戰(zhàn)渡河工程保障任務(wù)。在構(gòu)筑浮橋渡場中，要求錨定門橋在湍急的江河上破浪前行，到指定位置拋錨定位。

作業(yè)任務(wù)：如圖4，若門橋在岸邊距離指定錨位的寬度為L，水流的流速為v水，門橋在靜水中的速度為v船，則由以下環(huán)境條件給出門橋的航行方案：

圖4 渡河工程保障場景

1.門橋怎樣渡河可以最短時間到達(dá)錨位？

2.若v船＞v水，怎樣渡河門橋行駛路程最短？

3.若v船＜v水，門橋能否垂直河岸到達(dá)錨位？若能，請說明理由，如不能，則怎么渡河門橋漂下的距離最短？

三、總結(jié)與反思

本知識點(diǎn)的教學(xué)思路如圖5所示，整個教學(xué)過程要素齊全，兼顧前期的知識儲備，著重培養(yǎng)學(xué)生觸類旁通的能力和理論聯(lián)系實(shí)際的素養(yǎng)，教學(xué)反饋及時全面。

圖5 教學(xué)思路圖

在理論力學(xué)重點(diǎn)章節(jié)“點(diǎn)的合成運(yùn)動”教學(xué)中，從傳統(tǒng)的“傳遞-接受式”轉(zhuǎn)向“教授—輔導(dǎo)—探究結(jié)合”新型混合式教學(xué)方法。在教學(xué)過程中，側(cè)重于分析問題本質(zhì)，教學(xué)重點(diǎn)從計算求解轉(zhuǎn)向科學(xué)思維的培養(yǎng)。從職業(yè)理想、社會責(zé)任、集體主義、人生觀和價值觀、科學(xué)精神五個方面進(jìn)行德融教育。課程期間代入情景分析，在力學(xué)文化的浸潤和滋養(yǎng)中結(jié)合知識傳授和價值引領(lǐng)，激發(fā)學(xué)生科技報國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)，同時培養(yǎng)科學(xué)的思維方式和科學(xué)探索、追求真理、勇攀高峰的使命感和責(zé)任感。有機(jī)結(jié)合中國航天2022年取得的巨大成就以及相關(guān)科研人員理論聯(lián)系實(shí)際、精益求精的工匠精神、嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)，培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感。

“理論力學(xué)”課程應(yīng)緊扣“知識、能力、素養(yǎng)”三位一體培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型新時代人才的培養(yǎng)目標(biāo)，圍繞教學(xué)大綱難點(diǎn)內(nèi)容展開教學(xué)，通過傳統(tǒng)與現(xiàn)代多種教學(xué)方法與手段的有機(jī)結(jié)合，將專業(yè)、實(shí)踐以及價值觀教育深入融合。教師不斷將思政教育融入基礎(chǔ)專業(yè)課的教學(xué)，才能培養(yǎng)更加正能量的學(xué)生。