课程思政示范课展示月 | 《理论力学》教学案例

编者按

为贯彻落实《高等学校课程思政建设指导纲要》，深入推进学校课程思政建设，有效辐射课程思政教学改革成效，天津大学将通过课程思政示范课展示月，陆续推出优秀课程思政教学案例，供广大教师学习、借鉴，以期营造课程思政建设的良好氛围，推动实现全员全过程全方位育人。

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· 课程名称：理论力学

· 课程性质：专业基础课，必修课

· 教学对象：力学，机械，能源与动力，建工，水利，海船，港口，过控，材料等专业本科生

· 总学时：80/64

· 主讲人：曹树谦，丁千，吴志强，张琪昌，郭虎伦，王炜，竺致文，张素侠，郭翔，许佳，钟顺，马志赛，孙永涛，李利青

· 所在学院：机械工程学院

1. 抓住课堂教学主渠道，开展价值引领教育，形成“互动+案例”的课程思政模式。抓住首尾两课，在绪论中创建“课首语”和“闲言碎语”两个思政板块，在最后一课给出特殊寄语（图1）；打破课堂沉寂，以互动讨论启发学生思考，激励学生求知精神；结合课程内容引入思政案例，培养家国情怀（图2）。

图1 在绪论中创建“闲言碎语”板块，在最后一课给出特殊寄语

图2 结合课程内容引入思政案例：航发是卡脖子项目，盾构机已是大国重器

2. 拓展课程思政范围，探索网络课程思政，构建“线下+线上”的课程思政模式。充分利用新媒体技术，精心选择课程思政内容，将课堂思政向课外拓展。保留绪论思政两个板块，适当增加思政案例，在《理论力学》MOOC课程中引入思政教育（图3）。通过邮件、微信等与学生产生良性互动，为学生答疑解惑、解决思想难题，帮助学生健康成长，极大拓展了课程思政范围（图4）。

图3 在《理论力学》MOOC课程中引入思政教育

图4 在微信中向学生推送优秀文章和讨论问题

3. 联动开展课程思政，形成思政育人合力，构建“课程思政+思政课程”育人模式。课程团队负责人组织教研室老师开展课程思政研讨，将课程思政理念和经验向全体教师传授，转变教学观念，提升团队对课程思政的认识和理解（图5）；建设《理论力学》课程思政示范课，团队教师交流案例，以示范课带动课程思政工作；扩充课程思政团队，邀请马克思主义学院教师参与课程大纲制订、教案撰写、课程思政案例建设等工作（图6）。

图5 青年教师马志赛第一次上课中的思政案例

图6 邀请马克思主义学院教师参与课程思政建设

（一）案例名称

以故事讲方法，用讨论练思维，《达朗贝尔原理》讲授

（二）案例教学目标

1. 理解惯性力/惯性力偶的概念，能够使用达朗贝尔原理（动静法）求解一般动力学问题，特别是平面刚体/刚体系的动力学问题。

2. 把握达朗贝尔原理（动静法）的特点，理解该方法既擅长求解反力问题，也可求解加速度/角加速度等运动问题。

3. 理解达朗贝尔原理（动静法）的本质，并与动力学普遍定理的方法相比较，培养融会贯通思维能力。

4. 了解该方法不仅能直接求解动力学问题，还与待学习的虚位移原理共同构成分析力学的基础（拓展思维）。

5. 学习该方法提出者的科学创新精神。

（三）案例教学实施过程

I. 设计思考：

1. 动静法是求解动力学问题的一种新方法，学生完全陌生；是一种非常简洁的方法，所用概念少、思想简单；又是一种重要方法，不仅必考，还是后续分析力学的重要基础；还是一种变革性方法，是科学中的典型创新。

2. 与动力学普遍定理比较，动静法所用学时较少（3学时）。因此，如何在较少的学时内，使学生既能理解该方法的思想内涵（不能只会做题），又可以快速学会使用，需要做好教学设计。

II. 课堂进程：分为三个基本进程。

进程1：首先从科学家达朗贝尔切入本节主题，然后引出惯性力概念和动静法思想（图7）：平衡质点（静平衡方程）→非平衡质点（牛二定律，板书）→（移项并引入惯性力，板书）形式上的“平衡”问题→动静法基本思想，再推广到质点系。

    图7 从科学家的故事切入主题，从牛顿定律引出达朗贝尔原理

该部分实际上像讲一个“小故事”，用时很短，所以很吸引学生的注意力。

最后，给学生提出一个问题：对刚体或刚体系，不可能对每个质点施加惯性力，如何处理？这便引出第二个进程（图8）。

图8 通过问题，引出第二个教学进程

通过“讲故事”，启迪学生“你是否在学习或工作中，能通过一个简单方式获得巨大的思想”，通过提问题，培养学生的拓展思维能力。

进程2：刚体惯性力与惯性力偶：针对常见的刚体三种运动形式（平动、转动、平面运动），讨论其上“惯性力系的简化”情况（图8~9）。

图9 转动刚体与平面运动刚体的惯性力系简化

该进程要花一定时间，要点在于：①不能只重点介绍施加惯性力和惯性力偶的方式、而忽视其推导过程；②推导过程中，有与静力学、运动学密切相联系的多个方面，通过这些联系，既可让同学对学过内容进行复习，又体现理论力学的“整体性”，也是学习方法上的“贯通性”；③在联系以往知识的时候，尽量采用提问方式，提问“如何处理”或“为什么”。

当讨论完三种情况后，再归纳三种情况的“统一性”和“特殊性”。这样，能有效培养学生融会贯通能力和科学思维方法。

进程3：用动静法求解动力学问题：这时，可应用动静法来求解具体问题了。要点：①首先给出“静力学解题步骤”，既要体现如何借用了静力学思想，又要突出要解决的是动力学问题（在哪里反映？）（图10）；②其次开展例题讨论，为了便于与前述动力学普遍定理的方法相比较，大多采用前面的例题（2~3个例题），并不同程度回顾普遍定理方法如何求解，以便不断复习，同时也是动静法与前述方法的比较（图11）；③最后讨论一个高速转子动反力的计算问题，该问题不仅能方便用动静法求解，还对“静平衡”、“动平衡”进行拓展讨论，并列举工程实例（如：航空发动机转子，航空发动机是“卡脖子”项目，也是课程思政案例）（图12）。

图10 达朗贝尔原理求解问题的特色

图11 “老例题”新方法（一题多解）

图12 动平衡问题及其拓展

拓展理解：不仅使学生掌握本方法，还提出两个问题，让学生思考并讨论（图13）。

图13 关于达朗贝尔原理的拓展思考

1. 动静法与动力学普遍定理的等效性；

2. 既然动静法这么好用（简单方便），为何还要花那么多时间讨论普遍定理？

（四）案例教学效果及反思

通过“讲故事”的教学方法改革，使学生对这一陌生方法有了一个快速理解；通过提问和讨论，提升了学生学习的主动性和兴趣；通过引入课程思政元素，培养学生科学思维能力与家国情怀。

通过问卷，学生反馈主要收获包括：①力学的思维模式；②更加重视基本概念的理解；③对实际应用的延伸；④自主学习增强；⑤大作业提高了动手能力和团队协作能力。100%同学反映该课程包含了课程思政（表1）。

表1 课后问卷调查汇总

（五）案例实录部分照片

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图文来源：曹树谦

图文编辑：王贺婷

图文审核：刘洁、张娉婷、杨佳佳