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摘 要：目前理论力学实验教学方面存在一些普遍的问题，通过对学生开设设计性实验，让学生通过实验了解力学现象与力学规律，以《速度瞬心实验》为例，阐述设计性实验对学生综合能力的作用。
关键词：理论力学 设计性实验 综合能力
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）012-351-02
1 引言
理论力学是机械类专业的一门理论性较强的技术基础课，也是一门与工程实际紧密联系的课程。面对如何培养21世纪人才的问题，尤其是如何培养学生创新能力和工程意识，基于理论力学基础理论的实验教学，在启发学生创新思维意识，培养科研实践能力等方面起着重要的作用。
2 理论力学实验教学现状
在日常教学工作中与学生交流后，发现目前学生在面对理论力学课程的学习和实验方面存在一些问题：
（1）学生对课程学习兴趣不高。学生在刚入大学的时候普遍学习积极性较高，在逐渐接触大学专业所涉及的课程后，发现课堂教学模式与传统的教学模式一样，以老师讲授为主，学生被动的吸入，主动学习的意识和动力缺乏。大二开始逐渐开设专业相关的课程，学生的学习积极性反而逐级下降。
（2）实验教学长期以来从属于理论教学，老师和学生都更重视理论课的教授和学习，而把实验课放在次要的位置。理论力学也是安排了少量的验证性实验，实验基本都是在老师的讲解示范下，根据实验指导书上的实验步骤来完成实验任务，整个实验过程中，学生完全处于被动状态。学生在每次的实验过程中主要的内容就是记录实验数据，验证所测数据误差大小，很少有学生会关注实验内容和实验原理的本质以及实验结果所表明的一些实验对象的特征和规律。这就束缚了学生的独立思考能力，不能有效地培养学生的工程意识。
3 理论力学实验由验证性向设计性转变
本校为进一步加强实验教学课程体系和教学内容改革，更好地培养学生创新意识和实践动手能力，推动实验教学建设，近年来通过开展综合性、设计性和创新性实验项目的建设工作来扩大综合性、设计性和创新性实验在实验课程中的比例。理论力学是工科学生进入大学后较早接触到的直接与工程问题联系的基础课程，除了给学生传授有关工程设计的力学理论外，还要使学生学会将理论内容通过力学模型与工程实际相联系。因此，理论力学实验的实验内容应该跟工程实际相关，让学生自己动手，仔细观察，深入了解并分析物体的力学性质，找到合理的方法来解决问题。
4 设计性实验对于培养学生能力的影响
学生在参与设计性实验的过程中，主要以自我训练为主，通过学习，掌握实验原理，根据给定的实验目的和实验条件，自行设计实验方案，通过全面了解仪器设备的性能并正确地使用仪器，按照设计方案来实现实验目的。学生从问题的提出、问题的分析和问题的解决等方面循序渐进，提高了他们的创新思维和实际动手能力。在实验进行过程中，通过小组的讨论、分工，可以培养学生相互协作的团队精神。实验目的的实现，进一步提高了学生力学综合素质。
下面以笔者主持开展的一个理论力学设计性实验为例，阐述实验对学生综合实验能力的作用。
笔者在《理论力学》实验课程中开发了设计性实验项目“速度瞬心实验”，速度瞬心是刚体平面运动中的一个重要概念，实验任务是根据实验设备，通过设计实验步骤和方法，观测和记录速度瞬心位置随刚体平面运动的变化规律。实验可以分成几个阶段进行：
（1）理论分析阶段。
学生在实验前，必须熟练掌握速度瞬心方面的内容，并明确实验目的。在该阶段，通过所涉及的相关知识点学习，学生能深入地掌握本次实验的原理、步骤、预期的目标对实验做到心中有数。加强了对力学知识点的理解。
（2）实验室操作阶段。
实验室现有的设备是速度瞬心演示仪SDSYS。
首先，要求学生根据刚体平面运动的速度合成原理，推导出本实验装置理论上瞬心位置和大小两个转盘转速的关系，从而得到瞬心位置的变化规律公式。
学生在观测过程中，根据设备实际情况，必须在熟练掌握瞬心方面的知识点，才能基本能够得出类似的示意图，如图1所示，该类示意图是解决实验方案的关键。
在此过程中，学生需要解决的问题有：1）R和r分别表示的是什么，如何在转盘转动时候精确测得？2）瞬心的位置在图1的哪个点，该位置如何用已知的角速度来表示？等等。
在理论分析后进行公式推导，最后可得到
利用该公式可以在已知大、小圆盘转动的角速度下得到理论上瞬心的位置。通过绘制示意图，推导计算公式，使学生能够完全理解和掌握该知识点相关的内容，进一步提高学生综合分析问题的能力。
其次，设计出能够检测出瞬心位置的实验方法，调节大小圆盘的转速，得到不同转速下的瞬心位置，观察瞬心位置的变化，并与前面推导出的理论值做比较，分析误差及产生的主要原因。学生会提出问题：如圆盘转动起来以后速度非常，用什么方法才能正确测量实际位置所在等，该检测方法由学生自己设计并进行改进，在此过程中可能会运用到其他有关测量技术的运用，如图像识别检测等，可以使学生所学的专业知识互相得以应用，启发了学生的各种思维能力，激发出学生更多的求知欲、竞争欲等。
整个实验由学生自行完成，学生自行分析过程并设计实验方案，最终完成实验目标，经过各实验小组同学共同努力，本设计性实验项目达到了预想的目的。加深了同学对平面运动瞬心的基本原理的理解，培养了学生独立思考问题和解决问题的能力，提高了学生的动手能力和综合能力，使学生有继续学下去的动力。
5 结束语
实验是科学创新的源泉，在学生掌握一定的基础知识后，多为学生开设一些创新性和综合性较强的实验课，加深了学生对实验教学重要性的认识，培养了学生的综合实验能力，提高了学生的创新能力。
参考文献：
[1] 刘新科.中国传统教育与文化[M].长春：东北师范大学出版社，2002.
[2] 徐闯，李洪升，平旭高.开设综合性研究型的理论力学实验培养学生创新思维[J].实验技术与管理，2001，18（4）：63-65.
[3] 吴小虹，刘晔，林佳利.浅谈“三性”实验对提高学生综合实验能力的作用[J].南昌教育学院学报，2011，26（05）.
关键词：理论力学 设计性实验 综合能力
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）012-351-02
1 引言
理论力学是机械类专业的一门理论性较强的技术基础课，也是一门与工程实际紧密联系的课程。面对如何培养21世纪人才的问题，尤其是如何培养学生创新能力和工程意识，基于理论力学基础理论的实验教学，在启发学生创新思维意识，培养科研实践能力等方面起着重要的作用。
2 理论力学实验教学现状
在日常教学工作中与学生交流后，发现目前学生在面对理论力学课程的学习和实验方面存在一些问题：
（1）学生对课程学习兴趣不高。学生在刚入大学的时候普遍学习积极性较高，在逐渐接触大学专业所涉及的课程后，发现课堂教学模式与传统的教学模式一样，以老师讲授为主，学生被动的吸入，主动学习的意识和动力缺乏。大二开始逐渐开设专业相关的课程，学生的学习积极性反而逐级下降。
（2）实验教学长期以来从属于理论教学，老师和学生都更重视理论课的教授和学习，而把实验课放在次要的位置。理论力学也是安排了少量的验证性实验，实验基本都是在老师的讲解示范下，根据实验指导书上的实验步骤来完成实验任务，整个实验过程中，学生完全处于被动状态。学生在每次的实验过程中主要的内容就是记录实验数据，验证所测数据误差大小，很少有学生会关注实验内容和实验原理的本质以及实验结果所表明的一些实验对象的特征和规律。这就束缚了学生的独立思考能力，不能有效地培养学生的工程意识。
3 理论力学实验由验证性向设计性转变
本校为进一步加强实验教学课程体系和教学内容改革，更好地培养学生创新意识和实践动手能力，推动实验教学建设，近年来通过开展综合性、设计性和创新性实验项目的建设工作来扩大综合性、设计性和创新性实验在实验课程中的比例。理论力学是工科学生进入大学后较早接触到的直接与工程问题联系的基础课程，除了给学生传授有关工程设计的力学理论外，还要使学生学会将理论内容通过力学模型与工程实际相联系。因此，理论力学实验的实验内容应该跟工程实际相关，让学生自己动手，仔细观察，深入了解并分析物体的力学性质，找到合理的方法来解决问题。
4 设计性实验对于培养学生能力的影响
学生在参与设计性实验的过程中，主要以自我训练为主，通过学习，掌握实验原理，根据给定的实验目的和实验条件，自行设计实验方案，通过全面了解仪器设备的性能并正确地使用仪器，按照设计方案来实现实验目的。学生从问题的提出、问题的分析和问题的解决等方面循序渐进，提高了他们的创新思维和实际动手能力。在实验进行过程中，通过小组的讨论、分工，可以培养学生相互协作的团队精神。实验目的的实现，进一步提高了学生力学综合素质。
下面以笔者主持开展的一个理论力学设计性实验为例，阐述实验对学生综合实验能力的作用。
笔者在《理论力学》实验课程中开发了设计性实验项目“速度瞬心实验”，速度瞬心是刚体平面运动中的一个重要概念，实验任务是根据实验设备，通过设计实验步骤和方法，观测和记录速度瞬心位置随刚体平面运动的变化规律。实验可以分成几个阶段进行：
（1）理论分析阶段。
学生在实验前，必须熟练掌握速度瞬心方面的内容，并明确实验目的。在该阶段，通过所涉及的相关知识点学习，学生能深入地掌握本次实验的原理、步骤、预期的目标对实验做到心中有数。加强了对力学知识点的理解。
（2）实验室操作阶段。
实验室现有的设备是速度瞬心演示仪SDSYS。
首先，要求学生根据刚体平面运动的速度合成原理，推导出本实验装置理论上瞬心位置和大小两个转盘转速的关系，从而得到瞬心位置的变化规律公式。
学生在观测过程中，根据设备实际情况，必须在熟练掌握瞬心方面的知识点，才能基本能够得出类似的示意图，如图1所示，该类示意图是解决实验方案的关键。
在此过程中，学生需要解决的问题有：1）R和r分别表示的是什么，如何在转盘转动时候精确测得？2）瞬心的位置在图1的哪个点，该位置如何用已知的角速度来表示？等等。
在理论分析后进行公式推导，最后可得到
利用该公式可以在已知大、小圆盘转动的角速度下得到理论上瞬心的位置。通过绘制示意图，推导计算公式，使学生能够完全理解和掌握该知识点相关的内容，进一步提高学生综合分析问题的能力。
其次，设计出能够检测出瞬心位置的实验方法，调节大小圆盘的转速，得到不同转速下的瞬心位置，观察瞬心位置的变化，并与前面推导出的理论值做比较，分析误差及产生的主要原因。学生会提出问题：如圆盘转动起来以后速度非常，用什么方法才能正确测量实际位置所在等，该检测方法由学生自己设计并进行改进，在此过程中可能会运用到其他有关测量技术的运用，如图像识别检测等，可以使学生所学的专业知识互相得以应用，启发了学生的各种思维能力，激发出学生更多的求知欲、竞争欲等。
整个实验由学生自行完成，学生自行分析过程并设计实验方案，最终完成实验目标，经过各实验小组同学共同努力，本设计性实验项目达到了预想的目的。加深了同学对平面运动瞬心的基本原理的理解，培养了学生独立思考问题和解决问题的能力，提高了学生的动手能力和综合能力，使学生有继续学下去的动力。
5 结束语
实验是科学创新的源泉，在学生掌握一定的基础知识后，多为学生开设一些创新性和综合性较强的实验课，加深了学生对实验教学重要性的认识，培养了学生的综合实验能力，提高了学生的创新能力。
参考文献：
[1] 刘新科.中国传统教育与文化[M].长春：东北师范大学出版社，2002.
[2] 徐闯，李洪升，平旭高.开设综合性研究型的理论力学实验培养学生创新思维[J].实验技术与管理，2001，18（4）：63-65.
[3] 吴小虹，刘晔，林佳利.浅谈“三性”实验对提高学生综合实验能力的作用[J].南昌教育学院学报，2011，26（05）.