1．北京航空航天大学理论力学实验教学的历史沿革 从建校起，北京航空航天大学理论力学课程就是航空、航天、机械、控制、力学等专业的重要基础课，由学术造诣深的知名学者黄克累、高为炳等组建了第一代理论力学教师队伍。他们吸收了苏联严谨的课程体系和教学方法，经过20多年的积累，形成了理论与实验结合的教学理念和特色。由于受当时硬件条件的限制，仅有少量的教学模型用于课堂教学的演示实验（如齿轮传动、万向节传动和陀螺模型的动力学特性）以验证相关的理论结果。改革开放后，谢传锋等教师传承了理论力学教学的理念和特色，同时也汲取了西方教育的成功经验，既重视理论分析与计算能力的培养，又重视理论与实际的结合。
他们将机构运动模型应用于课堂的演示实验（如点的复合运动和刚体的平面运动）以解决教学中的难点；扩充了部分动力学演示实验（如平衡与静平衡实验、电动陀螺实验）；把质点动力学数值仿真研究作为学生课外科技活动之一。但仍然存在实验面窄、综合性弱、缺乏探索性实验等问题。本世纪以来，北航理论力学教师继承和发扬了前辈的教学理念，建立了演示实验室和实验制作工作室，利用现代教育资源与技术，在实践与积累的基础上丰富了实验内容、加强了实验的综合性，新增了探索性实验，构建了本课程的实验教学平台，更加全面系统地实现了理论教学与实验教学的融合、第一课堂与第二课堂的结合。经过师生多年的努力，实现了学科建设、课程建设和人才培养三位一体可持续发展的良性循环。北航理论力学教学的发展凝聚了几代教师的心血，也承载着半个多世纪教学改革成果的积淀。
2．理论力学实验教学平台的建设理念和目的 理论力学课程是工科高等院校机械、土木、控制、航空、航天、力学等多个专业重要的技术基础课程，也是北航相关专业的核心课程。原有的理论力学教学相对来说缺乏实验或实践性教学环节，原有的演示实验主要是通过实施形象化教学解决教学中的部分难点。北航理论力学教学平台建设的理念和目的：（1）继承理论力学原有教学成果，将实验融入理论课堂教学，更好地实施探究型教学模式。从认知的角度，把教学过程当作"探索"和"发现"的过程来完成。通过演示实验或实例提出问题、引出概念；在师生探索的过程中"寻找"和"发现"相关理论与方法；用所学的知识解决问题，在解决"老"问题的过程中再提出"新"问题，在这种螺旋式上升的教学过程中，提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。目前，实验内容已涉及理论力学教学的各个章节，实验题目来源于教学中值得思考的力学问题、科技发展史中的力学问题、现实生活中的力学问题、现代科技和工程中的力学问题等。（2）通过探究型实验，将理论力学第一课堂教学与第二课堂教学有机结合，增加学生自主性与实践性的教学环节，更好地实施因材施教。探究型实验的题目来源于现实生活中的力学问题、科研转化为教学的力学问题和实验教学建设中的力学问题等。这些实验题目作为北航大学生课外科技活动的研究课题，学生自愿参加，自主选择实验题目，自己设计实验方案并制作实验装置，以提高学生的动手和动脑能力，培养学生的创新意识和协作精神。
为此，我们建立了理论力学演示实验室及实验制作工作室，为学生提供必要的实验工具和设备以及教师的指导和咨询。 3．实验的内容与作用 （1）演示实验教学平台的实验内容与作用实验内容：由静力学、运动学和动力学构成，如虚位移原理演示实验、车轮非完整约束演示实验、平衡位置稳定性演示实验、摩擦自锁演示实验、点的复合运动演示实验、刚体平面运动演示实验、科氏惯性力演示实验、刚体定点运动演示实验、质点系动力学演示实验、自行车中的力学问题演示实验、健身器中的力学问题演示实验、侧方停车中的力学问题演示实验、动平衡与静平衡演示实验、陀螺动力学特性演示实验等。实验作用：通过演示力学现象，提出力学问题、引出力学概念和原理、探究解决问题的方法与途径以及理论的应用；在"已有"的研究方法不能解决问题时，探究"新"方法；在解决"老"问题的基础上再提出"新"问题。这些可以提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，特别是提高学生从实际力学现象中发现问题的能力以及从实际力学问题中提炼出力学模型的能力。（2）仿真实验平台的实验内容与作用实验内容：包括运动学和动力学两部分，如行星在地心参考系中的运动轨迹仿真实验、单摆的等时性仿真实验、质点或刚体的非光滑动力学仿真实验、地球自转对抛体运动影响的仿真实验、倒摆非线性动力学特性的仿真实验、非惯性参考系中单摆运动的仿真实验、第一类拉格朗日方程违约修正的数值仿真实验等。实验作用：不仅是用来求解力学系统动力学方程的数值计算结果，更重要的是用于模拟和仿真难以实施的物理实验（如失重、无空气阻力和摩擦等情况），以揭示力学现象；了解现代计算技术的研究进展、应用和存在的问题等；提高学生定性分析与定量分析的能力。
（3）探究型实验平台的实验内容与作用实验内容：静/动摩擦因数自动测定装置的设计与制作、陀螺效应的应用实验、利用摩擦产生简谐振动实验、健身器中某种运动状态的实现及其动力学分析、自行车和三轮车中的力学现象分析、电控秋千的设计与制作、结构减振方案的设计与制作等。实验作用：通过建立理论力学演示实验室和实验制作工作室，为学生提供了第一课堂与第二课堂有机结合的实践性教学环节，将教学中值得思考和研究的问题、现实中的力学问题、现代科技和工程中的力学问题作为探究型实验课题，供学有余力的学生选做，提高他们的动手能力和探究实际问题的能力，更好地实施因材施教。实验成效：目前，理论力学教学实现了平均每次课至少有1个演示实验（实例）或仿真实验用于引导学生发现问题（提出问题），或应用所学知识解释力学现象或解决实际问题。演示实验和仿真实验与教学内容紧密结合，约占总学时的5%~10%。实验教学融于理论教学，激发了学生的求知欲，有助于学生对基本概念的理解、基本方法的掌握和基本理论的应用，有助于提高学生理论联系实际的能力、定性分析与定量分析的能力。探究型实验的内容来源于科研项目中的力学问题、实验教学建设项目中的力学问题、学生课外科技活动项目中的力学问题以及现实中的力学问题等。
目前，这些实验成果多数已用于课堂教学的演示实验，激发了更多的学生参与课外科技活动，不仅提高了学生综合应用所学知识解决实际问题的能力，而且还形成了可持续发展的良性循环。学生的感受：从最怕听老师说"这个问题用你们所学的知识和方法完全可以解决"，到愿意思考或研究理论联系实际的力学问题。"做这样的实验花多少时间都值得，真学到了很多东西，以后再遇到实际问题就不怕了。" 北航理论力学实验教学还将在探索和实践的过程中不断改进和完善，不断学习其他高等院校的成功经验。我们相信，在全国高等学校教师的共同努力下，理论力学实验教学必将取得更加丰硕的成果。（本文系第五届力学课程报告论坛交流论文，北京航空航天大学动力学与控制系 理论力学实验教学的探索与实践 2011-05-17 王琪 王士敏 郭易圆 1．北京航空航天大学理论力学实验教学的历史沿革 从建校起，北京航空航天大学理论力学课程就是航空、航天、机械、控制、力学等专业的重要基础课，由学术造诣深的知名学者黄克累、高为炳等组建了第一代理论力学教师队伍。他们吸收了苏联严谨的课程体系和教学方法，经过20多年的积累，形成了理论与实验结合的教学理念和特色。
由于受当时硬件条件的限制，仅有少量的教学模型用于课堂教学的演示实验（如齿轮传动、万向节传动和陀螺模型的动力学特性）以验证相关的理论结果。改革开放后，谢传锋等教师传承了理论力学教学的理念和特色，同时也汲取了西方教育的成功经验，既重视理论分析与计算能力的培养，又重视理论与实际的结合。他们将机构运动模型应用于课堂的演示实验（如点的复合运动和刚体的平面运动）以解决教学中的难点；扩充了部分动力学演示实验（如平衡与静平衡实验、电动陀螺实验）；把质点动力学数值仿真研究作为学生课外科技活动之一。但仍然存在实验面窄、综合性弱、缺乏探索性实验等问题。本世纪以来，北航理论力学教师继承和发扬了前辈的教学理念，建立了演示实验室和实验制作工作室，利用现代教育资源与技术，在实践与积累的基础上丰富了实验内容、加强了实验的综合性，新增了探索性实验，构建了本课程的实验教学平台，更加全面系统地实现了理论教学与实验教学的融合、第一课堂与第二课堂的结合。经过师生多年的努力，实现了学科建设、课程建设和人才培养三位一体可持续发展的良性循环。北航理论力学教学的发展凝聚了几代教师的心血，也承载着半个多世纪教学改革成果的积淀。 2．理论力学实验教学平台的建设理念和目的 理论力学课程是工科高等院校机械、土木、控制、航空、航天、力学等多个专业重要的技术基础课程，也是北航相关专业的核心课程。
原有的理论力学教学相对来说缺乏实验或实践性教学环节，原有的演示实验主要是通过实施形象化教学解决教学中的部分难点。北航理论力学教学平台建设的理念和目的：（1）继承理论力学原有教学成果，将实验融入理论课堂教学，更好地实施探究型教学模式。从认知的角度，把教学过程当作"探索"和"发现"的过程来完成。通过演示实验或实例提出问题、引出概念；在师生探索的过程中"寻找"和"发现"相关理论与方法；用所学的知识解决问题，在解决"老"问题的过程中再提出"新"问题，在这种螺旋式上升的教学过程中，提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。目前，实验内容已涉及理论力学教学的各个章节，实验题目来源于教学中值得思考的力学问题、科技发展史中的力学问题、现实生活中的力学问题、现代科技和工程中的力学问题等。（2）通过探究型实验，将理论力学第一课堂教学与第二课堂教学有机结合，增加学生自主性与实践性的教学环节，更好地实施因材施教。探究型实验的题目来源于现实生活中的力学问题、科研转化为教学的力学问题和实验教学建设中的力学问题等。这些实验题目作为北航大学生课外科技活动的研究课题，学生自愿参加，自主选择实验题目，自己设计实验方案并制作实验装置，以提高学生的动手和动脑能力，培养学生的创新意识和协作精神。为此，我们建立了理论力学演示实验室及实验制作工作室，为学生提供必要的实验工具和设备以及教师的指导和咨询。 3．实验的内容与作用 （1）演示实验教学平台的实验内容与作用实验内容：由静力学、运动学和动力学构成，如虚位移原理演示实验、车轮非完整约束演示实验、平衡位置稳定性演示实验、摩擦自锁演示实验、点的复合运动演示实验、刚体平面运动演示实验、科氏惯性力演示实验、刚体定点运动演示实验、质点系动力学演示实验、自行车中的力学问题演示实验、健身器中的力学问题演示实验、侧方停车中的力学问题演示实验、动平衡与静平衡演示实验、陀螺动力学特性演示实验等。实验作用：通过演示力学现象，提出力学问题、引出力学概念和原理、探究解决问题的方法与途径以及理论的应用；在"已有"的研究方法不能解决问题时，探究"新"方法；在解决"老"问题的基础上再提出"新"问题。这些可以提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，特别是提高学生从实际力学现象中发现问题的能力以及从实际力学问题中提炼出力学模型的能力。
（2）仿真实验平台的实验内容与作用实验内容：包括运动学和动力学两部分，如行星在地心参考系中的运动轨迹仿真实验、单摆的等时性仿真实验、质点或刚体的非光滑动力学仿真实验、地球自转对抛体运动影响的仿真实验、倒摆非线性动力学特性的仿真实验、非惯性参考系中单摆运动的仿真实验、第一类拉格朗日方程违约修正的数值仿真实验等。实验作用：不仅是用来求解力学系统动力学方程的数值计算结果，更重要的是用于模拟和仿真难以实施的物理实验（如失重、无空气阻力和摩擦等情况），以揭示力学现象；了解现代计算技术的研究进展、应用和存在的问题等；提高学生定性分析与定量分析的能力。
（3）探究型实验平台的实验内容与作用实验内容：静/动摩擦因数自动测定装置的设计与制作、陀螺效应的应用实验、利用摩擦产生简谐振动实验、健身器中某种运动状态的实现及其动力学分析、自行车和三轮车中的力学现象分析、电控秋千的设计与制作、结构减振方案的设计与制作等。实验作用：通过建立理论力学演示实验室和实验制作工作室，为学生提供了第一课堂与第二课堂有机结合的实践性教学环节，将教学中值得思考和研究的问题、现实中的力学问题、现代科技和工程中的力学问题作为探究型实验课题，供学有余力的学生选做，提高他们的动手能力和探究实际问题的能力，更好地实施因材施教。实验成效：目前，理论力学教学实现了平均每次课至少有1个演示实验（实例）或仿真实验用于引导学生发现问题（提出问题），或应用所学知识解释力学现象或解决实际问题。演示实验和仿真实验与教学内容紧密结合，约占总学时的5%~10%。实验教学融于理论教学，激发了学生的求知欲，有助于学生对基本概念的理解、基本方法的掌握和基本理论的应用，有助于提高学生理论联系实际的能力、定性分析与定量分析的能力。探究型实验的内容来源于科研项目中的力学问题、实验教学建设项目中的力学问题、学生课外科技活动项目中的力学问题以及现实中的力学问题等。目前，这些实验成果多数已用于课堂教学的演示实验，激发了更多的学生参与课外科技活动，不仅提高了学生综合应用所学知识解决实际问题的能力，而且还形成了可持续发展的良性循环。
学生的感受：从最怕听老师说"这个问题用你们所学的知识和方法完全可以解决"，到愿意思考或研究理论联系实际的力学问题。"做这样的实验花多少时间都值得，真学到了很多东西，以后再遇到实际问题就不怕了。" 北航理论力学实验教学还将在探索和实践的过程中不断改进和完善，不断学习其他高等院校的成功经验。我们相信，在全国高等学校教师的共同努力下，理论力学实验教学必将取得更加丰硕的成果。（本文系第五届力学课程报告论坛交流论文，北京航空航天大学动力学与控制系 王琪 王士敏 郭易圆）
