大學(xué)力學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)中學(xué)生能力培養(yǎng)的研究與實(shí)踐

馬英忱 韓保紅 張淑琴 倪新華 程兆剛

［摘要］ 大學(xué)力學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)中學(xué)生能力的培養(yǎng)可以采取由學(xué)生觀察研究證明定理、引入工程實(shí)例等方法，改革理論教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和工程能力；在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中通過加強(qiáng)貼片練習(xí)、設(shè)計(jì)試件等培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力；通過參加競賽等課外活動(dòng)提高學(xué)生綜合應(yīng)用能力。

［關(guān)鍵詞］力學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革能力培養(yǎng)

［中圖分類號］G642.0［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A［文章編號］2095-3437（2014）13-0126-02

培養(yǎng)學(xué)生能力是大學(xué)教育的核心任務(wù)之一，各門課程在能力培養(yǎng)中都有著各自的任務(wù)。基礎(chǔ)力學(xué)課程作為很多工程專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)或?qū)I(yè)基礎(chǔ)課程，要根據(jù)自身既有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚擉w系又與工程有密切聯(lián)系的特點(diǎn)，在學(xué)生能力的培養(yǎng)上發(fā)揮自己的作用。多年來我們在教學(xué)中對培養(yǎng)學(xué)生能力做了一些探討。

一、改革理論教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和工程能力

科學(xué)思維能力是學(xué)生的基本能力，是其他能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)。而力學(xué)課程注重對基本理論和基本方法的學(xué)習(xí)，講究研究方法和思維方法，因而恰好能結(jié)合教學(xué)內(nèi)容培養(yǎng)學(xué)生思維能力。在基本理論教學(xué)中我們鼓勵(lì)啟發(fā)學(xué)生分析物體常見運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，總結(jié)各類方法的使用條件和局限性，將學(xué)過的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為自身的知識，逐步提高分析問題、解決問題的能力。能解決一定的工程問題是工科大學(xué)畢業(yè)生所必備的能力，因而教學(xué)中不僅要培養(yǎng)學(xué)生思維能力，還要培養(yǎng)他們具有一定的工程能力。為了達(dá)到此目的，必須充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。俗話說：師傅領(lǐng)進(jìn)門，修行在個(gè)人。作為老師要引導(dǎo)學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體，而不是接受知識的容器。例如在教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施上采用如下措施提高學(xué)生的相關(guān)能力。

（一）由學(xué)生完成部分定理定律的證明

定理定律的證明是力學(xué)課程重要的教學(xué)內(nèi)容，如何通過這些內(nèi)容的教學(xué)提高學(xué)生的邏輯推理和數(shù)學(xué)演繹能力呢？力學(xué)課程一般開設(shè)在大學(xué)二年級或以后，這時(shí)學(xué)生已經(jīng)具備高等數(shù)學(xué)和大學(xué)物理的基本知識，為了培養(yǎng)提高學(xué)生的邏輯推演能力，可以把部分定理定律的證明主要由學(xué)生自己完成。比如理論力學(xué)中質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)力學(xué)普遍定理的證明就可以由學(xué)生自行完成。因?yàn)樗麄冊谖锢韺W(xué)習(xí)中已建立了質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)的相關(guān)概念，而質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)力學(xué)普遍定理就是質(zhì)點(diǎn)系條件下的牛頓第二定律的積分形式。由學(xué)生自行完成定理的證明恰好鍛煉他們綜合運(yùn)用已學(xué)知識獲取新知識的能力。

（二）以觀察、研究的方式進(jìn)行專題教學(xué)

力學(xué)課程設(shè)有一些專題，其內(nèi)容大都是用已學(xué)過的基本定理處理典型力學(xué)的問題。對這些內(nèi)容進(jìn)行觀察研究式教學(xué)，恰好可以讓學(xué)生觀摩處理力學(xué)問題的過程，學(xué)習(xí)掌握處理力學(xué)問題的方法。例如陀螺儀近似理論教學(xué)中，學(xué)生首先觀察靜態(tài)的轉(zhuǎn)子，得出幾何對稱、質(zhì)量對稱的結(jié)論；再使轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，得出其運(yùn)動(dòng)強(qiáng)弱用動(dòng)量矩表示，進(jìn)而想到其動(dòng)力學(xué)規(guī)律用動(dòng)量矩定理描述；然后觀察外力矩對轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)的影響：外力矩為零定軸、外力矩不為零進(jìn)動(dòng)；最后對問題總結(jié)分析，導(dǎo)出賴柴爾定理。通過這些專題教學(xué)，學(xué)生不僅學(xué)到了理論也體會了觀察研究的過程，提高了抽象模型和歸納推理的能力。

（三）引入工程實(shí)例培養(yǎng)學(xué)生工程能力

工程能力是工科大學(xué)生的能力要求之一，盡管力學(xué)課程與工程結(jié)合比較密切，但是教材中展現(xiàn)在學(xué)生面前的內(nèi)容多數(shù)是經(jīng)過大幅度簡化的，對學(xué)生工程能力培養(yǎng)不利。為了有利培養(yǎng)學(xué)生工程能力，我們在教學(xué)中引入了許多原汁原味的工程實(shí)例，學(xué)生通過這些實(shí)例首先對工程問題有了一個(gè)感性認(rèn)識，培養(yǎng)了觀察能力，進(jìn)而可以培養(yǎng)由實(shí)際問題到力學(xué)模型的模型抽象能力。比如學(xué)習(xí)顎式碎石機(jī)，當(dāng)研究其運(yùn)動(dòng)及受力時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)與受力主要取決于空間位置，可以把動(dòng)顎件抽象成桿，而忽略其橫向尺寸，當(dāng)研究其強(qiáng)度時(shí)則考慮其截面形狀和橫向尺寸。通過這樣的實(shí)例訓(xùn)練，既提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣又培養(yǎng)了他們處理工程問題的能力。

（四）讓學(xué)生自己撰寫學(xué)習(xí)小結(jié)

學(xué)生通過一段時(shí)間的學(xué)習(xí)已經(jīng)學(xué)到一定的基本知識和方法，如何將這些知識和方法轉(zhuǎn)化成能力呢？首先是要把學(xué)過的內(nèi)容系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化，撰寫學(xué)習(xí)小結(jié)就是不錯(cuò)的基本方法。學(xué)生通過撰寫學(xué)習(xí)小結(jié)可以對學(xué)過的內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)、整理，深化對內(nèi)容的理解；能找到內(nèi)容之間的內(nèi)在聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)定理定律的適用條件和能解決的問題，為后續(xù)應(yīng)用打下基礎(chǔ)；還能提煉屬于自己的學(xué)習(xí)方法和解決問題的方法，提高邏輯思維能力和分析問題、解決問題的能力。

二、改革試驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力

課程實(shí)驗(yàn)在基礎(chǔ)力學(xué)課程中所占的學(xué)時(shí)數(shù)很少，如何利用這有限的實(shí)驗(yàn)課程培養(yǎng)學(xué)生的能力呢？那就要對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改革，減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)。力學(xué)實(shí)驗(yàn)所涉及的內(nèi)容和所用設(shè)備對學(xué)生來說是全新的，要充分利用學(xué)生的好奇心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。用較少的時(shí)間介紹實(shí)驗(yàn)室規(guī)則和儀器設(shè)備的使用方法，更多的時(shí)間用于學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和操作。比如對電測應(yīng)力實(shí)驗(yàn)，其測量原理設(shè)計(jì)涉及歐姆定律、惠斯登電橋等，由學(xué)生結(jié)合已學(xué)物理知識自修，對動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的部分作如下安排。

（一） 加強(qiáng)貼片訓(xùn)練，培養(yǎng)動(dòng)手能力

粘貼應(yīng)變片是電測應(yīng)力必須要做的工作，不可或缺。應(yīng)變片粘貼的好壞直接影響應(yīng)力測量結(jié)果，而實(shí)驗(yàn)中往往是學(xué)生動(dòng)手貼片的很少，甚至有些學(xué)生直接用老師貼好的應(yīng)變片進(jìn)行測量，這樣對學(xué)生能力的培養(yǎng)很不利。為了培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，必須加強(qiáng)貼片練習(xí)，使學(xué)生可以把握貼片的重要環(huán)節(jié)，知道怎樣貼片才能提高測量精度，為以后的工作打下良好基礎(chǔ)。在今年全國大學(xué)生周培源力學(xué)競賽中，我院學(xué)生的貼片被評委老師認(rèn)為是最好的。

（二）學(xué)生自己設(shè)計(jì)試件，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

基本的電測應(yīng)力實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要是彎曲應(yīng)力測量和彎扭組合變形應(yīng)力測量，由于學(xué)生對理論結(jié)果很熟悉，所以對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的期盼不是很強(qiáng)。要讓學(xué)員喜歡實(shí)驗(yàn)就要有新鮮的內(nèi)容，因而可以讓學(xué)生自己利用已學(xué)的知識結(jié)合生活和工程實(shí)際，構(gòu)想實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，設(shè)計(jì)試件（條件允許的還可以自己加工），做理論計(jì)算，最后實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。這樣一個(gè)過程可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生體會開發(fā)創(chuàng)新的樂趣，從而訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)技巧，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

三、通過參加力學(xué)競賽等課外活動(dòng)，培養(yǎng)綜合應(yīng)用能力

學(xué)以致用是對學(xué)習(xí)的促進(jìn)和驗(yàn)證，通過應(yīng)用可以檢驗(yàn)學(xué)生對知識的吸收和方法的掌握情況，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。合適場合對應(yīng)用說來是至關(guān)重要的，沒有應(yīng)用場合就沒有應(yīng)用的條件，因而必須找到適當(dāng)?shù)膽?yīng)用場合。比如各種課程競賽就是應(yīng)用的好條件。今年我院學(xué)生參加全國大學(xué)生周培源力學(xué)競賽，獲得理論與設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)一等獎(jiǎng)。

（一）培養(yǎng)了學(xué)生綜合應(yīng)用力學(xué)理論的能力

全國大學(xué)生周培源力學(xué)競賽所用題目，有的來源于生活，有的來源于工程，綜合應(yīng)用性很強(qiáng)。學(xué)生通過解決這樣的題目，在判斷問題屬于哪種類型，選擇什么力學(xué)理論解決，怎樣建立力學(xué)模型，采用什么數(shù)學(xué)工具，怎樣求解等各個(gè)方面得到全方位的鍛煉，提高了綜合解決問題的能力。

（二）訓(xùn)練了學(xué)生在緊張環(huán)境下解決問題的能力

無論是個(gè)人賽還是團(tuán)體賽，都是在緊張環(huán)境下進(jìn)行。這樣的環(huán)境與平時(shí)不同，平時(shí)訓(xùn)練是在熟悉的環(huán)境下，學(xué)生心理壓力很小，有利于發(fā)揮。競賽的環(huán)境是陌生的，而且時(shí)間非常緊張，還伴隨著心理壓力，因此參加競賽有利于訓(xùn)練學(xué)生在緊張環(huán)境下解決問題的能力。

（三）有利于學(xué)生樹立不怕困難，勇于勝利的信念和培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神

現(xiàn)在的大學(xué)生大都是獨(dú)生子女，往往是家里的小皇帝，缺少與他人合作的習(xí)慣；成長過程比較順利，不少人缺少緊張吃苦的精神。同時(shí)，比賽時(shí)幾乎全國所有名牌大學(xué)都有人參加，對我院的學(xué)生來說這是無形的壓力。而最終通過努力我們學(xué)生和老師取得兩個(gè)團(tuán)體賽一等獎(jiǎng)的好成績，這說明只要大家共同努力團(tuán)結(jié)合作就沒有克服不了的困難。通過此次競賽，提高了我們的敢于勝利的信念，培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)結(jié)合作的團(tuán)隊(duì)精神。

學(xué)無止境，教無定法，培養(yǎng)學(xué)生服務(wù)社會的各種能力是學(xué)校永恒的任務(wù)。以上所述只是我們的一點(diǎn)探討，敬請同仁指教。

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［責(zé)任編輯：鐘嵐］