基于周培源力學(xué)競賽的基礎(chǔ)力學(xué)教學(xué)方法的思考

文/趙麗霞　劉丹丹

劉丹丹(1962.-),男,安徽合肥人,副教授,研究方向：固體力學(xué)。

摘　要：基于全國周培源大學(xué)生力學(xué)競賽理論性、實用性、創(chuàng)新性、趣味性的特點,對基礎(chǔ)力學(xué)教學(xué)方法進(jìn)行了研究,提出在教學(xué)中要用新的教學(xué)模式加強學(xué)生創(chuàng)新思維能力,用理論與實踐相結(jié)合的方式提高學(xué)生解決問題的能力,采用邏輯方法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,并注重各門學(xué)科知識的融合,從而使基礎(chǔ)力學(xué)的教學(xué)達(dá)到更好的效果,為力學(xué)競賽輸送更優(yōu)秀的參賽選手。

關(guān)鍵詞：全國周培源大學(xué)生力學(xué)競賽；基礎(chǔ)力學(xué)；教學(xué)方法

基于周培源力學(xué)競賽的基礎(chǔ)力學(xué)教學(xué)方法的思考

文/趙麗霞劉丹丹

劉丹丹(1962.-),男,安徽合肥人,副教授,研究方向：固體力學(xué)。

摘要：基于全國周培源大學(xué)生力學(xué)競賽理論性、實用性、創(chuàng)新性、趣味性的特點,對基礎(chǔ)力學(xué)教學(xué)方法進(jìn)行了研究,提出在教學(xué)中要用新的教學(xué)模式加強學(xué)生創(chuàng)新思維能力,用理論與實踐相結(jié)合的方式提高學(xué)生解決問題的能力,采用邏輯方法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,并注重各門學(xué)科知識的融合,從而使基礎(chǔ)力學(xué)的教學(xué)達(dá)到更好的效果,為力學(xué)競賽輸送更優(yōu)秀的參賽選手。

關(guān)鍵詞：全國周培源大學(xué)生力學(xué)競賽；基礎(chǔ)力學(xué)；教學(xué)方法

作者簡介：趙麗霞(1980.-),女,吉林磐石人,碩士研究生,講師,研究方向：動態(tài)斷裂力學(xué)。

中圖分類號：G642

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：碼：A

文章編號：號：2095-9214(2015)08-0132-02

基金項目：安徽省教育廳振興計劃重大教研項目《基礎(chǔ)力學(xué)教改中的“以賽促進(jìn)”》 項目編號：zy321

力學(xué)作為工程領(lǐng)域的基礎(chǔ)學(xué)科,它在推動我國科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化發(fā)展過程中起著重要的作用。而全國周培源大學(xué)生力學(xué)競賽的舉辦恰好檢驗了全國高?；A(chǔ)力學(xué)教學(xué)水平和教學(xué)成果,因此,它不僅受到周培源基金會的支持,而且還受到國家教育部的支持,由原來的四年一次改為每兩年舉行一次,目前已舉行了十屆,賽事規(guī)模和參賽人數(shù)也不斷擴大,從第一屆1988年12所高校62人參賽到如今近百所高校數(shù)萬名學(xué)生參加。可見,該競賽符合我國科學(xué)技術(shù)和教育事業(yè)發(fā)展,是一項大學(xué)生喜歡的賽事。隨著考試題目實用性、趣味性、靈活性、創(chuàng)新性的提高,其規(guī)模和影響力還在不斷擴大,越來越多的高校將周培源大學(xué)生力學(xué)競賽作為培養(yǎng)優(yōu)秀力學(xué)人才的目標(biāo),越來越多的用人單位也將力學(xué)競賽的獎項列入了招聘時考察的條件。基于全國周培源大學(xué)生力學(xué)競賽理論性與實用性并存的特點,引發(fā)了對基礎(chǔ)力學(xué)傳統(tǒng)教學(xué)方法的思考。

一、用新的教學(xué)模式加強學(xué)生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)

從歷屆競賽試題可以發(fā)現(xiàn)題目的創(chuàng)新性不斷提高,比如剛剛舉辦的第十屆競賽中的第三題,要求考生自己設(shè)計貼片方案來測定構(gòu)件單位長度質(zhì)量和切向作用力,如何能根據(jù)題意設(shè)計出最佳方案,這對參賽學(xué)生的創(chuàng)新思維能力有了更高的要求。傳統(tǒng)的基礎(chǔ)力學(xué)教學(xué)手段以灌輸為主,經(jīng)常都是教師一人講,學(xué)生坐下聽。為了加強學(xué)生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng),我們會將學(xué)生分成幾個興趣小組,針對本次課堂講解的重要理論提出幾個相關(guān)的工程問題,讓大家分組討論,分析問題所在,歸納事故可能原因,提出可行的解決手段,本著“討論出真知”、“三人行必有我?guī)煛钡脑瓌t,真正做到讓學(xué)生參與進(jìn)來,這樣不僅可以使課堂氣氛更加活躍,而且往往會有意想不到的結(jié)果,比如在討論過程中,每個同學(xué)思考問題的角度不同,會得出更加全面的分析方法,許多創(chuàng)新性的想法就是在這個過程中迸發(fā)的。

二、用理論與實踐相結(jié)合的方式提高學(xué)生解決問題的能力

從歷屆競賽試題可以發(fā)現(xiàn)題目的實用性也在不斷提高,比如剛剛舉辦的第十屆競賽中的第一題涉及到貨箱的運輸。因此建議課堂教學(xué)不要一味講理論,必須依據(jù)“實踐—理論—實踐”的原則,即從同學(xué)們感興趣的工程事故引出本次要講的知識點,在理論講解結(jié)束后再去分析事故原因及解決方法。比如我們在理論力學(xué)里講到碰撞這一章時,可以先向同學(xué)介紹衛(wèi)星的對接、汽車的追尾等實際問題,激發(fā)起學(xué)生興趣后引入碰撞理論,最后說明這些事例都是可以用該理論去分析的。在材料力學(xué)中講彎曲變形這一章時,可以將吊車梁引入進(jìn)來,吊車梁常見的影響正常工作的現(xiàn)象是使吊車在行駛過程中發(fā)生較大的振動,另一方面使得吊車出現(xiàn)下坡和爬坡現(xiàn)象,究其原因就是吊車梁發(fā)生了彎曲變形,因此在設(shè)計時要提高它的彎曲剛度。還有就是為什么出現(xiàn)越來越多的斜拉橋,用大量的拉索代替橋墩,減少橋墩的數(shù)量,這樣做的目的就是從構(gòu)件的穩(wěn)定性考慮的,使受壓構(gòu)件變?yōu)槭芾瓨?gòu)件,不會出現(xiàn)壓桿失穩(wěn)。這些工程實例的分析,不僅可以讓學(xué)生們清晰認(rèn)識到基礎(chǔ)力學(xué)的重要性,也可以提高他們學(xué)習(xí)的積極性,同時再遇到類似的競賽題目時也可以更得心應(yīng)手。

三、注重各相關(guān)學(xué)科知識點的融合,尋求最佳解題途徑

通過對歷屆競賽試題的分析發(fā)現(xiàn)有些題目的求解方法不是唯一的,也有一道題目要綜合幾門學(xué)科進(jìn)行分析的情況。比如第十屆競賽中的第二題求猴子在裝置中某一位置時桿件的平衡位置,該題既可以用剛體靜力學(xué)求解,也可以采用分析靜力學(xué)的方法。而各學(xué)科知識的關(guān)聯(lián)性及融合性的掌握恰恰是目前大學(xué)生欠缺的,他們在步入大學(xué)校園后,不斷在接觸新的課程,很多時候他們并不清楚這些課程開設(shè)的目的以及開設(shè)課程的先后順序有何講究,就更不要提知識的綜合應(yīng)用了。這對我們?nèi)握n教師提出了更高的要求,在同學(xué)們剛剛接觸這門新課程時,教師就必須讓他們清楚所學(xué)內(nèi)容的應(yīng)用范圍,可解決哪類工程實際問題,并分析與已經(jīng)學(xué)過的課程的關(guān)系,同時在講解過程中如遇到超出該學(xué)科研究范圍的內(nèi)容,一定要告訴學(xué)生在以后的學(xué)習(xí)中可以用哪門課程所學(xué)來進(jìn)行求解,務(wù)必使學(xué)生形成一條完整的知識鏈,只有這樣才能使他們遇到問題時迸發(fā)出不同的解決思路,或者才會考慮用不同學(xué)科的知識點綜合求解。

四、采用科學(xué)方法論,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性

興趣是最好的老師,是學(xué)習(xí)新知識的關(guān)鍵,也是接受新事物的基礎(chǔ)。所以教師的首要任務(wù)就是要讓同學(xué)們對力學(xué)學(xué)科產(chǎn)生興趣,而近幾屆周培源大學(xué)生力學(xué)競賽題目的趣味性也在增加,這也吸引了更多的同學(xué)參加此項賽事。經(jīng)過不斷的研究和驗證,將常用的邏輯方法“歸納與演繹結(jié)合”、“分析與綜合結(jié)合”引入基礎(chǔ)力學(xué)的教學(xué)不僅可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,而且可以達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果。歸納是從個別性的前提推論出一般性結(jié)論的推理方法。先擺事實,后求結(jié)論,這是從個別到一般,尋求事物普遍特征的認(rèn)識方法。優(yōu)點是能體現(xiàn)眾多事物的根本規(guī)律,且能體現(xiàn)事物的共性。它有兩種功能,一是概括一般情況,二是推測將來結(jié)果,缺點是容易犯不完全歸納的毛病。演繹是從一般性的前提推論出個別性結(jié)論的推理方法。先假說,后求證,這是從一般到個別,推論和判斷個別事例的認(rèn)識方法。優(yōu)點是由定義根本規(guī)律等出發(fā)一步步遞推,邏輯嚴(yán)密,結(jié)論可靠,且能體現(xiàn)事物的特性,缺點是縮小了范圍,使根本規(guī)律的作用得不到充分的展現(xiàn)。歸納法和演繹法在應(yīng)用上并不矛盾,有些問題可采用前者,有些則采用后者,而更多情況將兩者結(jié)合著應(yīng)用,則能收到更好的效果。分析是把事物分解為各個部分、側(cè)面、屬性,分別加以研究,是認(rèn)識事物整體的必要階段。綜合是把事物各個部分、側(cè)面、屬性按內(nèi)在聯(lián)系有機地統(tǒng)一為整體,以掌握事物的本質(zhì)和規(guī)律。分析與綜合是互相滲透和轉(zhuǎn)化的,一切論斷都是分析與綜合的結(jié)果。在基礎(chǔ)力學(xué)的教學(xué)中,

五、注重力學(xué)基礎(chǔ)及綜合求解能力的培養(yǎng)

強調(diào)力學(xué)基礎(chǔ)的重要性,要求學(xué)生在理論力學(xué)和材料力學(xué)的學(xué)習(xí)中不僅要熟背理論公式,而且要加強對一些基本概念的理解,進(jìn)而思考出具有個人特點的理解方式。萬丈高樓平地起,如果根基不扎實,不可能取得更高的成就。在扎實的力學(xué)基礎(chǔ)上也要注重綜合求解能力的培養(yǎng),在平時的練習(xí)中,我們會給同學(xué)布置一些與實驗相關(guān)的題目,在具體安排中要注意實驗一定要與理論課緊密配合,使理論成為實驗的指導(dǎo),實驗成為理論的驗證和開拓,并鍛煉學(xué)生對實驗中出現(xiàn)的現(xiàn)象用理論知識做出合理的解釋,培養(yǎng)他們理論與實驗相結(jié)合的求解能力。也就是說在基礎(chǔ)力學(xué)的教學(xué)中,應(yīng)該更加注重學(xué)生實驗方法和動手能力的培養(yǎng),不要單一的認(rèn)為所有問題都要用理論公式分析。

隨著全國周培源大學(xué)生力學(xué)競賽影響力的不斷擴大和社會對高素質(zhì)力學(xué)人才需求的不斷增加,基礎(chǔ)力學(xué)的教學(xué)方法的改革已經(jīng)成為力學(xué)教師必須探索和思考的課題,希望在廣大力學(xué)工作者的共同努力下,能探索出更好、更適合現(xiàn)代大學(xué)生的教學(xué)方法,為社會輸送更多的優(yōu)秀人才,為周培源大學(xué)生力學(xué)競賽輸送更強的參賽選手。

(作者單位：安徽理工大學(xué)理學(xué)院)

項目來源：安徽省教育廳振興計劃重大教研項目《基礎(chǔ)力學(xué)教改中的“以賽促進(jìn)”》

參考文獻(xiàn)：

劉安中,張速.基于全國周培源大學(xué)生力學(xué)競賽創(chuàng)新思維培養(yǎng)能力的實踐.淮北師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,2013,34(2):71-73.

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王玉山,王銳.關(guān)于材料力學(xué)教學(xué)方法的思考[山西]建筑〗.2008(1)