以工程力學(xué)課程為平臺(tái)培養(yǎng)應(yīng)用型人才的科學(xué)思維能力

彭雅軒　王建國(guó)

摘要：工程力學(xué)作為多個(gè)工科專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)及后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)具有深遠(yuǎn)影響。以東北電力大學(xué)開設(shè)的工程力學(xué)課程為背景，開展了教學(xué)改革與實(shí)踐，針對(duì)學(xué)生科學(xué)思維能力的培養(yǎng)問題，提出了優(yōu)化工程力學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法的實(shí)施方案并取得了很好的效果，為提高應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量提供了有益的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型；工程力學(xué)；思維能力；教學(xué)方式

中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）03-0133-02

一、引言

2014年6月，國(guó)務(wù)院提出要推動(dòng)一批本科高校轉(zhuǎn)型發(fā)展，建立中國(guó)高校的分類體系，更多地培養(yǎng)應(yīng)用型人才和技術(shù)技能型人才，其根本目的是使高等教育培養(yǎng)的人更加符合經(jīng)濟(jì)社會(huì)對(duì)人才的需求。然而在實(shí)踐過程中，高校除了面臨著更新教學(xué)理念、提高教師能力、增加教育投入、加強(qiáng)學(xué)風(fēng)考風(fēng)建設(shè)等諸多課題之外，課程建設(shè)同樣面臨著配套改革的艱巨任務(wù)。工程力學(xué)課程作為給排水、工程管理、熱能動(dòng)力、建筑環(huán)境、機(jī)械等相關(guān)專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，其課程體系、教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法能否適應(yīng)“應(yīng)用型”人才培養(yǎng)要求，對(duì)于后續(xù)專業(yè)課的開展及學(xué)生科學(xué)思維能力的前期培養(yǎng)具有深遠(yuǎn)影響。目前工程力學(xué)課程仍沿用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，教學(xué)效果難以令人滿意。本文以東北電力大學(xué)開設(shè)的工程力學(xué)課程為背景，以培養(yǎng)學(xué)生思維能力為主題進(jìn)行了專題探討，并在實(shí)踐中進(jìn)行了驗(yàn)證，取得了較好的應(yīng)用效果，為探索工程力學(xué)課程在應(yīng)用型人才培養(yǎng)過程中改革途徑，提高教學(xué)質(zhì)量提供了有益的經(jīng)驗(yàn)。

二、高等學(xué)校轉(zhuǎn)型發(fā)展，推動(dòng)了工程力學(xué)課程改革

工程力學(xué)課程是一門與工程實(shí)際聯(lián)系緊密且體系完整的經(jīng)典課程，屬于一門實(shí)踐應(yīng)用型的工科學(xué)科，具有較強(qiáng)的理論性、邏輯性和系統(tǒng)性。課程由理論力學(xué)和材料力學(xué)組成，理論力學(xué)以物體的受力分析、力系的簡(jiǎn)化和物體的平衡分析為主，要求學(xué)生掌握匯交力系、力偶系和任意力系的平衡分析及帶有摩擦力的物體的平衡分析方法；材料力學(xué)以桿件的變形破壞分析為主，要求學(xué)生掌握桿件的內(nèi)力、應(yīng)力和變形的分析研究方法，能對(duì)桿件進(jìn)行合理的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性設(shè)計(jì)。從知識(shí)的角度看，該課程的理論性強(qiáng)、教學(xué)推導(dǎo)多，因而授課過程很容易陷入“填鴨”模式，學(xué)生只能疲于應(yīng)付。在高等學(xué)校轉(zhuǎn)型發(fā)展的要求下，為充分發(fā)揮工程力學(xué)的基礎(chǔ)先導(dǎo)作用，必須首先培養(yǎng)好學(xué)生的科學(xué)思維能力，這也是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力、應(yīng)用能力的先決條件。轉(zhuǎn)型發(fā)展的核心就是要培養(yǎng)“應(yīng)用型人才”，培養(yǎng)學(xué)生工程能力和工程創(chuàng)新能力，提高學(xué)生社會(huì)職業(yè)素養(yǎng)和就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。工程力學(xué)課程改革就是要構(gòu)建“應(yīng)用型人才”培養(yǎng)需要的新型體系，對(duì)教育理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面諸多方面進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。

三、課程改革的具體內(nèi)容及措施

1.統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，從教學(xué)內(nèi)容及方法上注重培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力?？茖W(xué)思維能力包括理性思維能力、辯證思維能力、系統(tǒng)思維能力、邏輯思維能力和創(chuàng)新思維能力。培養(yǎng)科學(xué)思維能力就是指通過訓(xùn)練，使學(xué)生掌握科學(xué)思維的靈活性、敏感性、邏輯性、周密性和條理性。為此，在教學(xué)中我們著重從課程內(nèi)容和教學(xué)方法入手，有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)的同時(shí)注重思維能力的訓(xùn)練和提高。①利用力學(xué)問題的解題特點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生思維的靈活性和敏感性。力學(xué)問題多數(shù)具有一題多解的特點(diǎn)，教學(xué)過程中在靜力學(xué)中處理物體系的平衡問題中，通過先取整體然后取部分為研究對(duì)象進(jìn)行求解，再變成分別以物體系的組成部分為研究對(duì)象進(jìn)行求解；在材料力學(xué)中，已知力求位移先通過卡氏第二定理求解，再用單位荷載法求解，自然可以使解決問題過程妙趣橫生，而相同題型采用不同的求解方法，不但能培養(yǎng)學(xué)生思維的靈活性，還能使學(xué)到的知識(shí)及方法融會(huì)貫通。久而久之，自然形成了遇到問題勤于思考、善于思考的良好思維習(xí)慣，思維靈活了，對(duì)問題實(shí)質(zhì)的敏感性提高了，解決問題的方法也就更多了。由此可見，通過自己的探索，找出最佳方案，對(duì)于提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和自信心的培養(yǎng)都至關(guān)重要。②通過梳理概念與定理之間的關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生思維的邏輯性。教學(xué)過程中，始終貫穿對(duì)各概念與定理之間關(guān)系的內(nèi)在邏輯描述，從力的概念推廣到力系的平衡條件；從工作應(yīng)力、極限應(yīng)力、許用應(yīng)力推廣到強(qiáng)度條件；從變形推廣到剛度條件。教學(xué)中每個(gè)概念的提出，每個(gè)定理的推導(dǎo)及應(yīng)用，都通過教師的引導(dǎo)展現(xiàn)出環(huán)環(huán)緊扣、層層遞進(jìn)的嚴(yán)密邏輯。讓學(xué)生通過學(xué)習(xí)和聯(lián)系，建立起思維的嚴(yán)密邏輯。整個(gè)課程下來，學(xué)生既學(xué)到了知識(shí)，又對(duì)課程的體系有了深刻的了解。同時(shí)，學(xué)生通過對(duì)重要定理推導(dǎo)和相關(guān)聯(lián)系題的訓(xùn)練，構(gòu)成了邏輯嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼J(rèn)知體系，邏輯思維能力也會(huì)有較大的提高。③利用問題求解過程，培養(yǎng)學(xué)生思維的周密性和條理性。教學(xué)中注重總結(jié)工程力學(xué)的解題思路及過程，再把分析問題的過程加以強(qiáng)化，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行周密思考，并把結(jié)果讓學(xué)生進(jìn)行準(zhǔn)確表達(dá)。鍛煉學(xué)生表達(dá)能力的同時(shí)就客觀鍛煉了學(xué)生的思維條理性。比如在靜力學(xué)中，為解決復(fù)雜力系的平衡問題，首先將復(fù)雜力系簡(jiǎn)化，然后得到平衡方程，再利用平衡方程求解；在材料力學(xué)中，為研究構(gòu)件在組合變形中某一橫截面處的最大應(yīng)力，先將引起構(gòu)件發(fā)生每一種單一變形時(shí)在該截面處的應(yīng)力求出來，然后再將這些應(yīng)力疊加即為所求的構(gòu)件在組合變形中在該橫截面處的應(yīng)力，同時(shí)可以從中找到最大應(yīng)力值。在這些內(nèi)容教學(xué)時(shí)注意強(qiáng)調(diào)分析過程和解決辦法。一旦學(xué)生理解了解決問題的思路，就能觸類旁通，并靈活應(yīng)用。通過對(duì)受力分析時(shí)受力圖的繪制；各種變形中構(gòu)件內(nèi)力圖和截面應(yīng)力分布圖的繪制；計(jì)算求解時(shí)，各種方程式的列寫，都可以較好地培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)術(shù)表達(dá)能力。④利用知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是當(dāng)代教育的核心內(nèi)容，而創(chuàng)新思維的培養(yǎng)是創(chuàng)新能力培養(yǎng)的前提條件。利用工程力學(xué)課程培養(yǎng)創(chuàng)新思維，就要求在教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方式上首先進(jìn)行創(chuàng)新。提煉課程內(nèi)容里的創(chuàng)新要素，以此啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維不失為最有效的方法。

2.優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，增強(qiáng)思維能力訓(xùn)練。工程力學(xué)課程是東北電力大學(xué)熱能動(dòng)力工程、建筑環(huán)境等多個(gè)專業(yè)開設(shè)的課程，學(xué)時(shí)安排略有差異。根據(jù)培養(yǎng)方案確定的學(xué)時(shí)安排，在教學(xué)大綱的制定上把增強(qiáng)學(xué)生科學(xué)思維能力的訓(xùn)練作為貫穿始終的一條主線。理論學(xué)時(shí)中，以知識(shí)帶動(dòng)思維訓(xùn)練；實(shí)踐環(huán)節(jié)中，以工程問題為驅(qū)動(dòng)進(jìn)行科學(xué)思維能力的訓(xùn)練，通過開設(shè)討論課和綜合課，培養(yǎng)學(xué)生全局觀念和解決問題能力。實(shí)踐中，引入了樓宇、電廠廠房、桁架結(jié)構(gòu)、支撐物體的三角支架設(shè)計(jì)等工程實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生的思維創(chuàng)新。突出應(yīng)用型的人才特色，根據(jù)工程需求整合教學(xué)內(nèi)容及結(jié)構(gòu)。將原來課程中單一的知識(shí)體系分解成思維培訓(xùn)體系和知識(shí)結(jié)構(gòu)體系兩部分，教材順序進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，如將軸向拉壓變形、扭轉(zhuǎn)變形及彎曲變形的超靜定問題歸納到一起講解，優(yōu)化了課程結(jié)構(gòu)。在縮減課時(shí)的同時(shí)突出了思維能力培養(yǎng)。結(jié)合本校實(shí)際，抓住應(yīng)用型這個(gè)特點(diǎn)，進(jìn)一步精選傳統(tǒng)內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)技術(shù)應(yīng)用性知識(shí)。根據(jù)最新科技發(fā)展對(duì)工程力學(xué)課程的要求及“應(yīng)用型人才”培養(yǎng)需要，及時(shí)充實(shí)新的教學(xué)內(nèi)容。

3.借助科技競(jìng)賽，拓展思維能力訓(xùn)練。學(xué)校圍繞“思維能力”與“創(chuàng)新思維”，組織學(xué)生積極參加大學(xué)生創(chuàng)新活動(dòng)計(jì)劃項(xiàng)目及國(guó)家或省市技能競(jìng)賽，接受創(chuàng)新思維和工程能力的訓(xùn)練，使學(xué)生把課堂上學(xué)到的方法應(yīng)用于實(shí)際競(jìng)賽之中，在緊張的競(jìng)賽中拓展思維訓(xùn)練的成果，鍛煉分析問題和解決問題的能力。與工程力學(xué)課程直接相關(guān)的競(jìng)賽（如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽、機(jī)械設(shè)計(jì)競(jìng)賽、大學(xué)生力學(xué)競(jìng)賽等各種大學(xué)生科技競(jìng)賽）可以作為拓展思維能力訓(xùn)練的重要實(shí)踐平臺(tái)。以2013年吉林省高校聯(lián)合舉辦的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽中，學(xué)生根據(jù)所學(xué)的力學(xué)知識(shí)，查閱桁架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)資料，從結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力特點(diǎn)出發(fā)，對(duì)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式、截面選擇及節(jié)點(diǎn)的受力分析做了大量創(chuàng)造性工作，設(shè)計(jì)出了多種高蹺方案，并取得了良好的競(jìng)賽成績(jī)，讓所學(xué)知識(shí)能夠?qū)W以致用，通過實(shí)戰(zhàn)培養(yǎng)了學(xué)生的工程創(chuàng)新思維。目前學(xué)生正在積極準(zhǔn)備參加2014年東北電力大學(xué)即將舉辦的賽題為《三重檐攢尖頂仿古樓閣模型制作與測(cè)試》的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽（全國(guó)大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽），競(jìng)賽基于當(dāng)前全球已進(jìn)入巨震期這一工程背景，引入模擬地震作用作為模型的測(cè)試條件，需要學(xué)生考慮的受力因素較之以往的大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽更為復(fù)雜。借助科技競(jìng)賽來拓展學(xué)生科學(xué)思維的訓(xùn)練具有很好的效果。

工程力學(xué)課程改革方案，經(jīng)過近兩年的實(shí)踐，在更新教育觀念，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法、探索新的教學(xué)手段方面進(jìn)行了廣泛探索，進(jìn)行了大膽改革和實(shí)踐。結(jié)果表明，通過科學(xué)規(guī)劃及設(shè)計(jì)，工程力學(xué)課程通過課堂內(nèi)以知識(shí)帶動(dòng)思維訓(xùn)練、實(shí)踐環(huán)節(jié)中以問題為驅(qū)動(dòng)思維訓(xùn)練、競(jìng)賽上以創(chuàng)新拓展思維訓(xùn)練，循序漸進(jìn)，知識(shí)與能力并舉，既鍛煉了教師的整合課程資源能力，又使學(xué)生喜聞樂見，在學(xué)習(xí)中增長(zhǎng)了才干，提高了能力，為提高應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量創(chuàng)造了良好的條件。

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