力學(xué)競(jìng)賽與工程力學(xué)課程教學(xué)改革關(guān)系探究

賈海朋 江春冬

摘 要：文章從高等教育培養(yǎng)目標(biāo)與工程力學(xué)課程在工程中的重要性出發(fā)，闡述了力學(xué)競(jìng)賽與工程力學(xué)教學(xué)改革之間的相輔關(guān)系。力學(xué)競(jìng)賽可以滿足當(dāng)前工程力學(xué)課程面臨的課時(shí)少、內(nèi)容多、理論強(qiáng)、實(shí)踐性差的特點(diǎn)，同時(shí)工程力學(xué)課程教學(xué)改革可以更好地為各專業(yè)的工程服務(wù)。

關(guān)鍵詞：工程力學(xué)；競(jìng)賽；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-4107（2016）08-0001-03

力學(xué)作為一門最為古老的經(jīng)典學(xué)科，是許多工程學(xué)的基石。物理學(xué)研究的“力熱聲光電磁”幾大現(xiàn)象中，力學(xué)也是重點(diǎn)?；仡櫸覀冏畛踅佑|的初中和高中物理，都是從力學(xué)開始學(xué)起的。這些都體現(xiàn)了力學(xué)的基礎(chǔ)作用。隨著理論的成熟和技術(shù)的進(jìn)步，力學(xué)也得到了極大的發(fā)展，形成了更為細(xì)致的門類。與其他學(xué)科的交叉融合，形成了許多力學(xué)交叉學(xué)科，如與熱的結(jié)合形成了熱力學(xué)，與電的結(jié)合產(chǎn)生電動(dòng)力學(xué)和電流體動(dòng)力學(xué)，與磁的結(jié)合形成磁流體力學(xué)，與生物學(xué)的結(jié)合形成生物力學(xué)等。人類社會(huì)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求不斷促進(jìn)力學(xué)與其他學(xué)科的交叉，力學(xué)的不斷發(fā)展，使力學(xué)一直保持著新鮮的生命力[1-2]。

“工程力學(xué)”課程是高校許多工科專業(yè)學(xué)生都要學(xué)習(xí)的紐帶課程，包括基本的理論力學(xué)和材料力學(xué)。因?yàn)樗幕A(chǔ)性，該門課程一般在大學(xué)第三學(xué)期或第四學(xué)期開設(shè)，正常情況下由專門的力學(xué)專業(yè)教師講授[3]。由于力學(xué)與數(shù)學(xué)聯(lián)系密切，公式推導(dǎo)較多，邏輯性強(qiáng)，課堂教學(xué)理論較強(qiáng)，缺少趣味性和實(shí)踐性，好多學(xué)生學(xué)起來積極性不高且效果不好，全校每年都有1/5的學(xué)生會(huì)在二力考試中不理想而影響到畢業(yè)。因此“工程力學(xué)”課程的教學(xué)改革一直在進(jìn)行[4-5]。隨著高等教育的大眾化，高校擴(kuò)招帶來的全球人才競(jìng)爭(zhēng)激烈，科技的快速進(jìn)步，促使高校諸多課程都在進(jìn)行著不同程度的改革。工程力學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)的課時(shí)在被不斷壓縮，如何在緊縮的課時(shí)中培養(yǎng)學(xué)生基本的力學(xué)能力，進(jìn)而提高學(xué)生創(chuàng)新能力，為后續(xù)學(xué)生進(jìn)入社會(huì)完成相應(yīng)的工程應(yīng)用打下良好基礎(chǔ)，是高校領(lǐng)導(dǎo)和任課教師孜孜以求的目標(biāo)。作為檢驗(yàn)高校基礎(chǔ)力學(xué)教學(xué)成果之一的競(jìng)賽，為工程力學(xué)的教學(xué)改革提供了一個(gè)契機(jī)并指引了一個(gè)方向[6-7]。

一、“工程力學(xué)”教學(xué)改革對(duì)于力學(xué)競(jìng)賽的意義

（一）高等教育的目的是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才

高等教育的目的是培養(yǎng)綜合能力強(qiáng)且具有創(chuàng)新精神的人才，以便更好地滿足創(chuàng)新型社會(huì)的需求。要想有創(chuàng)新，就需要培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、獨(dú)立解決問題的能力。愛因斯坦說過：“應(yīng)當(dāng)始終把發(fā)展獨(dú)立思考和獨(dú)立的一般能力放在首位，而不是獲得專業(yè)知識(shí)。如果一個(gè)人掌握了他的學(xué)科的基礎(chǔ)理論，并學(xué)會(huì)了獨(dú)立思考和工作，他必定會(huì)找到自己的道路，而且比起那種主要以細(xì)節(jié)知識(shí)為培養(yǎng)內(nèi)容的人來說，他一定會(huì)更好地適應(yīng)進(jìn)步與變化?！盵8]

如何培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力呢？滿堂灌的理論學(xué)習(xí)加理論驗(yàn)證的教學(xué)方式只能使學(xué)生喪失學(xué)習(xí)興趣，愛學(xué)習(xí)的學(xué)生也只能是強(qiáng)行記住一些公式，會(huì)解一些典型習(xí)題，大部分學(xué)生都是為了應(yīng)付考試，而考試之后就會(huì)幾乎毫發(fā)無(wú)損地還給教師，達(dá)不到對(duì)大學(xué)生培養(yǎng)和訓(xùn)練的目的。

要想培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力，就要在基本理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行一定的工程實(shí)例的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐訓(xùn)練。“工程力學(xué)”實(shí)驗(yàn)并不多，而且大多時(shí)候都是在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行，有的可能只進(jìn)行演示，實(shí)現(xiàn)的只是對(duì)理論的驗(yàn)證。如果把實(shí)驗(yàn)的基本內(nèi)容給學(xué)生，讓學(xué)生自己思考實(shí)驗(yàn)過程，再去進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，效果會(huì)大大提高[9]。同時(shí)，由于擴(kuò)招使學(xué)生增多，而高校的實(shí)驗(yàn)設(shè)備有可能沒有及時(shí)補(bǔ)充，相對(duì)來說比較少，這也會(huì)影響到實(shí)驗(yàn)的效果。為了多方面鍛煉學(xué)生的工程能力和獨(dú)立思考能力，需要教師付出更多的精力和努力。教師可以在一個(gè)知識(shí)點(diǎn)講完后，給學(xué)生提供一些生活中常見的力學(xué)實(shí)例讓學(xué)生課下思考，如腳踏車時(shí)車架的受力分析，如四點(diǎn)式椅子和二梁式椅子的穩(wěn)定性分析，如縫紉機(jī)工作時(shí)的運(yùn)動(dòng)分析等，然后利用一定的學(xué)時(shí)檢驗(yàn)學(xué)生解決問題的成果，并由其他學(xué)生和教師共同進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。學(xué)生在處理類似的問題時(shí)，需要定性地將系統(tǒng)或裝置抽象出一個(gè)物理模型，然后根據(jù)相應(yīng)材料原理進(jìn)行建模，最后思考求解方法。這樣，可以使學(xué)生認(rèn)識(shí)到力學(xué)與生產(chǎn)生活的息息相關(guān)性，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)力學(xué)的積極性；還能夠以小見大地鍛煉學(xué)生的工程能力，促使學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立思考；另外能夠強(qiáng)化學(xué)生提升解決問題的能力，在方法上積累慣性思維[10]。

（二）“工程力學(xué)”教學(xué)改革能更好地為各專業(yè)工程服務(wù)

“工程力學(xué)”課程教學(xué)改革要達(dá)到“學(xué)時(shí)少、內(nèi)容新、水平高、效果好”的目的，就需要在有限的課堂學(xué)時(shí)內(nèi)向?qū)W生傳遞更多的不斷更新的知識(shí)信息。以往的教學(xué)模式要想做到這一點(diǎn)比較困難，因此要從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式上全面進(jìn)行改革探索[11]。教學(xué)內(nèi)容安排上，剔除與高等數(shù)學(xué)和物理學(xué)中重復(fù)的內(nèi)容，從較高起點(diǎn)進(jìn)行講授，但又需要避免建立空中樓閣之嫌，不能讓學(xué)生一開始就有云中漫步的感覺。教學(xué)改革如何平衡這兩個(gè)看似互相矛盾的問題，需要教師不斷思考[12]。（1）先下手為強(qiáng)。上課之初，做好導(dǎo)論，使學(xué)生清楚該門課程在生產(chǎn)生活中的重要性和在課程體系中的地位，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)課程的重視程度。強(qiáng)調(diào)課程的邏輯性，給出唾手可得的學(xué)習(xí)方法，讓學(xué)生克服畏難情緒，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)信心。（2）恩威并重。不同專業(yè)對(duì)該門課程的要求不同，盡管制定教學(xué)大綱時(shí)考慮到了全校工科專業(yè)多學(xué)生多的情況，但不能詳細(xì)定出各個(gè)專業(yè)的綱要。而授課教師需要結(jié)合所授學(xué)生專業(yè)特點(diǎn)，進(jìn)行教案準(zhǔn)備和資料選擇。理論方面不必講得過深，本著夠用就行的原則。重要的是掌握解決問題的思路和方法，結(jié)合生活中身邊事例深入淺出進(jìn)行講授，先用簡(jiǎn)單例子進(jìn)行講解，再給出稍難些的實(shí)例讓學(xué)生自己分析，遇到難點(diǎn)后再給予講解。讓學(xué)生緊緊配合課堂教學(xué)，雖經(jīng)寒霜苦之過程，但最終會(huì)得到臘梅香之結(jié)果。（3）鼓勵(lì)競(jìng)賽。鼓勵(lì)學(xué)生參加各種涉及力學(xué)的競(jìng)賽。競(jìng)賽的題目往往比較新穎，與實(shí)際生活比較接近，會(huì)讓學(xué)生深切感覺到工程力學(xué)是接地氣的。同時(shí)競(jìng)賽的題目可以開拓學(xué)生的視野，擴(kuò)展學(xué)生的科研思路，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決問題的能力。

（三）“工程力學(xué)”教學(xué)改革有助于提升力學(xué)競(jìng)賽的水平與層次

“工程力學(xué)”的教學(xué)改革可以以競(jìng)賽為導(dǎo)向之一，在取得良好的教學(xué)效果后，也會(huì)促使力學(xué)競(jìng)賽水平得以提升。學(xué)生理論基礎(chǔ)夯實(shí)了，工程思維形成了，那么簡(jiǎn)單的競(jìng)賽題目就不能滿足學(xué)生的胃口了，就需要增加更深層次的工程實(shí)踐問題進(jìn)行比賽，使比賽上升一個(gè)新臺(tái)階。

二、力學(xué)競(jìng)賽對(duì)于“工程力學(xué)”教學(xué)改革的促進(jìn)作用

與“工程力學(xué)”相關(guān)的競(jìng)賽有許多，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、大學(xué)生科技競(jìng)賽。其中全國(guó)周培源大學(xué)生力學(xué)競(jìng)賽是當(dāng)前影響最大含金量高的與工程力學(xué)相關(guān)的競(jìng)賽，吸引了全國(guó)天南海北的大學(xué)生參加[13]。

（一）全國(guó)周培源大學(xué)生力學(xué)競(jìng)賽基本概況

全國(guó)周培源大學(xué)生力學(xué)競(jìng)賽從1986年開始醞釀，1988年開始舉辦第一屆，之后，每隔四年舉辦一屆，直到2007年，改為每隔2年舉辦一屆，至今已經(jīng)開賽9屆。第十屆競(jìng)賽于2015年5月31日在全國(guó)范圍內(nèi)舉行。由于一直受到力學(xué)界的各層學(xué)者的關(guān)心，當(dāng)前已經(jīng)成為全國(guó)層次最高影響力最大的科技競(jìng)賽之一。競(jìng)賽模式也在不斷更新，緊緊圍繞最新最前沿的關(guān)鍵技術(shù)問題和常規(guī)工程及實(shí)際生產(chǎn)生活的細(xì)微之處，提煉基礎(chǔ)力學(xué)問題作為賽題，使賽題更加接地氣[14]。

競(jìng)賽規(guī)模上，從第一屆的12個(gè)單位62人參加競(jìng)賽，到當(dāng)前200多個(gè)單位，幾萬(wàn)人參加競(jìng)賽，充分說明各高校大學(xué)生對(duì)該項(xiàng)賽事的認(rèn)可和肯定，也表現(xiàn)了該項(xiàng)賽事的地位和影響力。

全國(guó)周培源大學(xué)生力學(xué)競(jìng)賽在中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)和各地力學(xué)分會(huì)的支持下，已經(jīng)開通了網(wǎng)站，網(wǎng)址是http：//zpy.cstam.org.cn。網(wǎng)站上的標(biāo)語(yǔ)為“力學(xué)星空奧妙無(wú)窮，實(shí)踐創(chuàng)新風(fēng)光無(wú)限”和“今日競(jìng)逐力學(xué)知識(shí)海洋，明天托起國(guó)家創(chuàng)新藍(lán)天”。通過網(wǎng)站，不僅能夠了解賽事的基本情況和及時(shí)的賽事信息，而且還能了解很多其他的力學(xué)競(jìng)賽信息，體現(xiàn)了力學(xué)工作者的良苦用心[15]。

（二）全國(guó)周培源大學(xué)生力學(xué)競(jìng)賽的特點(diǎn)

隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的進(jìn)步，全國(guó)周培源大學(xué)生力學(xué)競(jìng)賽也與時(shí)俱進(jìn)，體現(xiàn)出了諸多的特點(diǎn)。

從競(jìng)賽題目上看，更加注重基礎(chǔ)性、科學(xué)性、趣味性、靈活性、創(chuàng)新性。如第六屆賽題“如何過獨(dú)木橋”和“魔術(shù)師的箱子”、第七屆的使用100雙筷子設(shè)計(jì)“承重木塔”，這些題目就會(huì)引起參賽者的興趣。而且，從2007年的第六屆開始，大賽設(shè)置了團(tuán)體賽，使得比賽由原來注重理論的個(gè)人賽向前推進(jìn)一步，更加注重動(dòng)手能力和團(tuán)體協(xié)作能力的團(tuán)體賽。這樣就把學(xué)生實(shí)踐能力提升到了與理論能力并重地位，使學(xué)生更深層次地理解理論，并使理論為實(shí)踐服務(wù)，同時(shí)靈活的題目也促使學(xué)生獨(dú)立思考，更容易創(chuàng)新[16]。

從競(jìng)賽宗旨上看，大賽能夠更好地服務(wù)于高校的人才培養(yǎng)。賽題的靈活性和創(chuàng)新性更有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，符合高等教育的目標(biāo)，為創(chuàng)新型社會(huì)輸送創(chuàng)新型人才提供保障。每屆競(jìng)賽中都有力學(xué)界的大師級(jí)人物參與，他們鼓勵(lì)參賽學(xué)生并進(jìn)行系列科普講座，使學(xué)生了解力學(xué)學(xué)科與工程前沿的問題，開闊學(xué)生的眼界，為大學(xué)生打開了一扇通向高水平科學(xué)研究的大門。另外，通過積極與媒體配合，競(jìng)賽的影響力和觀賞性也都得到了提高，從而吸引了更多學(xué)生和民眾的注意，有利于促進(jìn)青少年科學(xué)素質(zhì)的提高。

（三）競(jìng)賽對(duì)“工程力學(xué)”教學(xué)改革的促進(jìn)作用

傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式在競(jìng)賽中受到了沖擊，體現(xiàn)在參賽學(xué)生身上，表現(xiàn)為“重知識(shí)輕能力”“重解題輕問題”的特點(diǎn)。對(duì)工程中的實(shí)際的問題，難以確定出符合自己思路的明確條件，定性的問題解決不好，就談不上建模，也談不上求解了。此種現(xiàn)象促使教師對(duì)工程力學(xué)課程進(jìn)行教學(xué)改革，在教學(xué)過程中應(yīng)該注重從工程實(shí)踐出發(fā)，自始至終全程地對(duì)學(xué)生進(jìn)行解決工程問題的訓(xùn)練，積累學(xué)生解決問題的經(jīng)驗(yàn)，形成學(xué)生解決問題的思維，為培養(yǎng)出有真正能力的人才做出貢獻(xiàn)[17]。

1.有利于學(xué)生能力的提升。競(jìng)賽題目的綜合性和靈活性，促使學(xué)生在學(xué)習(xí)理論時(shí)要夯實(shí)基礎(chǔ)，靈活運(yùn)用。競(jìng)賽的題目往往不會(huì)像授課時(shí)所做的習(xí)題那樣，只針對(duì)一個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行訓(xùn)練，而是綜合了可能跨度比較大的多個(gè)知識(shí)點(diǎn)。這就要求學(xué)生在學(xué)習(xí)理論時(shí)，要深刻理解工程力學(xué)的知識(shí)體系，打好基礎(chǔ)，只有如此才能在使用時(shí)靈活自如。另外，團(tuán)體賽的設(shè)置需要參與者在理論的支持下，具有較強(qiáng)的動(dòng)手能力和協(xié)作精神，這種要求需要學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中進(jìn)行更多的實(shí)踐練習(xí)，通過各種實(shí)驗(yàn)達(dá)到訓(xùn)練的目的。這樣，學(xué)生實(shí)踐能力和理論能力并重，整體能力就會(huì)得以提高。

2.有利于高等教育目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。“高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”的建設(shè)內(nèi)容中提到：繼續(xù)開展大學(xué)生競(jìng)賽活動(dòng)，重點(diǎn)資助具有較大影響和廣泛參與面的大學(xué)生競(jìng)賽活動(dòng)，激發(fā)大學(xué)生的興趣和潛能，培養(yǎng)大學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)和創(chuàng)新精神。全國(guó)周培源大學(xué)生力學(xué)競(jìng)賽做到了這一點(diǎn)。競(jìng)賽為學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供了契機(jī)，而高等教育的目標(biāo)是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，進(jìn)而構(gòu)造創(chuàng)新型社會(huì)，因此力學(xué)競(jìng)賽有利于高等教育目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

3.有利于提升工程力學(xué)的教學(xué)成果。全國(guó)周培源大學(xué)生力學(xué)競(jìng)賽在推進(jìn)工程力學(xué)的教學(xué)改革過程中，還可以促進(jìn)優(yōu)秀教師的培養(yǎng)。競(jìng)賽的影響力和賽題的設(shè)置，促使教師要時(shí)刻跟上時(shí)代的步伐，改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法?？梢詫⒏?jìng)賽內(nèi)容作為教學(xué)內(nèi)容的補(bǔ)充，以競(jìng)賽促教學(xué)。對(duì)授課中的基礎(chǔ)內(nèi)容講清講精；延伸的內(nèi)容要進(jìn)行合理的篩選，給定的條件要進(jìn)行合理的設(shè)置；拓展的內(nèi)容要通過現(xiàn)代通信技術(shù)進(jìn)行開放式的教學(xué)，提供難易程度不同的拓展內(nèi)容對(duì)學(xué)生加以訓(xùn)練。教學(xué)改革過程中，通過出現(xiàn)問題解決問題，可以增加教學(xué)論文的數(shù)量和教學(xué)立項(xiàng)的數(shù)量，也可以提升教師的授課能力，有利于培養(yǎng)出更多的優(yōu)秀教師。

創(chuàng)新型國(guó)家需要?jiǎng)?chuàng)新型人才，而高校的本科教育就是創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的主要階段?！肮こ塘W(xué)”作為與工程接近的諸多工科專業(yè)學(xué)生都要學(xué)習(xí)的課程，能夠?yàn)閯?chuàng)新型人才培養(yǎng)添磚加瓦。有影響力的全國(guó)大學(xué)生力學(xué)競(jìng)賽能夠促進(jìn)“工程力學(xué)”課程的教學(xué)改革，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才提供促進(jìn)作用。論文以高等教育的目標(biāo)為根本，論述了“工程力學(xué)”教學(xué)改革與力學(xué)競(jìng)賽之間的互輔關(guān)系。

溫家寶總理曾經(jīng)說過，建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家需要有一批仰望星空的人。高等教育就是要培養(yǎng)出一批能夠仰望科學(xué)星空的人。“工程力學(xué)”教師也要盡匹夫之力，與時(shí)俱進(jìn)，把握時(shí)代脈搏，做好教學(xué)改革，提高教學(xué)水平，參與力學(xué)競(jìng)賽，為國(guó)家培養(yǎng)出更多仰望科學(xué)星空的人！

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