關(guān)于工科“固體力學(xué)”教學(xué)改革的幾點(diǎn)設(shè)想

史春雪　龐佑霞

摘 要：固體力學(xué)是工科眾多專業(yè)中的一類專業(yè)課程，具有理論性強(qiáng)、課程艱深、課時(shí)少等特點(diǎn)，加上教學(xué)手段單一，教學(xué)效果普遍不甚理想。文章首先闡述了固體力學(xué)的來(lái)源和內(nèi)容，學(xué)生們學(xué)習(xí)固體力學(xué)課程的必要性；又從學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)、課程授課方式的改革、思考題的引入、多媒體的應(yīng)用、線下教學(xué)的必要性探討了固體力學(xué)課程的教學(xué)改革內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：工科 固體力學(xué) 教學(xué)改革 設(shè)想

引言

我國(guó)工科領(lǐng)域的諸多一級(jí)學(xué)科，例如：機(jī)械工程、土木工程、航空航天、水利工程、海洋工程等等學(xué)科，都對(duì)“固體力學(xué)”的教學(xué)提出了或高或低的要求。那么何為“固體力學(xué)”呢？“固體力學(xué)”又有怎么樣的來(lái)龍去脈？而為何這么多的學(xué)科專業(yè)都對(duì)這門課程有著具體的學(xué)習(xí)要求？[1]

我們都知道，“理論力學(xué)”是大學(xué)工科力學(xué)的公共基礎(chǔ)，而“理論力學(xué)”的研究對(duì)象就是質(zhì)點(diǎn)、質(zhì)點(diǎn)系、剛體等等，及至引出了連續(xù)介質(zhì)，從而使得“理論力學(xué)”的研究層面從理論過(guò)度到了實(shí)際的應(yīng)用。而研究對(duì)象的不同，使得“理論力學(xué)”外延出了幾個(gè)主要的研究領(lǐng)域——質(zhì)點(diǎn)力學(xué)、剛體力學(xué)和連續(xù)介質(zhì)力學(xué)。連續(xù)介質(zhì)的概念通俗易懂，研究對(duì)象是宏觀層面物質(zhì)連續(xù)的，包括了固體和流體，因此連續(xù)介質(zhì)力學(xué)就劃分為了“固體力學(xué)”和“流體力學(xué)”。

“固體力學(xué)”是一門有著近乎完備理論體系的課程，按照學(xué)習(xí)的邏輯順序，它包括“材料力學(xué)”、“結(jié)構(gòu)力學(xué)”、“彈性力學(xué)”、“塑性力學(xué)”、“機(jī)械振動(dòng)”、“金屬流變學(xué)”、“疲勞力學(xué)”、“斷裂力學(xué)”和“損傷力學(xué)”等等子課程。[2]

由于“固體力學(xué)”的理論直接可以用來(lái)解決人來(lái)在工程實(shí)際中遇到的各類實(shí)際問(wèn)題，因此對(duì)它的學(xué)習(xí)對(duì)于多數(shù)的工科專業(yè)來(lái)說(shuō)是十分必要的。

但是，固體力學(xué)的幾乎所有課程，都具備一個(gè)共同點(diǎn)，就是難——理論難、應(yīng)用難。對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)和力學(xué)基礎(chǔ)都提出了很高的要求，如果不能引入很好的教學(xué)改革方案的話，幾乎極難以保證其教學(xué)質(zhì)量。因此，筆者從多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)入手，對(duì)“固體力學(xué)”的教學(xué)改革提出幾點(diǎn)設(shè)想：[3]

一、教學(xué)改革措施

第一章旁征博引，引發(fā)學(xué)生興趣。

有一項(xiàng)調(diào)查，考察學(xué)生上課的連續(xù)注意力大概能夠維持多長(zhǎng)時(shí)間。結(jié)果顯示：大部分學(xué)生都能在上課的開(kāi)始維持精力集中。但是，最多十五分鐘以后，普遍開(kāi)始精力渙散，眼神空洞，走思的現(xiàn)象第一次出現(xiàn)在這個(gè)時(shí)間。這個(gè)時(shí)候，如果教師從學(xué)生的眼神中開(kāi)始讀懂了即將到來(lái)的危險(xiǎn)信號(hào)，那么，及時(shí)調(diào)整授課思路是十分必要的。

比如：當(dāng)授課進(jìn)行到“塑性力學(xué)”中“張量”的概念時(shí)，由于知識(shí)點(diǎn)過(guò)于抽象和艱深，部分同學(xué)開(kāi)始出現(xiàn)了開(kāi)小差的現(xiàn)象。此時(shí)，如果引入一些大家感興趣而又不超出課堂的內(nèi)容，往往可以挽回局面，讓同學(xué)繼續(xù)集中注意力又一個(gè)十五分鐘。這時(shí)候，可以首先跟同學(xué)們講：大家知道，哪位力學(xué)大牛運(yùn)用“張量”可以做到爐火純青嗎？那就是愛(ài)因斯坦。“張量”首先是個(gè)數(shù)學(xué)概念，其次，有了它的幫助，愛(ài)因斯坦才能把“相對(duì)論”中的高維數(shù)據(jù)描述，轉(zhuǎn)化為這樣簡(jiǎn)單有效的表達(dá)。大家想知道什么是“張量”嗎？這個(gè)時(shí)候，同學(xué)們的學(xué)習(xí)熱情已經(jīng)被大大激發(fā)，從一定程度上維持了很好的學(xué)習(xí)效果。

二、避免俗套，學(xué)會(huì)老課新講。

再經(jīng)典的教材，教師只會(huì)照本宣科，也難有很好的教學(xué)效果。不同的內(nèi)容，不同的教師有著不同的解讀。在授課過(guò)程中，教學(xué)效果的要求永遠(yuǎn)應(yīng)該排在第一位。

例如：在講到“材料力學(xué)”中“應(yīng)力狀態(tài)”部分的知識(shí)時(shí)，對(duì)著課本、ppt或者是備課筆記來(lái)上課，學(xué)生對(duì)這部分看似簡(jiǎn)單的概念，總是無(wú)法理解到較高的層面?？墒侨绻麖奈锢韺W(xué)中的“點(diǎn)”的概念入手，講到理論上的“點(diǎn)”和實(shí)際中的“點(diǎn)”是有區(qū)別的，雖然都是無(wú)窮小，但當(dāng)把它放大到肉眼可以識(shí)別的尺度之后，借助教具：比如用一個(gè)籃球來(lái)代表這個(gè)點(diǎn)，用一塊面板、甚至手掌來(lái)代表平面，以直尺來(lái)代表不同的徑向方向，那么平面上各個(gè)方向的應(yīng)力也就可以直觀地展現(xiàn)在學(xué)生面前。進(jìn)一步地，即便是這樣枯燥的理論學(xué)習(xí)中，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣依舊濃厚。

三、靈活出題，注重教學(xué)啟發(fā)。

以“材料力學(xué)”為例，經(jīng)典版的材料力學(xué)教材，課后的習(xí)題都配有標(biāo)準(zhǔn)答案。即便是其中的解題過(guò)程不夠詳細(xì)，學(xué)生也總可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、書(shū)店等渠道，獲取到完整的解題過(guò)程。因此，作業(yè)抄襲現(xiàn)象十分嚴(yán)重，最嚴(yán)重的情況是一個(gè)班的作業(yè)幾乎只有不到五個(gè)版本。

從這種意義上來(lái)說(shuō)，作業(yè)的預(yù)留就是失敗的，達(dá)不到讓學(xué)生復(fù)習(xí)和掌握知識(shí)點(diǎn)的目的。但是，由于“固體力學(xué)”的課程非常重視學(xué)生的基本功練習(xí)，課后作業(yè)更多的形式是作圖和計(jì)算，怎么才能讓學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)更好的掌握知識(shí)點(diǎn)呢？[4]

有一個(gè)很好的方法就是給學(xué)生留思考題。思考題的數(shù)量不用太多，也不用太難，更不用成為作業(yè)的主體組成部分。思考題的設(shè)置主要是讓學(xué)生帶著問(wèn)題在課后去尋求答案。而思考題本身應(yīng)該是由教師自行設(shè)置，而沒(méi)有所謂的標(biāo)準(zhǔn)答案。思考題的評(píng)價(jià)完全在教師自己，重過(guò)程和分析，而不是正確和完美，學(xué)生對(duì)問(wèn)題的思考本身，才是評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。[5]

4.重視板書(shū)、各種媒體齊上。

傳統(tǒng)的力學(xué)教學(xué)，以板書(shū)為主，教師具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和強(qiáng)大的教學(xué)基本功。但是，隨著應(yīng)用型本科人才越來(lái)越作為不少院校的培養(yǎng)目標(biāo)，多數(shù)課程的教學(xué)課時(shí)都在減少，因此，提高學(xué)生單位時(shí)間內(nèi)的學(xué)習(xí)效率非常關(guān)鍵。

隨著多媒體技術(shù)的廣泛應(yīng)用，聲、光、電等手段也逐漸滲透到教學(xué)環(huán)節(jié)當(dāng)中。當(dāng)然，事物的發(fā)展有其規(guī)律，教學(xué)亦是如此。板書(shū)作為教師的基本功，教師，尤其是年輕教師應(yīng)多向年高德昭的老教授們多學(xué)習(xí)，但多種教學(xué)媒體的介入也亦應(yīng)成為教學(xué)的必須。

例如：在“塑性力學(xué)"的教學(xué)中，用多媒體手段，讓學(xué)生直觀地看到金屬的真實(shí)變形過(guò)程，顯然比板書(shū)更有說(shuō)服力。又比如，"材料力學(xué)"中壓桿穩(wěn)定部分的知識(shí)點(diǎn)難于板書(shū)作圖，可多媒體可以使學(xué)生在極短的時(shí)間了解桿件失效的原因，什么時(shí)候是因?yàn)閺?qiáng)度失效，什么時(shí)候是因?yàn)閴簵U失穩(wěn)。

如果說(shuō)多媒體介入前的教學(xué)，每堂課只能講一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的話，現(xiàn)在，這個(gè)數(shù)量已經(jīng)加倍。簡(jiǎn)而言之，多媒體，讓教學(xué)更有效率。

5.線下學(xué)習(xí)，借助慕課微課。

多媒體雖然能夠幫助提高教與學(xué)的效率，但是，大學(xué)生因?yàn)楦鞣N原因而缺課的現(xiàn)象并不鮮見(jiàn)。也許，學(xué)生因?yàn)樯眢w不適，或是因?yàn)閰⒓由鐖F(tuán)活動(dòng)，甚或代表學(xué)校參加各類比賽等等，到課率總難達(dá)到百分百，此時(shí)，學(xué)生只能自學(xué)嗎？

當(dāng)然不是，隨著網(wǎng)絡(luò)的普及，除了課堂教學(xué)外，學(xué)生自由地開(kāi)展線下學(xué)習(xí)，越來(lái)越成為了一種發(fā)展趨向?；诖耍己玫木€下教學(xué)平臺(tái)就成為了必須，故而，慕課，微課這類線下教學(xué)平臺(tái)也應(yīng)運(yùn)而生。由于為時(shí)尚短，這兩種線下模式與單純課堂教學(xué)的效果比較也缺少足夠的數(shù)據(jù)支持。但是，作為一種選擇，慕課與微課值得嘗試與推廣。

這兩種教學(xué)方式的優(yōu)勢(shì)就在于開(kāi)放和自由，學(xué)生在受條件限制時(shí)，依然可以在有限時(shí)間內(nèi)主動(dòng)學(xué)習(xí)。這樣，既縮短了學(xué)習(xí)的時(shí)間，又提高了學(xué)習(xí)的效率。[6]

結(jié)語(yǔ)

以上，就是筆者對(duì)“固體力學(xué)”教學(xué)改革的一些設(shè)想。當(dāng)然，對(duì)"固體力學(xué)"教學(xué)改革的方案，隨著社會(huì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，我們還可以與時(shí)俱進(jìn)地提出更多設(shè)想，并通過(guò)教學(xué)實(shí)踐來(lái)檢驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]韋成龍，李學(xué)罡，徐飛鴻，唐賢瑛，潘軍. 材料力學(xué)教學(xué)體系改革的研究與實(shí)踐.[J] 中國(guó)高教研究. 2001.4

[2] 馬崇武，車京蘭. 對(duì)材料力學(xué)教學(xué)改革的研究.[J] 高等理科教育.2004.6

[3] 范欽珊，殷雅俊，陳建平，郭光林. 實(shí)施研究型教學(xué)的創(chuàng)新之路.[J]中國(guó)高等教育.2013.5

[4]馮露，亢一瀾，王志勇，孫建，王世斌，賈啟芬，沈岷. 基于問(wèn)題學(xué)習(xí)的探究式教學(xué)改革實(shí)踐.[J] 高等工程教育研究.2013.4

[5] 許月梅，汪黎明，席軍. 材料力學(xué)“以考促教”教學(xué)模式的研究與實(shí)踐[J]中國(guó)大學(xué)教學(xué).2009.4

[6] 段紀(jì)成. 材料力學(xué)課程體系改革管見(jiàn).[J] 高等工程教育研究.2003.1

作者簡(jiǎn)介

史春雪（1980.03.11-）男，河北保定人。講師，工學(xué)博士，畢業(yè)于中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，2011年7月開(kāi)始在長(zhǎng)沙學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院任教，主教《理論力學(xué)》、《材料力學(xué)》、《塑性力學(xué)》、《工程機(jī)械》；擁有長(zhǎng)沙學(xué)院教改課題一項(xiàng)，長(zhǎng)沙學(xué)院校級(jí)優(yōu)秀課程一項(xiàng)——《材料力學(xué)》；擁有省級(jí)市級(jí)科研項(xiàng)目5項(xiàng)，發(fā)表論文10余篇；國(guó)家專利授權(quán)7項(xiàng)；出版專著3部；規(guī)劃教材2部。

龐佑霞（1959.10.09-），女，教授，長(zhǎng)沙學(xué)院科技處處長(zhǎng)，主教《材料力學(xué)》、《流體力學(xué)》；湖南省“十二五”重點(diǎn)學(xué)科專業(yè)帶頭人；主持國(guó)家自然科學(xué)基金2項(xiàng)；省部級(jí)科研項(xiàng)目11項(xiàng)；發(fā)表論文40余篇；出版專著和規(guī)劃教材各1部；獲得湖南省科技進(jìn)步獎(jiǎng)3項(xiàng)；湖南省教學(xué)成果獎(jiǎng)2項(xiàng)。