教學(xué)與科研結(jié)合的力學(xué)課程的設(shè)計(jì)探索

余志紅

【摘 要】為適應(yīng)科研促教學(xué)的目標(biāo)，筆者結(jié)合中國(guó)勞動(dòng)關(guān)系學(xué)院安全工程系的專業(yè)特點(diǎn)及學(xué)生的實(shí)際情況，提出了教學(xué)與科研結(jié)合的力學(xué)實(shí)踐課程的設(shè)計(jì)探索。利用工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備，引導(dǎo)學(xué)生積極開(kāi)展自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn);與生活密切聯(lián)系，加強(qiáng)專業(yè)知識(shí)含量的課外活動(dòng)的開(kāi)展;積極倡導(dǎo)學(xué)生參與教師科研項(xiàng)目，加強(qiáng)科研能力的培養(yǎng)等實(shí)踐探索。實(shí)踐證明，效果不錯(cuò)但仍需要在實(shí)踐中不斷探索，總結(jié)出符合專業(yè)特點(diǎn)和學(xué)生具體情況的一套教學(xué)體系，真正做到教學(xué)相長(zhǎng)。

【關(guān)鍵詞】力學(xué)實(shí)踐課;教學(xué)改革;教學(xué)+科研;設(shè)計(jì)探索

中圖分類號(hào)： TG659-4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）06-0171-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.06.065

【Abstract】In order to achieve the goal of promoting teaching by scientific research，the author proposes a new basic mechanics teaching mode based on the combination of teaching and scientific research according to the special characteristics of the Department of Safety Engineering and the reality of the students.Specific measures include：（1） Using the equipment of engineering mechanics laboratory to guide students to actively carry out independent and innovative experiments.（2）Liaison with cooperative enterprises，strengthen the development of horizontal research project， lead students to visit front-line and study，carry out on-site teaching， support enterprises to carry out，inor technological transformation;（3）actively advocate students to participate in teachers'scientific research projects，act as research assistants， encourage teachers to establish small scientific research teams， and lead students to apply for new scientific research project. Practice has proved to be effective in some sense， but it still needs to be further explored through practice， summed up the basic mechanics teaching methods which suit the professional characteristics and the specific situation of students， and truly benifit both teaching and learning.

【Key words】Mechanics practice course;Teaching reform;Teaching + scientific;Research design

著名科學(xué)家錢(qián)偉長(zhǎng)曾指出，“教學(xué)沒(méi)有科研做底蘊(yùn)，就是一種沒(méi)有觀點(diǎn)的教育”。高校教師除了認(rèn)真教授課本知識(shí)之外，還應(yīng)該關(guān)注前沿的學(xué)術(shù)成果，充實(shí)到自己的課堂，為學(xué)生架起課本理論知識(shí)與最新研究應(yīng)用之間的橋梁。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，許多的高校從教學(xué)質(zhì)量的評(píng)估、培養(yǎng)方案的修訂、教師考核標(biāo)準(zhǔn)等方面作出了很多的研究與實(shí)踐。工程力學(xué)課程的教改研究一直都是各個(gè)高校研究的熱點(diǎn)。一部分研究是將計(jì)算機(jī)軟件仿真技術(shù)引入課堂。例如有文獻(xiàn)將CAE技術(shù)引入力學(xué)課堂教學(xué)，引入數(shù)值仿真軟件作為輔助教學(xué)手段，能對(duì)教材的理論知識(shí)加以驗(yàn)證和引深[1]。有文獻(xiàn)開(kāi)展基于SPOC混合教學(xué)模式的設(shè)計(jì)[2]。有文獻(xiàn)對(duì)工程力學(xué)實(shí)踐教學(xué)改革做了研究，在實(shí)踐教學(xué)管理、教學(xué)內(nèi)容、質(zhì)量評(píng)定等方面提出了具體措施[3]。工程力學(xué)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、分析方法及?jì)算理論都是來(lái)源于工程實(shí)際，有很大的優(yōu)勢(shì)開(kāi)展創(chuàng)新和探索能力的培養(yǎng)。但現(xiàn)行的力學(xué)實(shí)踐課程多半是輔助理論課，驗(yàn)證經(jīng)典理論，增加感性認(rèn)識(shí)。開(kāi)展工程力學(xué)教學(xué)與科研相結(jié)合的力學(xué)實(shí)踐課程少之又少。課題組嘗試以教授的工程力學(xué)實(shí)踐課為例，探索教學(xué)與科研結(jié)合的力學(xué)實(shí)踐課程的設(shè)計(jì)。

1 當(dāng)前基礎(chǔ)力學(xué)教學(xué)模式的現(xiàn)狀分析

《工程力學(xué)》是高校工科專業(yè)的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課。有較強(qiáng)的理論性，但又與工程實(shí)際和現(xiàn)代生活有著緊密的聯(lián)系。這門(mén)課程的重要任務(wù)之一是讓學(xué)生在學(xué)習(xí)力學(xué)知識(shí)的同時(shí)接受工程和科研意識(shí)的啟蒙和培養(yǎng)[4]目前現(xiàn)狀及不足如下：

（1）課程涉及各種變形的強(qiáng)度和剛度公式的推導(dǎo)計(jì)算，應(yīng)力狀態(tài)的分布及復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的強(qiáng)度問(wèn)題，邏輯性比較強(qiáng)而且抽象。對(duì)沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何專業(yè)訓(xùn)練的大二學(xué)生來(lái)說(shuō)是個(gè)挑戰(zhàn)，如何激發(fā)學(xué)生的興趣，使所傳授的力學(xué)知識(shí)更容易掌握和理解，離我們的學(xué)習(xí)生活更接近，是教師們面臨的難題。

（2）為解決學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，學(xué)院和系部鼓勵(lì)教師開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)。中國(guó)勞動(dòng)關(guān)系學(xué)院工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)室建立于2009年，有液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)、純彎梁實(shí)驗(yàn)裝置以及沖擊試驗(yàn)臺(tái)，為我系學(xué)生完成工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)貢獻(xiàn)了力量。但目前實(shí)驗(yàn)室主要服務(wù)于學(xué)生的課程驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)很少。

（3）學(xué)時(shí)壓縮嚴(yán)重。在全國(guó)高校學(xué)分減少的氛圍下，我校工程力學(xué)課時(shí)也大大減少。其中實(shí)踐學(xué)時(shí)更是嚴(yán)重不足，沒(méi)有專職的實(shí)踐教學(xué)教師，基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置問(wèn)題等等都造成了實(shí)踐環(huán)節(jié)的弱化。

2 教改措施

針對(duì)當(dāng)前工程力學(xué)課程教學(xué)過(guò)程中的不足，筆者在教學(xué)過(guò)程中不斷摸索，對(duì)工程力學(xué)的教學(xué)進(jìn)行了一系列改革，提出了一種以“教學(xué)與科研相結(jié)合”為導(dǎo)向的創(chuàng)新型教學(xué)模式。

2.1 利用工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備，引導(dǎo)學(xué)生積極開(kāi)展自主性、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)

通過(guò)調(diào)研完成實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的采購(gòu)和更新，設(shè)計(jì)實(shí)踐課的內(nèi)容體系，增加綜合性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的設(shè)置。在講授梁的彎曲變形時(shí)，之前我們配置的實(shí)驗(yàn)僅僅是一個(gè)純彎梁的正應(yīng)力電測(cè)法的驗(yàn)證，知識(shí)點(diǎn)有靜態(tài)電阻應(yīng)變儀測(cè)試系統(tǒng)的工作原理;電測(cè)應(yīng)力分布的實(shí)驗(yàn)方案等。

在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中完全照著實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，不需要思考細(xì)節(jié)問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)本身也只是理論教學(xué)的一點(diǎn)皮毛。在力學(xué)實(shí)踐課的改革探索過(guò)程中，我嘗試做了如下改進(jìn)：

（1）開(kāi)展變支撐梁力學(xué)行為實(shí)驗(yàn)，增加了懸臂靜定梁和固定端鉸支梁的變形分析;

（2）靜定結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性變化分析。

內(nèi)容較之前實(shí)驗(yàn)難度有所增加，題材新穎，但工程背景清晰，力學(xué)模型也簡(jiǎn)單。學(xué)生完成起來(lái)并不是特別費(fèi)勁，但因增加了思考和設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)，不再是照著實(shí)驗(yàn)大綱一步一步走，還是能明顯感覺(jué)到學(xué)生的這個(gè)興奮和完成后的成就感。

2.2 與生活密切聯(lián)系，加強(qiáng)專業(yè)知識(shí)含量的課外活動(dòng)的開(kāi)展

這也是我們課題組積極推動(dòng)的一項(xiàng)工作。真正讓學(xué)生動(dòng)起來(lái)，讓他們能把學(xué)到的理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中來(lái)。重視力學(xué)教育過(guò)程中的實(shí)踐教學(xué)，可以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新性思維，進(jìn)而使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中勇于探索。我們先后與河北涿州三家企業(yè)簽訂了參觀實(shí)習(xí)基地，在系部開(kāi)展各種滲透專業(yè)知識(shí)的課外活動(dòng)。例如一年一度的“安全在我心中”知識(shí)競(jìng)賽;紙質(zhì)橋梁模型設(shè)計(jì)的科技創(chuàng)新活動(dòng)等等。在課堂上給大家布置了橋梁模型要求及材料要求，并帶著學(xué)生對(duì)模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了力學(xué)性能分析和結(jié)構(gòu)力學(xué)分析。

任務(wù)布置以后，學(xué)生小組上交不僅上交了作品還撰寫(xiě)了實(shí)驗(yàn)分析過(guò)程和承壓實(shí)驗(yàn)分析，學(xué)生的創(chuàng)造力非常棒。他們?cè)诮Y(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上還進(jìn)行了設(shè)計(jì)方案分析。

學(xué)生還進(jìn)行了加載實(shí)驗(yàn)，記錄了逐級(jí)加載過(guò)程及各桿件破壞情況及橋梁變形撓度，進(jìn)行了破壞形式分析。

學(xué)生反映通過(guò)此次活動(dòng)不僅對(duì)課本的理論知識(shí)有了新的認(rèn)識(shí)，而且鍛煉了他們的創(chuàng)新思維，提高了動(dòng)手動(dòng)腦能力和解決問(wèn)題的能力，更懂得了團(tuán)隊(duì)合作的重要性。

2.3 鼓勵(lì)學(xué)生申報(bào)科研項(xiàng)目，積極倡導(dǎo)學(xué)生參與教師科研項(xiàng)目

在教研教改和科研實(shí)踐中，課題組充分考慮與專業(yè)方向的融合性，考慮學(xué)生在大三和大四年級(jí)可能要參與的學(xué)生科研活動(dòng)和本科畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓課程具有延續(xù)性。在低年級(jí)的力學(xué)課程上，我有意識(shí)地給大家介紹了實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備及可開(kāi)展的試驗(yàn)項(xiàng)目及當(dāng)前相關(guān)研究進(jìn)展。讓部分學(xué)生能夠從低年級(jí)的學(xué)生科研到高年級(jí)的的畢業(yè)設(shè)計(jì)具有連貫性，即從調(diào)研論證、設(shè)計(jì)仿真到實(shí)施調(diào)試。所以在力學(xué)課程的設(shè)計(jì)中選擇相應(yīng)的適合的素材，而不是將工程試驗(yàn)或者專業(yè)的實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單的搬到基礎(chǔ)課的實(shí)驗(yàn)室中。通過(guò)畢業(yè)論文，學(xué)生相當(dāng)于經(jīng)歷了閱讀中外文獻(xiàn)、選題、創(chuàng)新、實(shí)驗(yàn)、計(jì)算、結(jié)果分析整理等從事一個(gè)課題研究的全過(guò)程，其動(dòng)手能力和創(chuàng)新精神有明顯的提高。

3 效果評(píng)價(jià)

通過(guò)連續(xù)兩屆學(xué)生的課程設(shè)計(jì)及實(shí)踐嘗試，還是很有效果的。首先在實(shí)驗(yàn)課的過(guò)程中，學(xué)生有了挑戰(zhàn)自己的機(jī)會(huì)，也感受到了設(shè)計(jì)完成項(xiàng)目的喜悅，這對(duì)后期的開(kāi)展真正的科研工作還是有影響力的。其次，在大三的學(xué)生科研活動(dòng)中也有5位同學(xué)選擇在我們?cè)瓉?lái)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上繼續(xù)前行的。在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中也有3位同學(xué)選擇工程力學(xué)與安全工程結(jié)合的選題。在之前的若干屆學(xué)生中是很少見(jiàn)的，工程力學(xué)僅僅是他們四年大學(xué)學(xué)習(xí)中的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課，學(xué)分拿到即可。

4 結(jié)語(yǔ)

盡管在我系力學(xué)實(shí)踐課程的探索實(shí)踐中取得了一定的成績(jī)，但在培養(yǎng)高素質(zhì)、創(chuàng)新性人才過(guò)程中，還需系部各個(gè)層面的努力。就我們課題組而言，我們要不斷地向其他院校學(xué)習(xí)，堅(jiān)持“知識(shí)-能力”，“教學(xué)-科研”和“基礎(chǔ)-專業(yè)”三個(gè)層面的改進(jìn)和創(chuàng)新。

【參考文獻(xiàn)】

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