彈性力學(xué)課程教學(xué)改革的幾點思考

劉偉

摘要：針對當(dāng)前工科彈性力學(xué)教學(xué)中存在的課時少、理論抽象、公式復(fù)雜、學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較差、學(xué)習(xí)興趣不高等主要問題，文章根據(jù)筆者的教學(xué)經(jīng)驗提出了問題導(dǎo)向教學(xué)、由淺入深、抽象知識具體化、使用教學(xué)工具、總結(jié)助記口訣、強化知識總結(jié)、補充基礎(chǔ)數(shù)學(xué)知識等7類教學(xué)改進方法，對工科彈性力學(xué)課程教學(xué)改革具有促進作用。

關(guān)鍵詞：彈性力學(xué);工科;教學(xué)改革

中圖分類號：G6423;TU-4 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2019）01-0065-03

彈性力學(xué)是巖土工程、地質(zhì)工程、土木工程、水利工程、機械工程、航天航空等工科專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，并被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工程中。彈性力學(xué)是在理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)三大力學(xué)基礎(chǔ)上，進一步研究非桿狀結(jié)構(gòu)體由于受外力作用、邊界約束或溫度改變發(fā)生的應(yīng)力、應(yīng)變和位移的學(xué)科。同時彈性力學(xué)也是一門力學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科，其基本概念和研究方法被廣泛應(yīng)用于其他學(xué)科，如塑性力學(xué)、斷裂力學(xué)、有限單元法等。培養(yǎng)學(xué)生掌握彈性力學(xué)的基本概念、基本理論、基本方法和求解力學(xué)的思路方法是本門課程學(xué)習(xí)的主要目的。前人對工科彈性力學(xué)教材的選擇[1]、教學(xué)中存在的問題[2]、教學(xué)方法的探討[3]、考核方法選擇[4]等方面做了很多研究。隨著教學(xué)對象的變化，教學(xué)中存在的問題也相應(yīng)變化，在新形勢下對彈性力學(xué)教學(xué)進行改革非常必要。文章在總結(jié)彈性力學(xué)教學(xué)改革研究成果的基礎(chǔ)上，針對當(dāng)前學(xué)生的學(xué)習(xí)特點進一步提出了幾點彈性力學(xué)教學(xué)的改進方法。

一、 當(dāng)前彈性力學(xué)教學(xué)中存在的主要問題

當(dāng)前的教學(xué)改革應(yīng)針對教學(xué)中存在的主要問題開展，只有正確認識教學(xué)中存在的問題，教學(xué)改革方有源頭活水來。當(dāng)前大學(xué)教學(xué)中所面臨的教育對象為95后到00后的學(xué)生，這些成長于多媒體時代的孩子更擅長形象思維，而不喜歡死板的公式推導(dǎo)。當(dāng)前彈性力學(xué)教學(xué)中存在的主要問題如下：

（1） 課時少。彈性力學(xué)作為一門基礎(chǔ)性課程，受重視的程度不夠，很多學(xué)校對工科學(xué)生的彈性力學(xué)課時進行了壓縮，課時多為32學(xué)時，給彈性力學(xué)課程的教學(xué)帶來了困難[5-6]。

（2）彈性力學(xué)的理論較為抽象，不易于理解[5]。工科學(xué)生善于形象思維，對抽象概念的理解存在困難。（3）彈性力學(xué)的理論解法推導(dǎo)往往過于復(fù)雜而繁瑣，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中如云海漫步，難以形成清晰的思路[7]。（4）數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較差。工科學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)相對較差，而彈性力學(xué)恰恰是一門對數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求較高的課程。（5）興趣不高。現(xiàn)行教材只注重對理論的講解，學(xué)生對整篇的數(shù)學(xué)公式有畏難情緒，同時學(xué)生對該課程的認識不夠，認為該課程應(yīng)用范圍不廣，對該門課的學(xué)習(xí)興趣不高[6]。

因此，針對當(dāng)前教學(xué)中存在的主要問題，如何根據(jù)學(xué)生的實際情況對教學(xué)方法進行調(diào)整，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)解決問題的能力，達到教學(xué)目的是非常有必要的。

二、彈性力學(xué)的教學(xué)改革探討

教學(xué)改革應(yīng)在充分研究學(xué)情基礎(chǔ)上進行，有的放矢才能真正有益于教學(xué)的改進。在充分研究當(dāng)前彈性力學(xué)教學(xué)中存在的問題和學(xué)生學(xué)情的基礎(chǔ)上，筆者結(jié)合實際教學(xué)經(jīng)驗，對當(dāng)前工科彈性力學(xué)的教學(xué)提出如下教學(xué)改進方法。

（一）問題導(dǎo)向教學(xué)

“基于問題的學(xué)習(xí)”，即將學(xué)習(xí)設(shè)置在有意義的問題情境中，讓學(xué)生自主探究，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性[8]。問題導(dǎo)向法既提高了學(xué)生對理論的理解，又提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。 在實際教學(xué)中，改變以往連續(xù)講授的教學(xué)過程，在提出問題后，留出一段時間讓學(xué)生自主思考，然后將學(xué)生的思路引導(dǎo)到即將講授的內(nèi)容上。

（二）由淺入深，注重教學(xué)思路的邏輯性

在教學(xué)中要特別注意思路的邏輯性和條理性，由淺入深、循序漸進地講解。教學(xué)思路的跳躍導(dǎo)致學(xué)生思路的混亂，經(jīng)過多次反復(fù)的講解也很難消除思路混亂的影響。因此，在教學(xué)中，力求用最簡潔、最直接的思路講解一個公式的推導(dǎo)。

（三）抽象知識具體化，注重知識與日常經(jīng)驗的結(jié)合

當(dāng)代大學(xué)生長于形象思維，而不喜抽象思維。例如，學(xué)生對泊松比的理解，單純通過公式進行講解，教學(xué)效果較差。教師可以粉筆盒為道具，在粉筆盒上加壓，讓學(xué)生想象粉筆盒被壓扁，垂直方向壓縮而兩側(cè)膨脹的情形。同時還可與日常經(jīng)驗相結(jié)合，讓學(xué)生想想果凍被壓縮的情形。將知識與學(xué)生的日常經(jīng)驗相結(jié)合往往令學(xué)生印象深刻，可產(chǎn)生事半功倍的教學(xué)效果。

（四）使用教學(xué)實驗、教學(xué)工具

教學(xué)工具可以是教室里的日常用品，如黑板擦和粉筆盒，也可以是專門制作的教具，還可以使用光彈性實驗對圣維南原理進行模擬[9]。同時還可以使用數(shù)值模擬軟件對應(yīng)力分布進行模擬，讓學(xué)生對應(yīng)力分布有一個直觀的印象。 教學(xué)工具是使抽象知識具體化的有效工具，往往能起到事半功倍的效果。

（五）強調(diào)復(fù)習(xí)，多總結(jié)助記口訣

彈性力學(xué)是一門理論性很強的學(xué)科，不做題很難將學(xué)到的知識內(nèi)化為自己的能力?，F(xiàn)代教學(xué)理念不提倡題海戰(zhàn)術(shù)，但對于理論性很強的學(xué)科，只理解基本概念是不夠的。對于工科學(xué)生，則更應(yīng)注重實際解決問題的能力。實際教學(xué)中，對于每節(jié)課的學(xué)習(xí)，都應(yīng)布置一定量的習(xí)題進行鞏固。在講授習(xí)題時，重在總結(jié)做題的步驟和方法，通過多次的重復(fù)加強學(xué)生對知識的理解。例如，在邊界條件的講解時，可以配合多個例題，同時總結(jié)外力與應(yīng)力關(guān)系的助記口訣：“正面同之，負面反之，斜面用公式，次面可積之。”即對于正面，外力與應(yīng)力大小和符號相同;對于負面，外力與應(yīng)力大小相同，符號相反;對于斜面，則可應(yīng)用公式;對于次要面，則可以運用圣維南原理。記憶口訣可幫助學(xué)生快速記住相關(guān)知識。

（六）強化知識總結(jié)，形成知識體系

彈性力學(xué)是一門邏輯性非常強的學(xué)科，其求解過程非常復(fù)雜。學(xué)生易陷入數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程中而忘記了該推導(dǎo)的目的。在實際教學(xué)中，可以在黑板的一側(cè)列出求解問題的思路與步驟，在數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程中，加強學(xué)生對推導(dǎo)目的和求解步驟的理解。例如，講授半逆解法求解平面應(yīng)力問題時，在首次推導(dǎo)時每推一步則將其目的寫在黑板一側(cè)，在解例題時則按推導(dǎo)步驟進行求解。同時由于彈性力學(xué)的知識點較多且知識點間的邏輯性很強，應(yīng)多對知識點進行歸納和梳理，加強知識的體系性。如對于平面問題的解析，其解題思路可以用圖譜進行歸納講解，讓學(xué)生對所學(xué)知識之間的內(nèi)在聯(lián)系有清醒的認識，避免只見樹木，不見森林的情況。

（七）適當(dāng)補充需要用到的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識

作為彈性力學(xué)教師，應(yīng)打破課程邊界，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對彈性力學(xué)所需的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)掌握較差時，及時給學(xué)生補充數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識。根據(jù)學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)掌握情況，適當(dāng)?shù)卦趶椥粤W(xué)教學(xué)中補充所需的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識是必要的。例如，學(xué)生在學(xué)習(xí)幾何方程時，往往忘記了高等數(shù)學(xué)中所學(xué)的泰勒公式，而不懂泰勒公式，則幾何方程無法推導(dǎo)，因此，在講幾何方程之前，應(yīng)替學(xué)生補充泰勒公式

的知識。

三、結(jié)語

根據(jù)當(dāng)前工科彈性力學(xué)教學(xué)中存在的主要問題，提出了7類教學(xué)改進措施。這些教學(xué)改進措施應(yīng)貫穿于整個教學(xué)過程中，并根據(jù)教學(xué)內(nèi)容靈活選擇。工科彈性力學(xué)的教學(xué)應(yīng)更側(cè)重于解決實際問題能力的培養(yǎng)，因此，采用問題導(dǎo)向式的教學(xué)方法，注重知識的形象化和體系化，加強解題能力的訓(xùn)練對達到教學(xué)效果與教學(xué)目的具有重要的推動作用。

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