《工程力學(xué)》教學(xué)改革歷程對(duì)地方應(yīng)用型本科院?！豆こ塘W(xué)》教學(xué)改革的啟示

張永生 趙廣臣 李建國(guó)

山西工程技術(shù)學(xué)院

1 前言

2 《工程力學(xué)》教學(xué)改革歷程

《工程力學(xué)》教學(xué)改革大體可以分為三個(gè)階段，這三個(gè)階段在不同的學(xué)校發(fā)生的時(shí)間不一定相同，每個(gè)階段的時(shí)間長(zhǎng)度也各不相同，但基本都經(jīng)歷了這三個(gè)階段。

2.1 第一階段

課程改革把“培養(yǎng)現(xiàn)成的專(zhuān)家”作為高等學(xué)校本科的培養(yǎng)目標(biāo)，[1]教學(xué)所依據(jù)的理論是俄國(guó)赫爾巴特學(xué)派的教學(xué)理論。這個(gè)階段力學(xué)課程的教學(xué)有以下特點(diǎn)：教學(xué)目的是傳授和學(xué)習(xí)系統(tǒng)的力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能；教學(xué)模式以語(yǔ)言呈現(xiàn)的講授加習(xí)題強(qiáng)化為主；[2]教學(xué)內(nèi)容沿襲蘇聯(lián)教材的系統(tǒng)、完整、理論性強(qiáng)的特點(diǎn)；[3]很多院校的力學(xué)實(shí)驗(yàn)室條件簡(jiǎn)陋導(dǎo)致只能開(kāi)設(shè)較少的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。這個(gè)階段的力學(xué)教學(xué)培養(yǎng)了大批基礎(chǔ)扎實(shí)、理論素養(yǎng)較高的力學(xué)人才，但由于缺乏工程教育和訓(xùn)練，學(xué)生在工作崗位上不能充分發(fā)揮其力學(xué)素養(yǎng)。[4]始于1988年的全國(guó)周培源力學(xué)競(jìng)賽，旨在促進(jìn)高等學(xué)校力學(xué)基礎(chǔ)課程的改革與建設(shè)，增進(jìn)青年學(xué)生學(xué)習(xí)力學(xué)的興趣，培養(yǎng)分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力。力學(xué)競(jìng)賽促進(jìn)了學(xué)生將力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)踐緊密結(jié)合。[5]從這個(gè)角度看，全國(guó)周培源力學(xué)競(jìng)賽應(yīng)該是基礎(chǔ)力學(xué)教學(xué)改革的有益組成部分。

2.2 第二階段

隨著素質(zhì)教育、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)、學(xué)生個(gè)性發(fā)展和因材施教等教育觀念深入人心[6]，廣大教師積極探索與教學(xué)觀念相適應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容和課程體系?！懊嫦?1世紀(jì)課程教材”就是這段教學(xué)改革的重要成果之一，教材都配有電子課件用于多媒體教學(xué)，極大地提高了教學(xué)效率。從事力學(xué)教育教學(xué)的教師在這個(gè)階段也做了相應(yīng)工作，上海交通大學(xué)洪嘉振教授提出了工科理論力學(xué)教學(xué)“一個(gè)基礎(chǔ)、兩個(gè)支柱與三個(gè)培養(yǎng)”的新模式。清華大學(xué)范欽珊教授刪去了偏難偏深的內(nèi)容，不追求冗長(zhǎng)的理論推導(dǎo)與煩瑣的數(shù)字運(yùn)算，同時(shí)注重加強(qiáng)工程概念，引入了大量涉及廣泛領(lǐng)域的工程實(shí)例，以及與工程有關(guān)的例題和習(xí)題，另外還安排了新材料的材料力學(xué)內(nèi)容以開(kāi)闊學(xué)生的視野。北京航空航天大學(xué)謝傳鋒教授的《動(dòng)力學(xué)》體現(xiàn)的模塊式設(shè)課的特點(diǎn)，通過(guò)一些實(shí)例介紹了計(jì)算機(jī)仿真在力學(xué)中的應(yīng)用。一些教學(xué)團(tuán)隊(duì)還建設(shè)了網(wǎng)上共享精品課程，實(shí)現(xiàn)了線上教學(xué)模式。第二階段的力學(xué)教學(xué)與第一階段相比有以下特點(diǎn)：無(wú)論是教學(xué)內(nèi)容中的數(shù)值計(jì)算還是教學(xué)手段中的課件制作，都突出了計(jì)算機(jī)的應(yīng)用；主要是通過(guò)對(duì)教學(xué)體系、內(nèi)容的革新促進(jìn)素質(zhì)和能力的培養(yǎng)[7]，在通過(guò)改革教學(xué)方法培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新性人才方面也作了探索實(shí)踐[8]；教學(xué)方法仍然以教師講授為主，主要原因是面向的學(xué)生仍然是具有較高自覺(jué)性和聽(tīng)講能力[2]；開(kāi)始利用互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展線上教學(xué)；各院校力學(xué)實(shí)驗(yàn)條件逐步改善，開(kāi)設(shè)了基本的驗(yàn)證性力學(xué)實(shí)驗(yàn)。值得注意的是從第六屆周培源力學(xué)競(jìng)賽開(kāi)始，增加了團(tuán)體賽的環(huán)節(jié)，強(qiáng)調(diào)了實(shí)驗(yàn)、研究和動(dòng)手制作的重要性，考查學(xué)生處理實(shí)際問(wèn)題的能力。

2.3 第三階段

隨著我國(guó)高等教育規(guī)模的不斷擴(kuò)大，生源結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，同時(shí)電子信息技術(shù)在教育教學(xué)中普及應(yīng)用。在課時(shí)大幅減少的情況下，如果仍然沿用以前的教學(xué)內(nèi)容和方法，相當(dāng)數(shù)量的學(xué)生課堂表現(xiàn)差，學(xué)習(xí)效果差。在這種情形下，“學(xué)生主體，教師主導(dǎo)”、“素質(zhì)教育”的教學(xué)理念和建構(gòu)主義理論受到重視。為了提高教學(xué)效果，一些教師在教學(xué)方法上做了有益嘗試。文獻(xiàn)[9]是通過(guò)采用案例教學(xué)法活躍課堂氛圍，使學(xué)生的注意力更加集中，教學(xué)取得了良好的效果。文獻(xiàn)[10]在信息化環(huán)境下實(shí)施了翻轉(zhuǎn)課堂，學(xué)生多方面能力得到鍛煉，但不能保證每個(gè)學(xué)生都能得到鍛煉機(jī)會(huì)。文獻(xiàn)[11]采用“項(xiàng)目引導(dǎo)，任務(wù)驅(qū)動(dòng)”的教學(xué)模式，整合教學(xué)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)“教、學(xué)、做”一體化，并注重過(guò)程考核，增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)自覺(jué)性，效果良好。文獻(xiàn)[12]基于超星泛雅平臺(tái)開(kāi)展了材料力學(xué)的線上線下混合型課程，集視頻講授、互動(dòng)、作業(yè)、討論、過(guò)程考核于一體。第三階段的力學(xué)教學(xué)有以下特點(diǎn)：教學(xué)方法充分體現(xiàn)了“學(xué)生主體”的教學(xué)理念，注重學(xué)生素質(zhì)教育；教學(xué)手段向互聯(lián)網(wǎng)+發(fā)展，充分迎合了信息化時(shí)代學(xué)生的特點(diǎn)；開(kāi)發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)線上線下相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)課堂。

3 《工程力學(xué)》教改歷程思考及啟示

3.1 教學(xué)內(nèi)容方面

從《工程力學(xué)》教改歷程可以看到，教學(xué)內(nèi)容由重理論向重應(yīng)用過(guò)渡，實(shí)驗(yàn)課時(shí)逐步增加。這有兩方面的原因：一是相比《工程力學(xué)》的基礎(chǔ)性，其應(yīng)用性越來(lái)越被重視，學(xué)習(xí)力學(xué)理論最終目的是為了應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際，所以在教材中編排了很多應(yīng)用力學(xué)原理的工程問(wèn)題，來(lái)拓寬學(xué)生的視野，增強(qiáng)學(xué)生應(yīng)用意識(shí)和能力；二是對(duì)應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)可以加深對(duì)力學(xué)理論的理解，因?yàn)閼?yīng)用和實(shí)驗(yàn)包含更多的感性認(rèn)識(shí)成分，有感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)，更容易上升到理性認(rèn)識(shí)。另外，教學(xué)內(nèi)容進(jìn)一步精減，主要是一些專(zhuān)業(yè)的力學(xué)需求和學(xué)時(shí)偏少。

地方應(yīng)用型高?！豆こ塘W(xué)》教學(xué)更加重視應(yīng)用，學(xué)生數(shù)理基礎(chǔ)和直接認(rèn)識(shí)理論的能力偏弱，學(xué)時(shí)也偏少，所以更應(yīng)該堅(jiān)持精簡(jiǎn)內(nèi)容、重應(yīng)用、重實(shí)驗(yàn)的原則。具體措施應(yīng)該針對(duì)不同專(zhuān)業(yè)調(diào)查其力學(xué)知識(shí)需求和應(yīng)用場(chǎng)景，教學(xué)內(nèi)容模塊化，工程應(yīng)用場(chǎng)景化。對(duì)不同的專(zhuān)業(yè)的《工程力學(xué)》教學(xué)只安排與其后續(xù)課程緊密相關(guān)的內(nèi)容模塊和應(yīng)用場(chǎng)景，并且去掉煩瑣的理論推導(dǎo)。這樣安排不僅讓學(xué)生學(xué)會(huì)了力學(xué)知識(shí)，而且學(xué)會(huì)了力學(xué)知識(shí)在本專(zhuān)業(yè)的應(yīng)用，還與學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和課時(shí)是相適應(yīng)的，在筆者所教班級(jí)取得較好地教學(xué)效果。

之前的實(shí)驗(yàn)課基本是安排在理論課后對(duì)力學(xué)理論進(jìn)行驗(yàn)證，缺乏吸引力和挑戰(zhàn)性，也不符合由感性到理性的科學(xué)認(rèn)知過(guò)程，尤其是對(duì)于地方應(yīng)用型院校學(xué)生，直接上升到理性認(rèn)識(shí)方面的能力是缺乏的。所以考慮把原來(lái)驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)安排在相應(yīng)理論課的前面進(jìn)行授課，這樣學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性大大提高，對(duì)之后的理論學(xué)習(xí)促進(jìn)效果明顯。在整門(mén)課程結(jié)束后安排一門(mén)設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)選修課來(lái)拔高部分學(xué)生的理論應(yīng)用能力，使理論學(xué)習(xí)得到升華，這也符合學(xué)生群體能力分布規(guī)律。實(shí)驗(yàn)選修課內(nèi)容可以從周培源力學(xué)競(jìng)賽的歷屆的實(shí)驗(yàn)題目中選取，考慮到對(duì)于地方應(yīng)用型本科院校的學(xué)生難度稍大，可以在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)學(xué)生表現(xiàn)做適當(dāng)提示。

需要意識(shí)到依托于信息化的虛擬實(shí)驗(yàn)只能作為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的有益補(bǔ)充，起到預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)或彌補(bǔ)設(shè)備不足的作用，絕不可能完全替代現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。虛擬實(shí)驗(yàn)只是程序代碼的選擇性執(zhí)行，不會(huì)發(fā)生實(shí)驗(yàn)錯(cuò)誤、儀器故障、實(shí)驗(yàn)誤差等，而這些對(duì)于提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)是至關(guān)重要的。

3.2 教學(xué)方法方面

由《工程力學(xué)》教學(xué)改革的歷程可以看出，講授法因?yàn)槠鋫魇谥R(shí)簡(jiǎn)捷而高效一直被當(dāng)作主要教學(xué)方法使用，能將《工程力學(xué)》大量的教學(xué)內(nèi)容在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)傳授給學(xué)生。如果學(xué)生有較強(qiáng)的數(shù)理基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)自覺(jué)性，使用講授法可以取得很好地教學(xué)效果。地方應(yīng)用型本科院?！豆こ塘W(xué)》學(xué)時(shí)比以前有很大壓縮，但是必要的教學(xué)內(nèi)容還是比較多的，從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，在教學(xué)中較多地使用講授法是有必要，尤其是一些認(rèn)知難度較大的內(nèi)容還是應(yīng)該以講授法為主。比如應(yīng)力狀態(tài)分析、強(qiáng)度理論、壓桿穩(wěn)定理論。

為了避免車(chē)牌圖片傾斜對(duì)之后的掃描以及識(shí)別操作造成影響，需要對(duì)車(chē)牌圖片進(jìn)行角度矯正。由于車(chē)牌邊框會(huì)對(duì)字符分割產(chǎn)生或多或少的影響，去掉車(chē)牌邊框，進(jìn)一步縮小分割的范圍，可以提高分割的成功率。

從《工程力學(xué)》教改歷程可以看到，案例法得到了重視，這是因?yàn)橹v授法不利于學(xué)生能力的培養(yǎng)，容易抑制學(xué)生的獨(dú)立性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性。學(xué)生單純聽(tīng)教師講授的認(rèn)知過(guò)程，很多認(rèn)識(shí)節(jié)點(diǎn)間的過(guò)度障礙都是教師代為完成，學(xué)生越來(lái)來(lái)依賴(lài)教師。這種缺乏自主思維獲得的知識(shí)是不牢固的，應(yīng)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題就更談不上了。應(yīng)用型本科院校培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)高素質(zhì)的應(yīng)用型技術(shù)人才，主動(dòng)地、創(chuàng)造性地應(yīng)用知識(shí)解決生產(chǎn)中的問(wèn)題就是高素質(zhì)的體現(xiàn)。為了培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力，必須采用新的教學(xué)方法，比如案例法、討論法、啟發(fā)法、演示法等有利于促使學(xué)生思考的方法。

任何一種教學(xué)方法都不是萬(wàn)能的，都有其適用范圍和條件。教學(xué)方法的選取應(yīng)該靈活把握，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)和學(xué)生的特點(diǎn)選擇一種或者多種方法的組合進(jìn)行教學(xué)才能取得良好的教學(xué)效果。筆者在教學(xué)過(guò)程中通過(guò)“開(kāi)放案例引導(dǎo)、學(xué)生討論互助、教師適時(shí)講授”的復(fù)合教學(xué)法，明顯要好于單一教學(xué)法。

3.3 課堂模式和考核

從《工程力學(xué)》教改歷程可以看到，翻轉(zhuǎn)課堂與混合課堂逐漸受到重視。翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)質(zhì)是教學(xué)觀念改變導(dǎo)致的學(xué)習(xí)流程的改變，之前的教學(xué)“信息傳遞”在課堂由教師講授傳遞給學(xué)生容易遮蓋思維障礙，“吸收內(nèi)化”在課下無(wú)教師輔導(dǎo)情況下進(jìn)行容易卡殼失敗。對(duì)于應(yīng)用型本科院校的學(xué)生在學(xué)習(xí)《工程力學(xué)》時(shí)，這種情況表現(xiàn)尤為突出。翻轉(zhuǎn)課堂對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行重構(gòu)。“信息傳遞”是學(xué)生在課前進(jìn)行的；“吸收內(nèi)化”是在課堂上通過(guò)互動(dòng)來(lái)完成的，教師能夠在課堂上給予有效地輔導(dǎo)，同學(xué)之間的相互交流更有助于促進(jìn)學(xué)生知識(shí)的吸收內(nèi)化過(guò)程。所以翻轉(zhuǎn)課堂非常適合地方應(yīng)用型本科院校《工程力學(xué)》教學(xué)，結(jié)合上文，采用復(fù)合教學(xué)法與翻轉(zhuǎn)課堂結(jié)合是和很好地改革措施，筆者的教學(xué)實(shí)踐地證明了這一點(diǎn)。

線上線下混合型課堂就是信息化背景下的翻轉(zhuǎn)課堂，通過(guò)基于互聯(lián)網(wǎng)的APP線上資源功能開(kāi)展了課前“信息傳遞”。師生線上交流，消除疑問(wèn)。用APP 可以智能地統(tǒng)計(jì)學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)活躍度和參與度作為過(guò)程考核的依據(jù)。這是一個(gè)潮流和趨勢(shì)，尤其是對(duì)于地方應(yīng)用型院校的學(xué)生，這樣的混合型課堂可以極大地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)自覺(jué)性。

基于互聯(lián)網(wǎng)APP 進(jìn)行過(guò)程考核，主要是側(cè)重于考核陳述性的和程序性?xún)?nèi)容的學(xué)習(xí)過(guò)程和效果。比如視頻資源的學(xué)習(xí)情況、概念公式的學(xué)習(xí)情況都會(huì)被類(lèi)似“學(xué)情統(tǒng)計(jì)”功能智能統(tǒng)計(jì)，原理應(yīng)用過(guò)程考核可以通過(guò)“測(cè)驗(yàn)作業(yè)”功能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

但是對(duì)于策略性知識(shí)的過(guò)程考核，這類(lèi)APP 是無(wú)法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的。創(chuàng)造思維策略知識(shí)往往是因時(shí)、因人、因內(nèi)容而異的一個(gè)解決問(wèn)題的推理過(guò)程，難以程式化和學(xué)科化。之前的《工程力學(xué)》教學(xué)改革并沒(méi)有重視策略性知識(shí)的學(xué)習(xí)和考核，但對(duì)于培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才又至關(guān)重要。筆者在教學(xué)過(guò)程中通過(guò)“開(kāi)放案例引導(dǎo)，教師適時(shí)啟發(fā)，學(xué)生組內(nèi)討論”的復(fù)合課堂模式來(lái)促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)策略性知識(shí)，根據(jù)課堂的表現(xiàn)來(lái)考核其策略性知識(shí)的掌握情況。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析《工程力學(xué)》教學(xué)改革歷程的特點(diǎn)，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、課堂模式及考核方面給出其對(duì)地方應(yīng)用型本科院?！豆こ塘W(xué)》教學(xué)改革的啟示。本文在教學(xué)實(shí)踐中做了相應(yīng)的改革，教學(xué)效果證明這些啟示是非常有益的。隨著廣大力學(xué)教育工作者對(duì)力學(xué)課程教學(xué)改革認(rèn)識(shí)和實(shí)踐的深入，一定可以提出更加先進(jìn)的教改理念和更加有效地改革措施。