提高工程力學課堂教學質量的研究與實踐

李清祿

(蘭州理工大學理學院，甘肅蘭州，730050)

工程力學是從基礎理論課過渡到工程專業(yè)課的技術基礎課，由理論力學和材料力學兩部分組成，具有理論嚴謹，邏輯性強的特點，包含抽象的力學概念、繁多的計算公式、大量的工程應用背景實例，學習過這門課的學生普遍反映“不好學”。通過對工科基礎力學課程的教學體系、教學方法、教學手段以及考試方式等方面進行新的嘗試可以發(fā)現(xiàn)，隨著不斷探索、實踐以及教學體系、內容、方法、手段等一整套先進的教學系統(tǒng)的不斷完善，工科大學生的力學能力顯著提高。[1]實踐表明，這些舉措對力學類課程的教學適應新工課專業(yè)的建設，提高教學質量有一定的價值。[2]教學體制改革要求培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的高素質人才，工程力學的課程體系、教學內容、手段及方法都應進行相應的改革。[3-5]基礎力學教師需要思考如何上好工程力學課程，既讓學生學起來覺得輕松，能得到理論知識的嚴格訓練，又具備一定的解決工程實際問題的能力。

一、精心備課，注重啟發(fā)式教學

(一)注重上好第一節(jié)課

工程力學一般安排在大二第一或者第二學期，上好第一節(jié)課非常重要。首先，教師可以介紹科學家的生平事跡，比如講解大科學家牛頓是如何勤奮學習，最后獲得成功的。這樣對少數(shù)迷茫的大學生有一種平穩(wěn)心態(tài)的作用。其次，內容的組織要有條理。教師首先要闡述工程力學在學生所學專業(yè)中的地位、作用和應用范圍，讓學生認識到學習工程力學的重要性。教師可以主要介紹工程力學對后續(xù)主要專業(yè)課程的重要作用，讓學生認識到學好這門課程對該專業(yè)的重要意義，從而讓學生在心底重視這門課程。

(二)啟發(fā)式教學落實到教學的各環(huán)節(jié)

作為力學教師，首先要樹立啟發(fā)式教學的思想，把啟發(fā)式教學落實到各個環(huán)節(jié)，從而調動學生的學習積極性。在教學中，學生是學習的主體，教師起主導作用。對于理論性強的部分，應聯(lián)系周圍事物以及有關的工程實際問題進行精講，這時候按課程的重點難點分層次設問引導，讓學生通過自己的思考得出結論。教師可適當安排部分章節(jié)讓學生自學，然后共同討論自學的內容。在討論過程中，教師既要善于引導，又要讓學生充分談論自己的看法。

二、優(yōu)化教學過程和教學內容

(一)積極激發(fā)學生的學習興趣

工程力學理論性強、數(shù)學推導多、工程應用性廣泛，有部分學生對力學產(chǎn)生了畏懼心理，極大地抑制了其學習力學課程的正常心理。對此，教師可以聯(lián)系生活，分析工程和生活中的力學問題，既能增進課堂講解的生動性，又可以激發(fā)學生的學習興趣。例如，在材料力學部分，教師可以通過探討“泰坦尼克號”沉沒之謎、分析魁北克大橋塌陷之因，使學生能夠以史為鑒，深刻認識到學習工程力學的重要性。再如，講授彎曲應力時，教師可以引入對竹子“嘴尖皮厚腹中空”的力學美分析，使學生在步入力學的殿堂時，少幾分枯燥，多幾分欣賞，從中激發(fā)他們的學習興趣和積極性。[6]

(二)培養(yǎng)學生的學習積極性

傳統(tǒng)的教學模式是以教師為主體，以課堂講述為主，教師講得頭頭是道，但是學生不能事先掌握學習內容，學習主動性和積極性得不到發(fā)揮。因此，教師在教學中可以采用多種教學模式。比如，在高數(shù)和大學物理里面學過的計算重心、慣性矩的計算不必再重復一次，否則只會讓學生失去興趣，甚至輕視工程力學，認為這門課很簡單很容易學。因此，對于這些內容，教師要要求學生課前自己預習。對于有些內容，比如平面任意力系平衡方程的二矩式、三矩式，教師則可以采用討論式，即課堂上先提出問題，引導學生以研究的方法去學習，去思考，最后得出結論。

(三)在教學中突出重點

工程力學中定理和公式較多，如果一一推導，教學時間上不夠，另外煩瑣的公式推導學生也不感興趣。所以，比較理想的做法是講清公式推導的思路，公式的推導過程簡略，最后記住結論即可。比如，講剛體的平面運動這部分內容時，學生都感到難學。這時候教師可以邊演示動畫邊講解，讓學生了解曲柄搖桿機構、曲柄滑塊機構、行星齒輪機構的組成。又比如，材料力學部分中彎曲和扭轉的組合變形是一個難點，但又是后續(xù)課程機械設計中轉軸設計所必須運用的方法。教師在教學中要始終貫穿一條主線，即“力學模型—受力分析—內力分析—應力分析—強度條件計算”，逐步突破難點，使學生真正從中提高解決問題的能力。

(四)修改教材內容，引入新工程力學分析內容

現(xiàn)行工程力學教材內容比較陳舊，知識構架亦不完整，內容更新勢在必行。在課程教學中，高校必須從人才培養(yǎng)目標出發(fā)，強調知識的綜合性實用性，加強對學生實踐能力與創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。在教學改革中，教學內容的改革是最重要的。教學內容的改革必須有一個新體系的教材作保證，因此，教材建設是課程建設的基礎課關鍵所在。從去年開始，筆者所在學院有經(jīng)驗的教師開始著手編寫工程力學教材，并春季學期開始試用。該教材引入了反映學科發(fā)展水平的新概念、新理論、新方法，同時編入了大量的分析和思考題，是一部啟發(fā)性和研究性比較強的教材，對學生的思維方式和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有積極的作用。

三、多媒體教學與傳統(tǒng)教學有機結合

工程力學內容比較難學。比如理論力學內容抽象，材料力學公式繁多，力學課程單調、枯燥。工程力學教學中有的比較抽象的問題用口頭是難以表達清楚的，媒體教學可以將工程實際問題生動地展現(xiàn)在學生面前。這樣既可以節(jié)約時間，又可以方便、生動地向學生解釋教學內容。多媒體教學既有教師的精講啟發(fā)，又有現(xiàn)在媒體的適時參與。這樣給學生們造成了一種全方位、立體的學習環(huán)境，使抽象的信息變得生動化，學生容易接受。同時，多媒體教學可以增加大量的工程實例，增加課堂的信息量。多媒體教學具有很多傳統(tǒng)教學無法比擬的優(yōu)點，但只運用多媒體效果也存在弊端。部分學生更喜歡教師在黑板上和大家一起分析，因此，教師要做到多媒體教學與傳統(tǒng)教學的有機結合。

四、基于慕課的工程力學混合式教學

大規(guī)模開放在線課程(Massive Open Online Course)也被稱為慕課，是一種以信息網(wǎng)絡技術為支撐，主要面向公眾提供免費在線課程的新型教育模式。[7]2013年到2014年，清華大學、北京大學等國內高校的首批慕課上線，“學堂在線”“中國大學”等慕課平臺相繼發(fā)布，中國慕課由此開始蓬勃發(fā)展。工程力學是工課院校的重要課程之一，學校對該課程的改革非常重視，信息化改革勢在必行。課前引入碎片化的慕課視頻，適應了當今大學生的網(wǎng)絡生活習慣和學習喜好。學生可以自由選擇學習時空和頻率，擁有更多自主權，感受到自己的主體地位，也滿足了學生個性化學習的需求。課前視頻吸引學生進行預習并幫助學生跨越知識和技能鴻溝，有利于提高其在實體課堂中的參與度。慕課中的測試能反饋各個學生的問題，幫助教師掌握學生對各知識點的掌握情況，深入了解學生，方便調整線下課堂教學的進度。[8]面向未來，工科教學應該聚焦技術創(chuàng)新，推進慕課快速發(fā)展。教師也要轉變教育理念，進一步提高教學質量，充分用好慕課，促進教育教學改革。

五、改革實驗教學

工科力學實驗教學一直沿用實驗指導書，實驗內容單一，極大限制了學生思維能力。此外，由于學生人數(shù)多，實驗儀器少，實驗中多數(shù)學生圍觀，缺乏對實驗內容的理解，這與新工程專業(yè)的建設以及培養(yǎng)創(chuàng)新能力的初衷是不符合的。工科教師應思考改革實驗內容，發(fā)揮學生的主觀能動性，樹立以素質教育為目的的先進理念，引導學生的創(chuàng)新思維。新的實驗教學中應對實驗原理只做簡明扼要的介紹，淡化對具體試驗步驟的要求，實驗項目后應增加思考題。針對教學計劃中學時安排不能滿足學生的求知需要，除了基礎實驗增加內容外，工科力學實驗教學還應該增加驗證性實驗、設計性實驗及綜合實驗的內容，并增加選修及參考實驗內容。對此，高?？梢蚤_放實驗室，通過實驗室這樣一個平臺，激發(fā)學生的求知欲望，提高學生的綜合創(chuàng)新素質，開拓學生的潛能，從而提高教學效果。

工程力學教改的成功與否，關鍵在于課堂教學方法的改革。為了達到這一目的，專業(yè)教師需要適應新形勢下工科力學課程的教學要求，在教學內容，教學方法，教學手段等方面下功夫。同時，教師應給學生比較多的思考時間，鼓勵學生參加國內外的力學競賽，讓他們在成功的體驗中不斷進步、進取。