基于“卓越工程師”培養(yǎng)的工程力學(xué)教學(xué)改革研究

夏 平，陳莘莘，康穎安

(1．湖南工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，湖南 湘潭411101;2．湖南工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 株洲412007)

工程力學(xué)是一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，與工程實(shí)際問題結(jié)合緊密，實(shí)用性強(qiáng)，對(duì)學(xué)生的邏輯思維、分析和解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)至關(guān)重要。工程力學(xué)不但能夠滿足學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課的需要，也能夠滿足學(xué)生畢業(yè)后從事專業(yè)工作研究、開發(fā)新項(xiàng)目和繼續(xù)學(xué)習(xí)的要求。工程力學(xué)課程中含有許多抽象的力學(xué)概念和公式，學(xué)生普遍反映該課程比較難學(xué)。［1］我們結(jié)合工程力學(xué)課程組在最近幾年的教學(xué)工作經(jīng)驗(yàn)，圍繞提高教學(xué)質(zhì)量這一核心工作，根據(jù)“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”的基本要求，對(duì)工程力學(xué)的教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等方面展開了深入的研究與實(shí)踐。

一 工程力學(xué)課程現(xiàn)狀

工程力學(xué)這門課程概念多、定理多、邏輯性強(qiáng)而推理抽象。因此許多學(xué)生反映學(xué)習(xí)起來比較費(fèi)勁，難以學(xué)好，尤其是即使課聽懂了題目卻做不出來。仔細(xì)分析，主要原因是:一方面，目前的教學(xué)情況是教學(xué)內(nèi)容基本不變，教學(xué)課時(shí)數(shù)卻在大幅減少，短時(shí)間內(nèi)學(xué)習(xí)太多內(nèi)容容易造成學(xué)生知識(shí)消化不良;另一方面，目前教師多采用多媒體進(jìn)行教學(xué)，多媒體教學(xué)方式在給教學(xué)形式注入新的活力的同時(shí)，也出現(xiàn)了一定的負(fù)面影響，比如教師的講課速度加快了，講解得也不夠細(xì)致，學(xué)生反應(yīng)不過來。［2］另外，力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)施有待于進(jìn)一步完善等等。這些原因使得工程力學(xué)課程教學(xué)效果不佳。基于上述情況，結(jié)合“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”的基本要求，必須對(duì)現(xiàn)有工程力學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等進(jìn)行改革。

二 工程力學(xué)課程教學(xué)改革

(一)教學(xué)體系改革

對(duì)于工程力學(xué)課程中的靜力學(xué)部分，可以優(yōu)化內(nèi)容體系，按照靜力學(xué)的基本概念、物體的受力分析、力系簡(jiǎn)化理論、力系平衡理論展開，采用從一般到特殊的講解方式。

對(duì)于材料力學(xué)部分，改革傳統(tǒng)的“以四大基本變形為主線”的教學(xué)體系，因?yàn)榘椿咀冃螢橹骶€的內(nèi)容體系，內(nèi)容重復(fù)多，花費(fèi)學(xué)時(shí)量大，教學(xué)過程缺乏新意，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

建立以桿件的內(nèi)力分析、應(yīng)力與強(qiáng)度計(jì)算、變形與剛度計(jì)算、應(yīng)力狀態(tài)與應(yīng)變狀態(tài)分析、壓桿的穩(wěn)定、動(dòng)載荷和交變應(yīng)力等為主線的新體系。運(yùn)用啟發(fā)式和討論式教學(xué)代替灌輸式教學(xué)，采用能力培養(yǎng)、學(xué)生自主學(xué)習(xí)的教學(xué)模式，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用和創(chuàng)新思維能力。

(二)教學(xué)內(nèi)容改革

工程力學(xué)內(nèi)容相對(duì)較多，要在短時(shí)間內(nèi)讓學(xué)生掌握如此多的內(nèi)容是一件較難的事情。因此在教學(xué)中對(duì)于內(nèi)容的安排和選擇是十分重要的。對(duì)不同學(xué)時(shí)的教學(xué)內(nèi)容要有不同的安排。例如，當(dāng)學(xué)時(shí)較少時(shí)，可以只安排靜力學(xué)和材料力學(xué);當(dāng)學(xué)時(shí)較多時(shí)，可以增加動(dòng)力學(xué)部分的基本內(nèi)容。在教學(xué)內(nèi)容和課程體系上，做到突出重點(diǎn)。

“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”旨在培養(yǎng)一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才。我們應(yīng)該提高工程力學(xué)課程的起點(diǎn)，精選課程內(nèi)容，突出主干內(nèi)容，降低對(duì)次要內(nèi)容的要求，增加與工程實(shí)際相結(jié)合的例題和習(xí)題。注重對(duì)學(xué)生處理工程實(shí)際問題、建立力學(xué)模型、研究創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。［3］

(三)教學(xué)方法和教學(xué)手段改革

改革傳統(tǒng)的教學(xué)方法及教學(xué)手段。推行基于問題討論式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。改變傳統(tǒng)的單純灌輸式教學(xué)方法，推行以教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體的教學(xué)模式，增加學(xué)生與教師的雙邊活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。問題討論式教學(xué)法是問題式教學(xué)法和討論式教學(xué)法的有機(jī)結(jié)合，是以提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力為目標(biāo)，以問題為主線，以課堂討論為主要教學(xué)形式的一種教學(xué)方法。

問題討論式教學(xué)法首先是提出問題。教師在課堂教學(xué)中要以問題為導(dǎo)向，恰當(dāng)?shù)靥岢鰡栴}，因?yàn)閱栴}可以激發(fā)學(xué)生的求知欲和學(xué)習(xí)興趣。但提出問題時(shí)也要注意以下幾點(diǎn):第一，提出的問題應(yīng)與所學(xué)課程知識(shí)內(nèi)容相關(guān);第二，提出的問題應(yīng)緊密結(jié)合工程實(shí)際;第三，提出的問題要經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，難度適中;第四，要鼓勵(lì)學(xué)生提問。學(xué)生提問能力的培養(yǎng)十分重要。學(xué)生提出問題的質(zhì)量是關(guān)鍵。接下來是分析問題，教師要啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生深入地分析問題，幫助學(xué)生理清思路。最后是解決問題，在這個(gè)環(huán)節(jié)中，要通過學(xué)生討論來得出問題的答案。教師應(yīng)根據(jù)問題的難易程度，限定出恰當(dāng)?shù)挠懻摃r(shí)間。其間教師給學(xué)生提供必要的幫助和指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生找出解決問題的方法。最后，由學(xué)生就討論進(jìn)行總結(jié)、歸納，然后由教師進(jìn)行評(píng)價(jià)，并引導(dǎo)學(xué)生得出正確的結(jié)論，提高其分析能力和判斷能力。教師應(yīng)結(jié)合學(xué)生討論中暴露出來的問題，對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步講解，使學(xué)生加深理解和記憶。［4］

問題討論式教學(xué)能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教師在教學(xué)中大量運(yùn)用啟發(fā)式教學(xué)方法，緊密結(jié)合工程實(shí)際，讓學(xué)生帶著問題去學(xué)習(xí)。學(xué)生因?yàn)橐鉀Q工程實(shí)際問題，往往會(huì)產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，為了把問題弄清楚，不僅會(huì)注重課堂上專心聽講，認(rèn)真思考，而且有的學(xué)生還會(huì)在課后去查閱相關(guān)資料。通過這種教學(xué)形式，使學(xué)生的思維始終處于活躍狀態(tài)，有利于開啟學(xué)生廣闊的思維空間，學(xué)生獲得的力學(xué)知識(shí)也更具有針對(duì)性和實(shí)用性，從而達(dá)到使學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的目的。但是，強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，并不意味著教師就可以袖手旁觀，教師仍然是課堂教學(xué)的組織者和引導(dǎo)者。所以，任課教師不僅對(duì)所講課程的內(nèi)容要熟練，還要具有較強(qiáng)的工程背景與課堂駕馭能力，否則就無法收到應(yīng)有的教學(xué)效果。

問題討論式教學(xué)法還要求教師和學(xué)生平時(shí)都要注意積累素材。如果平時(shí)不注意觀察，不注意思考，不注意積累，就談不上提出問題、分析問題和解決問題。所以應(yīng)該堅(jiān)持走產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的道路。教師在參加科研活動(dòng)時(shí)，一方面要將科研與實(shí)際工作相結(jié)合，另一方面要把在參加科研活動(dòng)中總結(jié)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、掌握的新技術(shù)、學(xué)到的新知識(shí)帶到課堂中去，豐富教學(xué)內(nèi)容，拓寬學(xué)生知識(shí)面，在良好的產(chǎn)學(xué)研環(huán)境中，讓學(xué)生得到良好的工程實(shí)踐和應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

在課堂教學(xué)中，多媒體教學(xué)作為現(xiàn)代教學(xué)手段被廣泛采用，交互式多媒體課件的合理運(yùn)用，可以大大提高教學(xué)效果和效率。課堂上采用多媒體，首先，加強(qiáng)了如何從工程實(shí)際問題入手進(jìn)行力學(xué)建模的教學(xué)，加大了課堂教學(xué)信息量;其次，動(dòng)畫的效果和作用是其它教學(xué)手段無法實(shí)現(xiàn)的，工程力學(xué)課程中利用動(dòng)畫模擬演示變形過程，形象直觀，可以增強(qiáng)教學(xué)效果，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解;第三，利用多媒體技術(shù)對(duì)文本、聲音、圖形、圖像、動(dòng)畫等進(jìn)行綜合處理，編制計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)課件，能充分創(chuàng)造出一個(gè)圖文并茂、有聲有色、生動(dòng)逼真的教學(xué)環(huán)境，為教師教學(xué)的順利實(shí)施提供良好的保障，提高學(xué)生學(xué)習(xí)工程力學(xué)課程的興趣和主動(dòng)性。多媒體教學(xué)手段雖然優(yōu)點(diǎn)很多但并非采用得越多越好，比如，邏輯性較強(qiáng)，理論性較強(qiáng)的教學(xué)內(nèi)容卻是寫黑板的常規(guī)教學(xué)方法相對(duì)較好，因?yàn)閷懞诎鍟r(shí)一步一步地板書推導(dǎo)有利于加深理解，速度較慢，學(xué)生有比較充裕的時(shí)間去理解掌握，而多媒體教學(xué)往往因?yàn)橹v得太快教學(xué)效果不佳。因此，應(yīng)根據(jù)課程內(nèi)容的特點(diǎn)去選擇合適的教學(xué)手段。［5］

(四)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

知識(shí)是基礎(chǔ)，思想是關(guān)鍵，實(shí)踐是根本，能力在實(shí)踐中培養(yǎng)起來。工程師尤其應(yīng)具備綜合應(yīng)用、比較、判斷和分析能力。開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)給學(xué)生提供了一個(gè)充分開放和自主的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，在教師的啟發(fā)和引導(dǎo)下，綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，由學(xué)生自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)教師了解和掌握學(xué)生實(shí)驗(yàn)的整體情況，提供實(shí)驗(yàn)資料、解答實(shí)驗(yàn)問題，并進(jìn)行合理評(píng)價(jià)。這種方式有利于提高學(xué)生的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性，有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與實(shí)踐能力。

(五)教材編寫

為了能夠加強(qiáng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，可以與企業(yè)合作編寫教材，因?yàn)槠髽I(yè)可以拿出一些很好的案例。和企業(yè)合作編寫出來的教材清新活潑、圖文并茂、深入淺出、可讀性強(qiáng)，適合當(dāng)代大學(xué)生使用。教材應(yīng)該注重知識(shí)拓展應(yīng)用可行，強(qiáng)調(diào)鍛煉學(xué)生的思維能力以及運(yùn)用概念和定理解決問題的能力。在編寫過程中有機(jī)地融入最新的實(shí)例，并對(duì)實(shí)例進(jìn)行有效的分析，以應(yīng)用實(shí)例或生活類比案例來引出知識(shí)點(diǎn)，從而提高教材的可讀性和實(shí)用性。在提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和效果的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)意識(shí)和職業(yè)能力。注重知識(shí)體系實(shí)用有效，以學(xué)生就業(yè)所需的專業(yè)知識(shí)和操作技能為著眼點(diǎn)，在一定的基礎(chǔ)知識(shí)與理論知識(shí)基礎(chǔ)上，著重傳授應(yīng)用型人才培養(yǎng)所需的內(nèi)容，突出實(shí)用性和可操作性，使學(xué)生學(xué)而有用，學(xué)而能用。

三 結(jié)語

在教學(xué)改革實(shí)踐中，只有通過不斷地改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，才能調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量。根據(jù)工程力學(xué)的教學(xué)發(fā)展趨勢(shì)，根據(jù)“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”的基本要求，進(jìn)行教學(xué)體系改革、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、探索先進(jìn)的教學(xué)方法和教學(xué)手段，加強(qiáng)與企業(yè)合作，才能為社會(huì)培養(yǎng)出具有基礎(chǔ)扎實(shí)、能力強(qiáng)、素質(zhì)高、富有創(chuàng)新精神的高等技術(shù)人才。

［1］ 史文譜，張春萍，方世杰，等．工程力學(xué)教學(xué)改革初探［J］．高等教育研究，2009，26(2):27 －29．

［2］ 夏 平，毛文貴，卿上樂．應(yīng)用型本科工程力學(xué)課程教學(xué)改革研究［J］．湖南工程學(xué)院學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版)，2010，20(1):101 －103．

［3］ 康穎安，卿上樂，夏 平．基于“卓越工程師”培養(yǎng)的理論力學(xué)教學(xué)改革的思考［J］．湖南工程學(xué)院學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版)，2011，21(1):102 －104．

［4］ 魯中健，楊漢嵩，吳雁平，等．《工程力學(xué)》課程課堂教學(xué)改革的探索與實(shí)踐［J］．價(jià)值工程，2011(35):218－219．

［5］ 江海兵，王 濤，吳明明．基于“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的材料力學(xué)教學(xué)改革［J］．科教導(dǎo)刊，2011(6):99、121．