淺談工程力學(xué)課程如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

摘 要：工程力學(xué)是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)學(xué)科，概念性、理論性、抽象性都比較強(qiáng)，學(xué)生學(xué)習(xí)難度較大。本文結(jié)合筆者多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從四個(gè)方面闡述了如何在該門課程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：工程力學(xué)課程 學(xué)習(xí)興趣 創(chuàng)新能力

工程力學(xué)是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)學(xué)科，概念性、理論性、抽象性都比較強(qiáng)。由于自身基礎(chǔ)較薄弱，學(xué)生對(duì)課程的基本知識(shí)難以理解，更不用說活學(xué)活用、進(jìn)行創(chuàng)新了。如何才能在教學(xué)中激發(fā)學(xué)生靈感，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力呢？

一、充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神

創(chuàng)新精神的培養(yǎng)就是推崇創(chuàng)新、追求創(chuàng)新、以創(chuàng)新為榮的觀念和意識(shí)的培養(yǎng)。運(yùn)用學(xué)科優(yōu)勢(shì)，培養(yǎng)并激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神，是工程力學(xué)課程教學(xué)的首要任務(wù)。“教學(xué)”包含教與學(xué)的兩個(gè)方面， 學(xué)生是教學(xué)工作的主體，教師起主導(dǎo)作用，而創(chuàng)新能力的培養(yǎng)必須通過激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性才能實(shí)現(xiàn)。因此，教師有責(zé)任調(diào)動(dòng)、激發(fā)學(xué)生對(duì)課程的興趣和學(xué)習(xí)的自覺性。在課堂教學(xué)中，教師安排好教學(xué)程序，通過各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的啟發(fā)、誘導(dǎo)，讓學(xué)生從自己的學(xué)習(xí)實(shí)踐活動(dòng)中獲取知識(shí)，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

教學(xué)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)是通過講好緒論課來調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。因?yàn)閷W(xué)生每接觸一門新課時(shí)，總是帶著新奇的心情和探究的愿望來上第一堂課。教師應(yīng)該抓住學(xué)生的這種心理，引導(dǎo)他們主動(dòng)了解課程，不失時(shí)機(jī)地激發(fā)他們對(duì)課程的興趣，樹立學(xué)好這門課的信心，引導(dǎo)他們發(fā)現(xiàn)問題，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。教師要引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察身邊的各種力學(xué)現(xiàn)象，在不斷提出問題和解決問題的過程中增長求知的欲望和創(chuàng)新意識(shí)。筆者向?qū)W生講述了這樣一個(gè)故事，某工廠技術(shù)員大膽創(chuàng)新改造，在僅有5噸載重量的起吊機(jī)的情況下，將主要受力的橫梁由作用于一點(diǎn)的集中力，改造成兩點(diǎn)分布力，進(jìn)而成功起吊了8噸重的集裝箱。類似的例子還可以舉出很多。這樣的教學(xué)過程強(qiáng)調(diào)了實(shí)踐—理論—再實(shí)踐的認(rèn)識(shí)規(guī)律以及創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)， 使緒論課真正成為調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，召喚學(xué)生主動(dòng)培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神及創(chuàng)新能力的動(dòng)員課。

二、開展力學(xué)科學(xué)發(fā)展史教育，誘發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新品質(zhì)

創(chuàng)新品質(zhì)是激勵(lì)人們創(chuàng)新的內(nèi)在因素。力學(xué)中一些重要規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程，無不閃耀著科學(xué)家們非凡巧妙的創(chuàng)造思維的光芒。教師要引導(dǎo)學(xué)生回顧力學(xué)大師們的光輝思想歷程，領(lǐng)略什么是創(chuàng)新的品質(zhì)。

教師在上課時(shí)要巧妙地設(shè)計(jì)教案，把力學(xué)科學(xué)史、科學(xué)家傳記和科學(xué)新成就介紹給學(xué)生，使學(xué)生對(duì)力學(xué)產(chǎn)生濃厚的興趣。如牛頓是萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)者，他把地球上物體的力學(xué)和天體力學(xué)統(tǒng)一到一個(gè)基本的力學(xué)體系中，創(chuàng)立了經(jīng)典力學(xué)理論體系，正確地反映了宏觀物體低速運(yùn)動(dòng)的宏觀運(yùn)動(dòng)規(guī)律，實(shí)現(xiàn)了自然科學(xué)的第一次大統(tǒng)一。又如工程力學(xué)中關(guān)于梁的彎曲正應(yīng)力，最早由伽利略進(jìn)行開創(chuàng)性研究，得出橫截面上的正應(yīng)力均布的不正確結(jié)論，但這在四百多年前已經(jīng)非常了不起。后來庫侖將其糾正為線性的純拉應(yīng)力或純壓應(yīng)力。直到1705年，圣維南、柏努利得出梁的彎曲應(yīng)力的正確結(jié)論，正是我們今日所學(xué)的內(nèi)容。再如橋梁學(xué)專家茅以升建造大橋、哥白尼創(chuàng)立日心說、中國著名科學(xué)家錢學(xué)森、錢偉長、錢三強(qiáng)的故事等等。通過這些介紹，可縮短學(xué)生和力學(xué)的距離，激發(fā)他們學(xué)習(xí)力學(xué)的興趣。學(xué)生會(huì)情不自禁地想到：“我們今天沒有任何理由不掌握這些該掌握的知識(shí)，并且還應(yīng)該有所發(fā)現(xiàn)和建樹才對(duì)。”教師在介紹科學(xué)巨匠們總結(jié)的力學(xué)規(guī)律的同時(shí)，還要注意突出他們創(chuàng)新的自覺性與主動(dòng)性、勇敢性與挑戰(zhàn)性，由此進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)及創(chuàng)新的

激情。

三、努力激發(fā)和保護(hù)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維

學(xué)生的好奇心和對(duì)力學(xué)的興趣是非常有限和脆弱的，教師應(yīng)倍加珍惜和保護(hù)它，還應(yīng)充分、合理地運(yùn)用它。如果教師一味講解公式的推導(dǎo)和復(fù)雜的計(jì)算，只能把學(xué)生的興趣扼殺在搖籃之中。我們發(fā)現(xiàn)，如果一個(gè)問題比較容易回答，學(xué)生就會(huì)很樂意回答，而且注意力也會(huì)很快集中。其實(shí)老師也是一樣的，如果問題總是難以回答，或者經(jīng)常回答錯(cuò)誤，次數(shù)多了就會(huì)產(chǎn)生厭煩情緒。因此，教師在闡述一個(gè)問題時(shí)，可以先提出一些與之相關(guān)的學(xué)生容易回答的簡(jiǎn)單問題或展示一些工程實(shí)例，不斷地引導(dǎo)學(xué)生說出答案或引導(dǎo)學(xué)生思考，然后再逐步引出該理論或公式；將該理論或公式分析透徹后，再回到起點(diǎn)，理解其在工程實(shí)際中的應(yīng)用；最后再提一些深層次的、后續(xù)的問題供學(xué)生思索。同時(shí)，老師也要積極引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)自己去解決相關(guān)問題，不斷地表揚(yáng)和鼓勵(lì)學(xué)生，逐步地引導(dǎo)學(xué)生的思維，提升學(xué)生的興趣。譬如，在講解軸向拉伸和壓縮桿件強(qiáng)度條件之前，教師可以先提問學(xué)生：兩根長度相同、材料相同，截面均為圓形的桿件，直徑不同，一粗一細(xì)，如果兩端用同樣的力拉伸，當(dāng)外力逐步增加時(shí)，兩根桿的軸力分別等于多少？哪一根桿先斷？若兩根桿直徑和長度相同，一根為鋼桿，一根為木桿，當(dāng)外力逐步增加時(shí)，哪一根先斷？這些問題學(xué)生可以說很容易就能回答出來，教師再接著問：為什么兩根桿軸力相同，但是不一起斷呢？由此可以水到渠成地引出應(yīng)力的概念和軸向拉壓桿的強(qiáng)度條件。然后教師再引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合身邊的例子，思考這個(gè)強(qiáng)度條件有哪些用途，通過起重機(jī)的吊鉤、汽車離合器踏板和電視塔等工程實(shí)例引出其三個(gè)方面的應(yīng)用：強(qiáng)度校核、截面設(shè)計(jì)和許可載荷的設(shè)計(jì)。最后，教師再結(jié)合一個(gè)實(shí)際的例子，讓學(xué)生思考如何使我們的設(shè)計(jì)既安全又經(jīng)濟(jì)，而且在遇到不滿足強(qiáng)度條件的情況下該怎么辦等等。這樣使學(xué)生漸漸地感受到工程力學(xué)的魅力，并敢于去思考、探索，潛移默化地培養(yǎng)創(chuàng)造性思維能力。

四、注重課堂教學(xué)方法，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力

靈活運(yùn)用教學(xué)方法，更新教學(xué)觀念，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的關(guān)鍵。可以嘗試運(yùn)用以下幾種教學(xué)方法提高學(xué)生的接受能力和解決問題的能力，從而進(jìn)一步提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。

1.大量運(yùn)用類比法

學(xué)生往往對(duì)身邊的“微不足道”的小事很有興趣，如果將力學(xué)問題和身邊事做一類比，學(xué)生就會(huì)較容易記住并理解。比如教師在講授極限應(yīng)力、許用應(yīng)力及安全系數(shù)時(shí)，可以舉這樣一個(gè)例子：家里共有10000元錢，需添置一批大件，身為一家之長，你只能安排7000元用于開銷，其余3000元用于應(yīng)付家庭成員生病或意外等情況。那么，這里的10000元就相當(dāng)于極限花費(fèi)，7000元?jiǎng)t相當(dāng)于允許花費(fèi)，而3000元即為安全系數(shù)，安全系數(shù)越大，家庭成員就越有安全感。這樣一類比，學(xué)生就很容易明白了。再比如，在講解絕對(duì)變形和相對(duì)變形時(shí)，可運(yùn)用一個(gè)班的某科目合格人數(shù)和合格率的例子，合格人數(shù)不能反映一個(gè)班考試成績的高低，要消除班總?cè)藬?shù)的影響，只有用合格人數(shù)除以班總?cè)藬?shù)得到的合格率才能度量不同班級(jí)間的考試好差程度。這跟絕對(duì)變形只表示了桿件變形的大小，但不能表示桿件變形的程度一樣。為了消除桿件長度的影響，也是以絕對(duì)變形除以原長得到單位長度的變形量即相對(duì)變形，來度量桿件的變形程度。通過類比使學(xué)生更容易接受和理解概念了。

2.把一個(gè)復(fù)雜問題打碎

如果要騎自行車從德清乾元到杭州，大部分人會(huì)感到非常困難，也會(huì)知難而退。但如果教師把這個(gè)路程分解為乾元→武康→上柏→瓶窯→杭州北站→杭州武林門車站，杭州變得不那么遠(yuǎn)了。同樣，如果一個(gè)較難的問題一下子擺在學(xué)生面前，學(xué)生會(huì)摸不著頭腦，再加上有些學(xué)生前面的知識(shí)沒有掌握透徹，勢(shì)必會(huì)知難而退，興趣會(huì)降低。而如果我們象對(duì)待路程一樣，把一個(gè)復(fù)雜問題分解為若干個(gè)簡(jiǎn)單問題，讓學(xué)生一步一步回答，教學(xué)過程將會(huì)變得輕松得多。比如，在講授繪制靜定梁的彎矩圖時(shí)，教師可以將之分解為求梁的支座反力、彎矩的正負(fù)號(hào)規(guī)定、截面法、用簡(jiǎn)便方法求指定截面彎矩以及基本函數(shù)的圖像及繪制方法等，這些問題學(xué)生比較容易回答。等這些問題回答完了，教師再引出梁彎矩圖的概念及繪制方法，這樣比一股腦地講解彎矩圖的概念和繪制步驟更容易被學(xué)生接受。

3.恰當(dāng)?shù)厥褂酶鞣N教學(xué)手段

現(xiàn)在，多媒體教學(xué)很流行，但流行的就是最好的嗎？其實(shí)，對(duì)任何一門課程，適合的方法才是最好的。對(duì)于工程力學(xué)這門課程來說，教師可以使用多媒體課件，也可以使用投影儀，還可以使用適當(dāng)?shù)慕叹撸热鐗簵U、各種梁的模型等，甚至一張廢紙也可以用來演示應(yīng)力集中現(xiàn)象。平時(shí)教師還可以用數(shù)碼相機(jī)或者攝像機(jī)隨時(shí)捕捉身邊的工程實(shí)例。凡是能夠更好地闡述力學(xué)原理、促進(jìn)教學(xué)效果的手段和資料，均可以大膽使用。這樣的立體化課堂一定會(huì)使工程力學(xué)變得豐富多彩。但有一點(diǎn)要特別指出，教師千萬不要認(rèn)為多媒體是萬能的，黑板和粉筆的作用是不容抹殺的，它們?cè)谕茖?dǎo)公式和講評(píng)習(xí)題時(shí)特別有效。因此，教師應(yīng)把各種教學(xué)手段和教學(xué)資源有機(jī)地結(jié)合在一起，交替使用，合理安排，才能將一堂本很枯燥的工程力學(xué)課變得妙趣橫生，使學(xué)生易于接受。

總之，培養(yǎng)、提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)及創(chuàng)新能力，是教師、學(xué)生、學(xué)校以及社會(huì)應(yīng)該共同關(guān)心、共同關(guān)注的大事，需要各方的共同努力。在全社會(huì)呼喚創(chuàng)新教育的今天，教師首先必須改變傳統(tǒng)的教學(xué)方法。當(dāng)然，這要求教師具備豐富的工程經(jīng)驗(yàn)和生活閱歷以及扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)，要不斷學(xué)習(xí)，終身學(xué)習(xí)，不斷思考，與時(shí)俱進(jìn)，不斷研究學(xué)生，研究教材，研究教學(xué)方法，努力把自己培養(yǎng)成為專家型教師。只有這樣，教師才能在課堂上著重去進(jìn)行學(xué)生創(chuàng)造能力的培養(yǎng)，同時(shí)把理論知識(shí)和實(shí)際生活結(jié)合起來，把課講得引人入勝，進(jìn)行教學(xué)互動(dòng)，把創(chuàng)新教育推向一個(gè)更高的水平，使創(chuàng)新教育真正取得成效。

（作者單位：浙江省湖州市技師學(xué)院）