淺談工程力學課程如何培養學生的創新能力

摘 要：工程力學是一門重要的專業基礎學科，概念性、理論性、抽象性都比較強，學生學習難度較大。本文結合筆者多年的教學經驗，從四個方面闡述了如何在該門課程教學中培養學生的創新能力。

關鍵詞：工程力學課程 學習興趣 創新能力

工程力學是一門重要的專業基礎學科，概念性、理論性、抽象性都比較強。由于自身基礎較薄弱，學生對課程的基本知識難以理解，更不用說活學活用、進行創新了。如何才能在教學中激發學生靈感，培養學生的創新能力呢？

一、充分調動學生學習的積極性和主動性，激發學生的創新精神

創新精神的培養就是推崇創新、追求創新、以創新為榮的觀念和意識的培養。運用學科優勢，培養并激發學生的創新精神，是工程力學課程教學的首要任務。“教學”包含教與學的兩個方面， 學生是教學工作的主體，教師起主導作用，而創新能力的培養必須通過激發學生學習的積極性和主動性才能實現。因此，教師有責任調動、激發學生對課程的興趣和學習的自覺性。在課堂教學中，教師安排好教學程序，通過各個教學環節的啟發、誘導，讓學生從自己的學習實踐活動中獲取知識，培養創新能力。

教學中的一個重要環節是通過講好緒論課來調動學生學習的積極性和主動性。因為學生每接觸一門新課時，總是帶著新奇的心情和探究的愿望來上第一堂課。教師應該抓住學生的這種心理，引導他們主動了解課程，不失時機地激發他們對課程的興趣，樹立學好這門課的信心，引導他們發現問題，增強學習的積極性和主動性。教師要引導學生仔細觀察身邊的各種力學現象，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新意識。筆者向學生講述了這樣一個故事，某工廠技術員大膽創新改造，在僅有5噸載重量的起吊機的情況下，將主要受力的橫梁由作用于一點的集中力，改造成兩點分布力，進而成功起吊了8噸重的集裝箱。類似的例子還可以舉出很多。這樣的教學過程強調了實踐—理論—再實踐的認識規律以及創新思維和創新能力的培養， 使緒論課真正成為調動學生學習積極性和主動性，召喚學生主動培養創新意識、創新精神及創新能力的動員課。

二、開展力學科學發展史教育，誘發學生學習興趣，培養創新品質

創新品質是激勵人們創新的內在因素。力學中一些重要規律的發現過程，無不閃耀著科學家們非凡巧妙的創造思維的光芒。教師要引導學生回顧力學大師們的光輝思想歷程，領略什么是創新的品質。

教師在上課時要巧妙地設計教案，把力學科學史、科學家傳記和科學新成就介紹給學生，使學生對力學產生濃厚的興趣。如牛頓是萬有引力定律的發現者，他把地球上物體的力學和天體力學統一到一個基本的力學體系中，創立了經典力學理論體系，正確地反映了宏觀物體低速運動的宏觀運動規律，實現了自然科學的第一次大統一。又如工程力學中關于梁的彎曲正應力，最早由伽利略進行開創性研究，得出橫截面上的正應力均布的不正確結論，但這在四百多年前已經非常了不起。后來庫侖將其糾正為線性的純拉應力或純壓應力。直到1705年，圣維南、柏努利得出梁的彎曲應力的正確結論，正是我們今日所學的內容。再如橋梁學專家茅以升建造大橋、哥白尼創立日心說、中國著名科學家錢學森、錢偉長、錢三強的故事等等。通過這些介紹，可縮短學生和力學的距離，激發他們學習力學的興趣。學生會情不自禁地想到：“我們今天沒有任何理由不掌握這些該掌握的知識，并且還應該有所發現和建樹才對。”教師在介紹科學巨匠們總結的力學規律的同時，還要注意突出他們創新的自覺性與主動性、勇敢性與挑戰性，由此進一步激發學生學習及創新的

激情。

三、努力激發和保護學生的學習興趣，培養創造性思維

學生的好奇心和對力學的興趣是非常有限和脆弱的，教師應倍加珍惜和保護它，還應充分、合理地運用它。如果教師一味講解公式的推導和復雜的計算，只能把學生的興趣扼殺在搖籃之中。我們發現，如果一個問題比較容易回答，學生就會很樂意回答，而且注意力也會很快集中。其實老師也是一樣的，如果問題總是難以回答，或者經常回答錯誤，次數多了就會產生厭煩情緒。因此，教師在闡述一個問題時，可以先提出一些與之相關的學生容易回答的簡單問題或展示一些工程實例，不斷地引導學生說出答案或引導學生思考，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，理解其在工程實際中的應用；最后再提一些深層次的、后續的問題供學生思索。同時，老師也要積極引導學生學會自己去解決相關問題，不斷地表揚和鼓勵學生，逐步地引導學生的思維，提升學生的興趣。譬如，在講解軸向拉伸和壓縮桿件強度條件之前，教師可以先提問學生：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，如果兩端用同樣的力拉伸，當外力逐步增加時，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，當外力逐步增加時，哪一根先斷？這些問題學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力的概念和軸向拉壓桿的強度條件。然后教師再引導學生結合身邊的例子，思考這個強度條件有哪些用途，通過起重機的吊鉤、汽車離合器踏板和電視塔等工程實例引出其三個方面的應用：強度校核、截面設計和許可載荷的設計。最后，教師再結合一個實際的例子，讓學生思考如何使我們的設計既安全又經濟，而且在遇到不滿足強度條件的情況下該怎么辦等等。這樣使學生漸漸地感受到工程力學的魅力，并敢于去思考、探索，潛移默化地培養創造性思維能力。

四、注重課堂教學方法，提升學生的創新能力

靈活運用教學方法，更新教學觀念，是培養學生創新能力的關鍵。可以嘗試運用以下幾種教學方法提高學生的接受能力和解決問題的能力，從而進一步提升學生的創新能力。

1.大量運用類比法

學生往往對身邊的“微不足道”的小事很有興趣，如果將力學問題和身邊事做一類比，學生就會較容易記住并理解。比如教師在講授極限應力、許用應力及安全系數時，可以舉這樣一個例子：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元用于應付家庭成員生病或意外等情況。那么，這里的10000元就相當于極限花費，7000元則相當于允許花費，而3000元即為安全系數，安全系數越大，家庭成員就越有安全感。這樣一類比，學生就很容易明白了。再比如，在講解絕對變形和相對變形時，可運用一個班的某科目合格人數和合格率的例子，合格人數不能反映一個班考試成績的高低，要消除班總人數的影響，只有用合格人數除以班總人數得到的合格率才能度量不同班級間的考試好差程度。這跟絕對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，也是以絕對變形除以原長得到單位長度的變形量即相對變形，來度量桿件的變形程度。通過類比使學生更容易接受和理解概念了。

2.把一個復雜問題打碎

如果要騎自行車從德清乾元到杭州，大部分人會感到非常困難，也會知難而退。但如果教師把這個路程分解為乾元→武康→上柏→瓶窯→杭州北站→杭州武林門車站，杭州變得不那么遠了。同樣，如果一個較難的問題一下子擺在學生面前，學生會摸不著頭腦，再加上有些學生前面的知識沒有掌握透徹，勢必會知難而退，興趣會降低。而如果我們象對待路程一樣，把一個復雜問題分解為若干個簡單問題，讓學生一步一步回答，教學過程將會變得輕松得多。比如，在講授繪制靜定梁的彎矩圖時，教師可以將之分解為求梁的支座反力、彎矩的正負號規定、截面法、用簡便方法求指定截面彎矩以及基本函數的圖像及繪制方法等，這些問題學生比較容易回答。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生接受。

3.恰當地使用各種教學手段

現在，多媒體教學很流行，但流行的就是最好的嗎？其實，對任何一門課程，適合的方法才是最好的。對于工程力學這門課程來說，教師可以使用多媒體課件，也可以使用投影儀，還可以使用適當的教具，比如壓桿、各種梁的模型等，甚至一張廢紙也可以用來演示應力集中現象。平時教師還可以用數碼相機或者攝像機隨時捕捉身邊的工程實例。凡是能夠更好地闡述力學原理、促進教學效果的手段和資料，均可以大膽使用。這樣的立體化課堂一定會使工程力學變得豐富多彩。但有一點要特別指出，教師千萬不要認為多媒體是萬能的，黑板和粉筆的作用是不容抹殺的，它們在推導公式和講評習題時特別有效。因此，教師應把各種教學手段和教學資源有機地結合在一起，交替使用，合理安排，才能將一堂本很枯燥的工程力學課變得妙趣橫生，使學生易于接受。

總之，培養、提高學生的創新意識及創新能力，是教師、學生、學校以及社會應該共同關心、共同關注的大事，需要各方的共同努力。在全社會呼喚創新教育的今天，教師首先必須改變傳統的教學方法。當然，這要求教師具備豐富的工程經驗和生活閱歷以及扎實的專業知識，要不斷學習，終身學習，不斷思考，與時俱進，不斷研究學生，研究教材，研究教學方法，努力把自己培養成為專家型教師。只有這樣，教師才能在課堂上著重去進行學生創造能力的培養，同時把理論知識和實際生活結合起來，把課講得引人入勝，進行教學互動，把創新教育推向一個更高的水平，使創新教育真正取得成效。

（作者單位：浙江省湖州市技師學院）