上好“一堂課”，功夫下在課堂外

章向明等

【摘要】“上好一堂課”是每位教員的奮斗目標。本文從板書、學科的交叉融合、科研與創新、理論聯系實際等四個方面闡述了“教員要提高課堂教學效果，必須經過長期的修煉和積累”。通過具體的教學體驗和實例給出了“沒有課堂外的積累，就沒有課堂內的輝煌”的結論。

【關鍵詞】工程力學 課堂教學 素質教育 板書 創新 理論聯系實際 學科交叉

【中圖分類號】G645 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）01-0255-02

教學過程是由一個又一個“一堂課”連接起來的，教員應該把自己所上的每一堂課作為學科建設的一個組成部分去經營。“上好一堂課”是每位教員的奮斗目標。要上好一堂課首先取決于教員對待教學的態度，即“態度決定一切”。在教學上要舍得下功夫，陸游有句話叫“工夫在詩外”——意思是說詩寫得好不好在于詩以外的東西。講好一堂課不僅僅是靠 “精心準備”就可以完成的。這需要教員天長日久的修煉，經年累月的積累，不斷學習，不斷總結，不斷提高和充實自己。正如那句話：“臺上一分鐘，臺下十年功”。沒有課堂外的積累，就沒有課堂內的輝煌。

1.板書

板書作為一種直觀的教學手段，是教員表達教學內容的重要方式之一。板書字體優美、流暢使人賞心悅目。字跡工整的板書可使學員對課堂講授的內容產生深刻的印象，也能得到美的藝術享受。評價一堂課的好壞，板書的優劣是一個重要環節。如何才能寫好板書呢？從下面的兩個故事中可以看出某些道理。

第一個故事叫“入木三分”。據說，“山海關”三字在十里之外看過去，是 “山海門”，“關”字里面的“絲”字看不見。相傳，“山海關”三字是請大書法家王羲之寫的，誰知王羲之將“關”字寫了一半就去世了，他的兒子王獻之接著寫，由于王獻之的功力不夠，“關”字里面的“絲”字力道就差些，遠遠望去 “山海關”就變成“山海門”了。王羲之的字，筆力強勁，墨跡能透入木板深處，雖在很遠的地方也清晰可見。據說王羲之每天手腕懸空，掌心藏一雞蛋，練習寫字，天長日久，腕部肌肉越來越有力，以至于有人從背后突然奪其毛筆，也不能奪下，其握筆的力度和筆墨的滲透力可想而知。

第二個故事叫“百步穿楊”。一天，漢朝大將軍李廣，在校場上表演射箭，站在百步開外的地方，射楊樹的葉子，能百發百中。李廣每射一箭，校場上都是掌聲雷動，大家都為李廣的箭法叫好！這時，校場邊走來一位賣油翁，看后，冷冷地說“熟而已”。一位士兵聽到后忍不住問“難道您還能射得更準些？”，只見那賣油翁也不說話，取出一油壺，放在地上，再在壺口上放一枚銅錢，銅錢的正中有一小孔。賣油翁拿舀子舀了一勺油向油壺倒去，只見那油，盡成一條細線，不偏不倚從銅錢的孔中穿過， 其準度比李廣射箭，有過之而無不及。

這兩個故事，告訴我們，要寫好板書，沒有捷徑可走，只能勤學苦練，天長日久，必然“熟能生巧”，寫出的字必然剛勁有力，“熟而已”啊。

2.學科的交叉融合

素質教育是一種新的教育思想、教育理念，而不是一門具體的課程，它通過教學的各個環節來體現。完成培養目標的多門課程是一個有機的整體。工程力學課只是課程鏈條上的一環，是基礎課與專業課之間承上啟下的橋梁。工程力學教學不是孤立的，與基礎課及專業課有密不可分的關系。任課教員必須熟悉相關課程的內容，在教學中，注意與相關課程內容的配合，加強對先修課程內容的復習和運用，如英語、數學等課程的知識看似與工程力學無關，其實相關。

英語是高素質人才的必備條件，英語不斷線是現代大學教育理念的要求。在課堂教學中，教員在傳授學員專業知識的同時，適時穿插外語表述，既活躍了氣氛，增強學員的學習興趣，又擴大了知識面，提高學員的外語水平，增強課堂的教學效果。例如，在講授“拉伸和壓縮時材料的力學性能”時，向學員說明有的書上是“拉伸和壓縮時材料的機械性能”。“力學性能”與“機械性能”似乎風馬牛不相及，如何解釋呢？起先，我想是不是“mechanical property”翻譯引起的？因為“mechanical”這個詞既是“力學的”，又是“機械的”。為了弄清其中原因，我查到一篇關于力學起源的論文介紹：在古希臘只有一門研究杠桿等簡單機械受力的學科，那時還沒有力學與機械學的區分，力學與機械學屬于同一門學科，只是到了17世紀末，力學才變成一門全新的“自然科學”。因此，“mechanics”既是力學，也是機械學； “mechanical”既是“力學的”，也是“機械的”。從力的定義也可看出一些端倪，“力，物體間相互的機械作用”。“mechanical property”；既可譯成“力學性能”，也可譯成“機械性能”。我認為譯成“力學性能”更準確些。

一個人的數學素質越高，思維方式的靈活性、豐富性越明顯。如果說數學是創新之源，那么力學就是工科學員創新的根本。用數學原理深入闡述力學的原理和方法，可深化力學問題的本質，利用數學方法的嚴密性可使力學原理的證明更加令人信服。工程力學教員在教學過程中應通過新的數學方法和嚴謹的邏輯演繹吸引學員，以演繹過程中邏輯的嚴密性激發學員的學習熱情。在傳授知識的同時，潛移默化地傳授邏輯思維方法，提高學員的思維能力。

例如下面的例子。把圓形木料鋸成矩形截面的梁，根據寬窄不同，有多種不同的鋸法，高與寬之比等于多少最合理呢？北宋李誡的營造法式認為：當梁的高與寬之比為3：2時， 梁具有最大的承載能力，鋸法最合理。我國的廟宇、亭臺、樓閣中的木梁的高與寬之比一般是3：2。

根據《工程力學》中梁彎曲正應力計算公式為σmax=M/Wz；顯然，Wz越大，應力σ就越小，Wz最大時，梁承受力的能力就最強。為使梁具有最大承載能力，應使Wz取最大值。矩形截面的抗彎截面模量為Wz=bh2/6。當鋸法不同時，b和h是變量，Wz是b和h的函數。圓木直徑d是一個不變的值，因此有b2+h2=d2；為使Wz最大，必須在滿足b2+h2= d2的條件下，求函數Wz=bh2/6的極值。這是一個高等數學中的條件極值問題。

根據高等數學中條件極值的拉格朗日乘子法，構造新的函數φ=ph2/6+γ（b2+h2-d2）；條件極值由下式求得φ/b=h2/6+2bλ=0；φ/h=bh/3+2hλ=0；消去乘子λ解得h=b=1.414，即 h：b=1.414是梁的高與寬的最佳比值。宋代營造法規定h：b=3：2=1.5接近最佳比值。

通過這個例子詳細介紹了高等數學條件極值的求解方法和步驟及在工程實際問題中的應用。把工程力學與其他課程結合起來講，不僅可提高學員學習工程力學的興趣，同時也提高了學員學習其他課程的興趣，更重要的是增強了學員對所學知識的融會貫通和運用，這樣才能把知識轉化為能力。教員要先培養自己為全面的人，才能培養全面發展的學員。教員既要對本門課程的知識有詳細的了解和一定的研究，還要熟悉相關學科知識，而且是多多益善。

3.創新與科研

創新是民族的靈魂，培養創新能力是時代對教育提出的迫切要求。也是工程力學課程面臨的緊迫任務。教員是否具有創新意識，直接影響學員創新能力的培養。教員對學員起著耳濡目染和言傳身教的作用，是引導學員進入科學殿堂和激勵學員攀登科學高峰的領路人。教員不但要有淵博的知識、高超的教學藝術，更要有崇尚科學、弘揚科學、進行科學創新的精神。教學是一門藝術，教員不僅要投入，而且要鉆研創新。

學員并不歡迎對教材的機械背誦或拉洋片式的講演，他們希望聽到教員的真知灼見。教員只有親身從事科研才會在教學中自然地流露自己的研究心得，才能激勵學員潛心鉆研、開拓創新，講起課來才有信手拈來的感覺。教員從事科研工作是充實、更新教學內容的源泉，是提高教學質量的基礎。只有肯花時間投入，才有知識的積累；只有不斷的積累，才可能有創新。

4.理論聯系實際

工程力學是工科學員最早接觸的一門技術基礎課。大多數學員缺乏基本的工程背景知識，在學習過程中，常常感到工程力學概念抽象、理解困難。面對實際問題往往束手無策。如果使學員陷于純理論學習，就會感到枯燥無味，逐漸失去學習興趣。在工程力學的教學中，應注意理論聯系實際，培養學員工程意識。理論聯系實際，學以致用， 不但能培養學員的創新能力和工程意識，還能激發學員學習積極性。自然就提高了教學質量。水泥預制板的制作就體現一定的力學原理。預制板制作分3步進行：第1步，張拉；第2步，澆注；第3步，放張。所謂張拉，就是用卷揚機將鋼筋拉直后，保持一定的拉力，再固定在場地兩端的支架上。所謂澆注，是將攪拌好的混凝土倒入模子中，震蕩、搗實。在水泥澆鑄過程中，鋼筋一直處于“張拉”狀態。所謂放張，是水泥完全固化后，剪斷鋼筋。“張拉”表面上看只是將鋼筋拉直，實際上，還有兩層深刻的力學含義：1）提高鋼筋的質量等級。“張拉”時使鋼筋應力超過屈服極限，產生“冷作硬化”作用，提高鋼筋的彈性承載能力。但是，過分張拉會使鋼筋變細，損害其強度。產生預應力效果。放張時，鋼筋在彈性力作用下收縮，使預制板空載時靠近底層處于壓應力狀態。

為什么預制板要配置鋼筋，而且要配置在靠近下表面處？為什么預制板不能翻過來放置呢？這是因為預制板在碼放時或在房屋結構中，基本上處于簡支狀態。其橫截面上的應力沿梁的高度線性分布。靠近上邊緣受壓、靠近下邊緣受拉。混凝土屬于脆性材料，抗拉能力差，抗壓能力強，鋼筋必須配置在受拉一側，即配置在預制板的下邊緣處，降低混凝土的拉應力。如果將預制板翻過來放置，就很容易踩斷。

預制板為什么要有孔洞呢？根據梁的彎曲正應力分布可知，梁在中性層附近正應力很小，如果中性層附近與上、下邊緣處用一樣多的材料就會浪費，去掉中性層附近的材料，既節約材料，又減輕重量，產生類似工字形截面的效果，是梁的合理截面形式。水泥澆注前，在模子中，插入圓柱筒，水泥澆注后，及時旋轉圓柱筒，用卷揚機拔出圓筒即形成孔洞。

通過對常見力學現象的分析，可以提高學員的感性認識，激發學習興趣，調動學習積極性，有助于學員全面掌握分析、解決問題的一般過程，使學員學會透過現象看本質，培養學員分析、解決問題的能力，同時促進學員積極思維、嘗試創新、學以致用。為此，教員平時應注意觀察、積累和琢磨，才能生動形象、有說服力地把生活實例引入到課堂教學中來。

5.結論

教育不是一項立竿見影的工作，對人的影響往往是“無形的”。教員要注重自身能力的不斷發展和自身科學素養的培養，不斷更新、提高自己的知識結構，建立起具有自己個性的教學特色，獨特的教學藝術，依靠個人的人格魅力、淵博的學科知識、優秀的為人品質、有效的組織能力，贏得學員的歡迎。教員真正備好“一堂課”是需要用一生的時間。如果你想成為一名優秀的教員，請記住：工夫下在課堂外。

參考文獻：

[1]胡振綱，侯秀梅，侯曉強. 《力學》教學中的邏輯嚴密性[J].華北水利水電學院學報，2012，28（2）：178-180

[2]蔡路軍，磨季云，韓芳.材料力學部分內容雙語教學的探討 [J].新課程研究，2012，（4）：52-53

[3]李為虎. 一種工科理論力學教學模式的構想與實施.力學與實踐，2010，32（3）：126-127

[4]喬淑玲. 深化力學教學改革 提高課堂教學質量[J].山西建筑，2010，36（23）：221-222

[5]葉志明. 略談一名基礎力學課程教師的基本功[J].力學與實踐，2005，27（3）：75-76

[6]陸明萬，李俊峰，張雄，任革學，高云峰. 熱愛教育事業，教學科研相長[J].力學與實踐，2005，27（3）：76-78

[7]劉漢義.工程力學教學中如何調動學生的學習興趣[J].鷺江職業大學學報，2002，10（4）：47-50

[8]張東曉，李萍. 力學教學中的人文素質教育探微[J].黃河水利職業技術學院學報，2010，22（3）：82-84

[9]章向明.彎矩圖中彎矩極值的確定[A]. 第14屆全國結構工程學術會議論文集[C]，2005：508-511.

[10]王延鳳. 一些力學名詞的來歷[J]. 物理與工程，2004，14（2）：50-52

作者簡介：

章向明，安徽廬江人，男，漢族，1963年4月生，教授，博導，工學博士，海軍工程大學理學院力學系副主任，主要從事有限元分析與計算，復合材料結構力學。