淺談如何突破工程力學(xué)實驗教學(xué)瓶頸

楊月華　徐宗剛

【摘要】本文分析了當(dāng)前高職院校工程力學(xué)課程內(nèi)容設(shè)置存在的主要問題與不足之處，并在此基礎(chǔ)上提出了實驗課程教學(xué)改革建議和對策。編寫新的教學(xué)大綱和教材內(nèi)容，并在本校選取了部分專業(yè)開展工程力學(xué)實驗教學(xué)試點工作，收到了一定的成效，為開展工程力學(xué)教學(xué)改革奠定了堅實基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】高職院校 工程力學(xué) 實驗教學(xué)改革

【中圖分類號】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）09-0231-02

工程力學(xué)是高職院校理工科專業(yè)核心課程之一，是專業(yè)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)課程，具有承上啟下的知識貫通作用，在教學(xué)中實驗教學(xué)是一種行之有效的教學(xué)方法。通過實驗，學(xué)生可以驗證課本內(nèi)容，加深知識掌握，在提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和自信心方面有著不可替代的作用。然而，傳統(tǒng)實驗教學(xué)主要采用“教師主動演示，學(xué)生被動接受”，模式單一、內(nèi)容乏味，學(xué)習(xí)效果較差。因此，怎樣全面推進(jìn)工程力學(xué)課程改革，如何突破實驗教學(xué)瓶頸，是當(dāng)前高職院校普遍關(guān)注的問題。

1.高職院校工程力學(xué)課程的具體分析

1.1課程內(nèi)容的抽象性

工程力學(xué)課程內(nèi)容相對復(fù)雜、公式眾多、對邏輯推理能力要求較高，要求學(xué)生具有良好的力學(xué)模型建模能力。工程力學(xué)課程知識內(nèi)容比較抽象，要求學(xué)生發(fā)揮邏輯性思維，對各種復(fù)雜公式進(jìn)行推演，如果高中物理基礎(chǔ)不好，則學(xué)習(xí)過程中會遇到很大的困難，如果學(xué)生掌握了比較扎實的高中物理基礎(chǔ)知識，則對工程力學(xué)中的一些原理和公式具有更好的理解能力，能夠提高學(xué)習(xí)效果。

1.2課程地位的邊緣性

對高職院校理工科專業(yè)學(xué)生來說，工程力學(xué)具有十分重要的學(xué)習(xí)意義，它是理工科專業(yè)基礎(chǔ)核心課程，直接決定學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識的水平和能力，同時為后期運用工程理論解決實際問題奠定堅實基礎(chǔ)。近幾年，有些高職院校淡化了工程力學(xué)教與學(xué)的重要性，在教學(xué)安排方面，由原來的一學(xué)年變?yōu)橐粚W(xué)期，周課時逐漸由6節(jié)減為2節(jié)，還有的高職院校將工程力學(xué)課程兼并到其他課程中，或者直接設(shè)為選修課程，嚴(yán)重影響了該課程的學(xué)習(xí)效果，導(dǎo)致學(xué)生在專業(yè)學(xué)習(xí)中出現(xiàn)理論基礎(chǔ)差、分析問題解決問題能力低等現(xiàn)象。

1.3課程教學(xué)的實驗性

工程力學(xué)是一門抽象化、理論化的專業(yè)基礎(chǔ)課程，內(nèi)容相對復(fù)雜且難以理解，單憑講解很難達(dá)到理想效果。因此，在教學(xué)中如果將抽象的力學(xué)原理通過實驗教學(xué)演示出來，將會大大提高學(xué)習(xí)效果，并增強同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣。在工程力學(xué)學(xué)習(xí)過程中，實驗教學(xué)環(huán)節(jié)具有十分重要的地位。當(dāng)前，由于某些高職院校開始大幅壓縮理論課程，實驗課程又沒有相應(yīng)的增加，且實驗教學(xué)條件滯后， 導(dǎo)致許多高職院校在開展工程力學(xué)實驗教學(xué)過程中遇到諸多困難。因此，工程力學(xué)教學(xué)必須改善實驗教學(xué)條件，為實驗教學(xué)提供一個堅實的平臺。

1.4課程內(nèi)容的實用性

工程力學(xué)課程不但是理工科專業(yè)學(xué)習(xí)的重要基礎(chǔ)，也是開展工程實踐的強大理論指導(dǎo)，還是高職院校相關(guān)專業(yè)技能競賽項目中的重要理論支撐，如機械設(shè)計與加工、機電一體化等專業(yè)技能大賽項目都包含工程力學(xué)知識。通過實驗教學(xué)，可以讓學(xué)生充分模擬“工作崗位”、“競技戰(zhàn)場”，為后續(xù)工作打下堅實基礎(chǔ)。

2.對工程力學(xué)課教學(xué)模式的改革探索

2.1項目教學(xué)背景下實驗項目的規(guī)劃設(shè)計

高職院校項目化教學(xué)模式的改革，給工程力學(xué)課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方法實驗條件及教學(xué)環(huán)境提出了更高的要求。按照課程的能力目標(biāo)及項目化教學(xué)要求，我們將傳統(tǒng)的教材內(nèi)容、課程結(jié)構(gòu)和知識點進(jìn)行了重新整合，將工程力學(xué)課程劃分為剛體靜力學(xué)、材料力學(xué)和工程動力學(xué)三大模塊，在教學(xué)過程中，對每個模塊設(shè)計一個或幾個項目，并結(jié)合力學(xué)知識點設(shè)計相應(yīng)的實驗，通過實驗，將不同模塊對應(yīng)的知識體系有機聯(lián)系起來，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會知識遷移和轉(zhuǎn)接，學(xué)會融會貫通。本課程我們設(shè)計如下實驗：

例如，在學(xué)習(xí)材料力學(xué)知識時，我們設(shè)計的鑄鐵扭轉(zhuǎn)破壞試驗，引導(dǎo)學(xué)生將工程學(xué)習(xí)過程簡化為以下過程：“桿件內(nèi)力分析→應(yīng)力分析→應(yīng)力狀態(tài)分析→變形分析→失效分析與靜力計算”，將原本繁瑣的知識點有機貫穿起來，更加直觀清晰。將各種工程形變的共性總結(jié)在一起集中分析，可以簡化分析過程，減少同種邏輯推理講解的次數(shù)，有效提高了教學(xué)效果。通過這種處理，可以提高學(xué)生對知識點的融會貫通能力，做到突出重點，主次分明，切實提高學(xué)生對知識點的理解能力和實踐運用水平。

2.2實驗教學(xué)效果提高的必備條件

工程力學(xué)實驗教學(xué)質(zhì)量提高的前提，是建設(shè)力學(xué)實驗室，并配置必需的力學(xué)實驗設(shè)備，如購置XWW-20A萬能測試機、材料試驗機、數(shù)顯壓力試驗機、懸臂梁抗沖擊強度測試儀等實驗儀器，以滿足工程力學(xué)基本實驗教學(xué)的需要；在此基礎(chǔ)上，建設(shè)工程力學(xué)仿真實驗室，通過做實驗或仿真實驗，讓學(xué)生感覺抽象的力學(xué)理論不再難以理解，能有效提高教學(xué)效果。目前，工程力學(xué)實驗教學(xué)主要使用以下幾種仿真實驗軟件：CAE、ANSYS、ABAQUS等。仿真實驗?zāi)軐⒊橄蟮牧W(xué)知識形象化、數(shù)據(jù)化，幫助學(xué)生進(jìn)行歸納總結(jié)，達(dá)到透徹理解的目的。

充分利用多媒體現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)，提高工程力學(xué)直觀教學(xué)效果。多媒體技術(shù)在教學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛普及和應(yīng)用，它融合了通信、互聯(lián)網(wǎng)、視頻以及傳播等多種技術(shù)，具有強大的呈現(xiàn)功能，能夠?qū)鹘y(tǒng)板書不能直觀呈現(xiàn)的知識聯(lián)系和規(guī)律直觀的展現(xiàn)在學(xué)生面前。通過多媒體教學(xué)手段，可以將工程力學(xué)中一些復(fù)雜的知識點和結(jié)構(gòu)圖清晰的展現(xiàn)在學(xué)生面前，幫助學(xué)生更好的掌握相關(guān)知識。通過事先制作多媒體課件，可以節(jié)省教師的板書時間，提高教學(xué)效率。利用各種豐富有趣的插圖和視頻，可以豐富教學(xué)內(nèi)容，增加工程力學(xué)教學(xué)的吸引力，不斷提高課堂教學(xué)的趣味性、生動性和活潑性。

2.3以學(xué)生為主體實驗教學(xué)過程的實施

現(xiàn)以低碳鋼/鑄鐵的扭轉(zhuǎn)破壞實驗為例，展示實驗教學(xué)過程的實施。

3.實驗教學(xué)改革的收效

3.1提高了課程的教學(xué)質(zhì)量

工程力學(xué)實驗教學(xué)改革的不斷推進(jìn)，突破了多年來該課程在實驗教學(xué)過程中存在的瓶頸。在學(xué)生方面，通過力學(xué)實驗或仿真實驗，強化了實踐能力和分析歸納能力，提升了團結(jié)協(xié)作意識，培養(yǎng)了抽象思維能力和研究創(chuàng)新能力，讓學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)有一種成就感和期待感；在師資方面，教師不斷更新教學(xué)理念，充分利用實驗條件創(chuàng)新項目化教學(xué)模式，結(jié)合現(xiàn)代多媒體技術(shù)將抽象的力學(xué)問題變得直觀化、形象化、生動化、趣味化，提高了教與學(xué)的互動性，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，大大提高了教學(xué)質(zhì)量。

3.2為專業(yè)技能大賽提供更好的理論支撐

工程力學(xué)實驗教學(xué)改革的成功實施，從根本上解決了專業(yè)課學(xué)習(xí)中存在的基礎(chǔ)知識薄弱環(huán)節(jié)，不但激發(fā)了學(xué)生創(chuàng)新科研熱情，還大大提高了學(xué)生分析問題的能力和抽象思維能力，為備戰(zhàn)專業(yè)技能大賽作好了鋪墊。在2013年全國大學(xué)生專業(yè)技能大賽高職組“注塑模具CAD/CAE與主要零件加工”和“自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試項目”競賽中，我院參賽選手團結(jié)合作、大膽創(chuàng)新，認(rèn)真分析比賽項目中工件的力學(xué)性能，運用專業(yè)知識并結(jié)合力學(xué)原理設(shè)計出科學(xué)合理的項目實施方案，以嫻熟扎實的專業(yè)技能，取得了省賽一等獎、國賽二等獎的好成績。

要有效提高工程力學(xué)這門課的教學(xué)效果，重點是要提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，實驗教學(xué)的改革能有效降低該課程的學(xué)習(xí)難度，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因此，教師在教學(xué)活動中，要結(jié)合實際精心設(shè)計實驗項目，充分利用實驗條件及多媒體信息技術(shù)，不斷創(chuàng)新教學(xué)方法和手段，引導(dǎo)學(xué)生積極探索工程力學(xué)內(nèi)在規(guī)律，為理工科專業(yè)的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。

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作者簡介：

楊月華，女，煙臺工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授。研究方向：工程力學(xué)及高職教育教學(xué)模式改革。

徐宗剛，男，煙臺工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師。研究方向：機械設(shè)計及理論。