應用型本科院校基礎力學教學改革的實踐探索

李書進+王曉軍+厲見芬

摘要：基礎力學是土木工程、交通土建、機械制造等工科的專業基礎課。文章依據應用型人才的培養目標定位，提出讓學生“在探索的過程中學習、在自主的條件下實驗、在工程的背景下實踐”的基礎力學教學新理念，從探究式教學的運用、分層次力學實驗體系的構建、開放式工程訓練情境的營造等方面對基礎力學教學進行全方位的改革和實踐。

關鍵詞：應用型本科院校；基礎力學；教學改革

中圖分類號：G642.0文獻標識碼：A文章編號：1002-4107（2014）07-0013-02

在高等教育大眾化的大背景下，應用型本科院校擔負著為我國經濟社會發展培養高素質應用型人才的重任。一般認為，應用型人才是指具備一定理論基礎知識，具有較高的綜合素質和較強的實踐能力，在工業和工程一線崗位從事解決實際問題并維持正常生產的高等技術型人才[1]。對于應用型人才的培養，要以實踐能力培養的系統性代替知識培養的系統性[2]，解決封閉的課堂教學與開放的人才成長工程環境相矛盾的問題，探索適合應用型人才成長的教學模式。

目前，國內很多高校在基礎力學的課程體系、教學方法[3-4]和結合工程實際[5-6]等方面都做了有益的嘗試。常州工學院是一所定位于“面向基層、服務地方和培養高素質的具有創新精神和實踐能力的應用型本科人才”的本科高校，學校基礎力學教學團隊針對應用型人才培養的特點，對基礎力學的教學進行了卓有成效的改革實踐。精講基本概念和基本方法，突出力學原理的工程應用，提出讓學生“在探索的過程中學習、在自主的條件下實驗、在工程的背景下實踐”的教學新理念，在應用型人才的力學知識與能力系統的塑造培養方面取得了良好的效果。

一、基礎力學在應用型人才培養中的定位與問題

在應用型院校中，理論力學、材料力學、結構力學等基礎力學課程是土木工程、交通土建、機械設計制造等工科專業的專業基礎課，是聯系基礎課和專業課的橋梁和紐帶，在專業培養計劃中占有十分重要的地位。學生對力學知識體系和基本概念的理解和掌握程度，直接關系到后續專業課程的學習以及就業后解決工程實際問題能力的養成。與應用型人才培養目標相適應，本科基礎力學教學應定位于“培養運用力學基本原理處理工程問題的分析與計算能力”。

目前，傳統的基礎力學教學尚有一些與應用型人才培養不相適應的問題。如課堂教學中采用以傳授知識為目的的“填鴨式”教學模式，扼殺了學生學習的主觀能動性和創造性；力學分析局限于簡化后的計算簡圖，只考慮力學模型而忽視構件（結構）原形；力學實驗采取“課堂講授公式，實驗驗證理論”的固有模式，實驗項目局限于驗證性實驗，學生按固定的步驟機械地完成實驗；重理論而輕實踐，工程實踐教學缺位，力學課程與后續專業課程脫節，學生不能學以致用。這些問題的存在很容易導致學生對力學的學習失去興趣，難以達到理想的教學效果。

二、運用探究式教學，在探索的過程中學習

針對基礎力學課程的特點和學生的接受能力，運用探究式教學方法。探究式教學以學生為主體，教師為主導，在教師的啟發下，學生在已有知識和經驗的基礎上按照自己的思維方式去認知新事物，通過主動學習原始材料探索有規律性的知識。教師在教學過程中著重引導學生總結規律、提煉結論，學生體驗到發現新知識的興奮感和完成任務的成就感，就會潛移默化地提高學習力學的自信心和積極性。

比如，在理論力學關于“點的速度合成定理”的教學，可利用PPT展示工地上塔吊的工作視頻，向學生提出問題：“如何求滑車相對于地面的速度？”進一步引出“絕對速度”、“相對速度”及“牽連速度”等力學概念，通過討論與啟發形成解決問題的方法，并提煉形成結論性的知識點——絕對速度等于相對速度和牽連速度矢量之和，最后通過列舉工程案例將新知識應用于實踐。在探究式教學過程中，可讓學生完整地體驗到用力學原理解決工程問題的思路和方法，鍛煉了分析問題和解決問題的能力。

再如，在材料力學關于基本變形的教學中，當學生學會從幾何、物理和靜力學三個方面入手推導“單軸拉伸（壓縮）”正應力公式后，學生頭腦中已經形成一定的思維模式和認知規律，此后的“圓軸扭轉”、“梁的彎曲”等基本變形下的強度和剛度計算公式，推導思路基本相同，教師在教學過程中可只起引導作用，不再面面俱到地詳細講解，把探究問題的過程真正還給學生，使學生在開放與自主性的教學活動中主動參與新知識構建的全過程。

基礎力學的各門力學課程構成了一個嚴密的知識體系，課堂教學中要適時地引導學生從知識體系的角度探究規律，不斷加深、豐富對力學基本概念的理解。如關于桿件受力分析的截面法，材料力學中矩形截面梁的正應力關于中性軸對稱，結構力學中的平行弦桁架的上、下弦桿的內力也是對稱的，可認為桁架是由梁衍化而來的結構形式，在對比分析各種工程結構形式的受力特點及技術經濟優勢中，讓學生加深對力學基礎概念的理解，培養綜合分析能力。

探究式教學教師由單向知識傳授轉變為基于解決問題的互動式教學，學生由被動繼承知識為主的學習轉變為對未知事物的主動求索，從“知識本位”上升到“能力本位”，從“發現問題”遞進為“應用理論”。

三、構建分層次力學實驗體系，在自主的條件下實驗

力學實驗是工程設計和科學研究的重要手段，也是培養分析問題、解決問題和獨立工作能力的重要環節。力學實驗體系的改革也應突出學生的主體地位，充分調動學生的主觀能動性。根據學生認知能力和興趣差異，構建由基礎性實驗、綜合性實驗和創新性實驗構成的分層次實驗體系，從不同層面培養學生的動手能力和創新能力，將實驗內容從基礎性課內實驗向綜合性課外實驗延伸，實驗性質也由驗證性向綜合性和探索性轉變。

基礎性實驗由演示實驗和基礎實驗組成。演示實驗用于課堂教學中引出問題和驗證理論。通過視頻、動畫、圖片引導學生從感性認識逐漸上升到理性認識，啟發學生從中提出問題或發現問題，應用所學知識解釋力學現象并進行力學分析。基礎實驗是將理論教學中的基本概念和方法直接用于實驗分析中，熟悉和掌握重要知識點，培養熟練操作實驗設備、獨立完成實驗的能力。

綜合性實驗綜合應用一門課程的多個知識點或多門課程的相關知識點，體現所學內容的交叉與融合。這類實驗注重綜合性和自主性（自選題目、自選實驗方案），以提高學生綜合應用所學知識解決實際問題的能力。

創新性實驗配合后續專業課程的學習，就專業相關實際工程中的力學問題提出力學模型、分析方法和實驗方案。或從任課教師的科研項目中提煉與力學計算相關、難度適中的實驗內容，指導學生申報大學生創新訓練項目，歷經調研、立項、實施、結題等科研活動過程，使學生經受系統的科研訓練。

四、營造開放性工程訓練情境，在工程的背景下實踐

（一）力學教學著眼于解決工程問題

實踐教學是對學生進行基本技能訓練、培養學生創新能力的重要手段，也是基礎力學教學的重要環節。對于應用型本科的基礎力學教學，要在專業培養計劃中強化工程的觀點，優化整合基礎力學與后續專業課程的教學內容，將解決工程問題的能力作為檢驗教學效果的根本依據。

（二）提供各種訓練途徑培養學生的實踐能力

在基礎力學課堂教學之外開辟第二課堂，營造開放性的工程訓練情境，結合力學競賽、橫向課題、社團活動等課外實踐途徑，讓學生在真實工程的背景下體會力學建模、力學分析和計算過程，在實踐過程中加深對力學知識的理解，提高對力學知識的綜合應用能力。

相比常規教學方式，力學競賽具有趣味性、激勵性和交流性，切合學生思維活躍、參與欲強的特點。結合定期舉辦的省級、國家級大學生力學（實驗）競賽，組織學習能力強的學生報名參賽，并給予系統的輔導和培訓。對于獲得比賽名次的學生，所在學期的基礎力學課程可予免考，直接給予良好以上的課程成績，激勵學生投入更多的精力來學習力學。

依托學校工程教育中心和校外實踐教學基地，讓學有余力的學生參與橫向課題項目，特別是與力學原理相關性強的內容（如現場檢測玻璃幕墻拉結螺栓錨固強度、檢測鋼筋混凝土屋架強度、檢測行車混凝土梁撓度等），讓學生參與完成其中的力學分析、工程結構位移測試、材料及構件力學性能檢測等工作任務。讓學生在真實工程背景中意識到力學的實用價值，可起到事半功倍的教學效果。

組織學生成立“力學社”、“機械創新社”、“工程檢測小組”等科技社團，開展經常性的工程實踐活動，以“項目實現”作為工程實踐的組織原則，發揮社團骨干成員的核心作用，以點帶面地發動更多的學生參與工程實踐，既鍛煉了學生用力學原理解決工程問題的能力，又培養了溝通協作能力和團隊合作精神。

應用型本科基礎力學的教學應秉承“從工程實踐來，再回到工程實際中去”的理念，改革基礎力學“課堂傳授知識、實驗驗證理論”的傳統教學模式，營造工程情境，讓學生“在探索的過程中學習、在自主的條件下實驗、在工程的背景下實踐”，激發學生學習的主觀能動性，為培養高質量的應用型人才奠定基礎。

參考文獻：

[1]吳曉義，唐曉明.應用型本科高校的發展定位、指導思想與校本特色[J].高教探索，2008，(4).

[2]呂建國，孫兆奇，曹卓良等.面向應用型人才培養的力學課程教學改革與探索[J].合肥師范學院學報，2012，(5).

[3]馬景槐，朱福先.應用型本科院校工程力學課程教改與實踐[J].江蘇技術師范學院學報，2012，(4).

[4]黨玲博，吳雁平.高校工程類專業基礎力學課程教學改革探索[J].高等建筑教育，2013，(3).

[5]韓省亮，張陵，伍曉紅.基礎力學課程教學中的工程教育[J].中國大學教學，2011，(2).

[6]鄧宗白，陳建平，范欽珊.在基礎力學教學中強化工程能力和創新能力的培養[J].中國大學教學，2011，(11).

收稿日期：2013-11-24

作者簡介：李書進（1975—），男，山東鄒城人，常州工學院土建學院副教授，主要從事土木工程和高性能土木工程材料研究。

基金項目：江蘇省高等教育教改研究課題“校企共建開放式工程實踐教育中心的研究與實踐”（2013JSJG048）