大學力學基礎課程教學中學生能力培養的研究與實踐

馬英忱 韓保紅 張淑琴 倪新華 程兆剛

［摘要］ 大學力學基礎課程教學中學生能力的培養可以采取由學生觀察研究證明定理、引入工程實例等方法，改革理論教學，培養學生的思維能力和工程能力；在實驗教學中通過加強貼片練習、設計試件等培養學生動手能力和創新能力；通過參加競賽等課外活動提高學生綜合應用能力。

［關鍵詞］力學基礎課程教學改革能力培養

［中圖分類號］G642.0［文獻標識碼］A［文章編號］2095-3437（2014）13-0126-02

培養學生能力是大學教育的核心任務之一，各門課程在能力培養中都有著各自的任務。基礎力學課程作為很多工程專業的技術基礎或專業基礎課程，要根據自身既有嚴謹的理論體系又與工程有密切聯系的特點，在學生能力的培養上發揮自己的作用。多年來我們在教學中對培養學生能力做了一些探討。

一、改革理論教學，培養學生的思維能力和工程能力

科學思維能力是學生的基本能力，是其他能力培養的基礎。而力學課程注重對基本理論和基本方法的學習，講究研究方法和思維方法，因而恰好能結合教學內容培養學生思維能力。在基本理論教學中我們鼓勵啟發學生分析物體常見運動的規律，總結各類方法的使用條件和局限性，將學過的內容轉化為自身的知識，逐步提高分析問題、解決問題的能力。能解決一定的工程問題是工科大學畢業生所必備的能力，因而教學中不僅要培養學生思維能力，還要培養他們具有一定的工程能力。為了達到此目的，必須充分發揮學生的主觀能動性。俗話說：師傅領進門，修行在個人。作為老師要引導學生成為學習的主體，而不是接受知識的容器。例如在教學設計和實施上采用如下措施提高學生的相關能力。

（一）由學生完成部分定理定律的證明

定理定律的證明是力學課程重要的教學內容，如何通過這些內容的教學提高學生的邏輯推理和數學演繹能力呢？力學課程一般開設在大學二年級或以后，這時學生已經具備高等數學和大學物理的基本知識，為了培養提高學生的邏輯推演能力，可以把部分定理定律的證明主要由學生自己完成。比如理論力學中質點系動力學普遍定理的證明就可以由學生自行完成。因為他們在物理學習中已建立了質點動力學的相關概念，而質點系的動力學普遍定理就是質點系條件下的牛頓第二定律的積分形式。由學生自行完成定理的證明恰好鍛煉他們綜合運用已學知識獲取新知識的能力。

（二）以觀察、研究的方式進行專題教學

力學課程設有一些專題，其內容大都是用已學過的基本定理處理典型力學的問題。對這些內容進行觀察研究式教學，恰好可以讓學生觀摩處理力學問題的過程，學習掌握處理力學問題的方法。例如陀螺儀近似理論教學中，學生首先觀察靜態的轉子，得出幾何對稱、質量對稱的結論；再使轉子高速旋轉，得出其運動強弱用動量矩表示，進而想到其動力學規律用動量矩定理描述；然后觀察外力矩對轉軸運動的影響：外力矩為零定軸、外力矩不為零進動；最后對問題總結分析，導出賴柴爾定理。通過這些專題教學，學生不僅學到了理論也體會了觀察研究的過程，提高了抽象模型和歸納推理的能力。

（三）引入工程實例培養學生工程能力

工程能力是工科大學生的能力要求之一，盡管力學課程與工程結合比較密切，但是教材中展現在學生面前的內容多數是經過大幅度簡化的，對學生工程能力培養不利。為了有利培養學生工程能力，我們在教學中引入了許多原汁原味的工程實例，學生通過這些實例首先對工程問題有了一個感性認識，培養了觀察能力，進而可以培養由實際問題到力學模型的模型抽象能力。比如學習顎式碎石機，當研究其運動及受力時，由于運動與受力主要取決于空間位置，可以把動顎件抽象成桿，而忽略其橫向尺寸，當研究其強度時則考慮其截面形狀和橫向尺寸。通過這樣的實例訓練，既提高了學生學習的興趣又培養了他們處理工程問題的能力。

（四）讓學生自己撰寫學習小結

學生通過一段時間的學習已經學到一定的基本知識和方法，如何將這些知識和方法轉化成能力呢？首先是要把學過的內容系統化、結構化，撰寫學習小結就是不錯的基本方法。學生通過撰寫學習小結可以對學過的內容進行復習、整理，深化對內容的理解；能找到內容之間的內在聯系，發現定理定律的適用條件和能解決的問題，為后續應用打下基礎；還能提煉屬于自己的學習方法和解決問題的方法，提高邏輯思維能力和分析問題、解決問題的能力。

二、改革試驗教學，培養動手能力和創新能力

課程實驗在基礎力學課程中所占的學時數很少，如何利用這有限的實驗課程培養學生的能力呢？那就要對實驗進行改革，減少驗證性實驗，增加學生自主實驗。力學實驗所涉及的內容和所用設備對學生來說是全新的，要充分利用學生的好奇心設計實驗內容。用較少的時間介紹實驗室規則和儀器設備的使用方法，更多的時間用于學生對實驗的設計和操作。比如對電測應力實驗，其測量原理設計涉及歐姆定律、惠斯登電橋等，由學生結合已學物理知識自修，對動手實驗的部分作如下安排。

（一） 加強貼片訓練，培養動手能力

粘貼應變片是電測應力必須要做的工作，不可或缺。應變片粘貼的好壞直接影響應力測量結果，而實驗中往往是學生動手貼片的很少，甚至有些學生直接用老師貼好的應變片進行測量，這樣對學生能力的培養很不利。為了培養學生的實際動手能力，必須加強貼片練習，使學生可以把握貼片的重要環節，知道怎樣貼片才能提高測量精度，為以后的工作打下良好基礎。在今年全國大學生周培源力學競賽中，我院學生的貼片被評委老師認為是最好的。

（二）學生自己設計試件，培養創新能力

基本的電測應力實驗內容主要是彎曲應力測量和彎扭組合變形應力測量，由于學生對理論結果很熟悉，所以對實驗結果的期盼不是很強。要讓學員喜歡實驗就要有新鮮的內容，因而可以讓學生自己利用已學的知識結合生活和工程實際，構想實驗內容，設計試件（條件允許的還可以自己加工），做理論計算，最后實驗驗證。這樣一個過程可以激發學生學習興趣，讓學生體會開發創新的樂趣，從而訓練實驗技巧，培養創新能力。

三、通過參加力學競賽等課外活動，培養綜合應用能力

學以致用是對學習的促進和驗證，通過應用可以檢驗學生對知識的吸收和方法的掌握情況，更重要的是培養學生解決問題的能力。合適場合對應用說來是至關重要的，沒有應用場合就沒有應用的條件，因而必須找到適當的應用場合。比如各種課程競賽就是應用的好條件。今年我院學生參加全國大學生周培源力學競賽，獲得理論與設計和實驗兩個一等獎。

（一）培養了學生綜合應用力學理論的能力

全國大學生周培源力學競賽所用題目，有的來源于生活，有的來源于工程，綜合應用性很強。學生通過解決這樣的題目，在判斷問題屬于哪種類型，選擇什么力學理論解決，怎樣建立力學模型，采用什么數學工具，怎樣求解等各個方面得到全方位的鍛煉，提高了綜合解決問題的能力。

（二）訓練了學生在緊張環境下解決問題的能力

無論是個人賽還是團體賽，都是在緊張環境下進行。這樣的環境與平時不同，平時訓練是在熟悉的環境下，學生心理壓力很小，有利于發揮。競賽的環境是陌生的，而且時間非常緊張，還伴隨著心理壓力，因此參加競賽有利于訓練學生在緊張環境下解決問題的能力。

（三）有利于學生樹立不怕困難，勇于勝利的信念和培養團隊合作精神

現在的大學生大都是獨生子女，往往是家里的小皇帝，缺少與他人合作的習慣；成長過程比較順利，不少人缺少緊張吃苦的精神。同時，比賽時幾乎全國所有名牌大學都有人參加，對我院的學生來說這是無形的壓力。而最終通過努力我們學生和老師取得兩個團體賽一等獎的好成績，這說明只要大家共同努力團結合作就沒有克服不了的困難。通過此次競賽，提高了我們的敢于勝利的信念，培養了學生團結合作的團隊精神。

學無止境，教無定法，培養學生服務社會的各種能力是學校永恒的任務。以上所述只是我們的一點探討，敬請同仁指教。

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［責任編輯：鐘嵐］