基于周培源力學競賽的基礎力學教學方法的思考

文/趙麗霞　劉丹丹

劉丹丹(1962.-),男,安徽合肥人,副教授,研究方向：固體力學。

摘　要：基于全國周培源大學生力學競賽理論性、實用性、創新性、趣味性的特點,對基礎力學教學方法進行了研究,提出在教學中要用新的教學模式加強學生創新思維能力,用理論與實踐相結合的方式提高學生解決問題的能力,采用邏輯方法激發學生的學習興趣,并注重各門學科知識的融合,從而使基礎力學的教學達到更好的效果,為力學競賽輸送更優秀的參賽選手。

關鍵詞：全國周培源大學生力學競賽；基礎力學；教學方法

基于周培源力學競賽的基礎力學教學方法的思考

文/趙麗霞劉丹丹

劉丹丹(1962.-),男,安徽合肥人,副教授,研究方向：固體力學。

摘要：基于全國周培源大學生力學競賽理論性、實用性、創新性、趣味性的特點,對基礎力學教學方法進行了研究,提出在教學中要用新的教學模式加強學生創新思維能力,用理論與實踐相結合的方式提高學生解決問題的能力,采用邏輯方法激發學生的學習興趣,并注重各門學科知識的融合,從而使基礎力學的教學達到更好的效果,為力學競賽輸送更優秀的參賽選手。

關鍵詞：全國周培源大學生力學競賽；基礎力學；教學方法

作者簡介：趙麗霞(1980.-),女,吉林磐石人,碩士研究生,講師,研究方向：動態斷裂力學。

中圖分類號：G642

文獻標志碼：碼：A

文章編號：號：2095-9214(2015)08-0132-02

基金項目：安徽省教育廳振興計劃重大教研項目《基礎力學教改中的“以賽促進”》 項目編號：zy321

力學作為工程領域的基礎學科,它在推動我國科學技術現代化發展過程中起著重要的作用。而全國周培源大學生力學競賽的舉辦恰好檢驗了全國高校基礎力學教學水平和教學成果,因此,它不僅受到周培源基金會的支持,而且還受到國家教育部的支持,由原來的四年一次改為每兩年舉行一次,目前已舉行了十屆,賽事規模和參賽人數也不斷擴大,從第一屆1988年12所高校62人參賽到如今近百所高校數萬名學生參加。可見,該競賽符合我國科學技術和教育事業發展,是一項大學生喜歡的賽事。隨著考試題目實用性、趣味性、靈活性、創新性的提高,其規模和影響力還在不斷擴大,越來越多的高校將周培源大學生力學競賽作為培養優秀力學人才的目標,越來越多的用人單位也將力學競賽的獎項列入了招聘時考察的條件。基于全國周培源大學生力學競賽理論性與實用性并存的特點,引發了對基礎力學傳統教學方法的思考。

一、用新的教學模式加強學生創新思維能力的培養

從歷屆競賽試題可以發現題目的創新性不斷提高,比如剛剛舉辦的第十屆競賽中的第三題,要求考生自己設計貼片方案來測定構件單位長度質量和切向作用力,如何能根據題意設計出最佳方案,這對參賽學生的創新思維能力有了更高的要求。傳統的基礎力學教學手段以灌輸為主,經常都是教師一人講,學生坐下聽。為了加強學生創新思維能力的培養,我們會將學生分成幾個興趣小組,針對本次課堂講解的重要理論提出幾個相關的工程問題,讓大家分組討論,分析問題所在,歸納事故可能原因,提出可行的解決手段,本著“討論出真知”、“三人行必有我師”的原則,真正做到讓學生參與進來,這樣不僅可以使課堂氣氛更加活躍,而且往往會有意想不到的結果,比如在討論過程中,每個同學思考問題的角度不同,會得出更加全面的分析方法,許多創新性的想法就是在這個過程中迸發的。

二、用理論與實踐相結合的方式提高學生解決問題的能力

從歷屆競賽試題可以發現題目的實用性也在不斷提高,比如剛剛舉辦的第十屆競賽中的第一題涉及到貨箱的運輸。因此建議課堂教學不要一味講理論,必須依據“實踐—理論—實踐”的原則,即從同學們感興趣的工程事故引出本次要講的知識點,在理論講解結束后再去分析事故原因及解決方法。比如我們在理論力學里講到碰撞這一章時,可以先向同學介紹衛星的對接、汽車的追尾等實際問題,激發起學生興趣后引入碰撞理論,最后說明這些事例都是可以用該理論去分析的。在材料力學中講彎曲變形這一章時,可以將吊車梁引入進來,吊車梁常見的影響正常工作的現象是使吊車在行駛過程中發生較大的振動,另一方面使得吊車出現下坡和爬坡現象,究其原因就是吊車梁發生了彎曲變形,因此在設計時要提高它的彎曲剛度。還有就是為什么出現越來越多的斜拉橋,用大量的拉索代替橋墩,減少橋墩的數量,這樣做的目的就是從構件的穩定性考慮的,使受壓構件變為受拉構件,不會出現壓桿失穩。這些工程實例的分析,不僅可以讓學生們清晰認識到基礎力學的重要性,也可以提高他們學習的積極性,同時再遇到類似的競賽題目時也可以更得心應手。

三、注重各相關學科知識點的融合,尋求最佳解題途徑

通過對歷屆競賽試題的分析發現有些題目的求解方法不是唯一的,也有一道題目要綜合幾門學科進行分析的情況。比如第十屆競賽中的第二題求猴子在裝置中某一位置時桿件的平衡位置,該題既可以用剛體靜力學求解,也可以采用分析靜力學的方法。而各學科知識的關聯性及融合性的掌握恰恰是目前大學生欠缺的,他們在步入大學校園后,不斷在接觸新的課程,很多時候他們并不清楚這些課程開設的目的以及開設課程的先后順序有何講究,就更不要提知識的綜合應用了。這對我們任課教師提出了更高的要求,在同學們剛剛接觸這門新課程時,教師就必須讓他們清楚所學內容的應用范圍,可解決哪類工程實際問題,并分析與已經學過的課程的關系,同時在講解過程中如遇到超出該學科研究范圍的內容,一定要告訴學生在以后的學習中可以用哪門課程所學來進行求解,務必使學生形成一條完整的知識鏈,只有這樣才能使他們遇到問題時迸發出不同的解決思路,或者才會考慮用不同學科的知識點綜合求解。

四、采用科學方法論,激發學生學習的積極性

興趣是最好的老師,是學習新知識的關鍵,也是接受新事物的基礎。所以教師的首要任務就是要讓同學們對力學學科產生興趣,而近幾屆周培源大學生力學競賽題目的趣味性也在增加,這也吸引了更多的同學參加此項賽事。經過不斷的研究和驗證,將常用的邏輯方法“歸納與演繹結合”、“分析與綜合結合”引入基礎力學的教學不僅可以激發學生學習興趣,而且可以達到事半功倍的教學效果。歸納是從個別性的前提推論出一般性結論的推理方法。先擺事實,后求結論,這是從個別到一般,尋求事物普遍特征的認識方法。優點是能體現眾多事物的根本規律,且能體現事物的共性。它有兩種功能,一是概括一般情況,二是推測將來結果,缺點是容易犯不完全歸納的毛病。演繹是從一般性的前提推論出個別性結論的推理方法。先假說,后求證,這是從一般到個別,推論和判斷個別事例的認識方法。優點是由定義根本規律等出發一步步遞推,邏輯嚴密,結論可靠,且能體現事物的特性,缺點是縮小了范圍,使根本規律的作用得不到充分的展現。歸納法和演繹法在應用上并不矛盾,有些問題可采用前者,有些則采用后者,而更多情況將兩者結合著應用,則能收到更好的效果。分析是把事物分解為各個部分、側面、屬性,分別加以研究,是認識事物整體的必要階段。綜合是把事物各個部分、側面、屬性按內在聯系有機地統一為整體,以掌握事物的本質和規律。分析與綜合是互相滲透和轉化的,一切論斷都是分析與綜合的結果。在基礎力學的教學中,

五、注重力學基礎及綜合求解能力的培養

強調力學基礎的重要性,要求學生在理論力學和材料力學的學習中不僅要熟背理論公式,而且要加強對一些基本概念的理解,進而思考出具有個人特點的理解方式。萬丈高樓平地起,如果根基不扎實,不可能取得更高的成就。在扎實的力學基礎上也要注重綜合求解能力的培養,在平時的練習中,我們會給同學布置一些與實驗相關的題目,在具體安排中要注意實驗一定要與理論課緊密配合,使理論成為實驗的指導,實驗成為理論的驗證和開拓,并鍛煉學生對實驗中出現的現象用理論知識做出合理的解釋,培養他們理論與實驗相結合的求解能力。也就是說在基礎力學的教學中,應該更加注重學生實驗方法和動手能力的培養,不要單一的認為所有問題都要用理論公式分析。

隨著全國周培源大學生力學競賽影響力的不斷擴大和社會對高素質力學人才需求的不斷增加,基礎力學的教學方法的改革已經成為力學教師必須探索和思考的課題,希望在廣大力學工作者的共同努力下,能探索出更好、更適合現代大學生的教學方法,為社會輸送更多的優秀人才,為周培源大學生力學競賽輸送更強的參賽選手。

(作者單位：安徽理工大學理學院)

項目來源：安徽省教育廳振興計劃重大教研項目《基礎力學教改中的“以賽促進”》

參考文獻：

劉安中,張速.基于全國周培源大學生力學競賽創新思維培養能力的實踐.淮北師范大學學報：自然科學版,2013,34(2):71-73.

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王玉山,王銳.關于材料力學教學方法的思考[山西]建筑〗.2008(1)