力學競賽與工程力學課程教學改革關系探究

賈海朋 江春冬

摘 要：文章從高等教育培養目標與工程力學課程在工程中的重要性出發，闡述了力學競賽與工程力學教學改革之間的相輔關系。力學競賽可以滿足當前工程力學課程面臨的課時少、內容多、理論強、實踐性差的特點，同時工程力學課程教學改革可以更好地為各專業的工程服務。

關鍵詞：工程力學；競賽；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2016）08-0001-03

力學作為一門最為古老的經典學科，是許多工程學的基石。物理學研究的“力熱聲光電磁”幾大現象中，力學也是重點?；仡櫸覀冏畛踅佑|的初中和高中物理，都是從力學開始學起的。這些都體現了力學的基礎作用。隨著理論的成熟和技術的進步，力學也得到了極大的發展，形成了更為細致的門類。與其他學科的交叉融合，形成了許多力學交叉學科，如與熱的結合形成了熱力學，與電的結合產生電動力學和電流體動力學，與磁的結合形成磁流體力學，與生物學的結合形成生物力學等。人類社會進步和經濟發展的需求不斷促進力學與其他學科的交叉，力學的不斷發展，使力學一直保持著新鮮的生命力[1-2]。

“工程力學”課程是高校許多工科專業學生都要學習的紐帶課程，包括基本的理論力學和材料力學。因為它的基礎性，該門課程一般在大學第三學期或第四學期開設，正常情況下由專門的力學專業教師講授[3]。由于力學與數學聯系密切，公式推導較多，邏輯性強，課堂教學理論較強，缺少趣味性和實踐性，好多學生學起來積極性不高且效果不好，全校每年都有1/5的學生會在二力考試中不理想而影響到畢業。因此“工程力學”課程的教學改革一直在進行[4-5]。隨著高等教育的大眾化，高校擴招帶來的全球人才競爭激烈，科技的快速進步，促使高校諸多課程都在進行著不同程度的改革。工程力學基礎教學的課時在被不斷壓縮，如何在緊縮的課時中培養學生基本的力學能力，進而提高學生創新能力，為后續學生進入社會完成相應的工程應用打下良好基礎，是高校領導和任課教師孜孜以求的目標。作為檢驗高?；A力學教學成果之一的競賽，為工程力學的教學改革提供了一個契機并指引了一個方向[6-7]。

一、“工程力學”教學改革對于力學競賽的意義

（一）高等教育的目的是培養創新型人才

高等教育的目的是培養綜合能力強且具有創新精神的人才，以便更好地滿足創新型社會的需求。要想有創新，就需要培養學生獨立思考、獨立解決問題的能力。愛因斯坦說過：“應當始終把發展獨立思考和獨立的一般能力放在首位，而不是獲得專業知識。如果一個人掌握了他的學科的基礎理論，并學會了獨立思考和工作，他必定會找到自己的道路，而且比起那種主要以細節知識為培養內容的人來說，他一定會更好地適應進步與變化?！盵8]

如何培養學生獨立思考的能力呢？滿堂灌的理論學習加理論驗證的教學方式只能使學生喪失學習興趣，愛學習的學生也只能是強行記住一些公式，會解一些典型習題，大部分學生都是為了應付考試，而考試之后就會幾乎毫發無損地還給教師，達不到對大學生培養和訓練的目的。

要想培養學生獨立思考的能力，就要在基本理論學習的基礎上，進行一定的工程實例的實驗和實踐訓練。“工程力學”實驗并不多，而且大多時候都是在教師的指導下進行，有的可能只進行演示，實現的只是對理論的驗證。如果把實驗的基本內容給學生，讓學生自己思考實驗過程，再去進行實驗，效果會大大提高[9]。同時，由于擴招使學生增多，而高校的實驗設備有可能沒有及時補充，相對來說比較少，這也會影響到實驗的效果。為了多方面鍛煉學生的工程能力和獨立思考能力，需要教師付出更多的精力和努力。教師可以在一個知識點講完后，給學生提供一些生活中常見的力學實例讓學生課下思考，如腳踏車時車架的受力分析，如四點式椅子和二梁式椅子的穩定性分析，如縫紉機工作時的運動分析等，然后利用一定的學時檢驗學生解決問題的成果，并由其他學生和教師共同進行點評。學生在處理類似的問題時，需要定性地將系統或裝置抽象出一個物理模型，然后根據相應材料原理進行建模，最后思考求解方法。這樣，可以使學生認識到力學與生產生活的息息相關性，調動學生學習力學的積極性；還能夠以小見大地鍛煉學生的工程能力，促使學生進行獨立思考；另外能夠強化學生提升解決問題的能力，在方法上積累慣性思維[10]。

（二）“工程力學”教學改革能更好地為各專業工程服務

“工程力學”課程教學改革要達到“學時少、內容新、水平高、效果好”的目的，就需要在有限的課堂學時內向學生傳遞更多的不斷更新的知識信息。以往的教學模式要想做到這一點比較困難，因此要從教學內容和教學模式上全面進行改革探索[11]。教學內容安排上，剔除與高等數學和物理學中重復的內容，從較高起點進行講授，但又需要避免建立空中樓閣之嫌，不能讓學生一開始就有云中漫步的感覺。教學改革如何平衡這兩個看似互相矛盾的問題，需要教師不斷思考[12]。（1）先下手為強。上課之初，做好導論，使學生清楚該門課程在生產生活中的重要性和在課程體系中的地位，加強學生對課程的重視程度。強調課程的邏輯性，給出唾手可得的學習方法，讓學生克服畏難情緒，增加學生的學習信心。（2）恩威并重。不同專業對該門課程的要求不同，盡管制定教學大綱時考慮到了全校工科專業多學生多的情況，但不能詳細定出各個專業的綱要。而授課教師需要結合所授學生專業特點，進行教案準備和資料選擇。理論方面不必講得過深，本著夠用就行的原則。重要的是掌握解決問題的思路和方法，結合生活中身邊事例深入淺出進行講授，先用簡單例子進行講解，再給出稍難些的實例讓學生自己分析，遇到難點后再給予講解。讓學生緊緊配合課堂教學，雖經寒霜苦之過程，但最終會得到臘梅香之結果。（3）鼓勵競賽。鼓勵學生參加各種涉及力學的競賽。競賽的題目往往比較新穎，與實際生活比較接近，會讓學生深切感覺到工程力學是接地氣的。同時競賽的題目可以開拓學生的視野，擴展學生的科研思路，培養學生獨立解決問題的能力。

（三）“工程力學”教學改革有助于提升力學競賽的水平與層次

“工程力學”的教學改革可以以競賽為導向之一，在取得良好的教學效果后，也會促使力學競賽水平得以提升。學生理論基礎夯實了，工程思維形成了，那么簡單的競賽題目就不能滿足學生的胃口了，就需要增加更深層次的工程實踐問題進行比賽，使比賽上升一個新臺階。

二、力學競賽對于“工程力學”教學改革的促進作用

與“工程力學”相關的競賽有許多，如結構設計競賽、機械設計競賽、大學生力學競賽、大學生科技競賽。其中全國周培源大學生力學競賽是當前影響最大含金量高的與工程力學相關的競賽，吸引了全國天南海北的大學生參加[13]。

（一）全國周培源大學生力學競賽基本概況

全國周培源大學生力學競賽從1986年開始醞釀，1988年開始舉辦第一屆，之后，每隔四年舉辦一屆，直到2007年，改為每隔2年舉辦一屆，至今已經開賽9屆。第十屆競賽于2015年5月31日在全國范圍內舉行。由于一直受到力學界的各層學者的關心，當前已經成為全國層次最高影響力最大的科技競賽之一。競賽模式也在不斷更新，緊緊圍繞最新最前沿的關鍵技術問題和常規工程及實際生產生活的細微之處，提煉基礎力學問題作為賽題，使賽題更加接地氣[14]。

競賽規模上，從第一屆的12個單位62人參加競賽，到當前200多個單位，幾萬人參加競賽，充分說明各高校大學生對該項賽事的認可和肯定，也表現了該項賽事的地位和影響力。

全國周培源大學生力學競賽在中國力學學會和各地力學分會的支持下，已經開通了網站，網址是http：//zpy.cstam.org.cn。網站上的標語為“力學星空奧妙無窮，實踐創新風光無限”和“今日競逐力學知識海洋，明天托起國家創新藍天”。通過網站，不僅能夠了解賽事的基本情況和及時的賽事信息，而且還能了解很多其他的力學競賽信息，體現了力學工作者的良苦用心[15]。

（二）全國周培源大學生力學競賽的特點

隨著時代的發展，科技的進步，全國周培源大學生力學競賽也與時俱進，體現出了諸多的特點。

從競賽題目上看，更加注重基礎性、科學性、趣味性、靈活性、創新性。如第六屆賽題“如何過獨木橋”和“魔術師的箱子”、第七屆的使用100雙筷子設計“承重木塔”，這些題目就會引起參賽者的興趣。而且，從2007年的第六屆開始，大賽設置了團體賽，使得比賽由原來注重理論的個人賽向前推進一步，更加注重動手能力和團體協作能力的團體賽。這樣就把學生實踐能力提升到了與理論能力并重地位，使學生更深層次地理解理論，并使理論為實踐服務，同時靈活的題目也促使學生獨立思考，更容易創新[16]。

從競賽宗旨上看，大賽能夠更好地服務于高校的人才培養。賽題的靈活性和創新性更有利于培養學生的創新能力，符合高等教育的目標，為創新型社會輸送創新型人才提供保障。每屆競賽中都有力學界的大師級人物參與，他們鼓勵參賽學生并進行系列科普講座，使學生了解力學學科與工程前沿的問題，開闊學生的眼界，為大學生打開了一扇通向高水平科學研究的大門。另外，通過積極與媒體配合，競賽的影響力和觀賞性也都得到了提高，從而吸引了更多學生和民眾的注意，有利于促進青少年科學素質的提高。

（三）競賽對“工程力學”教學改革的促進作用

傳統的教學內容和教學模式在競賽中受到了沖擊，體現在參賽學生身上，表現為“重知識輕能力”“重解題輕問題”的特點。對工程中的實際的問題，難以確定出符合自己思路的明確條件，定性的問題解決不好，就談不上建模，也談不上求解了。此種現象促使教師對工程力學課程進行教學改革，在教學過程中應該注重從工程實踐出發，自始至終全程地對學生進行解決工程問題的訓練，積累學生解決問題的經驗，形成學生解決問題的思維，為培養出有真正能力的人才做出貢獻[17]。

1.有利于學生能力的提升。競賽題目的綜合性和靈活性，促使學生在學習理論時要夯實基礎，靈活運用。競賽的題目往往不會像授課時所做的習題那樣，只針對一個知識點進行訓練，而是綜合了可能跨度比較大的多個知識點。這就要求學生在學習理論時，要深刻理解工程力學的知識體系，打好基礎，只有如此才能在使用時靈活自如。另外，團體賽的設置需要參與者在理論的支持下，具有較強的動手能力和協作精神，這種要求需要學生在課程學習中進行更多的實踐練習，通過各種實驗達到訓練的目的。這樣，學生實踐能力和理論能力并重，整體能力就會得以提高。

2.有利于高等教育目標的實現。“高等學校本科教學質量與教學改革工程”的建設內容中提到：繼續開展大學生競賽活動，重點資助具有較大影響和廣泛參與面的大學生競賽活動，激發大學生的興趣和潛能，培養大學生的團隊協作意識和創新精神。全國周培源大學生力學競賽做到了這一點。競賽為學生創新能力的培養提供了契機，而高等教育的目標是培養創新型人才，進而構造創新型社會，因此力學競賽有利于高等教育目標的實現。

3.有利于提升工程力學的教學成果。全國周培源大學生力學競賽在推進工程力學的教學改革過程中，還可以促進優秀教師的培養。競賽的影響力和賽題的設置，促使教師要時刻跟上時代的步伐，改進教學內容和教學方法?？梢詫⒏傎悆热葑鳛榻虒W內容的補充，以競賽促教學。對授課中的基礎內容講清講精；延伸的內容要進行合理的篩選，給定的條件要進行合理的設置；拓展的內容要通過現代通信技術進行開放式的教學，提供難易程度不同的拓展內容對學生加以訓練。教學改革過程中，通過出現問題解決問題，可以增加教學論文的數量和教學立項的數量，也可以提升教師的授課能力，有利于培養出更多的優秀教師。

創新型國家需要創新型人才，而高校的本科教育就是創新型人才培養的主要階段。“工程力學”作為與工程接近的諸多工科專業學生都要學習的課程，能夠為創新型人才培養添磚加瓦。有影響力的全國大學生力學競賽能夠促進“工程力學”課程的教學改革，為培養創新型人才提供促進作用。論文以高等教育的目標為根本，論述了“工程力學”教學改革與力學競賽之間的互輔關系。

溫家寶總理曾經說過，建設創新型國家需要有一批仰望星空的人。高等教育就是要培養出一批能夠仰望科學星空的人。“工程力學”教師也要盡匹夫之力，與時俱進，把握時代脈搏，做好教學改革，提高教學水平，參與力學競賽，為國家培養出更多仰望科學星空的人！

參考文獻：

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