淺談普通本科院校轉型下的工科力學課程改革

陶桂香　張鈞惠　毛欣

實現由教學型大學向教學研究型大學的戰略轉變，無疑成為了部分高校的現實選擇。為未來發展需要，特別是主動適應服務墾區現代化大農業建設要求，在“十二五”開局之年，即我校也提出了由教學型向教學研究型大學轉變的戰略目標。而在實踐過程中，高校除了面臨著更新教學理念、提高教師能力、增加教育投入、加強學風考風建設等諸多課題之外，課程建設的配套改革也應然的成為其中不可或缺的一環。工程力學課程作為重要的工科專業基礎課程，與土木工程、機械設計及其自動化等專業息息相關，其課程體系、教學內容與教學方法能否適應“應用型”人才培養要求，對于后續專業課的開展及學生科學思維能力的前期培養具有深遠影響。但一直以來，該課程教學慣以傳統教學模式進行，與教學研究型大學建設的內涵要求相距甚遠，在對創新能力培養的視野下，其教學效果也強差人意。本文以黑龍江八一農墾大學工程學院開設的工程力學課程為背景，以培養學生思維能力為主題進行了專題探討，并在實踐中進行驗證，為探索工程力學課程在應用型人才培養過程中的改革途徑提供一定的方法指引。

一 教學研究型院校人才培養目標的內涵把握

教學研究型大學要求培養出共性寬厚、個性鮮明、基礎扎實、實踐能力突出、創新意識旺盛的人才。因此，在教學研究型大學人才培養模式中應以通識教育為基礎，以培養創新能力為目標，通過完成從“規律”到“原理”的跨越轉化，重點培養研究人才。因此持續改革教學內容和教學方法成為教學研究型大學在建設完成后的長效要求。教學內容和教學方法的改革，體現著教育教學觀念的更新，教學研究型大學的教學內容要尤其注重“書本”與“應用”的銜接，開啟理論與實踐相互促進、相互提高的渠道，在方法上，著眼于提高學生的綜合能力，圍繞課程自身及專業應用的特點，重點激發學生的獨立思考、思維發散和邏輯探究能力，在完成好課程講授同時盡已所能的促進學生“創新性研究”的習慣養成。

二 辦學定位轉變背景下的力學課程教學的薄弱環節

教學研究型大學要求維持好教學與科研這兩大主業的平衡，這就使得包括力學課程在內的所有課程教學面臨一系列新的命題。作為工科院校的基礎性學科——力學課程是后續專業課的學習的基礎。因此，如何根據課程特點和教學對象特點，改善教學方法，結合工程實踐問題，使學生能靈活高效、全面系統且創造性地學習；如何采用有效的教學手段去切實提高教學質量和教學效率；如何讓學生扎實地掌握課程基礎理論知識并將所學知識能夠應用于工程實踐當中，都是高校由教學型向教學研究型轉變的背景下，力學課程教學面臨的薄弱并需改進的環節，具體如下。

（1）教學主體上，部分院校力學教師為力學專業畢業，缺少與所授專業的融會貫通，雖對單純的力學課程的系統性和嚴密性有著精準的把握，但所授學生的專業系統性卻較弱。僅以單門力學課程為中心進行教學，對力學與專業課程之間相關知識的銜接、融合不夠，很容易與其他專業課形成脫節，與教學研究型高校人才培養理念不符，不能做到課程之間的融會貫通，學生對于學習力學課程的作用體會不到，不僅難以保證教改課程，而且極易造成學生學習興趣的喪失。

（2）教學內容上，主要以課本講授為主，雖然有些教師承擔著科研項目，但其中大部分教師將自己的科研和教學分開，并沒有主動有機的結合在一起，課本知識與實際聯系不夠。還有部分任課教師減少習題課、討論課比例，阻斷了學生將學習內容向實踐訓練轉化的過渡橋梁，嚴重影響了學生分析與解決問題綜合能力的培養與提高，另外有些高校教學實驗內容還是僅對低碳鋼進行拉伸、壓縮、彎曲、扭轉等基本變形的試驗研究，而對于新的材料的強度分析卻很少，更是缺乏綜合性與設計性實驗。

（3）教學方法上，主要以教師“講”、學生“聽”為主，教學理論和教學模式過于陳舊，在授課時，主要簡單套用自己學生時代老師的授課模式，嚴重忽視不同時期不同學生的群體特征，使得學生不需太多思考，學什么和如何學都由教師安排，學生只要善于記憶，跟著教師后面學，就能輕松地應對考試。對于學生系統地掌握知識效果明顯，但由于學生學習的主體性難以發揮，對于培養學生主動獲取知識能力、思維能力、創新精神等方面存在顯著不足。主要表現為在知識講授后的習題中，老師講學生就會做，否則，學生就不會；個別教師為了追求及格率以及學生為了應付考試，幾乎每道題都依靠老師講、學生記，學生把教師的講授內容記成筆記，死記硬背以備考試之需。雖然，考試的結果能夠令人滿意，但考試之后學生什么也沒學會，自主解決問題的能力更是無從談起。

三 以我校為例，力學的課程改革措施及實施

1 力學課程改革措施

理論力學和材料力學構成了工科專業學生較為重要的基礎課程，在二者學習過程中，有許多理論推導、公式計算等相對抽象的內容，如果不重視教學方法、教學內容的改革和應用，容易使得一些學習積極性不高的學生感覺學習力學課程極其枯燥，喪失興趣，產生硬背公式等考前突擊來應付考試的不良心理。為實現教學研究型大學培養目標，我們在力學課程的教學方法、手段等方面進行探索。

（1）在教學主體上，提高任課教師的專業素質，加強課程之間的聯系，提高專業的系統性，做到融會貫通。力學與各專業課程之間存在眾多聯系。為此，教師要將這種聯系講授給學生，做到融會貫通。例如，當教師講到某個知識點的時候，如果這個知識點在后續課程中能用到，教師應當把后續課程的內容簡單介紹給學生，提高學生對本節知識的認知度。這就要求教師對所授學生的專業有一個系統的了解，教師應當在給一個新的專業授課前進行一定的該專業知識擴展，掌握專業課程的主要研究內容，尤其對與力學關聯緊密的課程，要掌握這些課程中的哪些知識點講解的時候要用到力學知識，只有這樣才能保證力學課程講授與專業應用的融會貫通，才能保證力學課程與專業課程的完整性、統一性。

（2）在教學方法上，利用力學課程的自身特點，培養學生的綜合能力。①以一題多解特點，突破培養學生解決問題的靈活性。許多力學問題具有一題多解的特點。例如理論力學中靜力學關于求解物體系的約束力問題，在求解的過程中可以先研究整體，再研究單個部件；也可以先做局部分析，再進行研究整體。例如學完達朗貝爾原理之后，一些動力學的問題除了可以用動力學相關知識點來解決外，還可以用靜力學的原理來解決。再例如，材料力學中求變形后的位移問題，可以用圖乘法，也可以用卡氏定理。相同問題不同方法求解，擴寬了學生解決問題的思路，有利于培養學生解決問題的多思維、多角度，進而提高學生研究問題的靈活性。②以問題求解過程為渠道，培養學生的獨立思考能力。力學問題的求解過程一般包括分析問題、確定研究思路、求解問題三個過程，而分析問題和確定研究思路是解決力學問題的難點。因此，在對學生講解問題時，要采用引導的方式，盡量讓學生在教師的啟發下，相對獨立地完成前兩個過程，并且在完成這兩個過程后，要不斷地引導學生去總結經驗，培養學生獨立思考的能力。比如，在解決材料力學中基本構件的強度問題時，教師首先要引導學生回顧強度問題的計算方法，逐一明確進行強度求解過程中的重點問題、難點問題，然后針對這些重點問題和難點問題啟發學生用何種方法進行解決；如遇解決不了的情況，再組織學生討論采用什么方案進行處理。一道題下來，不僅讓學生對于過往知識進行了回顧，而且通過引導和啟發培養鍛煉了學生獨立思考問題的能力，另外，教師通過上述二至三次的引導后，要逐步讓學生嘗試獨立完成解決問題的全部過程。③以知識間內在聯系為紐帶，培養學生的思維邏輯性。力學課程的部分內容是從概念出發，利用數學上的微積分等相關知識定理推導，進而得出一些解決問題的條件和方程。因此，概念和定理與解決問題的條件和方程是緊密相連、環環相扣的。在講解的過程教師應當展現出環環緊扣、層層遞進的嚴密邏輯性，讓學生通過學習逐步建立起思維的邏輯性意識。對重要定理推導和相關練習題的強化訓練，漸次構成邏輯嚴謹的認知體系，不斷提高邏輯思維能力。例如，講解剛體平面運動相關知識點時，教師首先選幾個工程中剛體平面運動的實際例子，以視頻的形式展示給同學們，讓同學們觀察平面運動的特點，再引導學生將剛體平面運動進行分解，分解成隨著基點的平動和繞著基點的轉動，最后利用我們已經介紹的平行移動和定軸轉動的相關知識點完成了剛體平面運動的相關知識的推導，在這個過程不僅完成了新知識點的講解，而且對以往學習的知識點進行了復習，學生也感到了知識點的內在聯系，意識到學習知識的系統性以及知識之間的邏輯性。

（3）以加強與實際問題結合為導向，適當調節教學內容。①優化教學內容，使理論知識與實踐相結合。力學課程的重點在于實際應用，為此，在通過例題講解公式的應用時，應注意選擇與學術專業相關的例子進行講解。比如通過提出“菲爾普斯的泳衣到底能否為他獲得游泳冠軍發揮一定的力學作用”等涉及材料力學中關于材料性能的問題，帶動學生積極思考，互動完成關于材料力學中相關研究內容的教學。理論與實踐相結合，就是要指導學生從力學原理角度來完成實際工程問題的分析與求解，讓學生真正懂得如何運用相應的理論知識解決工程問題。除此之外，授課教師可以根據自己的科研項目，選取并設計多個完整的項目進行互動式教學，充分挖掘學生解決實際問題的能力。②開設討論課和綜合課，培養學生全局觀念和解決問題能力。單一教師“講”、學生“聽”的授課方式是無法培養學生解決問題的能力的，在探索過程中，討論課和綜合課的開設為解決上述問題提供了有益幫助。在教學中，可以通過比比皆是的工程實例給學生介紹軸承傳動變形、銷釘的鏈接、雨篷與墻的固定端鏈接、焊接、壓桿穩定等問題，鍛煉學生在眾多工程問題中提煉力學問題，既可以使學生將力學知識點應用于實際，又可以培養學生解決問題的能力。另外，還可以通過引導的方式，讓學生分析和討論生活中實際問題，讓學生分析討論，進行歸納總結，以增強學生分析問題、解決問題的能力。

2 以我校機械設計及其自動化專業為研究對象，對理論力學和材料力學兩門課程進行改革，并進行教學效果分析

教學實踐表明，以上教學改革教學效果良好。筆者所在基礎部在2012、2013兩屆農機、設計、交通和土木本科二表共十余個班級進行試點教學，由教師和學生共同體驗教學效果。筆者本人對機械設計及其自動化專業2012級（3）班和2013級（1）班學生進行了重點試點教學實踐，并對理論力學、材料力學兩門課程的成績進行統計，在實施教學改革后，學生整體成績提高，不及格率顯著減少，平均成績有所提高，并且對力學的認識和學習熱情提高（很多學生提前自學）。具體數據如表1。

表1 機械設計及其自動化專業兩屆學生成績（不及格率和平均分）

由表可知，兩個班級的不及格率均低于10%，明顯低于和以往學生以及同級的班級，因為理論力學和材料力學 這兩門課程對一些基礎課程，如高等數學、物理等有一定的要求。而這兩個班級高等數學課程不及格率為30%，理論力學、材料力學不及格率不足7%%，說明學生能夠主動克服基礎不足，完成學習任務。

總之，在教學研究型大學建設的背景下，筆者所在學校以工科力學課程為切入點，經過近兩年的實踐，在更新教育觀念，優化教學內容，改進教學方法、探索新的教學手段方面進行了改革和實踐，并在本校機械設計及其自動化專業2012級（3）班和2013級（1）班兩個班級進行了試點。結果表明，通過上述改革措施的實施，增強了學生基礎知識的學習效果，提高了學生實踐和創新能力，對教學研究型大學人才培養目標的實現，起到了積極的助推作用。

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