如何提高藝術類專業學生對工程力學的掌握

焦古月

摘 要 工程力學是一門涉及廣泛工程技術領域和眾多力學學科分支的工程基礎學科。隨著現代化工業日趨個性化、藝術化，越來越多高等院校給藝術類專業學生也開設了工程力學課程，旨在為未來設計師打下工學基礎。但是藝術類專業學生理工科基礎相對而言較薄弱，要提高他們對工程力學這門課程的掌握，可以從準確把握教學目標、靈活運用教具和模型、有效結合傳統黑板講解和現代多媒體演示、建立積極的師生互動以及巧妙聯系生活等幾個方面入手，從而有效提高學生對這門課程的興趣和對知識點的掌握，并且有助于工程學科和藝術類學科的有效融合和共同進步。

關鍵詞 工程力學 藝術類專業 高等教育

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2016.04.028

Abstract Engineering Mechanics is a basic engineering course that covers a vast area of engineering techniques and varies branches of mechanical studies. With the development of modern engineering， customization and artistic intentions are implemented on engineering design. Thus， more and more universities and colleges are requiring art-major-students to take Engineering Mechanics， so that they can be well prepared for future work. However， the art-major-students have a week background in science and engineering. To enhance their understanding of Engineering Mechanics， we should revise the teaching objectives accurately， use teaching tools and models flexibly， combine traditional blackboard writing and modern multimedia presentations effectively， interact with the students properly， and refer to normal life vividly. So the students can have a better understanding of this course， and improve the combination and improvement of engineering and arts.

Key words engineering mechanics； art； higher education

工程力學是一門涉及廣泛的工程技術領域和眾多力學學科分支、具有較強理論性、并且緊密聯系工程技術的工程類基礎學科。這門課程中涉及的定理、定律和結論被廣泛地應用于各行各業的工程技術中，是解決實際工程問題的重要基礎。隨著現代工業日趨個性化、藝術化，越來越多的高等院校給藝術類專業學生也開設了工程力學課程，以達到在培養未來的設計師時為他們打好工學方面基礎的目的。

一般而言，相較于理工類專業的學生，藝術類專業學生的理科基礎相對比較薄弱，對工程知識的了解甚少。因此，在學習工程力學這樣一門理論性很強的基礎工程學科時，他們會面臨較大的學習困難，對于知識點不易理解和掌握。要提高藝術類專業學生對工程力學這門課程的掌握，可以從以下幾個方面入手：

1 準確把握教學目標

要實現教學方法的優化，首先必須準確地把握好教學目標。這就需要教師在開課前認真鉆研教材，了解教材編體系、知識結構，并準確地把握每節課的教學目標和內容特點，調整好整個教學過程的節奏。

工程力學是由靜力學和材料力學兩部分內容組成的一門技術基礎課，其教學目的是使學生掌握對于簡單構件或結構的平衡、強度、剛度和穩定性分析的基礎理論和基本方法，具備將簡單的工程實際問題抽象為力學模型的初步能力。具體而言，該課程的教學致力于使學生掌握以下基本能力：（1）能從簡單的物體系中選取分離體，正確畫出受力圖；（2）能正確計算力的投影和力矩，正確進行平面力系的簡化；（3）能熟練地使用宏平面力系的平衡方程求單個物體和簡單物體系的約束反力；（4）能分析簡單構件在各種變形時的內力，繪出相應的內力圖，確定危險截面；（5）掌握簡單構件在各種基本變形時的應力和變形計算，并能確定危險點的位置；（6）能正確運用強度、剛度和穩定性條件對簡單受力構件進行校核和截面設計；掌握常用工程材料機械性質的基礎知識，等等。

通常，工程力學課程的教學目標可以分為知道、理解、掌握、應用這四個層次。根據藝術類專業學生的學科背景知識和實際需求，可采用不同的教學方法以達到不同層次的教學目的：（1）如果只要求達到知道、了解這第一層次的知識點，可選用講授、介紹、閱讀等教學方法，比如重心的計算、摩擦的概念等內容。（2）而如果要求達到理解、領會這第二層次的知識點，則可以選用嘗試、探究等教教學方法，比如剛體系統的靜力學分析、梁彎曲的微分關系等內容。（3）若要求達到掌握這第三層次的知識點，可以選用習題課和講評等教學方法，比如簡單的拉伸、壓縮、扭轉和彎曲等基本變形的計算。而最后一個層次，要求學生能應用學習到的知識，則可以運用講評和解決實際工程問題等教學方法，內容著重在簡單變形條件下的構件強度、剛度校核，截面尺寸設計，以及許用載荷設計等問題的理解和運用上。

2 靈活運用教具和模型

在針對藝術類專業學生的教學中，可以靈活運用教具、模型和多媒體輔助設備，以達到更好的具象化效果。

教育心理學家的研究表明，學生在形成知識的最初階段，都必須借助于感覺，先把對具體事物的觀察和接觸轉化成與具體事務無關的感性認識，再把感性認識轉化成抽象、概括的理性認識。而藝術類專業的學生又恰恰是習慣以形象思維為主要思維方式的。所以，要幫助藝術專業學生建立起力學概念，僅僅靠講述是不夠的；很多知識點概念點都要靠一些具體直觀的教具把它們演示出來。因此，在工程力學的教學中，靈活運用教具和模型來進行說明和演示操作，對于藝術類專業學生尤其顯得重要。

比如，在工程力學學習中，非常常見的一種研究對象是圓截面的長直桿。在課程講解中，使用粉筆、教鞭等教具就可以非常生動地用來演示圓截面直桿，向這些工程零基礎的學生形象地講解拉伸、壓縮、扭轉、彎曲等基本變形的受力特征。

為了更好地讓學生理解構件的變形特征，可以用硬卡紙分別制作矩形截面和圓形截面的直桿模型。用不同顏色的記號筆在模型上畫出變形前后的參考線，有助于藝術類專業學生直觀地理解直桿的幾種基本變形。尤其是桿件彎曲這一章節中的中性層和中性軸概念，在黑板或多媒體課件上的平面演示對藝術類學生來說很難理解。如果教師能夠課前準備一個實體的模型，并且用記號筆將中性層和中性軸勾勒出來，學生就能直觀并快速地能理解其涵義。

3 有效結合傳統黑板講解和現代多媒體演示

在課堂上還要盡可能地將現代多媒體技術教學和傳統的黑板教學結合起來。

隨著科技的不斷進步，進入21世紀以后，越來越多的高等院校要求教師使用多媒體手段來進行輔助教學。而傳統的黑板講解似乎漸漸淡出了我們的視線。很多教師，尤其是年輕教師，更習慣使用幻燈片等多媒體演示手段來代替傳統黑板，這看起來是科技進步的必然趨勢。然后，并不是所有的教學內容都適合完全用多媒體來進行教學。無論科技如何發展，傳統的黑板講解和推導，都依舊在教學中占有一席之地。

在使用多媒體手段的教學中，一定要明確主次關系。應用多媒體是現代化的輔助教學手段，而不是主要的教學方式。這一技術能夠為課堂教學帶來方便，但不能一味地依賴多媒體。有效結合傳統黑板講解和多媒體演示，在這兩種教學方式間恰當且靈活地切換，能非常有效地吸引學生注意力，提高教學質量，并且產生很好的師生互動效果。

如果出現沒有黑板、只有多媒體設備的課堂條件，教師就應該對多媒體課件進行優化。對于每一個做圖或解題步驟，都要進行逐條顯示，并留給學生充分的思考和討論時間，實現用多媒體代替黑板演算。

4 建立積極的師生互動

隨著傳統教學觀念的進步和轉變，師生互動成為當前課堂教學改革中的一個重要關注點。學會建立積極的師生互動，可以提高教師的教學能力和教學水平，并且培養學生的獨立思考能力。然而，在現行的教學模式中，仍然存在著這樣的誤區，認為課堂教學應該以老師的講解為主，講得越細越好；并且以個別優秀學生的課堂表現，來代表大多數學生的課堂表現。當教師進行互動提問的時候，個別優秀的學生能夠很快地做出反應，并且得到正確的答案；而大多數學生只能被動地聽，機械地接受知識點。這樣的互動模式違背了現代化教學的新概念，對大多數學生的學習并無助益。

此外，還有一些老師則錯誤地理解了教學改革的理念，誤認為師生互動越多越好，將大量的課堂時間浪費在無關、無目標的師生互動上，沒有起到對教學應有的促進作用。

有效的師生互動，應該包括行為互動、情感互動和認知互動。單純的認知互動并不能促進學生高層次思維的發展，只有以積極的情感互動和高層次的認知互動為核心的學習方式，才能促進學生包括高層次思維在內的全面素質的提高。教育心理學研究表明，學生對一知半解的事物更容易產生探究的欲望。教師可以利用這一心理，等學生在新舊知識銜接時遇到新的問題，再適時進行互動，引導學生主動探索和思考。

5 巧妙聯系生活

力學離不開生活，生活離不開力學。對于藝術類專業學生來說，生活中處處會遇到力學問題，只是他們對其理論和術語都非常陌生，所以面對工程力學的課本會覺得無所適從。所以，在對他們講解工程力學中涉及的一些概念前，可以引導學生搜集生活中的力學信息，積累力學方面的知識，培養學生學習力學的興趣。

在課堂教學中，則可以營造解決實際問題的情景，使學生成為學習的主體。有的知識點很直觀形象，而有的知識點則跟學生的生活有一定的距離，顯得很抽象，讓學生難以理解。因此，教師可以結合學生已有的生活經驗和實際情況，幫助學生理解教學難點。

比如，在講解中間鉸的時候，可以先告訴學生這個概念的定義，讓學生自行想象生活中有哪些常見物品中有中間鉸，如果他們猶豫或回答不出，再拿出一把剪刀來讓他們指出中間鉸的位置。又比如，在講解力對軸的矩這一章節時，可以使用教室的門或窗做現場演示，讓學生充分理解為什么當力平行于軸或通過軸的時候，力對軸的矩等于零。這樣聯系生活實際的講解有利于調動學生的學習積極性，并逐步培養他們解決實際問題的能力。

總之，給藝術類學生講解工程力學，應該有目的地結合他們的實際生活，讓他們的思維走出教室，走進生活，拓展他們想象和創造的空間，巧妙地聯系生活，更好地掌握并運用力學知識，加深他們對知識點的理解。

6 結論

跨專業學習是現代高等教育的趨勢，并有助于各個學科的有效融合和共同進步。對于理工科基礎薄弱的藝術類專業學生，要提高他們對工程力學這門課程的掌握，可以從準確把握教學目標、靈活運用教具和模型、有效結合傳統黑板講解和現代多媒體演示、建立積極的師生互動以及巧妙聯系生活等幾個方面入手，從而有效提高學生對這門課程的興趣和對知識點的掌握程度。

參考文獻

[1] 胡育佳.梁彎曲變形中關于幾何關系推導的教學探討.教育教學論壇，2014（3）：282-282.

[2] 張麗芳，翁國華.就卓越工程師的培養——淺談《工程力學》課程教學改革新任務.教育教學論壇，2014（16）：41-42.

[3] 余慧杰，張麗芳.工科專業材料力學課程的教學改革研究.時代教育，2014（23）：71-72.