基于應用能力培養的基礎力學課程教學設計

摘 要： 基礎力學是工科類專業重要的技術基礎課程。應用型本科院校培養學生的應用能力和綜合素質是基礎力學課程的主要任務。在深入分析專業培養目標及對力學知識、素質和能力要求的基礎上，對基礎力學課程重新設計，包括課程目標和教學內容的構建、教學過程的設計、考核方式的研究，以培養學生解決實際工程問題的能力。

關鍵詞： 基礎力學 應用能力 教學設計

基礎力學課程包括理論力學和材料力學兩部分內容，是機械、能源動力、建筑等工科專業非常重要的技術基礎課程。基礎力學既可直接用于實際工程的計算，又可為學生學習相關的后續課程打好必要基礎。

我院是應用型本科院校，以培養具有創新意識和實際應用能力的工程技術人才為主要任務。基于應用能力培養的思想，一門課程科學完整的教學過程應包括傳授知識、應用知識和探究知識三個方面。長期以來，由于受高考應試教育的影響，我國現行的課程教學體系中，傳授知識成為主體，應用知識主要表現為簡單的習題訓練、缺少綜合型與實用性的工程應用，而探究知識就更薄弱。

對于基礎力學課程而言，教學重點在于培養學生的應用能力和綜合素質。因此，要提高基礎力學的教學質量，必須根據專業要求，對基礎力學的教學重新進行合理設計，力爭培養高素質的工程技術人才。

一、基礎力學教學設計原則

教學設計是以達到優化教學效果為目的，運用系統方法分析教學問題和確定教學目標，設計教學問題的解決方案、試行解決方案及對方案進行修改的過程。教學設計包含課程目標、課程內容、教學策略幾個方面。基于應用能力培養的教學設計必須堅持以學生為中心，以項目為載體，把學習、探究、實踐有機結合，引導學生高度參與，并且運用知識自主地發現問題、研究問題并解決問題，培養學生的創新思維和實踐動手能力。

二、課程目標設計

在制定課程目標之前應明確專業培養目標及對力學知識、素質和能力培養的要求，分析相關后續課程涉及的知識點，構建力學課程職業能力培養方向。

例如，機械專業的學生畢業后面對的一般都是機械制造企業，作為工程技術人員從事機械設計、工藝分析、質量管理、設備管理等工作。針對機械專業，基礎力學課程目標包括工程結構或機構的受力分析能力、抽象化建模能力、平衡方程的應用能力及實際工程構件的強度分析、解決能力。另外，創新思維能力、團結協作能力和學習能力也是學生必須具備的基本素質。

三、課程內容設計

基礎力學的后續課程機械原理、機械設計、模具設計與制造等。通過理順力學課程與后續課程的關系，精選授課內容，激發學生的求知欲望。例如，基礎力學課程涉及很多機構內容，由于學生對機構知識缺乏了解，學習遇到很大困難。根據實際情況，增加常用機構類型與特點的介紹，學生不僅了解到力學的應用范圍，使學習更有針對性。根據機械專業人才和培養目標，對基礎力學的教學內容進行重新整合，重點突出力學在機械類專業中的具體應用。例如工程結構和機構的力學模型建立、受力分析、連桿的強度、連接件的強度及傳動軸的設計等。同時打破單純傳授知識的教學模式，轉變為以項目為中心組織課程內容，并讓學生在完成項目的過程中構建相關理論知識體系，發展職業能力。教學要突出實踐性和應用性，著重培養學生運用知識分析、解決工程實際問題的能力。下表為課程內容結構與對應的項目名稱。

四、教學策略設計

（一）學習筆記設計

多年來基礎力學課程改革的重點集中在課程體系改革、教學內容、考試方法等方面，但從學生角度考慮較少。多數情況是，學生帶著一本教材聽課，對這堂課要講什么，哪些是重點，學習的目標是什么茫然不知，學習缺乏針對性。因此，我們針對每一次課，精心設計學習筆記，包括本次課的學習目標、主要知識點、課堂思考題等。另外，在介紹主要知識點前應針對本次課內容巧妙設置問題，再導入主要內容，以提高學生的學習興趣。最后的綜合應用環節要有針對性，盡量引入工程實際案例。教學筆記提前發給學生，這樣學生可提前了解本次課的主要內容，帶著問題學習，學習效果提高顯著。

（二）教學方法與過程設計

與應用型人才培養的目標相對應，我們采用探究式教學方法。探究式教學法是一種以學生為中心、教師為主導的教學模式。相對于以傳承知識為中心的傳授式教學，探究式教學特點是將研究實踐融入教學過程，通過小型研討課、綜合性訓練，充分體現學生主體地位。

下面以運動學部分的難點，點的合成運動為例介紹探究式教學法實施的過程。

首先，演示刨床急回機構實驗如上圖所示，此實驗需重復播放幾遍并提醒學生仔細觀察。然后提出問題：此機構中有幾個構件組成，各自作什么運動？

然后，學生分組討論，有的學生說滑塊作直線運動，有學生說作圓周運動。可見研究某物體的運動首先要選擇參照物，參照物不同，物體的運動情況不同，由此引出靜系、動系和動點的概念，進一步定義三種運動，即絕對運動、相對運動和牽連運動。然后詳細說明絕對速度和相對速度，引出牽連點和牽連速度的概念。這樣通過對刨床急回機構實例的具體分析獲得比較完整的知識體系。

其次，講解速度合成定理。速度合成定理是重要的一個定理，可作簡單推導。作為應用型本科院校，也可定性分析后直接得出結論，重要的是學會應用。

最后，進行課堂練習。課堂練習是重要的一環，可舉學生較熟悉的例子，例如凸輪機構、兩汽車相對行駛等，學生在研究、分析的過程中提高解決實際問題的能力。

為提高學生運用知識的能力，增加綜合訓練環節。綜合訓練題目可提前發給學生，然學生帶著問題學習，效果更好。綜合訓練安排在教學的最后一個月進行，以小組為單位，每組三四人，每組設組長一人。學生可自選工程或生活中的實際問題，也可從教師所擬工程問題中選題研究。例如，2012年機制專業某班兩組學生的題目是“箱包拉桿的設計”。學生查閱了參考資料，了解了設計方法，首先將工程中的實際問題抽象為一個力學模型，然后進行力學分析，最后計算。兩組學生通過研究合作，圓滿解決問題，實現從被動學習到積極自學的轉變，解決實際問題的能力明顯提高。

（三）考核方式設計

考試是教學過程的一個重要環節，考核方式應注意知識與能力相結合。在考試內容上，要盡量減少客觀性試題，增加分析、理解和應用性等方面考題。考核方式要多樣化，閉卷與開卷相結合，改革計分方法，把課堂討論、綜合訓練，研究報告等按一定比例計入總成績，這樣才能提高學生自主學習的積極性。

五、結語

應用型本科院校主要培養面向一線的高素質工程技術人才，因而在基礎力學教學中應加強工程意識和應用能力的培養。人才培養定位的改變要求教師轉變教學觀念，以學生為中心組織教學，增加工程案例，解決好與后續課程的銜接問題，突出力學的應用性。同時對教師的教學水平提出更高要求，我們在教學中應不斷探索與實踐，不斷完善教學設計，提高教學質量。

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