材料類專業工程力學課程互動型教學方法探討

張小朋　王宏偉　徐振欽　方建士

[摘 要]工程力學課程是一門在工程教育中占有重要地位的專業基礎課，用來培養學生在材料科學與工程等工程學科中有關力學方面的設計和計算能力。在工程力學課程中實施互動型教學方法應該注重理論與實踐相結合、定性分析和定量計算相結合、課堂和課外相結合、教學和科研相結合、教書與育人相結合，增強師生之間的互動，提升學生在教學過程中的自主性、參與性和積極性，培養學生的實踐能力和創新精神，從而提高教學效果并形成教學活動的良性循環。

[關鍵詞]工程力學；互動型教學；教學效果；教學方法

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）03-0027-03

工程力學課程是一門在工程教育中占有重要地位的專業基礎課，用來培養學生在材料科學與工程等工程學科中有關力學方面的設計和計算能力。作為一門專業基礎課，工程力學課程是聯系材料類專業基礎課和專業課的橋梁，具有承上啟下的作用，是許多后續課程如材料力學性能、機械工程材料、材料物理性能、材料熱處理技術、材料失效分析等的基礎。工程力學課程前后聯系較強，既講解一定的理論知識、實驗方法，同時又融入一些工程實際問題。工程力學一方面能為學生進一步學習專業課奠定堅實的基礎，另一方面能為他們以后從事技術工作積累必要的知識。在教學中，教師不僅要教育學生學習、掌握課程相關的基本概念和基本理論，而且還要培養學生靈活運用知識的能力和創新的能力。盡管科技發展日新月異，工程力學仍在很多領域得到廣泛應用。應用工程力學課程中的基本概念和基本定理可直接解決工程實際問題。在工程力學課程中，其所涉及的內容都是在工程實際中經常遇到的。它主要論述了靜力學、運動學和動力學理論以及材料的強度、剛度和穩定性問題，并且對應力狀態及強度理論做了較為詳細的闡述。工程力學課程既具有理論性，又具有直接應用于工程實踐的實用性，其所涉及的內容與社會生產力的發展、科學技術的進步、與工程實際有著廣泛的聯系。因此，工程力學課程的教學質量，對學生學習專業知識及今后解決實際工程材料問題的能力與水平，對高素質人才的培養都有重大的影響。

南京工程學院材料工程學院根據現有材料類專業辦學條件，堅持學以致用的辦學理念，兼顧內涵建設和辦學效益，以培養應用型材料工程師的目標為導向，注重學生專業知識、工程能力、綜合素質協調發展，培養具有實踐能力和創新精神，適應企業需求的應用型高級材料工程技術人才。為實現這一目標，提高材料類專業大學生的全面素質，培養高質量、高層次的材料工程應用型技術人才，培養卓越一線工程師，對材料類專業工程力學課程教學方法進行探討和改進具有特別重要的意義。為確保教學質量，完成培養目標，必須在教學方法和教學手段上創新。本文對材料類專業工程力學課程的互動型教學方法進行了初步探討。

一、互動型教學的理念

無論采用何種教學方法，教學的內容是基本不變的，它包括了基本概念、基本理論和基本方法以及相關理論和方法的具體運用等基本要素。互動型教學強調要在教學中真正實現師生的交互作用、實現師生之間知識和情感的順暢交流，在更好地傳授知識的同時，培養學生多方面的能力。教育活動起源于交往活動，而互動本身就是一種交往活動。互動包括認知、情感、實踐活動等方面的互動。就學生而言，學習活動是一個由已知邁向未知的過程。在這個過程中，學生在遇到一些問題和疑難的同時，還伴隨著情感、態度、需要等主觀方面的響應和訴求。因此，教學課堂不但是學生獲取知識的場所，而且也是學生精神成長的樂園。就教師而言，教學對象是活生生的有情感有思想有追求的人，而不是相對靜止的無法進行語言交流的物。教學對象的這種特性決定了教師的職業生活必須面對教育情景中的不確定性。[1]在教學活動中，每時每刻出現的情景都具有即時性，教師必須恰當應對，及時解決。具體到每個班、每節課，教學課堂的狀態都不相同，只有很好地駕馭具體的課堂狀態，教師的課堂教學效果才會比較好。教師需要不斷改進教學方式方法來營造良好的課堂氛圍，以此激發學生的學習興趣，使學生能夠積極主動地真正融入課堂中來。學生對教學活動的積極參與和傾心關注反過來會激發授課教師的教學積極性，推動其以更飽滿的熱情和更認真的態度進行備課、授課和改進教學方式方法，從而形成教學過程的良性循環。

在材料類專業工程力學課程教學中采用互動型教學，有助于培養學生的創新精神和實踐能力，提高其綜合素質，達到新時期應用型本科院校材料類專業培養目標的要求。互動型教學通過加強教師與學生之間的相互交流，充分調動雙方的積極主動性，使課堂氣氛更為活躍，這有助于雙方深層次潛能的釋放和發揮，最終在教與學兩方面均實現最佳效益。[2]

互動型教學方法提高了學生參與教學過程的深度和廣度。它一方面調動了學生學習的主觀能動性，改變了學生被動消極聽講的普遍現狀，使學生通過自己的主動思考掌握所學知識，在深度參與中完成學習任務。另一方面，互動型教學增加了學生參與的過程，能促使學生在課外認真查閱學習相關資料，充實提高自己，以更好的狀態參與教學過程中相關問題的學習和討論。反過來，教師由于要最大限度地調動學生主動參與的積極性，必然要精心備課，認真鉆研，合理謀劃教學布局，使學生不但能夠掌握所講知識，而且能主動參與到教學過程中來。對教師來說，這是一種教學上的鞭策和督促。互動型教學使教與學能有機地結合起來，教師與學生在教學過程中能互相呼應，師生間的心理距離得以拉近，從而有助于教學雙方最佳狀態的發揮。

二、互動型教學的實施方法

工程力學課程是一門工科專業基礎課，在材料類專業的課程規劃中是一門必修課。就應用型本科院校的材料類專業而言，在互動型教學的實施過程中應該根據課程的具體定位和專業培養目標，切實做好五個結合。

（一）理論與實踐相結合

根據學以致用的教學理念，需要在工程力學課程中著重培養學生把抽象概括的理論運用到形象具體的實踐中去的能力。加強理論與實踐的結合，有助于充分調動學生的學習積極性和對教學過程的參與性，有助于培養學生將實際問題模型化的能力，有助于培養學生分析問題和解決問題的能力。

在工程力學的教學中，教師應認真發掘各種實際力學問題，如工程中的力學問題、現實生活中的力學現象與問題、自然界中的力學現象、科技發展史和現代科技中的力學問題等，充實教學素材，并將這些素材用于理論的應用。這樣能夠實現理論與實踐的有機結合，充分調動學生的學習積極性和對教學過程的參與性，培養學生的實踐能力和創新能力，確保教學質量。[3]在靜力學部分，可用懸空寺的影像素材引出固定端約束的應用，同時這也可用作展示材料力學部分壓桿穩定的素材；在運動學部分，可用車床加工零件的影像素材引出點的復合運動相關概念；在動力學部分，可用實驗演示電動陀螺的定向性和規則進動引出剛體定點運動動力學問題。

（二）定性分析和定量計算相結合

定性分析和定量計算相結合是綜合應用所學理論知識和技能方法解決實際問題的過程，其有助于調動學生的學習積極性和對教學過程的參與性，培養學生的實踐能力。僅靠定量計算，容易陷入枯燥冗繁的數據中去，缺乏對實際問題的宏觀把握，這會對提高學生參與教學互動的積極主動性造成負面影響。僅靠定性分析，學生對實際問題的認識不清楚，缺少精確把握，理論知識和技能方法的實踐也流于形式。因此，在互動型教學中應該加強定性分析和定量計算相結合，將應用高等數學微積分計算和計算機數值仿真解決實際問題的實例融入工程力學具體的教學過程中。這能在提高學生定性分析與定量分析能力的同時，提高學生應用現代技術解決力學問題的能力，提高學生的學習積極性和對教學過程的參與性。[4]

（三）課堂與課外相結合

與傳統的滿堂灌教學模式相比，互動型教學加強了學生對教學過程的參與程度，能促使學生在課外認真查閱學習相關資料，努力充實提高自己，從而將課堂和課外有機地結合起來。在教學過程中，還可以鼓勵學生根據自己的興趣，選擇課堂中某些理論知識延伸出來的小的問題或實驗進行思考，充實課外學習和實踐活動。如工程力學課程中一些動力學小問題的數值仿真、帶孔平板受拉的應力集中問題，均適合作為學生課外實踐和學習的內容。學生將課外學習和實踐的成果和體驗帶到課堂教學中來，還進一步豐富了課堂教學的內容，加強了師生之間的互動。課堂教學和課外實踐的有機結合，有助于推動互動型教學過程的良性循環。

（四）教學與科研相結合

互動型教學方法的實施要求教師具備對教學過程高超的駕馭水平。要滿足這樣的要求，教師不僅需要有廣博堅實的理論知識，而且要具有較豐富的科研實踐經驗。因此，教師不僅要進行理論鉆研，還需要進行科學研究，讓書本理論知識接受實踐的檢驗，在實踐中充實自己，提升自身的教學綜合素質。在教學活動中，教師可將科研實踐中認識客觀規律和解決實際問題的思想方法，以及自己在科研實踐中的感悟融入教學，進一步豐富教學內容，并且創造條件使有興趣的學生參與大學生科創項目或教師的科研項目，在具體的科研實踐活動中培養學生的創新能力，從而實現教學和科研的有機結合，使教與學雙方均呈現出最佳狀態，促進師生之間的深層次互動，從而強化教學效果。

（五）教書和育人相結合

要實現互動型教學的順利開展，還需要結合當代大學生的性格特點，在教學過程中加強對學生的引導和對教學秩序的管理，使學生能夠積極主動地參與到教學互動中來。因此，教師應該注意加強教書和育人相結合。當代社會誘惑繁多，很多大學生對學習持應付的態度。許多學生雖然按時上課，卻“身在曹營心在漢”，基本是按照自己的“現實需要”做著自己的事情。[5]在教學過程中，教師應該恰到好處地維持教學秩序，讓學生明白學習工程力學課程的重要性；用富有幽默性的語言營造一個輕松愉快的氛圍，調動學生學習的積極性和主動性，讓學生在不知不覺中參與到教學互動中來，努力將德育寓于具體的教學過程之中，把教書和育人有機地結合起來，實現師生之間多方面多層次的互動，增強教學效果。

三、結束語

工程力學課程是材料類專業的一門重要的專業基礎課，通過工程力學的學習，能夠培養學生具有較強的運用力學知識解決實際問題的能力和一定的創新能力。教師是教學活動的組織者、引導者與合作者。采用互動型教學方法有助于教師合理地處理教材和組織教學，使教師的教學過程和學生的學習過程緊密地結合起來，有助于挖掘出教與學雙方的最佳狀態。大學生朝氣蓬勃，正處于思維高度發展、綜合素質快速提升的階段。教師如果能使教學互動活躍起來，增強學生的自主性、參與性和積極性，必然能極大地提高材料類專業工程力學課程的教學效果。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 周川.高等教育學[M].南京：河海大學出版社，2007.

[2] 顧建平.關于大學課堂互動性的探索[J].中國電力教育，2009（1）：41-42.

[3] 王琪，郭易圓，王士敏.力學類課程探究型教學模式的研究與實踐[J].中國大學教育，2014（11）：14-17.

[4] 王宏偉.依據具體工程實例將ANSYS引入材料力學課[J].高等教育研究，2010（9）：40-46.

[5] 王永廉.新形勢下提高教學水平的若干對策[J].南京工程學院學報，2009（3）：63-65.

[責任編輯：陳 明]