軍隊(duì)院校工程力學(xué)課程虛實(shí)結(jié)合的形象化教學(xué)方法研究與實(shí)踐①

陳紅遷，王丹杰，張少亮

[摘 要] 工程力學(xué)是軍事院校合訓(xùn)各專業(yè)學(xué)員的專業(yè)基礎(chǔ)課程，在人才培養(yǎng)中具有重要地位。按照新編課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，工程力學(xué)教學(xué)時數(shù)壓縮至50學(xué)時。除了課程體系、教學(xué)內(nèi)容不斷調(diào)整和改革，在教學(xué)模式上也應(yīng)積極轉(zhuǎn)變，為了適應(yīng)轉(zhuǎn)型需求，提高力學(xué)課程教學(xué)效果，在工程力學(xué)教學(xué)中將一些形象化實(shí)例引入課程導(dǎo)入、課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等教學(xué)環(huán)節(jié)中，嘗試采用有限元軟件對教學(xué)實(shí)例進(jìn)行模擬分析，嘗試將教具設(shè)計引入教學(xué)實(shí)際，并將計算結(jié)果形象地展示給學(xué)員，使學(xué)員有一個感性認(rèn)識，提高學(xué)員學(xué)習(xí)力學(xué)的積極性，提高課堂教學(xué)效果。

[關(guān) 鍵 詞] 力學(xué)教學(xué)；虛實(shí)結(jié)合；教學(xué)方法

[中圖分類號] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號] 2096-0603（2017）31-0064-02

力學(xué)類課程是高等軍事院校本科合訓(xùn)類各專業(yè)和直通車學(xué)員的工程技術(shù)基礎(chǔ)課程，課程的基本任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)員的科學(xué)思維、力學(xué)建模能力以及分析和解決實(shí)際工程問題的能力，著力培養(yǎng)學(xué)員的科學(xué)素質(zhì)、工程素質(zhì)和創(chuàng)新精神，以便能更好地適應(yīng)在新時期信息化條件下裝甲機(jī)械化部隊(duì)初級指揮軍官的能力和素質(zhì)要求。

改革教學(xué)方法和教學(xué)模式，使課堂組織形式更加靈活，充分調(diào)動學(xué)員參與課堂教學(xué)過程中的積極性，探索符合課程改革精神的教學(xué)策略和模式，推進(jìn)研究性和啟發(fā)式教學(xué)等多種形式的教學(xué)模式，有助于改變教學(xué)過程中單向要求學(xué)生接受學(xué)習(xí)的現(xiàn)狀，進(jìn)而建立雙向互動、共同發(fā)展的新型課堂交流模式，促進(jìn)學(xué)員學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力和實(shí)踐能力，同時對促進(jìn)教員教學(xué)水平的提高、實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)高素質(zhì)新型軍事人才的根本目標(biāo)具有現(xiàn)實(shí)意義。

一、教學(xué)現(xiàn)狀分析

目前由于《工程力學(xué)》《理論力學(xué)》《材料力學(xué)》課時數(shù)和教學(xué)內(nèi)容之間的矛盾以及教學(xué)理念的陳舊，使教員在教學(xué)過程中很難采用更為靈活的教學(xué)方式。這樣就使力學(xué)類課程的課堂教學(xué)仍然以講授為主，基本上是沿用前蘇聯(lián)教育家凱洛夫的組織教學(xué)、導(dǎo)入新課、講授新課、鞏固新課、布置作業(yè)這五個環(huán)節(jié)的教學(xué)模式的“三中心”教學(xué)模式，由于缺乏課堂實(shí)踐和互動，導(dǎo)致很多力學(xué)課課堂上出現(xiàn)教員在臺上講得興致勃勃，學(xué)員臺下滿目茫然不知所云的狀況。此外，隨著電化教育的發(fā)展，在歐美流行的行為主義也受到了重視，由于電化教學(xué)強(qiáng)調(diào)形象化的情景教育，融入課堂成為有效的教學(xué)輔助手段，但特征仍然是以“教”為主的“三中心”教學(xué)模式。現(xiàn)有的教學(xué)模式能充分發(fā)揮教員的主導(dǎo)作用，提高課堂教學(xué)效率，是課堂教學(xué)必不可少的手段和模式，但存在一些弊端：（1）教學(xué)思想和教學(xué)觀念落后，不利于培養(yǎng)學(xué)員創(chuàng)造能力和創(chuàng)新思維，混淆了“主導(dǎo)”與“主體”的區(qū)別。（2）功能目標(biāo)上學(xué)習(xí)主體缺位，學(xué)員通常是被動接受知識，難以發(fā)揮學(xué)習(xí)的主動性，有的學(xué)員雖然是坐在教室里，實(shí)際上沒有聽課，或沒有參與課堂學(xué)習(xí)活動，缺乏對某些內(nèi)容進(jìn)行充分討論和思考的機(jī)會。（3）教學(xué)手段單一，操作機(jī)械，缺乏必要的教學(xué)演示工具，影響學(xué)員對教學(xué)內(nèi)容的理解，不能滿足學(xué)員需求，忽視了學(xué)員個性，沒有考慮學(xué)員差異，學(xué)員思維和創(chuàng)造能力的提升受到限制。（4）理論脫離工程實(shí)際，導(dǎo)致學(xué)員缺乏把學(xué)到的知識運(yùn)用到解決具體問題中去的能力。

二、虛實(shí)結(jié)合的形象化教學(xué)方法的基本思路和方法

通過對教學(xué)內(nèi)容、學(xué)員學(xué)習(xí)態(tài)度和學(xué)習(xí)能力等進(jìn)行深入分析可以在課堂上有針對性地采取啟發(fā)式、案例式、研討式、情景式、小班教學(xué)等靈活多樣的教學(xué)方法和教學(xué)模式，達(dá)成虛實(shí)結(jié)合的課堂形象化教學(xué)，形成一種學(xué)習(xí)態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)、學(xué)員思維活躍、師生溝通順暢、學(xué)習(xí)目標(biāo)明確的課堂教學(xué)氛圍。

（一）采取研討式、啟發(fā)式、案例式、情景式等靈活多樣的教學(xué)方法，重視引導(dǎo)學(xué)員主動參與課堂教學(xué)活動

可以將案例式教學(xué)與研討式教學(xué)相結(jié)合，由教員選取合適的案例并針對具體案例設(shè)置問題，引導(dǎo)學(xué)員在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析、討論，可以是師生之間的討論，也可以是學(xué)員以小組形式自發(fā)進(jìn)行的探討和摸索，并將理論分析和研究的結(jié)果加以點(diǎn)評，將概念、定理的解釋更為明晰化，有利于學(xué)員科學(xué)思維的培養(yǎng)和工程素質(zhì)的提高[1]。

將啟發(fā)式教學(xué)與自主學(xué)習(xí)相結(jié)合，有計劃地指導(dǎo)學(xué)員開展自學(xué)活動。教員授課過程中將有拓展意義的定理或者案例加以提煉，對學(xué)員加以適度的啟發(fā)引導(dǎo)，鼓勵學(xué)員課下自主學(xué)習(xí)，深入理解相關(guān)的概念以及解決問題的思路和方法，可以緩解課時不足帶來的矛盾，而且還是提高學(xué)員自身能力的重要手段。

（二）利用模型和教具，增加課堂演示教學(xué)

選擇裝備中的典型零部件等實(shí)物作為工程實(shí)例開展教學(xué)。根據(jù)課程內(nèi)容需要制作系列教具，配合教學(xué)內(nèi)容的講解進(jìn)行演示，增加教學(xué)內(nèi)容的直觀性以及課堂教學(xué)的趣味性、生動性，以達(dá)到提高教學(xué)效果的目的。

（三）將數(shù)值模擬技術(shù)引入課堂教學(xué)

將一些計算實(shí)例引入課程導(dǎo)入、課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等教學(xué)環(huán)節(jié)中，有限元模擬軟件具有強(qiáng)大的前后處理功能，能很好地模擬工程實(shí)際中的各種結(jié)構(gòu)和構(gòu)件，將計算結(jié)果形象地展示給學(xué)員，使學(xué)員有一個感性認(rèn)識，提高了學(xué)員學(xué)習(xí)力學(xué)的積極性。

（四）注重非智力因素的作用，注意對學(xué)法的指導(dǎo)，突出“學(xué)”的主動性，進(jìn)行教學(xué)模式改革

學(xué)員的學(xué)習(xí)目的、興趣、意志、態(tài)度等非智力因素是教學(xué)的動力，對學(xué)員學(xué)習(xí)起著發(fā)動、調(diào)節(jié)等作用，在教學(xué)方法和模式的選擇上同時吸收教育心理學(xué)的成果，發(fā)揮非智力因素的作用，能使學(xué)員生動而且主動學(xué)習(xí)，從“愛學(xué)”到“學(xué)會”，再到“會學(xué)”。

三、方法與實(shí)踐

根據(jù)內(nèi)容性質(zhì)和難度不同，把章節(jié)進(jìn)行分類，不同章節(jié)設(shè)計出不同的虛擬實(shí)驗(yàn)或者教具演示裝置，以使抽象的概念變得直觀易懂。

（一）抽象理論可視化

工程力學(xué)課程需要講述大量抽象的概念、定理和理論，要想在有限的學(xué)時內(nèi)將這些概念和知識點(diǎn)傳授給學(xué)員，就必須增強(qiáng)授課的趣味性，提高課堂授課效果。在講授時保證科學(xué)準(zhǔn)確的前提下，更要想辦法將抽象的概念形象化、直觀化，縮短理論與生活的距離，通過模型和教具的課堂演示，可以增強(qiáng)學(xué)員的感性認(rèn)識，提高學(xué)員的求知欲望[2]。

例如，在壓桿穩(wěn)定這章內(nèi)容中，“臨界壓力”和“失穩(wěn)”對學(xué)生來說是比較難理解的兩個概念，很容易和軸向壓縮桿件的屈服問題相混淆，對此，教師可以制作簡易的壓桿演示裝置，來展示臨界壓力和失穩(wěn)的概念。如圖1所示。

（二）模型教具身邊化

應(yīng)力應(yīng)變分析這一章的部分內(nèi)容對學(xué)員來說比較抽象難懂，由于綜合性較強(qiáng)，需要對前述章節(jié)的知識掌握得比較扎實(shí)才能更好地理解本章的基本概念和方法。因此有必要用實(shí)物演示的方法給學(xué)生呈現(xiàn)出構(gòu)件的破壞特性。而實(shí)物的破壞特性演示需要一個過程，在課堂中展示具體的工程構(gòu)件破壞過程不太現(xiàn)實(shí)，可以利用粉筆作為教具，演示脆性材料扭轉(zhuǎn)時的破壞現(xiàn)象，在平面應(yīng)力狀態(tài)分析內(nèi)容時引導(dǎo)學(xué)員分析破壞的原因，如圖2所示。

此外，還可以用ansys軟件等工具對工程中的構(gòu)件進(jìn)行建模及應(yīng)力應(yīng)變分析，模擬出構(gòu)件在不同載荷下的變形及應(yīng)變特點(diǎn)，使應(yīng)力應(yīng)變的分布變得比較直觀，以使學(xué)員對構(gòu)件在復(fù)雜載荷下強(qiáng)度分析的理解更為全面，并增強(qiáng)學(xué)習(xí)這一部分內(nèi)容的信心和興趣。

通過上述措施，大部分學(xué)員對抽象概念的理解和接受速度有了明顯提高。

四、總結(jié)

采用形象化教學(xué)著重構(gòu)建新的教學(xué)模式，旨在培養(yǎng)和提高學(xué)員的學(xué)習(xí)主動性、創(chuàng)新性和動手能力。在滿足課程標(biāo)準(zhǔn)基本要求的基礎(chǔ)上，在一定范圍內(nèi)構(gòu)建開放式并與新培養(yǎng)目標(biāo)相適應(yīng)的力學(xué)課程教學(xué)模式，注意傳授力學(xué)知識與培養(yǎng)應(yīng)用能力相協(xié)調(diào)，在獲得較為全面的力學(xué)知識的同時，使學(xué)員的創(chuàng)新能力、工程素質(zhì)得到大幅度提升。另外，其對促進(jìn)教員教學(xué)水平的提高，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)高素質(zhì)新型軍事人才的根本目標(biāo)具有現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的應(yīng)用前景。

一是制作一系列的教具和虛擬模型，將教具和虛擬模型實(shí)實(shí)在在引入課堂教學(xué)中，利用教具和虛擬模型體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，將抽象的理論轉(zhuǎn)化為形象化的模型和展示，形成新的課堂授課模式。

二是學(xué)員參與教具和虛擬模型的制作，形成新的學(xué)習(xí)模式，促進(jìn)以調(diào)動學(xué)員學(xué)習(xí)主動性和培養(yǎng)學(xué)員創(chuàng)新能力的新型教學(xué)模式的全面建設(shè)。

三是通過基于教具和虛擬模型的教學(xué)模式創(chuàng)新研究，總結(jié)出專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)模式改革的一些經(jīng)驗(yàn)和方法，使力學(xué)課程成為實(shí)現(xiàn)我院人才培養(yǎng)目標(biāo)的有力支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1]張小娜，劉秦.基于研討課的形式談“材料力學(xué)”實(shí)踐教學(xué)模式改革[J].中國電力教育，2013（25）：24-26.

[2]孫敬敬.工程力學(xué)形象化教學(xué)改革初探[J].課程教育研究，2014（1）：36-38.