關于工科“固體力學”教學改革的幾點設想

史春雪　龐佑霞

摘 要：固體力學是工科眾多專業中的一類專業課程，具有理論性強、課程艱深、課時少等特點，加上教學手段單一，教學效果普遍不甚理想。文章首先闡述了固體力學的來源和內容，學生們學習固體力學課程的必要性；又從學生學習興趣的培養、課程授課方式的改革、思考題的引入、多媒體的應用、線下教學的必要性探討了固體力學課程的教學改革內容。

關鍵詞：工科 固體力學 教學改革 設想

引言

我國工科領域的諸多一級學科，例如：機械工程、土木工程、航空航天、水利工程、海洋工程等等學科，都對“固體力學”的教學提出了或高或低的要求。那么何為“固體力學”呢？“固體力學”又有怎么樣的來龍去脈？而為何這么多的學科專業都對這門課程有著具體的學習要求？[1]

我們都知道，“理論力學”是大學工科力學的公共基礎，而“理論力學”的研究對象就是質點、質點系、剛體等等，及至引出了連續介質，從而使得“理論力學”的研究層面從理論過度到了實際的應用。而研究對象的不同，使得“理論力學”外延出了幾個主要的研究領域——質點力學、剛體力學和連續介質力學。連續介質的概念通俗易懂，研究對象是宏觀層面物質連續的，包括了固體和流體，因此連續介質力學就劃分為了“固體力學”和“流體力學”。

“固體力學”是一門有著近乎完備理論體系的課程，按照學習的邏輯順序，它包括“材料力學”、“結構力學”、“彈性力學”、“塑性力學”、“機械振動”、“金屬流變學”、“疲勞力學”、“斷裂力學”和“損傷力學”等等子課程。[2]

由于“固體力學”的理論直接可以用來解決人來在工程實際中遇到的各類實際問題，因此對它的學習對于多數的工科專業來說是十分必要的。

但是，固體力學的幾乎所有課程，都具備一個共同點，就是難——理論難、應用難。對學生的數學和力學基礎都提出了很高的要求，如果不能引入很好的教學改革方案的話，幾乎極難以保證其教學質量。因此，筆者從多年的教學經驗入手，對“固體力學”的教學改革提出幾點設想：[3]

一、教學改革措施

第一章旁征博引，引發學生興趣。

有一項調查，考察學生上課的連續注意力大概能夠維持多長時間。結果顯示：大部分學生都能在上課的開始維持精力集中。但是，最多十五分鐘以后，普遍開始精力渙散，眼神空洞，走思的現象第一次出現在這個時間。這個時候，如果教師從學生的眼神中開始讀懂了即將到來的危險信號，那么，及時調整授課思路是十分必要的。

比如：當授課進行到“塑性力學”中“張量”的概念時，由于知識點過于抽象和艱深，部分同學開始出現了開小差的現象。此時，如果引入一些大家感興趣而又不超出課堂的內容，往往可以挽回局面，讓同學繼續集中注意力又一個十五分鐘。這時候，可以首先跟同學們講：大家知道，哪位力學大牛運用“張量”可以做到爐火純青嗎？那就是愛因斯坦。“張量”首先是個數學概念，其次，有了它的幫助，愛因斯坦才能把“相對論”中的高維數據描述，轉化為這樣簡單有效的表達。大家想知道什么是“張量”嗎？這個時候，同學們的學習熱情已經被大大激發，從一定程度上維持了很好的學習效果。

二、避免俗套，學會老課新講。

再經典的教材，教師只會照本宣科，也難有很好的教學效果。不同的內容，不同的教師有著不同的解讀。在授課過程中，教學效果的要求永遠應該排在第一位。

例如：在講到“材料力學”中“應力狀態”部分的知識時，對著課本、ppt或者是備課筆記來上課，學生對這部分看似簡單的概念，總是無法理解到較高的層面?？墒侨绻麖奈锢韺W中的“點”的概念入手，講到理論上的“點”和實際中的“點”是有區別的，雖然都是無窮小，但當把它放大到肉眼可以識別的尺度之后，借助教具：比如用一個籃球來代表這個點，用一塊面板、甚至手掌來代表平面，以直尺來代表不同的徑向方向，那么平面上各個方向的應力也就可以直觀地展現在學生面前。進一步地，即便是這樣枯燥的理論學習中，學生的學習興趣依舊濃厚。

三、靈活出題，注重教學啟發。

以“材料力學”為例，經典版的材料力學教材，課后的習題都配有標準答案。即便是其中的解題過程不夠詳細，學生也總可以通過網絡、書店等渠道，獲取到完整的解題過程。因此，作業抄襲現象十分嚴重，最嚴重的情況是一個班的作業幾乎只有不到五個版本。

從這種意義上來說，作業的預留就是失敗的，達不到讓學生復習和掌握知識點的目的。但是，由于“固體力學”的課程非常重視學生的基本功練習，課后作業更多的形式是作圖和計算，怎么才能讓學生在有限的時間內更好的掌握知識點呢？[4]

有一個很好的方法就是給學生留思考題。思考題的數量不用太多，也不用太難，更不用成為作業的主體組成部分。思考題的設置主要是讓學生帶著問題在課后去尋求答案。而思考題本身應該是由教師自行設置，而沒有所謂的標準答案。思考題的評價完全在教師自己，重過程和分析，而不是正確和完美，學生對問題的思考本身，才是評價標準。[5]

4.重視板書、各種媒體齊上。

傳統的力學教學，以板書為主，教師具備扎實的理論基礎和強大的教學基本功。但是，隨著應用型本科人才越來越作為不少院校的培養目標，多數課程的教學課時都在減少，因此，提高學生單位時間內的學習效率非常關鍵。

隨著多媒體技術的廣泛應用，聲、光、電等手段也逐漸滲透到教學環節當中。當然，事物的發展有其規律，教學亦是如此。板書作為教師的基本功，教師，尤其是年輕教師應多向年高德昭的老教授們多學習，但多種教學媒體的介入也亦應成為教學的必須。

例如：在“塑性力學"的教學中，用多媒體手段，讓學生直觀地看到金屬的真實變形過程，顯然比板書更有說服力。又比如，"材料力學"中壓桿穩定部分的知識點難于板書作圖，可多媒體可以使學生在極短的時間了解桿件失效的原因，什么時候是因為強度失效，什么時候是因為壓桿失穩。

如果說多媒體介入前的教學，每堂課只能講一個知識點的話，現在，這個數量已經加倍。簡而言之，多媒體，讓教學更有效率。

5.線下學習，借助慕課微課。

多媒體雖然能夠幫助提高教與學的效率，但是，大學生因為各種原因而缺課的現象并不鮮見。也許，學生因為身體不適，或是因為參加社團活動，甚或代表學校參加各類比賽等等，到課率總難達到百分百，此時，學生只能自學嗎？

當然不是，隨著網絡的普及，除了課堂教學外，學生自由地開展線下學習，越來越成為了一種發展趨向。基于此，良好的線下教學平臺就成為了必須，故而，慕課，微課這類線下教學平臺也應運而生。由于為時尚短，這兩種線下模式與單純課堂教學的效果比較也缺少足夠的數據支持。但是，作為一種選擇，慕課與微課值得嘗試與推廣。

這兩種教學方式的優勢就在于開放和自由，學生在受條件限制時，依然可以在有限時間內主動學習。這樣，既縮短了學習的時間，又提高了學習的效率。[6]

結語

以上，就是筆者對“固體力學”教學改革的一些設想。當然，對"固體力學"教學改革的方案，隨著社會的發展，科技的進步，我們還可以與時俱進地提出更多設想，并通過教學實踐來檢驗。

參考文獻

[1]韋成龍，李學罡，徐飛鴻，唐賢瑛，潘軍. 材料力學教學體系改革的研究與實踐.[J] 中國高教研究. 2001.4

[2] 馬崇武，車京蘭. 對材料力學教學改革的研究.[J] 高等理科教育.2004.6

[3] 范欽珊，殷雅俊，陳建平，郭光林. 實施研究型教學的創新之路.[J]中國高等教育.2013.5

[4]馮露，亢一瀾，王志勇，孫建，王世斌，賈啟芬，沈岷. 基于問題學習的探究式教學改革實踐.[J] 高等工程教育研究.2013.4

[5] 許月梅，汪黎明，席軍. 材料力學“以考促教”教學模式的研究與實踐[J]中國大學教學.2009.4

[6] 段紀成. 材料力學課程體系改革管見.[J] 高等工程教育研究.2003.1

作者簡介

史春雪（1980.03.11-）男，河北保定人。講師，工學博士，畢業于中南大學機電工程學院，2011年7月開始在長沙學院機電工程學院任教，主教《理論力學》、《材料力學》、《塑性力學》、《工程機械》；擁有長沙學院教改課題一項，長沙學院校級優秀課程一項——《材料力學》；擁有省級市級科研項目5項，發表論文10余篇；國家專利授權7項；出版專著3部；規劃教材2部。

龐佑霞（1959.10.09-），女，教授，長沙學院科技處處長，主教《材料力學》、《流體力學》；湖南省“十二五”重點學科專業帶頭人；主持國家自然科學基金2項；省部級科研項目11項；發表論文40余篇；出版專著和規劃教材各1部；獲得湖南省科技進步獎3項；湖南省教學成果獎2項。