以大學生工程實踐能力培養為導向的彈性力學課程教學研究

錢登輝

[摘要]在當今時代背景下，社會不僅要求工科高校大學生具備深厚的理論知識，還必須擁有較強的工程實踐能力。彈性力學是許多工科高校所開設的一門基礎課程，它在土木、水利、機械、航空航天、能源和交通等工程學科中均具有非常重要的地位。文章在對彈性力學課程教學以及大學生工程實踐能力培養的分析基礎上，探討了如何在彈性力學課程的教學過程中與工程實踐相結合，即理論教學與工程案例相結合、課程間相互滲透及與工程案例相結合以及理論知識與校內外工程實踐相結合，為彈性力學課程的教學研究提供了參考。

[關鍵詞]工程實踐能力;彈性力學;工程案例

[中圖分類號]G642 [文獻標識碼]A [文章編號]1671-5918（2019）04-0125-02

doi;10.3969/j.issn.1671-5918.2019.04.056 [本刊網址]http;//www.hbxb.net

彈性力學是現今大多工科性質高等院校所開設的一門基礎課程，它屬于固體力學的一門重要分支，對塑性力學、斷裂力學、復合材料力學、計算力學、巖土力學等課程的學習起著基礎性作用，在土木、水利、機械、航空航天、能源和交通等工程學科中均具有非常重要的地位。社會的發展需要人才的推動，而應用型人才尤為重要。這就要求工科高校教師在培養學生時不能僅僅局限在停留于書本的“傳授”，更要注重培養他們的工程實踐能力。工科高校許多與工程相關專業本身便具有較強的應用性和實踐性，這就要求教師在授課的過程中要結合專業背景，將所授課程的理論知識與工程實際應用相結合，并以科研最新成果為導向，努力培養學生的實踐能力、創新能力與創業能力。

一、彈性力學課程教學研究

以徐芝綸《彈性力學》（第五版）教材為參考，結合蘇州科技大學工程力學專業培養方案，彈性力學這門課程的教學旨在培養學生用數學方法解決工程實際當中力學問題的能力，因此它對學生在工程、數學以及力學這三個方面均要求一定的素養。通過在教學實踐中的總結，彈性力學這門課程的學習需要通過兩個類比來學習。一是平面問題中極坐標問題與直角坐標問題的類比;二是直角坐標系下空間問題與平面問題的類比。這就意味著，直角坐標系下的平面問題是全書最為關鍵的一環。從學生的角度來講，一旦掌握好這個環節，極坐標系下的平面問題、空間問題、等截面直桿扭轉問題以及溫度應力問題等等均可通過類比的方式來學習。直角坐標系下平面問題中三類基本方程兩類邊界的建立、應力法求解問題以及位移法求解問題貫穿整個彈性力學課程學習的始終。

另外，通過與一些教師和學生進行交流，他們對于彈性力學這門課程的認知往往局限在這是一門“推公式”的課。這就說明了很多師生對于該課程的片面理解。推導公式說明了彈性力學課程的理論性、數學性，這只是一種方法，研究過程中還存在一些與之相對應的方法，比如：實驗法等。借助于數學這種工具，我們的目的是為了解決工程中的力學問題，最終實現工程應用。推導公式為主的課程往往帶來的弊端就是冗雜繁瑣、枯燥乏味，如果這門課程的授課形式純粹以推公式為主，這會大大降低學生的學習興趣，妨礙學習效果。前面已經提到，彈性力學這門課程最大的一個特點是后面的章節均可與前面的內容形成類比。教學實踐表明，如果在推導公式的授課過程中，如果能夠做到前后章節相呼應，這不僅能夠加深學生對之前學習內容的理解，更易于學生對后面所學知識的接受。此外，彈性力學是一門建立在工程實際基礎上的課程，這門課程的最終目的就是為了解決工程上的力學問題，所以如果在授課的過程中能將力學問題與工程實例相結合，這不僅能讓學生明白所推公式的意義，讓數學公式工程化，更能對培養學生的工程實踐能力起到基礎性的作用。

二、大學生工程實踐能力的培養

對于工科院校，工程實踐是大學生教育中不可或缺的一部分，它的有效實施能夠保證學生將課堂和書本中所學到的理論知識與工程實際相結合。大學生所處的這個年齡階段正是一個從青澀慢慢走向成熟的時期，高校給大學生提供了一個從學校走向社會的過渡性場所。因此，大學階段工程實踐能力的培養能夠保障大學生今后面向社會時的技能和心態。此外，實踐是創新性思維的來源，通過實踐更能塑造大學生的創新意識。目前而言，許多高校仍然在大學生工程實踐能力的培養方面存在著不足，這主要體現在三個方面。首先，受中國傳統理念的影響，大多人群更加青睞于學習和接受理論知識，認為大學就是來學習書本知識的，這就致使很多高校在培養過程中對實踐能力不夠重視;其次，學生能力的培養離不開老師，而很多高校教師在傳統觀念和高校體制的影響下，往往也存在對工程實踐經驗的缺乏，這就導致學生不能夠將“學”和“用”很好地結合;此外，大學生實踐能力的培養離不開高?；A設施的建設，如若學校工程實訓所需的設施不完善，也會對大學生實踐能力的培養造成一定的阻礙。針對大學生工程實踐能力培養過程中存在的不足，合適的方法是解決問題的關鍵。首先，高校需要改變傳統教學觀念，在理論和實踐的教育之間尋求一個平衡點，讓學生能夠更好地將理論知識應用于工程實踐，并且用工程實踐更好地指導理論知識的學習。此外，高校需要積極突破自身設施不足的缺點，尋求與校外企業的合作，從校內實踐走向校外實踐，這也為今后學生走向社會奠定了基礎。對于高校教師而言，定期進行校外實踐培訓同樣具有重要性。優秀的學生離不開好的老師，只有豐富高校教師的工程實踐經驗，才能更好地用于對學生的培養。與此同時，這對教師自身素養的提高也有很大的幫助。

三、以大學生工程實踐能力培養為導向的彈性力學課程教學研究

這里以土木工程背景下的彈性力學課程教學為參考，針對彈性力學教學課程中如何與工程實際相結合，做如下三個方面探討。

第一，理論教學與工程案例相結合。具有強大的工程實踐性是土木工程學科的特點之一。彈性力學作為一門基礎力學學科，在教學過程中如果結合實際工程案例，則可以引申出許多與工程相關的彈性力學問題。因此，采用這種教學方式，能夠有效加深學生對彈性力學這門課程的理解。這里以超高層建筑為例，很多超高層建筑均采用了巨型柱框架一核心筒結構。在彈性力學教學過程中，若結合這些結構，使學生了解到超高層建筑的內部建構所采用的新型結構體系，并將相應彈性力學問題進行凝練，將會大大激發學生對彈性力學的學習興趣，也會促進學生對土木工程專業后續課程的好奇與探索。

第二，課程間相互滲透及與工程案例相結合。首先，結合工程案例，將工程問題剖析，針對不同的問題凝練出不同的彈性力學課程問題，這能夠促進學生對所學各力學課程以及整體力學體系的理解。比如說巨型柱框架一核心筒結構，框架結構本質上是桿件系統，屬于結構力學的研究范疇;而構成桿件系統的每一桿件，又屬于材料力學的研究范疇;筒結構由剪力墻構成，一般屬于彈性力學的研究范疇。通過這樣的“解剖式”教學方式，可以大大加深學生對彈性力學以及與相關力學課程關系的理解。其次，結合工程案例，還可以將彈性力學課程與土木工程相關專業課程進行聯系。比如說鋼結構和混凝土結構課程，從工程的角度而言，對此類結構的強度、穩定性等的計算尤其重要，稍有誤差將會對生命、財產等造成不可挽回的損失。因此，如若在教學過程中，結合工程案例，層層剖析，將實際問題最終化為彈性力學問題，將會在學生的腦海中構造出彈性力學課程、土木類課程以及工程實際的關系圖，對學生今后的職業發展奠定良好的理論基礎。

第三，理論知識與校內外工程實踐相結合。為了滿足社會對應用型人才的需求，彈性力學的授課應努力尋求與校內外工程實踐相結合。校內實踐主要以實驗室為主，這在設施相對貧乏的情況下很大程度上限制了實踐的效果。因此，努力尋求與校外企業的合作，從校內實踐走向校外實踐，在某種程度上能夠解決校內資源不足的問題。這就要求高校努力建設長期、穩定、可靠的工程實踐基地。高校、學院以及相關教師要積極投入到實踐基地的建設中，明確基地建設思路，規范基地建設管理，保障基地建設投入，對基地開展教學條件、教學課程的建設，并與企業合作互助，共同開展基地建設以及對學生的實踐指導，從而充分有效保障課堂理論知識與校外工程實踐的結合。

四、結束語

以大學生工程實踐能力培養為導向，將彈性力學的理論教學過程結合典型工程案例，使學生在學習彈性力學這門課程的過程中，能夠積極尋求與其余力學課程、相關土木類課程以及工程案例的相關性，這會大大提升學生學習彈性力學課程的主動性，激發學生的創新意識。此外，高校需要積極突破自身設施不足的缺點，尋求與校外企業的合作，從校內實踐更多地走向校外實踐，這將有助于學生在以后的學習和實踐中有意識地運用彈性力學理論來解決實際工程問題，也為今后學生走向社會奠定了基礎。