提高工程力學(xué)課堂教學(xué)質(zhì)量的研究與實踐

李清祿

(蘭州理工大學(xué)理學(xué)院，甘肅蘭州，730050)

工程力學(xué)是從基礎(chǔ)理論課過渡到工程專業(yè)課的技術(shù)基礎(chǔ)課，由理論力學(xué)和材料力學(xué)兩部分組成，具有理論嚴(yán)謹(jǐn)，邏輯性強(qiáng)的特點，包含抽象的力學(xué)概念、繁多的計算公式、大量的工程應(yīng)用背景實例，學(xué)習(xí)過這門課的學(xué)生普遍反映“不好學(xué)”。通過對工科基礎(chǔ)力學(xué)課程的教學(xué)體系、教學(xué)方法、教學(xué)手段以及考試方式等方面進(jìn)行新的嘗試可以發(fā)現(xiàn)，隨著不斷探索、實踐以及教學(xué)體系、內(nèi)容、方法、手段等一整套先進(jìn)的教學(xué)系統(tǒng)的不斷完善，工科大學(xué)生的力學(xué)能力顯著提高。[1]實踐表明，這些舉措對力學(xué)類課程的教學(xué)適應(yīng)新工課專業(yè)的建設(shè)，提高教學(xué)質(zhì)量有一定的價值。[2]教學(xué)體制改革要求培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才，工程力學(xué)的課程體系、教學(xué)內(nèi)容、手段及方法都應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的改革。[3-5]基礎(chǔ)力學(xué)教師需要思考如何上好工程力學(xué)課程，既讓學(xué)生學(xué)起來覺得輕松，能得到理論知識的嚴(yán)格訓(xùn)練，又具備一定的解決工程實際問題的能力。

一、精心備課，注重啟發(fā)式教學(xué)

(一)注重上好第一節(jié)課

工程力學(xué)一般安排在大二第一或者第二學(xué)期，上好第一節(jié)課非常重要。首先，教師可以介紹科學(xué)家的生平事跡，比如講解大科學(xué)家牛頓是如何勤奮學(xué)習(xí)，最后獲得成功的。這樣對少數(shù)迷茫的大學(xué)生有一種平穩(wěn)心態(tài)的作用。其次，內(nèi)容的組織要有條理。教師首先要闡述工程力學(xué)在學(xué)生所學(xué)專業(yè)中的地位、作用和應(yīng)用范圍，讓學(xué)生認(rèn)識到學(xué)習(xí)工程力學(xué)的重要性。教師可以主要介紹工程力學(xué)對后續(xù)主要專業(yè)課程的重要作用，讓學(xué)生認(rèn)識到學(xué)好這門課程對該專業(yè)的重要意義，從而讓學(xué)生在心底重視這門課程。

(二)啟發(fā)式教學(xué)落實到教學(xué)的各環(huán)節(jié)

作為力學(xué)教師，首先要樹立啟發(fā)式教學(xué)的思想，把啟發(fā)式教學(xué)落實到各個環(huán)節(jié)，從而調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。在教學(xué)中，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，教師起主導(dǎo)作用。對于理論性強(qiáng)的部分，應(yīng)聯(lián)系周圍事物以及有關(guān)的工程實際問題進(jìn)行精講，這時候按課程的重點難點分層次設(shè)問引導(dǎo)，讓學(xué)生通過自己的思考得出結(jié)論。教師可適當(dāng)安排部分章節(jié)讓學(xué)生自學(xué)，然后共同討論自學(xué)的內(nèi)容。在討論過程中，教師既要善于引導(dǎo)，又要讓學(xué)生充分談?wù)撟约旱目捶ā?/p>

二、優(yōu)化教學(xué)過程和教學(xué)內(nèi)容

(一)積極激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

工程力學(xué)理論性強(qiáng)、數(shù)學(xué)推導(dǎo)多、工程應(yīng)用性廣泛，有部分學(xué)生對力學(xué)產(chǎn)生了畏懼心理，極大地抑制了其學(xué)習(xí)力學(xué)課程的正常心理。對此，教師可以聯(lián)系生活，分析工程和生活中的力學(xué)問題，既能增進(jìn)課堂講解的生動性，又可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，在材料力學(xué)部分，教師可以通過探討“泰坦尼克號”沉沒之謎、分析魁北克大橋塌陷之因，使學(xué)生能夠以史為鑒，深刻認(rèn)識到學(xué)習(xí)工程力學(xué)的重要性。再如，講授彎曲應(yīng)力時，教師可以引入對竹子“嘴尖皮厚腹中空”的力學(xué)美分析，使學(xué)生在步入力學(xué)的殿堂時，少幾分枯燥，多幾分欣賞，從中激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣和積極性。[6]

(二)培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性

傳統(tǒng)的教學(xué)模式是以教師為主體，以課堂講述為主，教師講得頭頭是道，但是學(xué)生不能事先掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容，學(xué)習(xí)主動性和積極性得不到發(fā)揮。因此，教師在教學(xué)中可以采用多種教學(xué)模式。比如，在高數(shù)和大學(xué)物理里面學(xué)過的計算重心、慣性矩的計算不必再重復(fù)一次，否則只會讓學(xué)生失去興趣，甚至輕視工程力學(xué)，認(rèn)為這門課很簡單很容易學(xué)。因此，對于這些內(nèi)容，教師要要求學(xué)生課前自己預(yù)習(xí)。對于有些內(nèi)容，比如平面任意力系平衡方程的二矩式、三矩式，教師則可以采用討論式，即課堂上先提出問題，引導(dǎo)學(xué)生以研究的方法去學(xué)習(xí)，去思考，最后得出結(jié)論。

(三)在教學(xué)中突出重點

工程力學(xué)中定理和公式較多，如果一一推導(dǎo)，教學(xué)時間上不夠，另外煩瑣的公式推導(dǎo)學(xué)生也不感興趣。所以，比較理想的做法是講清公式推導(dǎo)的思路，公式的推導(dǎo)過程簡略，最后記住結(jié)論即可。比如，講剛體的平面運(yùn)動這部分內(nèi)容時，學(xué)生都感到難學(xué)。這時候教師可以邊演示動畫邊講解，讓學(xué)生了解曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、行星齒輪機(jī)構(gòu)的組成。又比如，材料力學(xué)部分中彎曲和扭轉(zhuǎn)的組合變形是一個難點，但又是后續(xù)課程機(jī)械設(shè)計中轉(zhuǎn)軸設(shè)計所必須運(yùn)用的方法。教師在教學(xué)中要始終貫穿一條主線，即“力學(xué)模型—受力分析—內(nèi)力分析—應(yīng)力分析—強(qiáng)度條件計算”，逐步突破難點，使學(xué)生真正從中提高解決問題的能力。

(四)修改教材內(nèi)容，引入新工程力學(xué)分析內(nèi)容

現(xiàn)行工程力學(xué)教材內(nèi)容比較陳舊，知識構(gòu)架亦不完整，內(nèi)容更新勢在必行。在課程教學(xué)中，高校必須從人才培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā)，強(qiáng)調(diào)知識的綜合性實用性，加強(qiáng)對學(xué)生實踐能力與創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。在教學(xué)改革中，教學(xué)內(nèi)容的改革是最重要的。教學(xué)內(nèi)容的改革必須有一個新體系的教材作保證，因此，教材建設(shè)是課程建設(shè)的基礎(chǔ)課關(guān)鍵所在。從去年開始，筆者所在學(xué)院有經(jīng)驗的教師開始著手編寫工程力學(xué)教材，并春季學(xué)期開始試用。該教材引入了反映學(xué)科發(fā)展水平的新概念、新理論、新方法，同時編入了大量的分析和思考題，是一部啟發(fā)性和研究性比較強(qiáng)的教材，對學(xué)生的思維方式和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有積極的作用。

三、多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)有機(jī)結(jié)合

工程力學(xué)內(nèi)容比較難學(xué)。比如理論力學(xué)內(nèi)容抽象，材料力學(xué)公式繁多，力學(xué)課程單調(diào)、枯燥。工程力學(xué)教學(xué)中有的比較抽象的問題用口頭是難以表達(dá)清楚的，媒體教學(xué)可以將工程實際問題生動地展現(xiàn)在學(xué)生面前。這樣既可以節(jié)約時間，又可以方便、生動地向?qū)W生解釋教學(xué)內(nèi)容。多媒體教學(xué)既有教師的精講啟發(fā)，又有現(xiàn)在媒體的適時參與。這樣給學(xué)生們造成了一種全方位、立體的學(xué)習(xí)環(huán)境，使抽象的信息變得生動化，學(xué)生容易接受。同時，多媒體教學(xué)可以增加大量的工程實例，增加課堂的信息量。多媒體教學(xué)具有很多傳統(tǒng)教學(xué)無法比擬的優(yōu)點，但只運(yùn)用多媒體效果也存在弊端。部分學(xué)生更喜歡教師在黑板上和大家一起分析，因此，教師要做到多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)的有機(jī)結(jié)合。

四、基于慕課的工程力學(xué)混合式教學(xué)

大規(guī)模開放在線課程(Massive Open Online Course)也被稱為慕課，是一種以信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為支撐，主要面向公眾提供免費(fèi)在線課程的新型教育模式。[7]2013年到2014年，清華大學(xué)、北京大學(xué)等國內(nèi)高校的首批慕課上線，“學(xué)堂在線”“中國大學(xué)”等慕課平臺相繼發(fā)布，中國慕課由此開始蓬勃發(fā)展。工程力學(xué)是工課院校的重要課程之一，學(xué)校對該課程的改革非常重視，信息化改革勢在必行。課前引入碎片化的慕課視頻，適應(yīng)了當(dāng)今大學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)生活習(xí)慣和學(xué)習(xí)喜好。學(xué)生可以自由選擇學(xué)習(xí)時空和頻率，擁有更多自主權(quán)，感受到自己的主體地位，也滿足了學(xué)生個性化學(xué)習(xí)的需求。課前視頻吸引學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)并幫助學(xué)生跨越知識和技能鴻溝，有利于提高其在實體課堂中的參與度。慕課中的測試能反饋各個學(xué)生的問題，幫助教師掌握學(xué)生對各知識點的掌握情況，深入了解學(xué)生，方便調(diào)整線下課堂教學(xué)的進(jìn)度。[8]面向未來，工科教學(xué)應(yīng)該聚焦技術(shù)創(chuàng)新，推進(jìn)慕課快速發(fā)展。教師也要轉(zhuǎn)變教育理念，進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量，充分用好慕課，促進(jìn)教育教學(xué)改革。

五、改革實驗教學(xué)

工科力學(xué)實驗教學(xué)一直沿用實驗指導(dǎo)書，實驗內(nèi)容單一，極大限制了學(xué)生思維能力。此外，由于學(xué)生人數(shù)多，實驗儀器少，實驗中多數(shù)學(xué)生圍觀，缺乏對實驗內(nèi)容的理解，這與新工程專業(yè)的建設(shè)以及培養(yǎng)創(chuàng)新能力的初衷是不符合的。工科教師應(yīng)思考改革實驗內(nèi)容，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，樹立以素質(zhì)教育為目的的先進(jìn)理念，引導(dǎo)學(xué)生的創(chuàng)新思維。新的實驗教學(xué)中應(yīng)對實驗原理只做簡明扼要的介紹，淡化對具體試驗步驟的要求，實驗項目后應(yīng)增加思考題。針對教學(xué)計劃中學(xué)時安排不能滿足學(xué)生的求知需要，除了基礎(chǔ)實驗增加內(nèi)容外，工科力學(xué)實驗教學(xué)還應(yīng)該增加驗證性實驗、設(shè)計性實驗及綜合實驗的內(nèi)容，并增加選修及參考實驗內(nèi)容。對此，高校可以開放實驗室，通過實驗室這樣一個平臺，激發(fā)學(xué)生的求知欲望，提高學(xué)生的綜合創(chuàng)新素質(zhì)，開拓學(xué)生的潛能，從而提高教學(xué)效果。

工程力學(xué)教改的成功與否，關(guān)鍵在于課堂教學(xué)方法的改革。為了達(dá)到這一目的，專業(yè)教師需要適應(yīng)新形勢下工科力學(xué)課程的教學(xué)要求，在教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)方法，教學(xué)手段等方面下功夫。同時，教師應(yīng)給學(xué)生比較多的思考時間，鼓勵學(xué)生參加國內(nèi)外的力學(xué)競賽，讓他們在成功的體驗中不斷進(jìn)步、進(jìn)取。