以力學(xué)競賽為引領(lǐng)的民族院校工程力學(xué)創(chuàng)新教學(xué)模式研究

張東利 武美先 湯占岐 李瀟

摘要：為了提高民族院校大學(xué)生的教學(xué)質(zhì)量和創(chuàng)新能力，文章結(jié)合民族院校力學(xué)教學(xué)的特點(diǎn)，以“厚基礎(chǔ)、強(qiáng)能力、重應(yīng)用”為目標(biāo)，引領(lǐng)本校的力學(xué)課程進(jìn)行創(chuàng)新性改革。針對(duì)教學(xué)和競賽中暴露出來的弱項(xiàng)，以競賽促教改，以實(shí)踐促創(chuàng)新。以提高教學(xué)質(zhì)量為目標(biāo)，以力學(xué)競賽為輔助，解決教和學(xué)中內(nèi)容選擇、學(xué)生能力的落實(shí)以及學(xué)生欠缺知識(shí)的補(bǔ)充問題，有效改變民族院校力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量落后的狀況。

關(guān)鍵詞：工程力學(xué);力學(xué)競賽;創(chuàng)新能力;教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G421? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1674-9324（2020）15-0144-03

一、民族院校工程力學(xué)課程的教學(xué)現(xiàn)狀

工程力學(xué)包括理論力學(xué)和材料力學(xué)兩部分內(nèi)容，是機(jī)械專業(yè)及近機(jī)類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。它承接《高等數(shù)學(xué)》《大學(xué)物理》等基礎(chǔ)課程，是物理中力學(xué)的延續(xù)和加深，更注重與工程實(shí)際的結(jié)合。作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，它為學(xué)習(xí)專業(yè)后續(xù)課程如《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》《工程流體力學(xué)》《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》和《過程流體機(jī)械》等準(zhǔn)備必要的基礎(chǔ)知識(shí)，也是工程設(shè)計(jì)的科學(xué)依據(jù)。學(xué)習(xí)目標(biāo)主要是培養(yǎng)學(xué)生正確分析問題和解決問題的能力，為以后解決生產(chǎn)實(shí)踐問題、從事科學(xué)研究工作打下基礎(chǔ)。學(xué)生學(xué)完這門課程后，應(yīng)該具備建模、計(jì)算表達(dá)以及綜合應(yīng)用知識(shí)實(shí)際問題的能力[1]。

然而，由于該門課程內(nèi)容涉及微積分、微分方程求解，對(duì)前期知識(shí)要求較高;講授內(nèi)容本身也偏向理論，具有一定抽象性，需要學(xué)習(xí)者具有一定的計(jì)算基本功。但大部分民族院校的學(xué)生都來自偏遠(yuǎn)山區(qū)，數(shù)學(xué)、物理等基礎(chǔ)知識(shí)十分薄弱，理解能力有限，要達(dá)到上述目標(biāo)困難重重，有些學(xué)生甚至因此門功課不及格而影響了就業(yè)，或者造成研究生階段學(xué)習(xí)的困難。該門課程的基礎(chǔ)性和重要性可見一斑。

民族院校力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量難以提高的另外一個(gè)重要因素在于學(xué)生水平參差不齊、水平差距過大，造成教學(xué)上的兩難境況。講授內(nèi)容簡單會(huì)使尖子生吃不飽，無法登堂入室;講授內(nèi)容稍加復(fù)雜又會(huì)將底子差的中等生和后進(jìn)生閉之門外。很多學(xué)校因此實(shí)行分層教學(xué)，以期達(dá)到因材施教目的。但我們以往的分層教學(xué)實(shí)踐表明[2]，在學(xué)生、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容以及評(píng)價(jià)體系的分層，在一定程度上有利于不同層次的學(xué)生達(dá)到各自的教學(xué)目標(biāo)。分層容易造成學(xué)生成績和積極性兩極分化，容易傷害部分學(xué)生的自尊心，產(chǎn)生“破罐子破摔”的想法，反而無法達(dá)到分層教學(xué)的目標(biāo)。再者，分層將學(xué)生人為分割開，不利于學(xué)生之間的互幫互助，不利于學(xué)生之間的相互交流。還有一個(gè)非常重要的原因是，民族院校師資力量往往不是很強(qiáng)。分層教學(xué)、小班教學(xué)的設(shè)想雖然很美好，但若沒有必要的硬件、軟件做支撐，往往達(dá)不到理想效果。

二、以競賽為引領(lǐng)的民族院校工程力學(xué)課程改革

周培源力學(xué)競賽是全國在校大學(xué)生、研究生自愿報(bào)名參加的一種大學(xué)生科技活動(dòng)，由中國力學(xué)學(xué)會(huì)和周培源基金會(huì)共同主辦，旨在考核學(xué)生力學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，進(jìn)而以提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。因此它和本課程的教學(xué)目標(biāo)具有一致性[3，4]。

作為全國性的大賽，其題目還是具有很大含金量的。一些參賽的重點(diǎn)大學(xué)本科生也對(duì)其中一些題目頗感吃力，更不用說民族院校的學(xué)生。但是，其本身具有的一些特點(diǎn)，還是非常值得民族院校關(guān)注。參加這樣的比賽并且獲獎(jiǎng)，對(duì)學(xué)生自身價(jià)值的肯定和學(xué)業(yè)的幫助非其他賽事可比，有利于提高學(xué)生的自信心和對(duì)機(jī)械類專業(yè)課程的興趣;有利于團(tuán)體氛圍的形成和學(xué)生之間的互助、共同提高;同時(shí)，也有利于教師之間的教學(xué)交流和師生之間的教學(xué)相長。若以此為任務(wù)驅(qū)動(dòng)，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。

雖然周培源力學(xué)大賽迄今為止已成功舉辦了12屆，但我校學(xué)生只參加了最近的三屆。從參賽過程和結(jié)果來看，競賽還存在不少問題。我校地處民族地區(qū)，少數(shù)民族學(xué)生居多，學(xué)生水平有限，基礎(chǔ)知識(shí)不牢、力學(xué)建模、計(jì)算以及綜合運(yùn)用知識(shí)的能力較差。加之學(xué)生認(rèn)識(shí)不到位，積極性不高等因素的影響，導(dǎo)致競賽成績差強(qiáng)人意。

針對(duì)以上情況，結(jié)合民族院校力學(xué)教學(xué)的特點(diǎn)，經(jīng)本校力學(xué)教研室的老師多次研討，決定以競賽為突破口，以“厚基礎(chǔ)、強(qiáng)能力、重應(yīng)用”為目標(biāo)，引領(lǐng)本校的力學(xué)課程進(jìn)行創(chuàng)新性改革，并申請(qǐng)了相關(guān)的教改項(xiàng)目。該項(xiàng)目的重點(diǎn)目標(biāo)在于針對(duì)教學(xué)和競賽中暴露出來的弱項(xiàng)，以競賽促教改，以實(shí)踐促創(chuàng)新。以提高教學(xué)質(zhì)量為目標(biāo)，以力學(xué)競賽為輔助，解決教和學(xué)的內(nèi)容選擇、學(xué)生能力的落實(shí)以及學(xué)生欠缺知識(shí)的補(bǔ)充問題，有效改變民族院校中力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量落后的狀況。

（一）基于精講多練的課堂教學(xué)新模式

針對(duì)學(xué)生底子差，基礎(chǔ)知識(shí)不扎實(shí)等具體情況，我們主要采取打通工程力學(xué)的教學(xué)體系，濃縮課堂教學(xué)內(nèi)容，以夯實(shí)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)為目標(biāo)，合理安排課堂教學(xué)內(nèi)容和練習(xí)強(qiáng)度等方法來加以解決。

1.教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置以學(xué)生能接受為導(dǎo)向。對(duì)于理論力學(xué)和材料力學(xué)課程中存在的重復(fù)性內(nèi)容，視其作用和重要性，并結(jié)合學(xué)生現(xiàn)有基礎(chǔ)，決定是否刪減抑或加強(qiáng)。教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置以學(xué)生能否接受以及接受程度如何來取舍，以能否達(dá)到最終教學(xué)目標(biāo)來定奪，而不僅僅是表面上的體系調(diào)整。目標(biāo)的達(dá)成取決了教學(xué)方法和方式的不同。針對(duì)具體教學(xué)對(duì)象，設(shè)置量身定做的教學(xué)內(nèi)容，正是因材施教在教學(xué)過程中的具體體現(xiàn)。基礎(chǔ)不牢地動(dòng)山搖，對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)再怎么強(qiáng)調(diào)也不過分。基礎(chǔ)打牢后，進(jìn)一步提高就是順藤摸瓜、水到渠成的事情。因此堅(jiān)持以學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)達(dá)成為前提的基礎(chǔ)教學(xué)必須持之以恒，不僅要認(rèn)真落實(shí)，而且還要根據(jù)各屆學(xué)生、各個(gè)學(xué)期學(xué)生的掌握情況不斷進(jìn)行局部動(dòng)態(tài)調(diào)整。

2.教學(xué)方式以利于學(xué)生吸收理解為目標(biāo)。教學(xué)方式對(duì)于力學(xué)教學(xué)歷來頗有爭議。大多數(shù)力學(xué)教師基本不認(rèn)同采取現(xiàn)代多媒體等方式對(duì)力學(xué)課程進(jìn)行講授。的確作為以數(shù)理為基礎(chǔ)、基礎(chǔ)性理論性很強(qiáng)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，如果一味采用一些現(xiàn)代教學(xué)方式講授，教學(xué)效果不佳是必然的。力學(xué)課程有著很強(qiáng)的實(shí)踐性，以板書為教學(xué)方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行具體的解題示范是必要的，也是重要的一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。但力學(xué)課程課時(shí)量和教學(xué)內(nèi)容的矛盾，又使這種方法無法貫徹始終。為了達(dá)到既寬又深的教學(xué)效果，我們采取了多種教學(xué)方式來應(yīng)對(duì)理論授課內(nèi)容、解題示范、總結(jié)提高等課堂環(huán)節(jié)。對(duì)于原理、實(shí)例部分，以現(xiàn)代多媒體方式為主要講授方式;對(duì)于公式推導(dǎo)、課堂練習(xí)等部分采取板書為主的教學(xué)方式;對(duì)于少數(shù)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)不扎實(shí)的情況，采取課下吃小鍋飯的方式進(jìn)行彌補(bǔ);對(duì)于較難的部分，采用自習(xí)和翻轉(zhuǎn)課堂的方式予以解決。

3.教學(xué)效果以學(xué)生最終能掌握為標(biāo)準(zhǔn)。教學(xué)的最終目標(biāo)是讓學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識(shí)，并在此基礎(chǔ)上能針對(duì)工程實(shí)踐中的具體問題綜合運(yùn)用。為了能高效達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，我們實(shí)行了圍繞學(xué)生進(jìn)行的備課聽課等教研活動(dòng)。從多個(gè)方面、多種方式解決學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容吸收不良的問題。為了解決一些學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度消極的思想問題，我們力學(xué)教研室聯(lián)系班主任及時(shí)對(duì)學(xué)生進(jìn)行思想幫扶和學(xué)業(yè)幫扶。為了解決學(xué)生底子不足，無法很好消化課堂內(nèi)容的問題，我們站在學(xué)生的角度，對(duì)授課內(nèi)容及時(shí)進(jìn)行總結(jié)溫習(xí)。一些不好記憶的知識(shí)點(diǎn)，總結(jié)成順口溜;一些難以記憶的公式，編制成諧音短句，以達(dá)到幫助學(xué)生快速高效掌握課堂內(nèi)容的目的。對(duì)于課程內(nèi)容的一些較難的龐雜內(nèi)容，采取合并簡化、深入淺出的教學(xué)方式進(jìn)行化解。以上這些做法，激發(fā)了學(xué)生興趣，鼓舞了學(xué)生的信心，為學(xué)生進(jìn)一步提高打下了良好基礎(chǔ)。

（二）基于目標(biāo)達(dá)成的課外實(shí)踐新模式

為了有效提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，我們采取了以競賽為目標(biāo)達(dá)成的課堂講授、練習(xí)反饋以及以小組為單位的翻轉(zhuǎn)課堂的競賽教學(xué)方式。做法主要是課內(nèi)結(jié)合課外，課外補(bǔ)充課內(nèi)。以創(chuàng)新小組為單位，以校內(nèi)微型競賽為載體，在打牢基礎(chǔ)、綜合應(yīng)用上下功夫。這是個(gè)在基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高的關(guān)鍵階段，我們重點(diǎn)抓了以下兩方面：

1.培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)氛圍和自學(xué)能力。大部分民族院校學(xué)生的能力在高中階段就虧欠不少，也沒能養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。而這些正是培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要給學(xué)生補(bǔ)補(bǔ)課。為此，我們特意在課外展開了學(xué)習(xí)方法輔導(dǎo)班，手把手教會(huì)學(xué)生自學(xué)的各個(gè)關(guān)節(jié)環(huán)節(jié)。給學(xué)生總結(jié)推廣了一整套力學(xué)的學(xué)習(xí)方法。如“預(yù)習(xí)+聽講+復(fù)習(xí)”相結(jié)合，吃透理論多做習(xí)題;上課認(rèn)真聽講，做好筆記，掌握重要概念及理論要點(diǎn);課下提前預(yù)習(xí)，提前試做課后習(xí)題，將做題和預(yù)習(xí)、自學(xué)、復(fù)習(xí)相結(jié)合，不會(huì)做的習(xí)題、弄不懂的定理，在聽課或單獨(dú)輔導(dǎo)時(shí)有針對(duì)性地得到解決。最后，兩周一總結(jié)，一月一復(fù)習(xí)，達(dá)到掌握和鞏固的目的。

2.加強(qiáng)綜合訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。這一環(huán)節(jié)主要是解決學(xué)生分析問題、解決問題的能力，利用學(xué)校的創(chuàng)新課程展開。教學(xué)方式是以問題為導(dǎo)向，對(duì)整個(gè)問題的分析、解決過程予以詳細(xì)剖析分解。通過對(duì)工程實(shí)踐中實(shí)際問題的建模、計(jì)算、校核、改進(jìn)等幾大環(huán)節(jié)，按照“理論→實(shí)踐→理論”的步驟，實(shí)現(xiàn)理論在實(shí)踐中的驗(yàn)證和實(shí)踐在理論中的升華。在培訓(xùn)的過程中，根據(jù)學(xué)生水平的實(shí)際情況，有針對(duì)性地強(qiáng)化其中若干環(huán)節(jié)，如計(jì)算能力、建模能力等。通過這一環(huán)節(jié)，一方面強(qiáng)化了學(xué)生運(yùn)用高等數(shù)學(xué)解決工程問題的能力，另一方面也為競賽提前熱身。通過適當(dāng)課外題目的講解和練習(xí)，增強(qiáng)學(xué)生參與競賽的信心，從心理上做好參賽準(zhǔn)備。

（三）基于沖刺階段的參賽熱身訓(xùn)練模式

經(jīng)過兩個(gè)學(xué)期的認(rèn)真準(zhǔn)備和學(xué)習(xí)，有相當(dāng)一部分學(xué)生帶著自信進(jìn)入了報(bào)名參賽階段。針對(duì)本校學(xué)生的具體情況，我們特意組織了賽前輔導(dǎo)班，有意識(shí)、有針對(duì)性地對(duì)往年的比賽真題進(jìn)行講解輔導(dǎo)，主要包括以下兩方面：

1.實(shí)際問題的建模能力和分析能力。力學(xué)競賽中的綜合題目，需要首先進(jìn)行分析簡化，然后建立相應(yīng)的力學(xué)模型進(jìn)行求解。這和教材內(nèi)已經(jīng)給出模型求解結(jié)果的情況完全不同，因此需要有針對(duì)性地進(jìn)行分析和建模的專門訓(xùn)練。

2.綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。力學(xué)競賽中的題目需要運(yùn)用的知識(shí)點(diǎn)較多，很綜合，對(duì)學(xué)生的計(jì)算能力也有較高要求。在此部分主要是以真題為主，通過大量真題訓(xùn)練，再輔之以歸納演繹法，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析和強(qiáng)化。通過對(duì)競賽真題的訓(xùn)練和解讀，強(qiáng)化學(xué)生分析問題和解決問題的能力，強(qiáng)化學(xué)生的創(chuàng)新思維。

三、結(jié)論

文章針對(duì)民族院校中工程力學(xué)教學(xué)和競賽中暴露出來的問題和矛盾，以力學(xué)競賽為引領(lǐng)，以強(qiáng)化學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)和綜合應(yīng)用能力為目標(biāo)，通過以賽促改，以改促新。通過抓教學(xué)、強(qiáng)基礎(chǔ)，采取多種措施，解決學(xué)生學(xué)習(xí)中的瓶頸問題和綜合運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。通過實(shí)施課堂、課外、賽前三個(gè)環(huán)節(jié)的訓(xùn)練和輔導(dǎo)，學(xué)生的學(xué)習(xí)自覺性以及分析問題、解決實(shí)際問題的能力得到很大提高。競賽和教學(xué)相結(jié)合的方式，也給民族院校的工程力學(xué)教學(xué)改革增添了新的內(nèi)涵。

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