工科理論力學課程教學與創新人才培養目標關系淺議

摘要：從培養人才目標出發，結合理論力學課程體系內容，在教材建設和教學內容、教學手段、實驗環節和學生的專業興趣等方面，簡要闡述了作者的一些觀點和體會。

關鍵詞：理論力學；創新人才培養；課程內容及體系

中圖分類號：G642.0文獻標志碼：A文章編號：1674-9324（2012）11-0128-03

經過多年的摸索和總結，通過對比它國的經驗和教訓，我們發現：在面對新世紀挑戰的時候，我們的學生缺少的不是知識，也不是刻苦的精神，而是創新的能力。為了能培養出問鼎諾貝爾獎的人才，也為了能在新時代涌現出可以使中國走向富強的一代有為的力學工作者，作為一名教師，應當承擔起培養創新人才的重任。轉變觀念，揚棄傳統的教學模式和教學手段，引進和發展現代化的教學技術和教學理念，拓展教學內容和課程體系已是當務之急。

一、創新人才培養的目標

21世紀的人才培養目標是具有創新意識和創新能力的全面發展型人才。截止到2001年，牛津大學共為英國培養出40名諾貝爾獎獲得者、25位首相，這是因為牛津大學要求大學培養的人才“要有很高的技術，非常寬的知識基礎，有很強的個人責任感、革新能力和靈活性。個人能夠不斷地獲取新的技術以適應其需要”。同樣，美國的許多大學也都在致力于培養創新型人才，截止到1998年，僅哈佛大學一所學校，就已有35名教師、38名畢業生獲得諾貝爾獎，可以說是培養創新人才最成功的大學之一，該校以追求真理為辦學宗旨，在人才培養上以培養全面發展的人、有教養的人為目標，強調培養的人才應該是在情感、智力方面全面發展的人，應該是受過廣泛而深刻的教育的人，是獨立思考能力、分析能力、批評能力和解決問題的能力高度發展的人才。聯合國教科文組織的有關21世紀教育發展的報告也將培養創新型的人才作為人才培養的目標。

所謂創新型人才，就是具有創新意識、創新精神、創新能力并能夠取得創新成果的人才。創新人才的基礎是人的全面發展。創新能力不是知識，而是需要不斷培養和完善的一種素養。知識的積累有利于創新能力的培養，但不是全部。有創新能力的人才應具備的幾個條件是：踏踏實實的工作態度，堅實的理論基礎，對新事物的興趣，豐富的實踐經驗和較強的實踐能力，強烈的改變現狀的動機。結合新時代的特點，創新人才還必須具備團結協作的能力。而所有這一切都要求培養學生探索新事物的興趣，讓他們發揮學習的主動性，將學習作為一種活動而不是任務，去主動參與，激發他們的創新欲望。

為了適應創新人才培養的需要，高等教育應當對課程體系和教學方法手段等進行相應的改革和調整，力求學生的知識體系更完整，個性能得到更加充分的發揮，要培養創新能力，學生的多樣化就要求教學方法的多種多樣，教師要因材施教，發揮各個學生的特長；要根據學科特點采用適宜的教學方法；要根據培養目標確定不同的教學方法；為提高學生學習的興趣，要不斷改變教學方法。不管何種教學方法，都必須以學生的主動參與為基本要求，以培養能力為目標。要培養創新能力還要充分應用現代化教學媒體技術，為了能在有限的時間內取得好的教學效果，必須提高教學效率，而現代化的教學媒體能刺激學生各種感官，激發學習的興趣。如電視和錄像能增加學生的見聞；互聯網開拓了學生的知識面，增加了獲取知識的渠道；電腦動畫可化無形為有形，化抽象為形象；投影儀、視頻展臺能增加可視性。總之，創新是以知識為基礎，需要為動力，多種能力的綜合為前提的實踐活動。創新能力的培養是一個系統工程，需要家長、學校、社會共同參與。因此在培養學生的過程中，教師必須不斷研究學生，務實工作，并根據學生的需要改進教學方法，這樣才能真正有利于學生的發展。

下面就圍繞創新人才培養的目標關于理論力學課程教學改革進行一些探討。

二、理論力學課程教學改革探析

（一）教材建設和教學內容

隨著新知識的不斷豐富、新技術的不斷提高，作為一門古老的基礎力學學科，理論力學課程也應當注入新的活力。進入21世紀以來，高等教育改革的步伐日益深入，涌現了一批反映改革成果的教材，它們無論在課程的內容還是在課程的構架方面都做出了大膽的嘗試和改革，以適應新時期的教學要求。比如傳統的理論力學有三大篇：靜力學、運動學和動力學，針對這三部分的內容和順序，很多教材都做了一些調整，有些以運動的描述開始，有些將靜力學作為動力學的特例，從課程的結構體系上做了一些改變。但對課程內容的大幅度的改革還是有很大的難度的，另一方面由于力學課程學時的大量削減也限制了課程內容的創新，只能保留基本的內容，從而導致本課程的精華和亮點部分被砍掉，不能完整地展示理論力學課程的體系構架。那么，如何在現有的課時條件下保證理論力學課程體系的完整性就需要對該課程的體系進行適當的調整。

力學課是一個系統體系，各門課程之間具有連貫性，理論力學是邁入這個系統的第一關，其課程體系的調整一定要注意結合好后續專業力學課程。為了保證理論力學課程和后續課程的銜接，就應將它作為力學課整體中的一環，而且是關鍵的第一環，當然這也需要后續力學課程的相應的改革。從力學課的整體以及從培養具有創新能力的人才需求來看，提高學生的解決問題的能力遠比教授知識更加重要，通過對理論力學課程的學習，我們希望學生能夠建立起力學問題的基本框架，解決問題的一般思路和基本方法，而不只是記住幾個概念、背幾個定理，這就要求對課程內容和體系進行適當的擴展。首先在理論力學課程中增加建模的概念，當然理論力學是一門基礎課是難以單獨解決一個工程問題的，因此我們的重點應放在建模的理論體系構架上，構建起解決工程問題的基本思路，這里包含針對實際構件的建模，圍繞研究的問題，考慮相關因素，忽略次要因素，建立合理的力學模型，如質點、質點系、剛體和變形固體等，針對不同的問題的不同要求，同一物體力學模型也可以不同。物體和物體之間的相互作用的模型就體現為約束的處理，對于約束可以以約束力的形式體現，也可以以數學表達式的形式出現，分別應用在不同的問題的方法上。還有載荷的物理建模：集中力、力偶和分布載荷等。有了這些物理模型，學生就可以自己搭建起將實際工程問題變為紙上的力學模型的橋梁，當然這部分內容的深度不是理論力學一門課程所能完成的，學生只需要了解工程問題與書本上的習題之間的關系，從而在后續課程的學習中有一個清晰的概念和思路。其次在已有的力學模型基礎上建立相應的數學模型，也就是寫出相應研究對象和問題的運動方程、動力方程等，這是理論力學課程的任務所在，也是理論力學課程的重要之處，教師應以傳授解決問題的手段和方法為主要目的。如動力學問題有三大動力學定理、達朗伯原理和虛位移原理等解決方法，學生應當掌握各種方法的適用范圍，靈活地應用各種方法解決問題，重點在解決問題的過程，而不僅僅追求答案的正確與否。另外教師在授課中應當給學生建立一種概念，對于不同的力學模型，研究問題的思路、方法都會不同。比如理論力學是建立在剛體模型基礎上的學科，無法求解變形，而材料力學的研究對象是變形體，可求變形，同時應力、應變的概念又為彈性力學打下了基礎，這樣學生可以從宏觀的角度將各門力學課程結合起來，同時有利于知識的融會貫通，為將來解決具體的工程問題提供了知識的保證。最后是對建立的數學方程進行分析計算，這部分的內容要求有較高的數學知識和相應的計算軟件知識，給學生簡單介紹目前常用的軟件即可。通過三部分內容的講解，學生可以建立起一個完整力學問題求解的基本框架，對今后的相關力學課程的學習以及提高解決問題的能力都必有益處。

另外，大多數工科學生都需要學習理論力學，但對于不同的專業側重會有所不同。為了保證課程的延續性，教師在教學過程中應根據不同專業后續課程的不同相應的在教學內容上作些調整，如能動專業學生后面要學習流體力學，在動量定理部分應加強介紹該定理在流體中的應用；對于土木專業的學生應強化結構中力的分析求解；而對于航天專業的學生可以考慮增加剛體定點運動的內容。總之，教師應根據不同授課對象，考慮他們的后續課程的需求來調整授課內容的側重。

（二）教學手段

多媒體這種新型教學手段，漸漸取代了傳統的手寫教學方式，大大節約了上課時間，為學時的減少而內容不減提供了必要的硬件保證，而且通過多媒體的動畫演示也為學生更好地理解內容提供了很好的平臺，但是多媒體教學方式的弊端也不少，首先課堂教學氣氛不好，光線暗淡，學生容易產生困倦，就需要教師把學生的情緒調動起來。其次多媒體課件通常畫面顏色鮮艷，看久會造成視覺疲勞。而且每次一頁的課件信息量有限，頻繁地變換畫面必然導致學生印象不深，如果學生分神就會銜接不上前面的內容，在演示推導過程時，其弊端更加明顯。一般每節課都是一段相對獨立完整的內容，如果課堂的大部分內容都保留在黑板上，那么教師可以在結束時將該節課的內容貫穿起來，給學生一個清晰的和連貫的思路，這也是多媒體教學所欠缺的。最后多媒體教學會造成學生和教師的依賴感，很多年輕教師認為只要有課件就可以上講臺，在上課前基本不會或花費很少的時間備課，教學質量必然有所下滑，而學生認為沒認真聽也不要緊，只要考試前將老師的課件拷貝回來一看就行。在和學生的交流中以及自己的教學體會感覺全部采用多媒體的教學效果并不令人滿意，因此如何合理地安排板書和多媒體教學是我們教師應當認真思考的問題。

（三）實驗環節

實驗是科學研究的一種重要手段，它不僅可以驗證理論計算結果的有效性，增強對書本知識的感性理解，還可以培養學生解決問題的動手能力，對于培養創新型人才是必不可少的重要環節。實驗不僅是課堂教學的延伸和補充，同時在實驗過程中還可以啟發學生發現問題、提出問題，并自己設計實驗。我校面向本科生開設的理論力學課程中有8小時的實驗環節，另外還有一些開放性實驗可供學生自己選擇，但效果并不明顯，學生自己作實驗的積極性不高，這也許與現有的實驗室條件和管理制度有關。

（四）學生的專業興趣

學生作為教學過程中的主體，他們對課程的學習態度直接決定了教學質量的好壞。但是現在的學生學習狀態并不樂觀，重點大學的情況可能會好一些，反映出來的問題是學生對課程不感興趣，缺乏學習動力，就以我校為例，力學專業的學生的力學課成績有三分之一不及格，比非力學專業的學生成績還差。那么首先作為教師自身應當提高教學水平，把學生吸引到課堂上來，其次在課堂上需要充分調動學生的主觀能動性，例如可以讓學生提出感興趣的力學小問題，利用業余時間進行分組討論，并將其代替作業，作為考核的一部分；或者將工程實際問題中涉及的理論力學內容補充到課堂中，讓學生了解到所學知識與實際問題之間的聯系，從而培養學習的興趣。另外在專業興趣的培養上，還可以請專業課教師開設一些學時的專題。

理論力學是工科學生的第一門力學課程，涉及航天、機械、材料、土木和能源動力等多個專業，同時理論力學也是第一門技術基礎課，它依托高等數學和大學物理，是后續課程的重要基礎，因此理論力學課程的學習對工科學生的后續專業課的學習起到了重要的作用。

理論力學能夠培養學生綜合應用數學工具和力學原理解決實際工程問題的能力，這些能力的培養是創新型人才必須具備的基本素質。同時，理論力學介紹的研究問題的基本思路、基本理論、基本方法，同樣可以應用在其他學科的學習中，學科的交叉和滲透往往需要學生能夠互相借鑒各學科的方法來綜合解決問題，這也是創新型人才培養的需要。