基于能力培養的力學教學改革

廣東 董海紅

基于能力培養的力學教學改革

廣東 董海紅

教與學失衡，學與用脫節等情況嚴重影響著力學教學的質量，為改善現狀，滿足各學科發展和工程技術實踐對力學知識的需求，提高學生分析問題、解決問題的能力。筆者從調整教學內容，改革教學模式等方面進行了探索、實踐，效果良好。

力學；改革；任務驅動；多媒體；考核

力學是一門理論性較強的技術基礎課，為生產中碰到的機械、動力等專業問題提供理論依據，但由于涉及大量概念、公式，學生總感覺學習起來枯燥無味，難以理解、掌握，甚至有些學生放棄了學習這門課程，而教師也感覺教學效果不好，教學中教與學、學與用的矛盾越來越突出。

一、教學現狀存在的主要問題

（一）教與學失衡

技工院校為了自身的發展不得不降低招生要求，學生基礎知識較差，對所學知識缺乏基本的了解和足夠的興趣。一部分同學認為力學跟機械類專業沒有多大關系，既難學又沒用，不會予以足夠的重視；另一部分同學認為力學不過是物理課程中力學部分的延續，沒有什么新鮮內容，不用學也會，就放松了力學的學習，等想認真學時，才發現缺少了足夠的積累，學了也不會，只好放棄。

同時力學課時的縮減，進一步加劇了內容多、課時少的矛盾，使得教師為了完成教學任務而疲于趕教學進度，對一些重點內容和應當精講細講的內容在教學過程中難以展開，影響了教學質量和效果。

（二）學與用脫節

從事力學教學的教師對實用技術了解不多，缺乏機械知識背景，授課內容往往以書本內容為主，單純地傳授力學理論知識，從概念講解到定理、證明，再到例題、習題一味灌輸，忽視學生的專業特征和專業需求，導致教的內容用不上，用的內容沒有教的尷尬，更不用說對學生力學素養和創造性思維的培養。

為改善力學教學的現狀，滿足各學科發展和工程技術實踐對力學知識的需求，我們從教學內容、教學方法、考核方式等多方面進行探索，經過多次反復的“調研—調整—評價”（如圖1所示）過程，力求使學生在較快掌握力學理論和解題方法的同時，養成深入思考的習慣，提高分析問題、解決問題的能力。

圖1 力學教學改革流程圖

二、教學改革方法研究

（一）以用為本，調整教學內容

技工院校的教育注重知識的實用性，強調學生掌握“必需、夠用”的理論知識。作為基礎課，力學教學不能再照本宣科，而是要根據學生的專業特點、專業需求，決定“教什么”；同時要淡化對公式、定理等純理論分析，通過例題讓學生了解學習的目的、學了有什么用、用在什么地方，如何用；通過選編一些與工程實際相關的實例，強調如何用這些公式、定理來解決專業技術問題，使力學教學與機械類專業后續課程不再脫節，體現基礎課程對專業課程服務的針對性，激發學生的學習興趣和主動性。

同時，力學教學有很強的系統性，不能為了實用，而忽視素質教育，影響學生的可持續發展。為此我們不斷地分析和探討：

1.教學的重點和難點是什么？教材內容是不是完成教學任務所必需的，應刪去或從略哪些學生已學過的內容？哪些知識的素材不夠充分需要補充？

2.哪些內容與機械專業教學聯系更為緊密，作為力學教師很難獨立判斷。為此，我們多次與機械專業教師進行交流、探討，不斷修正教學內容。

3.每個章節要達到的教學效果是什么？需要著重培養學生哪些能力？如何漸進式的培養學生解決實際問題的能力？

比如，對于摩擦，同學們并不陌生，講到摩擦在生產生活中的應用，學生可以舉出一大堆的例子，對于簡單的平衡分析也不在話下。為了聯系實際，講清螺旋千斤頂的工作原理，我們引入自鎖現象，把螺紋展開為斜面，螺母即為斜面上的重物，螺紋升角即為斜面傾角，因此螺紋的自鎖，就轉變為斜面上重物的自鎖（如圖2所示），自鎖條件為：螺紋升角α〈當量摩擦角β，效果良好。

圖2 螺紋自鎖條件

但一講到滾動摩擦阻的概念，公式推導、計算，立刻安靜下來。其實，滾動摩擦的優點學生也是清楚的，對于技校學生的教學，我們完全沒必要進行過多的純理論分析，只要講課時拿出滾動軸承和滑動軸承，他們就會明白滾動摩擦的應用，再引到數控機床上用滾動螺旋傳動代替滑動螺旋傳動，將理論與實踐有機的聯系起來，調動學生的學習積極性，培養學生的崗位能力和職業素養。

（二）立足能力培養，改革教學模式

調整好教學內容，解決了教什么的問題，可是如何教才能讓學生愿意學、學得懂，是一個更艱難的課題。對于大多數在校的技校學生，他們往往只重視提高自己的專業技術水平與動手能力，認為學習一技之長，能夠頂崗就業就好，而力學等基礎課程則沒有什么用，可學可不學。

其實，力學知識廣泛地應用于機械教學的每一個領域。金屬切削要考慮切削力的大小及其對加工零件剛性的影響程度，零件的裝夾要考慮夾緊力的大小，機械傳動要考慮構件的受力及彎矩、扭矩的大小等等，這些知識是機械專業教學的基礎，是從事專業工作的工具，有助于提高學生的社會適應性和可持續發展。

然而，教學目標的模糊，教學方法的落后、單一，導致教師講得津津有味，學生聽得昏昏欲睡，教學效果可想而知，學生又怎么會認為有用呢？要改善教學效果，就要發揮學生的主體地位，靈活使用多種教學方法，優化教學模式。

1.結合專業，講清概念

在講解力學概念時，要從學生熟悉的生活實例或與專業相結合的實例中引出，講清其含義，并強調它與相關概念的區別和聯系，避免學生誤解。比如粉筆輕輕用力就會斷，而同樣大小的力并不會導致筆折斷，這是為什么呢？通過小小的實驗引導學生思考，引入強度的概念：零件承受載荷后抵抗發生斷裂或超過容許限度的殘余變形的能力。那么，機床的主軸使用時能不能斷呢？因此主軸要選擇剛性好的鋼件。但車細長軸時要注意什么呢？防止變形，如何防止？引入剛度的概念：零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。車床的主軸、光桿、絲桿、如果變形會怎樣？所以要提高他們的剛度。

2.任務驅動，強化練習

力學同時又是一門實踐性較強的課程，傳統教學采用“定理+習題”的模式，教師詳細講解概念的物理意義、推導根據、應用條件與范圍，然而對于強調實用性的技校學生，往往沒有耐性聽下去，為了吸引學生的注意力，我們采用任務驅動教學法，先提出學生感興趣的課題，再引導學生解決問題，培養學生如何根據主要因素正確地把工程問題簡化為力學模型。比如對于物體系統的平衡內容的講解，我們通過“一對齒輪的嚙合——變速機構”層層深入的實際問題，引入概念，引導學生解決靜定問題。這樣“做中學”的模式，以學生為主體，充分發揮學生的主動性，有利于提高學生分析問題、解決問題的能力。

3.多媒體輔助教學法

在力學教學中，對各種機構運動的分析與理解，物體的受力分析，物體在不同參考系下運動規律、速度、加速度的分析是重點問題，也是力學教學中用語言描述難以解決的難點問題。我們通過多媒體輔助教學，把機構的運動過程，以動畫形式直觀形象地表現出來，同時描繪出運動軌跡及其速度、加速度，解決教學中抽象問題的描述和難點問題的分析。應用多媒體動畫輔助教學課件，突破傳統理論力學教學方法和教學手段，加深了學生的印象，使學生易于理解和掌握，激發學生的學習積極性。比如，對于牛頭刨床中滑枕（如圖3所示）的速度

圖3 牛頭刨床機構

采用多媒體課件可以準確的計算，并可以通過改變構件的長度、速度來改變滑枕的速度，提高學習的形象性和趣味性，效果良好。但是過多使用多媒體會使學生產生視覺疲勞，華而不實，不利于課堂中教師與學生及學生之間的交流互動，上課時形象生動，下課后腦袋空空。而且有的力學內容用講練結合的方法就可達到很好的效果，拿一個實物教具的效果更好，不需要多媒體的演示，所以多媒體課件用于力學教學要選擇恰當的內容，不能濫用。

4.評教結合，合理考核

合理的評教、考核制度是教學的重要組成部分，傳統的教學體系采用“一套考題考學生，學生打分評老師”的方式進行教學評價，可這種考出來的成績，評出來的效果往往不能反映學生的真實能力，高分低能就是最好寫照。

為了綜合反映教與學的真實效果，我們評教結合，不斷改革，完善考核制度。

（1）對定理、概念等基礎知識，建立題庫，采用閉卷考試的形式，考查學生的認知能力。

（2）對應用性知識，結合專業，采用開卷考試的形式，培養學生的思維形式，考查學生分析與解決一般工程問題的能力。

（3）增加學生的自評環節，通過自評讓學生直面自己，激發學生的學習動力，提高自我評價能力。

（4）改革教師評價體系，創新地加入教師互評，主要針對教學內容，由相關的專業教師提出各學科發展所需力學知識及學生的掌握情況。這樣不但有利于提高教師的教學效果，及時調整教學方式，更有利于幫助學生把各科知識聯系起來，形成系統，而不至于有些交叉知識講了三、四次，學生聽都聽厭了，而有些知識都不講，造成“三不管”的尷尬。

在教改中，我們不斷探索，培養學生的思維形式，發揮力學的工具作用，引導學生獨立分析問題，主動提出并解決問題，收到了不錯的效果。然而如何做到知識與能力并重，平衡素質與實用的關系，任重而道遠，我們將繼續努力。

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（作者單位：韶關市技師學院）

（編輯 李艷華）