《工程力學(xué)》課程研究型教學(xué)模式的探索

摘要：《工程力學(xué)》是工科院校中一門(mén)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，本文從教學(xué)內(nèi)容安排、啟發(fā)式教學(xué)方法、理論聯(lián)系實(shí)際、現(xiàn)代化教學(xué)手段、引入國(guó)外教材及實(shí)踐性教學(xué)等多個(gè)環(huán)節(jié)，結(jié)合教學(xué)實(shí)例闡述了促進(jìn)《工程力學(xué)》課程研究型教學(xué)模式改革的探索與實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：工程力學(xué)；基礎(chǔ)課程；研究型教學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2013）40-0223-02

《工程力學(xué)》是一門(mén)培養(yǎng)學(xué)生工程素質(zhì)、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?dòng)手能力、解決工程實(shí)際問(wèn)題能力的專業(yè)基礎(chǔ)課，起著由基礎(chǔ)課向?qū)I(yè)課過(guò)渡的橋梁作用，在對(duì)學(xué)生進(jìn)行工程意識(shí)與分析能力、科學(xué)素質(zhì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)中具有舉足輕重的地位?！豆こ塘W(xué)》具有大學(xué)工科基礎(chǔ)課程的許多共同特點(diǎn)：理論性強(qiáng)、概念多、內(nèi)容抽象、傳統(tǒng)教學(xué)模式以知識(shí)的傳授為主，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果以學(xué)生掌握知識(shí)的多寡衡量。而研究型教學(xué)則強(qiáng)調(diào)學(xué)生的綜合素質(zhì)、研究能力和實(shí)踐創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)。在基礎(chǔ)工程力學(xué)課程教學(xué)中開(kāi)展研究型教學(xué)是當(dāng)前教學(xué)改革中提高教學(xué)水平、教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果的必由之路。根據(jù)工程力學(xué)基礎(chǔ)課程的特點(diǎn)及研究型教學(xué)的要求，我們?cè)凇豆こ塘W(xué)》課程研究型教學(xué)中做了以下幾方面探索工作。

一、結(jié)合專業(yè)特色安排教學(xué)內(nèi)容

工程力學(xué)是一門(mén)應(yīng)用科學(xué)，教學(xué)目標(biāo)是通過(guò)該課程學(xué)習(xí)使學(xué)生初步認(rèn)知工程問(wèn)題、解決工程中的力學(xué)問(wèn)題。根據(jù)這一目標(biāo)，《工程力學(xué)》教學(xué)內(nèi)容的安排上既要遵循認(rèn)知課程的教育規(guī)律，又要符合工程問(wèn)題的思維方式，同時(shí)還要體現(xiàn)創(chuàng)新思維的教育和訓(xùn)練?！豆こ塘W(xué)》教學(xué)中應(yīng)根據(jù)具體專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)設(shè)定部分特色的研究?jī)?nèi)容，同時(shí)與后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程的教師交流，共同優(yōu)化課程內(nèi)容，使授課中突出《工程力學(xué)》與后續(xù)課程的聯(lián)系，保證了課程的系統(tǒng)性。例如為化工學(xué)院學(xué)生增加“薄壁容器強(qiáng)度分析”的內(nèi)容，為后續(xù)的《化工容器設(shè)計(jì)》等課程奠定一定的基礎(chǔ)，在基礎(chǔ)課的教學(xué)體現(xiàn)專業(yè)特色。

二、討論、啟發(fā)式教學(xué)方法

改變過(guò)去只重視分析、推理的教學(xué)方法，積極采用研討式、啟發(fā)式等生動(dòng)活潑的方法，形成一種師生共同積極思維的課堂氛圍。上課時(shí)，一方面教師提問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生思考，加深學(xué)生對(duì)各種概念和理論的理解，激發(fā)學(xué)生對(duì)后續(xù)章節(jié)的興趣。另一方面，鼓勵(lì)學(xué)生提出問(wèn)題，活躍課堂氣氛，使學(xué)生不再是課堂上被動(dòng)的接受者，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。針對(duì)難理解的概念和定理，引導(dǎo)學(xué)生從各種角度深入理解，并結(jié)合例題引伸討論，幫助學(xué)生掌握其內(nèi)在的含義并靈活運(yùn)用，改變學(xué)生死記硬背的學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)學(xué)生的思考能力。例如在講授“材料力學(xué)的任務(wù)”時(shí)，配合大量實(shí)例引述了工程中構(gòu)件要有足夠的強(qiáng)度、必要的剛度和足夠的穩(wěn)定性。隨后提出工程中某些構(gòu)件不能有足夠的強(qiáng)度或必要的剛度，引起學(xué)生的思考，緊接著通過(guò)關(guān)于席夢(mèng)思中的彈簧、汽車的減震器等工程實(shí)例使學(xué)生釋然。例如，函數(shù)概念的認(rèn)識(shí)與深化，就可以使用幾種不同的表示法（如解析式、列表式、圖像法），從概念的不同側(cè)面建立聯(lián)系，從而深刻、全面地認(rèn)識(shí)函數(shù)。用TI手持技術(shù)，在函數(shù)輸入框中輸入解析式即可得到函數(shù)圖像和函數(shù)變量的數(shù)值表，利用圖像可以將隱藏的數(shù)學(xué)關(guān)系顯性化，利用數(shù)表可以直觀體會(huì)自變量與函數(shù)值的關(guān)系。如果采用“分屏”功能，還能將數(shù)表與圖、解析式與圖顯示在同一個(gè)窗口中，改變函數(shù)表達(dá)式，即可同時(shí)改變數(shù)表中的數(shù)據(jù)和函數(shù)圖像，其內(nèi)部的關(guān)聯(lián)，是模仿數(shù)學(xué)的多元聯(lián)系與視覺(jué)化的形式，讓學(xué)生直觀地認(rèn)識(shí)函數(shù)的概念。

三、理論聯(lián)系實(shí)際，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力

工程和生產(chǎn)實(shí)踐是《工程力學(xué)》的依據(jù)，在教學(xué)中應(yīng)結(jié)合專業(yè)，多列舉與專業(yè)有關(guān)的例題。培養(yǎng)學(xué)生將工程實(shí)際問(wèn)題抽象為一個(gè)既能反映真實(shí)狀態(tài)，又便于理論計(jì)算的力學(xué)模型的能力，使學(xué)生看到《工程力學(xué)》在實(shí)踐中的作用，激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)提高了他們運(yùn)用理論解決實(shí)際問(wèn)題的能力。例如，在講述“材料力學(xué)緒論”部分時(shí)可以引入油田生產(chǎn)中常見(jiàn)的抽油機(jī)為例，介紹材料力學(xué)中的基本變形。游梁、橫梁處為彎曲變形，支撐架處為軸向拉壓與彎曲的組合變形，皮帶輪處為扭轉(zhuǎn)變形，抽油桿處為軸向拉壓與壓桿穩(wěn)定變形。通過(guò)工程實(shí)例，既介紹了《工程力學(xué)》中材料基本變形的知識(shí)點(diǎn)，又與工程實(shí)際構(gòu)件的強(qiáng)度校核、結(jié)構(gòu)優(yōu)化緊密聯(lián)系，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力。

四、使用現(xiàn)代化教學(xué)手段，提高教學(xué)效率

在《工程力學(xué)》教學(xué)中廣泛地使用多媒體教學(xué)是研究型教學(xué)改革的重要手段。多媒體可以使授課更加生動(dòng)形象，在問(wèn)題的提出和概念的建立方面，提供有關(guān)工程背景的媒體資料，如相關(guān)的照片、錄像、動(dòng)畫(huà)等。通過(guò)演示讓學(xué)生在短暫的時(shí)間內(nèi)能對(duì)《工程力學(xué)》中所要研究的問(wèn)題建立基本概念并有一個(gè)生動(dòng)形象的感性認(rèn)識(shí)，提高求知的興趣。例如在“材料力學(xué)”中，每次推導(dǎo)應(yīng)力公式時(shí)，首先演示經(jīng)過(guò)映射網(wǎng)格劃分后的桿、梁的拉伸、彎曲和扭轉(zhuǎn)變形動(dòng)畫(huà)，學(xué)生可以清楚地看到相鄰截面間的變形情況，這對(duì)于理解平面假設(shè)十分有效。

五、引入國(guó)外優(yōu)秀力學(xué)教材，拓寬學(xué)生視野

國(guó)外優(yōu)秀工程力學(xué)教材，一般來(lái)說(shuō)都比較全面地反映了學(xué)科發(fā)展的前沿動(dòng)態(tài)；同時(shí)國(guó)外教材注重精講多練，注重工程實(shí)際的應(yīng)用，在大量的例題和習(xí)題中，都涉及廣泛的工程應(yīng)用問(wèn)題。對(duì)力學(xué)、土木、機(jī)械等這些力學(xué)知識(shí)內(nèi)容要求相對(duì)較高的專業(yè)，可在授課時(shí)引入國(guó)外優(yōu)秀的力學(xué)教材，進(jìn)行雙語(yǔ)教學(xué)，拓寬學(xué)生的視野，與國(guó)際化的工程力學(xué)教學(xué)模型接軌。

六、加強(qiáng)實(shí)踐性環(huán)節(jié)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?/p>

力學(xué)課程研究型教學(xué)僅限于理論課學(xué)習(xí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須加強(qiáng)實(shí)踐性教學(xué)，培養(yǎng)大學(xué)生的研究能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。學(xué)校組織的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽為學(xué)生搭建了很好的力學(xué)運(yùn)用的知識(shí)綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。結(jié)構(gòu)大賽模型的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)來(lái)源于工程實(shí)例，促進(jìn)學(xué)生對(duì)實(shí)踐的思考，激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)，同時(shí)也對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性設(shè)計(jì)與校核這些《工程力學(xué)》基本理論知識(shí)加深了理解與認(rèn)識(shí)。計(jì)算力學(xué)是當(dāng)前工程力學(xué)學(xué)科發(fā)展的重要趨勢(shì)。在課程進(jìn)行的某些綜合性階段，教師演示用CAE軟件（ANSYS等）求解實(shí)際工程問(wèn)題的例子，詳細(xì)說(shuō)明對(duì)一個(gè)具體工程問(wèn)題的結(jié)構(gòu)靜力分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)過(guò)程，如何提出分析方案、如何建模、如何分析、如何后處理，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及分析、解決工程問(wèn)題的綜合能力。全面提高教學(xué)質(zhì)量是教育教學(xué)改革的永恒主題，研究型教學(xué)是高等學(xué)校教學(xué)改革、培養(yǎng)創(chuàng)新人才的必由之路。結(jié)合專業(yè)特色安排教學(xué)內(nèi)容，討論、啟發(fā)式教學(xué)方法，理論聯(lián)系實(shí)際，現(xiàn)代化教學(xué)手段，引入國(guó)外優(yōu)秀力學(xué)教材，加強(qiáng)實(shí)踐性環(huán)節(jié)教學(xué)構(gòu)成了相互聯(lián)系、分層遞進(jìn)、個(gè)性化和多樣化的工程力學(xué)教學(xué)新模式，可推動(dòng)學(xué)生綜合素質(zhì)、研究能力、創(chuàng)新意識(shí)的全面發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：孫峰（1979-），男，山東榮成人，中國(guó)石油大學(xué)（華東）儲(chǔ)運(yùn)與建筑工程學(xué)院講師。