以工程力學課程為平臺培養應用型人才的科學思維能力

彭雅軒　王建國

摘要：工程力學作為多個工科專業的重要專業基礎課，對學生能力培養及后續專業課的學習具有深遠影響。以東北電力大學開設的工程力學課程為背景，開展了教學改革與實踐，針對學生科學思維能力的培養問題，提出了優化工程力學課程教學內容、教學方法的實施方案并取得了很好的效果，為提高應用型人才培養質量提供了有益的經驗。

關鍵詞：應用型；工程力學；思維能力；教學方式

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）03-0133-02

一、引言

2014年6月，國務院提出要推動一批本科高校轉型發展，建立中國高校的分類體系，更多地培養應用型人才和技術技能型人才，其根本目的是使高等教育培養的人更加符合經濟社會對人才的需求。然而在實踐過程中，高校除了面臨著更新教學理念、提高教師能力、增加教育投入、加強學風考風建設等諸多課題之外，課程建設同樣面臨著配套改革的艱巨任務。工程力學課程作為給排水、工程管理、熱能動力、建筑環境、機械等相關專業的重要專業基礎課，其課程體系、教學內容與教學方法能否適應“應用型”人才培養要求，對于后續專業課的開展及學生科學思維能力的前期培養具有深遠影響。目前工程力學課程仍沿用傳統的教學模式，教學效果難以令人滿意。本文以東北電力大學開設的工程力學課程為背景，以培養學生思維能力為主題進行了專題探討，并在實踐中進行了驗證，取得了較好的應用效果，為探索工程力學課程在應用型人才培養過程中改革途徑，提高教學質量提供了有益的經驗。

二、高等學校轉型發展，推動了工程力學課程改革

工程力學課程是一門與工程實際聯系緊密且體系完整的經典課程，屬于一門實踐應用型的工科學科，具有較強的理論性、邏輯性和系統性。課程由理論力學和材料力學組成，理論力學以物體的受力分析、力系的簡化和物體的平衡分析為主，要求學生掌握匯交力系、力偶系和任意力系的平衡分析及帶有摩擦力的物體的平衡分析方法；材料力學以桿件的變形破壞分析為主，要求學生掌握桿件的內力、應力和變形的分析研究方法，能對桿件進行合理的強度、剛度和穩定性設計。從知識的角度看，該課程的理論性強、教學推導多，因而授課過程很容易陷入“填鴨”模式，學生只能疲于應付。在高等學校轉型發展的要求下，為充分發揮工程力學的基礎先導作用，必須首先培養好學生的科學思維能力，這也是培養學生學習能力、應用能力的先決條件。轉型發展的核心就是要培養“應用型人才”，培養學生工程能力和工程創新能力，提高學生社會職業素養和就業競爭力。工程力學課程改革就是要構建“應用型人才”培養需要的新型體系，對教育理念、教學內容、教學方法等方面諸多方面進行系統優化。

三、課程改革的具體內容及措施

1.統籌設計，從教學內容及方法上注重培養學生科學思維能力。科學思維能力包括理性思維能力、辯證思維能力、系統思維能力、邏輯思維能力和創新思維能力。培養科學思維能力就是指通過訓練，使學生掌握科學思維的靈活性、敏感性、邏輯性、周密性和條理性。為此，在教學中我們著重從課程內容和教學方法入手，有意識地引導學生在學習知識的同時注重思維能力的訓練和提高。①利用力學問題的解題特點，培養學生思維的靈活性和敏感性。力學問題多數具有一題多解的特點，教學過程中在靜力學中處理物體系的平衡問題中，通過先取整體然后取部分為研究對象進行求解，再變成分別以物體系的組成部分為研究對象進行求解；在材料力學中，已知力求位移先通過卡氏第二定理求解，再用單位荷載法求解，自然可以使解決問題過程妙趣橫生，而相同題型采用不同的求解方法，不但能培養學生思維的靈活性，還能使學到的知識及方法融會貫通。久而久之，自然形成了遇到問題勤于思考、善于思考的良好思維習慣，思維靈活了，對問題實質的敏感性提高了，解決問題的方法也就更多了。由此可見，通過自己的探索，找出最佳方案，對于提高學生學習興趣和自信心的培養都至關重要。②通過梳理概念與定理之間的關系，培養學生思維的邏輯性。教學過程中，始終貫穿對各概念與定理之間關系的內在邏輯描述，從力的概念推廣到力系的平衡條件；從工作應力、極限應力、許用應力推廣到強度條件；從變形推廣到剛度條件。教學中每個概念的提出，每個定理的推導及應用，都通過教師的引導展現出環環緊扣、層層遞進的嚴密邏輯。讓學生通過學習和聯系，建立起思維的嚴密邏輯。整個課程下來，學生既學到了知識，又對課程的體系有了深刻的了解。同時，學生通過對重要定理推導和相關聯系題的訓練，構成了邏輯嚴謹的認知體系，邏輯思維能力也會有較大的提高。③利用問題求解過程，培養學生思維的周密性和條理性。教學中注重總結工程力學的解題思路及過程，再把分析問題的過程加以強化，帶領學生進行周密思考，并把結果讓學生進行準確表達。鍛煉學生表達能力的同時就客觀鍛煉了學生的思維條理性。比如在靜力學中，為解決復雜力系的平衡問題，首先將復雜力系簡化，然后得到平衡方程，再利用平衡方程求解；在材料力學中，為研究構件在組合變形中某一橫截面處的最大應力，先將引起構件發生每一種單一變形時在該截面處的應力求出來，然后再將這些應力疊加即為所求的構件在組合變形中在該橫截面處的應力，同時可以從中找到最大應力值。在這些內容教學時注意強調分析過程和解決辦法。一旦學生理解了解決問題的思路，就能觸類旁通，并靈活應用。通過對受力分析時受力圖的繪制；各種變形中構件內力圖和截面應力分布圖的繪制；計算求解時，各種方程式的列寫，都可以較好地培養學生的學術表達能力。④利用知識之間的內在聯系，啟發學生的創新思維。創新能力的培養是當代教育的核心內容，而創新思維的培養是創新能力培養的前提條件。利用工程力學課程培養創新思維，就要求在教學內容及教學方式上首先進行創新。提煉課程內容里的創新要素，以此啟發學生的創新思維不失為最有效的方法。

2.優化教學內容，增強思維能力訓練。工程力學課程是東北電力大學熱能動力工程、建筑環境等多個專業開設的課程，學時安排略有差異。根據培養方案確定的學時安排，在教學大綱的制定上把增強學生科學思維能力的訓練作為貫穿始終的一條主線。理論學時中，以知識帶動思維訓練；實踐環節中，以工程問題為驅動進行科學思維能力的訓練，通過開設討論課和綜合課，培養學生全局觀念和解決問題能力。實踐中，引入了樓宇、電廠廠房、桁架結構、支撐物體的三角支架設計等工程實例，引導學生的思維創新。突出應用型的人才特色，根據工程需求整合教學內容及結構。將原來課程中單一的知識體系分解成思維培訓體系和知識結構體系兩部分，教材順序進行適當調整，如將軸向拉壓變形、扭轉變形及彎曲變形的超靜定問題歸納到一起講解，優化了課程結構。在縮減課時的同時突出了思維能力培養。結合本校實際，抓住應用型這個特點，進一步精選傳統內容，強調技術應用性知識。根據最新科技發展對工程力學課程的要求及“應用型人才”培養需要，及時充實新的教學內容。

3.借助科技競賽，拓展思維能力訓練。學校圍繞“思維能力”與“創新思維”，組織學生積極參加大學生創新活動計劃項目及國家或省市技能競賽，接受創新思維和工程能力的訓練，使學生把課堂上學到的方法應用于實際競賽之中，在緊張的競賽中拓展思維訓練的成果，鍛煉分析問題和解決問題的能力。與工程力學課程直接相關的競賽（如結構設計競賽、機械設計競賽、大學生力學競賽等各種大學生科技競賽）可以作為拓展思維能力訓練的重要實踐平臺。以2013年吉林省高校聯合舉辦的結構設計競賽中，學生根據所學的力學知識，查閱桁架結構的設計資料，從結構構件的受力特點出發，對構件的結構形式、截面選擇及節點的受力分析做了大量創造性工作，設計出了多種高蹺方案，并取得了良好的競賽成績，讓所學知識能夠學以致用，通過實戰培養了學生的工程創新思維。目前學生正在積極準備參加2014年東北電力大學即將舉辦的賽題為《三重檐攢尖頂仿古樓閣模型制作與測試》的結構設計競賽（全國大學生結構設計競賽），競賽基于當前全球已進入巨震期這一工程背景，引入模擬地震作用作為模型的測試條件，需要學生考慮的受力因素較之以往的大學生結構設計競賽更為復雜。借助科技競賽來拓展學生科學思維的訓練具有很好的效果。

工程力學課程改革方案，經過近兩年的實踐，在更新教育觀念，優化教學內容，改進教學方法、探索新的教學手段方面進行了廣泛探索，進行了大膽改革和實踐。結果表明，通過科學規劃及設計，工程力學課程通過課堂內以知識帶動思維訓練、實踐環節中以問題為驅動思維訓練、競賽上以創新拓展思維訓練，循序漸進，知識與能力并舉，既鍛煉了教師的整合課程資源能力，又使學生喜聞樂見，在學習中增長了才干，提高了能力，為提高應用型人才培養質量創造了良好的條件。

參考文獻：

[1]國務院.國務院關于加快發展現代職業教育的決定.國發〔2014〕19號[Z].2014.6.

[2]宋佼佼.基于應用型人才培養的工程力學課程創新教學[J].湖北科技學院學報，2014，（3）.endprint