“工程力學(xué)”在提升機(jī)械類專業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新能力中的課程教學(xué)改革

張瑞華+陳賽克+周玉梅

摘 要：針對在“工程力學(xué)”課程教學(xué)中如何提高機(jī)械專業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新能力的問題，該文從課程體系聯(lián)系、教學(xué)內(nèi)容調(diào)整、授課目的和方法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)與課外學(xué)習(xí)強(qiáng)化等方面進(jìn)行討論，提出了具體的改革措施。教學(xué)實(shí)踐證明，經(jīng)過“工程力學(xué)”課程教學(xué)改革后提高了機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，提升了他們的創(chuàng)新能力，進(jìn)而課程教學(xué)質(zhì)量也提高了。

關(guān)鍵詞：工程力學(xué) 本機(jī)械類專業(yè) 創(chuàng)新能力

中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）05（c）-0142-02

隨著國家教育部“本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”等相關(guān)政策與措施出臺(tái)，各本科教學(xué)高校根據(jù)本校實(shí)際情結(jié)合當(dāng)前社會(huì)需求，進(jìn)行了大量深入的課程教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)改革等方面的理論研究和實(shí)踐工作。仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院對應(yīng)用型本科教育的人才培養(yǎng)方案制定、課程體系設(shè)置、課堂教學(xué)模式改進(jìn)等方面都制定出全新的要求。為此，筆者學(xué)校二級(jí)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院在原有經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行了構(gòu)建多元化實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)提升機(jī)械類專業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新能力和課程教學(xué)質(zhì)量的研究。在機(jī)械類專業(yè)課程體系“工程力學(xué)”是機(jī)械類專業(yè)十分重要的必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程。在“工程力學(xué)”課程學(xué)習(xí)中如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)工程理念，用所學(xué)的知識(shí)解決實(shí)際問題，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力，是教師在教學(xué)過程中必須要認(rèn)真思考。

1 “工程力學(xué)”課程教學(xué)現(xiàn)狀

“工程力學(xué)”既包括理論力學(xué)的靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)部分，又涵蓋了材料力學(xué)的基本內(nèi)容，是一門具有較強(qiáng)理論性，同時(shí)又與工程和生產(chǎn)實(shí)踐密切聯(lián)系的課程[1]。它利用力學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)和工程經(jīng)驗(yàn)對工程問題進(jìn)行分析，將工程問題加以簡化提煉出力學(xué)模型，運(yùn)用力學(xué)知識(shí)將力學(xué)模型轉(zhuǎn)換為數(shù)學(xué)模型，再用力學(xué)知識(shí)和數(shù)學(xué)工具分析計(jì)算來解決實(shí)際問題。同時(shí)“工程力學(xué)”與其他機(jī)械類后續(xù)的專業(yè)課比如機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、互換性與技術(shù)測量、液壓傳動(dòng)等課程緊密相關(guān)。“工程力學(xué)”為后續(xù)的專業(yè)課提供必要的力學(xué)分析基礎(chǔ)和意識(shí)，并且貫穿于整個(gè)機(jī)械專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)過程[2]。

但是，近幾年來隨著課程改革的推進(jìn)，新理論、新技術(shù)的大量出現(xiàn)，工程力學(xué)課程的學(xué)時(shí)也不斷減少。有些學(xué)校非機(jī)械類專業(yè)將工程力學(xué)、材料力學(xué)及機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)合并為一門“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”，其課時(shí)不斷被壓縮，在機(jī)械類專業(yè)課程教學(xué)這樣是不可取的，這樣對培養(yǎng)高質(zhì)量的機(jī)械工程人才不利，同時(shí)，也給教學(xué)帶來了難度。此外，“工程力學(xué)”是學(xué)生接觸的第一批專業(yè)基礎(chǔ)課程，他們接觸專業(yè)知識(shí)機(jī)會(huì)少，對專業(yè)知識(shí)了解不深，難以體會(huì)該課程中所學(xué)的力學(xué)知識(shí)與后續(xù)課程及工程實(shí)踐的聯(lián)系，學(xué)習(xí)積極性不高。“工程力學(xué)”公式推導(dǎo)數(shù)學(xué)計(jì)算式多，理解困難，在教學(xué)過程中不少學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒，教學(xué)質(zhì)量難以達(dá)到預(yù)期效果。

在多年的“工程力學(xué)”教學(xué)經(jīng)驗(yàn)積累基礎(chǔ)上，本教研組通過不斷地學(xué)習(xí)、借鑒、實(shí)踐與總結(jié)，提出適合自身地方的學(xué)校特色、專業(yè)特色、和課程特色的教學(xué)方法，總結(jié)出了一些課程教學(xué)改革的經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)闡述如下。

2 教學(xué)與改革

2.1 明確“工程力學(xué)”在機(jī)械專業(yè)課程體系中與其他課程的聯(lián)系

高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理等基礎(chǔ)課程與“工程力學(xué)”緊密相關(guān)，是學(xué)習(xí)“工程力學(xué)”之前需要學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)課程[3]，它們?yōu)椤肮こ塘W(xué)”提供必要的數(shù)學(xué)、物理等最基本的理論基礎(chǔ)知識(shí)，是工程力學(xué)中分析問題、解決問題的工具和手段。而前面提到“工程力學(xué)”同時(shí)又是“機(jī)械設(shè)計(jì)”等機(jī)械類后續(xù)專業(yè)課的基礎(chǔ)，為它們提供必要的力學(xué)基本知識(shí)和基礎(chǔ)理論。所以它是一門承上啟下的橋梁課程。例如“工程力學(xué)”中的靜力學(xué)部分，主要分析和確定處于平衡狀態(tài)下的各構(gòu)件所受各種外力的大小和方向，解決受力分析及平衡問題；運(yùn)動(dòng)學(xué)部分主要研究物體在受不同力的作用下的運(yùn)動(dòng)，分析和確定構(gòu)件在空間的位置以及它隨時(shí)間變化的規(guī)律；材料力學(xué)部分則主要研究在外力的作用下各構(gòu)件的內(nèi)力、發(fā)生變形以及失效的規(guī)律。這些知識(shí)都為以后的設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)和尺寸、選擇機(jī)構(gòu)材料、承受多大的載荷等提供必要的力學(xué)支持。“工程力學(xué)”是為后續(xù)課程進(jìn)行一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)以及安全校核的基礎(chǔ)。因此在“工程力學(xué)”的教學(xué)過程中，應(yīng)該明確“工程力學(xué)”在機(jī)械專業(yè)課程體系中與其他課程的聯(lián)系，講述力學(xué)知識(shí)的同時(shí)復(fù)習(xí)前面已經(jīng)學(xué)過的知識(shí)，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生了解其與后續(xù)課程的聯(lián)系性，使其明白以后哪些課程會(huì)用到該課程的知識(shí)，提高他們的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)他們學(xué)好力學(xué)知識(shí)，為以后的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。

2.2 革新教學(xué)內(nèi)容，突出思路與方法，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)思維、創(chuàng)新思維

“工程力學(xué)”雖然是一門傳統(tǒng)的學(xué)科，然而在快速發(fā)展的當(dāng)代，它仍是解決各類工程技術(shù)難點(diǎn)問題的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。課程教學(xué)過程必須讓學(xué)生領(lǐng)會(huì)和理解它的基本思路與方法。在安排教學(xué)內(nèi)容時(shí)，選擇經(jīng)典內(nèi)容，去掉與“大學(xué)物理”的重疊部分，結(jié)合機(jī)械專業(yè)背景，適時(shí)引入反映課程應(yīng)用的現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)實(shí)例，挖掘機(jī)械領(lǐng)域典型的工程案例，結(jié)合科研問題，開展相應(yīng)的教學(xué)。例如分析減速箱傳動(dòng)軸的受力問題，先讓學(xué)生理解傳動(dòng)軸的工作原理，簡化和確定傳動(dòng)軸上所受的齒輪上嚙合力、軸承的約束反力；等到了學(xué)材料力學(xué)部分時(shí)，還可以繼續(xù)針對該例，應(yīng)用材料力學(xué)課程內(nèi)容對軸的強(qiáng)度、剛度進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。

這些案例的講述使學(xué)生既學(xué)會(huì)了“工程力學(xué)”受力分析和強(qiáng)度、剛度校核的應(yīng)用，同時(shí)也熟悉了工程實(shí)際問題，理解了各類力系在工程中的簡化過程，更深刻的體會(huì)了工程實(shí)際中各類約束，還了解了工程力學(xué)是如何應(yīng)用于工程。此外課堂教學(xué)時(shí)還可穿插介紹筆者學(xué)校老師們的科研項(xiàng)目新成果和內(nèi)容，鼓勵(lì)學(xué)生通過查詢、收集進(jìn)而了解本專業(yè)的科研動(dòng)態(tài)以及有關(guān)力學(xué)素材。讓學(xué)生學(xué)會(huì)如何尋找工程實(shí)例中的事物之間的內(nèi)在聯(lián)系，掌握工程力學(xué)的工程問題處理的思路與方法，又將理論和應(yīng)用緊密結(jié)合起來，使學(xué)生更好地培養(yǎng)創(chuàng)新興趣和創(chuàng)新能力。同時(shí)，也讓學(xué)生們了解到，目前他們所學(xué)的現(xiàn)有課程知識(shí)有還不能不能解決的問題，還需進(jìn)一步深造學(xué)習(xí)，為其以后進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)做好心理準(zhǔn)備，這樣做有助于更好地提高學(xué)生的求知欲望，提高他們創(chuàng)新的積極性與主動(dòng)性。

2.3 弱化公式推導(dǎo)，強(qiáng)化基本概念理解

“工程力學(xué)”還有一個(gè)特點(diǎn)就是公式推導(dǎo)過程比較多。對機(jī)械學(xué)專業(yè)學(xué)生而言，學(xué)習(xí)工程力學(xué)的重點(diǎn)是理解基本的力學(xué)概念和掌握基本的力學(xué)方法，能利用教材、參考書和專業(yè)軟件等輔助工具解決工程中的力學(xué)問題，對于能否學(xué)會(huì)公式推導(dǎo)過程并不作過高的要求。如果在課堂教學(xué)中花大半節(jié)課的時(shí)間來講述一個(gè)公式是如何推導(dǎo)出來的，很可能使學(xué)生感到厭煩，教學(xué)效果必然適得其反。因此應(yīng)弱化公式推導(dǎo)部分的講解，將教學(xué)重點(diǎn)放在如何較好地引入力學(xué)基本概念和如何講解解決問題時(shí)的分析思路和練習(xí)。只有學(xué)生能準(zhǔn)確理解力學(xué)概念，才能解決工程問題和學(xué)好“工程力學(xué)”。“工程力學(xué)”教材中新的基本概念幾乎存在于每一章節(jié)中。以工程實(shí)例為背景，引入新的基本概念，再配以文字的形式概括描述，這樣使學(xué)生清楚概念的來源，準(zhǔn)確高效的將新概念與已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)建立聯(lián)系，擴(kuò)建認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

2.4 改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)與課外學(xué)習(xí)

“工程力學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)與課外學(xué)習(xí)能更好更快地拓展學(xué)生相關(guān)知識(shí)結(jié)構(gòu)，也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和意識(shí)必不可少的環(huán)節(jié)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中以學(xué)生為主導(dǎo)對象，老師在上實(shí)驗(yàn)課之前就向他們闡述本次實(shí)驗(yàn)的任務(wù)和目的，要求學(xué)生提交實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告；學(xué)生通過一段時(shí)間預(yù)先有目的的查閱資料、分析討論、學(xué)習(xí)后，更好的理解實(shí)驗(yàn)原理和熟悉實(shí)驗(yàn)方法，明確設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，最后能自己動(dòng)手操作完成實(shí)驗(yàn)。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，調(diào)動(dòng)學(xué)生的動(dòng)腦和動(dòng)手積極性，全程投入到實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)和實(shí)踐當(dāng)中。

“工程力學(xué)”教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生正確理解力學(xué)概念，能夠熟練運(yùn)用力學(xué)方法解決力學(xué)問題，對工程實(shí)例中的力學(xué)問題做出正確判斷。因此，教師可以有針對性地提出一些工程案例中需解決的工程力學(xué)問題，譬如機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中讓學(xué)生們自己設(shè)計(jì)方案作為課外綜合作業(yè)完成。為提高學(xué)生積極性，將該大作業(yè)成績作為“工程力學(xué)”課程綜合成績的一部分。這樣讓學(xué)生積極應(yīng)用科學(xué)索引查閱文獻(xiàn)資料，自主閱讀、了解、反思工程案例。通過學(xué)生之間討論、師生之間交流，使學(xué)生獲得認(rèn)識(shí)、分析、解決問題的思路和方法，進(jìn)而培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和工程實(shí)踐能力。

3 結(jié)語

該校作為普通高等學(xué)校以培養(yǎng)應(yīng)用性專業(yè)人才為主，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)踐能力為目的，在課程教學(xué)中有著極為重要的意義。在“工程力學(xué)”教學(xué)中不僅要教會(huì)學(xué)生必要的力學(xué)理論知識(shí)，還應(yīng)更加重視對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，使他們以后的學(xué)習(xí)和工作中學(xué)會(huì)自學(xué)、應(yīng)用和創(chuàng)造知識(shí)，這也是評(píng)估教學(xué)質(zhì)量的重要指標(biāo)。

在“工程力學(xué)”講授過程中，要明確該課程在課程體系中與其他機(jī)械專業(yè)課程的聯(lián)系；結(jié)合機(jī)械專業(yè)，革新教學(xué)內(nèi)容，突出工程思路與方法，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)思維、創(chuàng)新思維；弱化公式推導(dǎo)，強(qiáng)化基本概念理解；加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與課外學(xué)習(xí)。經(jīng)過進(jìn)行了幾輪實(shí)踐，提高了機(jī)械類專業(yè)大學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，培養(yǎng)了他們的創(chuàng)新能力和意識(shí)，課程教學(xué)質(zhì)量也提高了。

參考文獻(xiàn)

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