軍隊院校工程力學課程虛實結合的形象化教學方法研究與實踐①

陳紅遷，王丹杰，張少亮

[摘 要] 工程力學是軍事院校合訓各專業學員的專業基礎課程，在人才培養中具有重要地位。按照新編課程標準的要求，工程力學教學時數壓縮至50學時。除了課程體系、教學內容不斷調整和改革，在教學模式上也應積極轉變，為了適應轉型需求，提高力學課程教學效果，在工程力學教學中將一些形象化實例引入課程導入、課堂教學、實驗教學等教學環節中，嘗試采用有限元軟件對教學實例進行模擬分析，嘗試將教具設計引入教學實際，并將計算結果形象地展示給學員，使學員有一個感性認識，提高學員學習力學的積極性，提高課堂教學效果。

[關 鍵 詞] 力學教學；虛實結合；教學方法

[中圖分類號] G642 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2017）31-0064-02

力學類課程是高等軍事院校本科合訓類各專業和直通車學員的工程技術基礎課程，課程的基本任務是培養學員的科學思維、力學建模能力以及分析和解決實際工程問題的能力，著力培養學員的科學素質、工程素質和創新精神，以便能更好地適應在新時期信息化條件下裝甲機械化部隊初級指揮軍官的能力和素質要求。

改革教學方法和教學模式，使課堂組織形式更加靈活，充分調動學員參與課堂教學過程中的積極性，探索符合課程改革精神的教學策略和模式，推進研究性和啟發式教學等多種形式的教學模式，有助于改變教學過程中單向要求學生接受學習的現狀，進而建立雙向互動、共同發展的新型課堂交流模式，促進學員學習方式的轉變，培養學生的科學思維能力和實踐能力，同時對促進教員教學水平的提高、實現培養高素質新型軍事人才的根本目標具有現實意義。

一、教學現狀分析

目前由于《工程力學》《理論力學》《材料力學》課時數和教學內容之間的矛盾以及教學理念的陳舊，使教員在教學過程中很難采用更為靈活的教學方式。這樣就使力學類課程的課堂教學仍然以講授為主，基本上是沿用前蘇聯教育家凱洛夫的組織教學、導入新課、講授新課、鞏固新課、布置作業這五個環節的教學模式的“三中心”教學模式，由于缺乏課堂實踐和互動，導致很多力學課課堂上出現教員在臺上講得興致勃勃，學員臺下滿目茫然不知所云的狀況。此外，隨著電化教育的發展，在歐美流行的行為主義也受到了重視，由于電化教學強調形象化的情景教育，融入課堂成為有效的教學輔助手段，但特征仍然是以“教”為主的“三中心”教學模式。現有的教學模式能充分發揮教員的主導作用，提高課堂教學效率，是課堂教學必不可少的手段和模式，但存在一些弊端：（1）教學思想和教學觀念落后，不利于培養學員創造能力和創新思維，混淆了“主導”與“主體”的區別。（2）功能目標上學習主體缺位，學員通常是被動接受知識，難以發揮學習的主動性，有的學員雖然是坐在教室里，實際上沒有聽課，或沒有參與課堂學習活動，缺乏對某些內容進行充分討論和思考的機會。（3）教學手段單一，操作機械，缺乏必要的教學演示工具，影響學員對教學內容的理解，不能滿足學員需求，忽視了學員個性，沒有考慮學員差異，學員思維和創造能力的提升受到限制。（4）理論脫離工程實際，導致學員缺乏把學到的知識運用到解決具體問題中去的能力。

二、虛實結合的形象化教學方法的基本思路和方法

通過對教學內容、學員學習態度和學習能力等進行深入分析可以在課堂上有針對性地采取啟發式、案例式、研討式、情景式、小班教學等靈活多樣的教學方法和教學模式，達成虛實結合的課堂形象化教學，形成一種學習態度嚴謹、學員思維活躍、師生溝通順暢、學習目標明確的課堂教學氛圍。

（一）采取研討式、啟發式、案例式、情景式等靈活多樣的教學方法，重視引導學員主動參與課堂教學活動

可以將案例式教學與研討式教學相結合，由教員選取合適的案例并針對具體案例設置問題，引導學員在理論學習的基礎上進一步分析、討論，可以是師生之間的討論，也可以是學員以小組形式自發進行的探討和摸索，并將理論分析和研究的結果加以點評，將概念、定理的解釋更為明晰化，有利于學員科學思維的培養和工程素質的提高[1]。

將啟發式教學與自主學習相結合，有計劃地指導學員開展自學活動。教員授課過程中將有拓展意義的定理或者案例加以提煉，對學員加以適度的啟發引導，鼓勵學員課下自主學習，深入理解相關的概念以及解決問題的思路和方法，可以緩解課時不足帶來的矛盾，而且還是提高學員自身能力的重要手段。

（二）利用模型和教具，增加課堂演示教學

選擇裝備中的典型零部件等實物作為工程實例開展教學。根據課程內容需要制作系列教具，配合教學內容的講解進行演示，增加教學內容的直觀性以及課堂教學的趣味性、生動性，以達到提高教學效果的目的。

（三）將數值模擬技術引入課堂教學

將一些計算實例引入課程導入、課堂教學、實驗教學等教學環節中，有限元模擬軟件具有強大的前后處理功能，能很好地模擬工程實際中的各種結構和構件，將計算結果形象地展示給學員，使學員有一個感性認識，提高了學員學習力學的積極性。

（四）注重非智力因素的作用，注意對學法的指導，突出“學”的主動性，進行教學模式改革

學員的學習目的、興趣、意志、態度等非智力因素是教學的動力，對學員學習起著發動、調節等作用，在教學方法和模式的選擇上同時吸收教育心理學的成果，發揮非智力因素的作用，能使學員生動而且主動學習，從“愛學”到“學會”，再到“會學”。

三、方法與實踐

根據內容性質和難度不同，把章節進行分類，不同章節設計出不同的虛擬實驗或者教具演示裝置，以使抽象的概念變得直觀易懂。

（一）抽象理論可視化

工程力學課程需要講述大量抽象的概念、定理和理論，要想在有限的學時內將這些概念和知識點傳授給學員，就必須增強授課的趣味性，提高課堂授課效果。在講授時保證科學準確的前提下，更要想辦法將抽象的概念形象化、直觀化，縮短理論與生活的距離，通過模型和教具的課堂演示，可以增強學員的感性認識，提高學員的求知欲望[2]。

例如，在壓桿穩定這章內容中，“臨界壓力”和“失穩”對學生來說是比較難理解的兩個概念，很容易和軸向壓縮桿件的屈服問題相混淆，對此，教師可以制作簡易的壓桿演示裝置，來展示臨界壓力和失穩的概念。如圖1所示。

（二）模型教具身邊化

應力應變分析這一章的部分內容對學員來說比較抽象難懂，由于綜合性較強，需要對前述章節的知識掌握得比較扎實才能更好地理解本章的基本概念和方法。因此有必要用實物演示的方法給學生呈現出構件的破壞特性。而實物的破壞特性演示需要一個過程，在課堂中展示具體的工程構件破壞過程不太現實，可以利用粉筆作為教具，演示脆性材料扭轉時的破壞現象，在平面應力狀態分析內容時引導學員分析破壞的原因，如圖2所示。

此外，還可以用ansys軟件等工具對工程中的構件進行建模及應力應變分析，模擬出構件在不同載荷下的變形及應變特點，使應力應變的分布變得比較直觀，以使學員對構件在復雜載荷下強度分析的理解更為全面，并增強學習這一部分內容的信心和興趣。

通過上述措施，大部分學員對抽象概念的理解和接受速度有了明顯提高。

四、總結

采用形象化教學著重構建新的教學模式，旨在培養和提高學員的學習主動性、創新性和動手能力。在滿足課程標準基本要求的基礎上，在一定范圍內構建開放式并與新培養目標相適應的力學課程教學模式，注意傳授力學知識與培養應用能力相協調，在獲得較為全面的力學知識的同時，使學員的創新能力、工程素質得到大幅度提升。另外，其對促進教員教學水平的提高，實現培養高素質新型軍事人才的根本目標具有現實意義和廣闊的應用前景。

一是制作一系列的教具和虛擬模型，將教具和虛擬模型實實在在引入課堂教學中，利用教具和虛擬模型體現教學內容，將抽象的理論轉化為形象化的模型和展示，形成新的課堂授課模式。

二是學員參與教具和虛擬模型的制作，形成新的學習模式，促進以調動學員學習主動性和培養學員創新能力的新型教學模式的全面建設。

三是通過基于教具和虛擬模型的教學模式創新研究，總結出專業基礎課教學模式改革的一些經驗和方法，使力學課程成為實現我院人才培養目標的有力支撐。

參考文獻：

[1]張小娜，劉秦.基于研討課的形式談“材料力學”實踐教學模式改革[J].中國電力教育，2013（25）：24-26.

[2]孫敬敬.工程力學形象化教學改革初探[J].課程教育研究，2014（1）：36-38.