高校力學文化素質教育的教學改革與實踐

宋 奎 羅文波 鄧旭輝 趙榮國 尹久仁 涂佳黃

（湘潭大學土木工程與力學學院 湖南·湘潭 411105）

2016年，國家出臺的《中國公民科學素質基準》[1]（以下簡稱《基準》）涵蓋了公民需要掌握或了解的科學知識，是健全監測評估公民科學素質體系的重要內容。力學與人類的生活生產息息相關，基準中的掌握基本的物理知識、掌握基本的天文知識、掌握基本的地球和地理知識、掌握自然災害的防御和應急避險的基本方法，合理利用土地資源和水資源等都直接或間接與力學相關，因此了解基本的力學知識點對公民科學素質的提高具有重要的推動作用。在此背景下，在高校開設一門關于力學的文化素質課程就顯得很有必要。開設力學文化素質課，可以使不同專業的大學生能夠通過選修學習、了解基本的力學知識。另外，學生們可以根據自己的興趣、愛好選擇學習，這也一定程度上調動了學生學習的積極性，對消除高校中普遍存在的某些不良現象（如上網、玩手機游戲等）有重要意義。我們根據素質教育的特點，[2]改變傳統的教學模式和方法，探討了一種新的教學方法，并面向全校各年級學生開設了力學文化素質選修課。課程采取力學團隊老師以輪流報告、講授的方式開展教學活動。課堂上各位老師就自身專長的力學學科、結合日常生活中的與力學相關的現象，深入淺出的講授力學知識，并積極與學生互動。同時，講課中凸顯力學的奇妙性和趣味性，以提高學生的興致，達到更好的教學效果。

1 提高公民科學素質為培養目標的現代教育理念

在大力弘揚科學精神、普及科學知識背景下，通過提高全民科技意識和科學素質，全社會形成了鼓勵大眾創業、萬眾創新的良好氛圍。公民具備基本科學素質一般指了解必要的科學技術知識，掌握基本的科學方法，樹立科學思想，崇尚科學精神，并具有一定的應用它們處理實際問題、參與公共事務的能力。找到一種對全社會公民進行基本科學知識普及的方法或平臺，是更好地提高公民科學素質、建設創新型國家和實現全面建成小康社會目標的迫切需要。學生最終會走向社會，是全社會公民的重要組成部分和社會發展的有力群體。大學是人學習的黃金階段，在大學課堂開設力學文化素質課程，使不同專業的學生能夠通過選修學習，了解力學學科的基本知識和方法，符合國家制定的《基準》的精神，對提高公民的科學素質也會起到更好的效果。同時，大學生基本都是18周歲以上的成年人，這也符合《基準》適用范圍為18周歲以上，具有行為能力的中華人民共和國公民的情況。

2 力學學科知識為基礎的課程教學體系

全校性力學文化素質教育的教學改革與實踐具體要面向全校各專業學生，開設力學文化素質課程。課程目的是使學生了解力學的基本知識點，促進其科學素質的提高。我們構建了以力學知識為基礎的課程教學體系，包括：（1）組建力學教學團隊。根據力學中的流變學、彈性力學、理論力學、結構力學、流體力學、振動力學、材料力學等課程，選擇合適的教師來組建力學教學團隊。（2）制作教學資料。調研國內外力學文化素質課程情況、學生選學情況，并根據文化素質課程教學特點，力學教學團隊教師進行溝通、討論，制定教學內容，利用書籍、多媒體、網絡和計算機等制作教學資料。教學資料包括課件、視頻等。（3）開展教學活動。采取團隊老師輪流講授的方式開展教學工作。在課堂上要深入淺出的傳授力學知識，利用教學實例和道具開展多種多樣的教學活動，并積極與學生互動。教學團隊成員注重現代教學手段的應用。[3]

3 體現力學基本科學素質和不斷充實的教學內容

教學內容一方面體現公民具備力學相關的基本科學素質，包括所應了解的必要科學技術知識，所應掌握的基本科學方法，樹立的科學思想等。《基準》中涉及力學的內容包括區分物質主要的物理性質、了解生活中常見的力，如重力、彈力、摩擦力、電磁力等；知道大氣壓的變化及其對生活的影響；能描述牛頓力學定律，能用它解釋生活中常見的運動現象；知道地球的運動和地球內部的各向異性產生各種力，造成自然災害；知道天氣和氣候的成因和大氣狀態，看懂天氣預報及氣象災害預警信號；知道地球上的水的運動和循環方式，及水的時空分布不均造成的洪澇、干旱等災害；了解地震、滑坡、泥石流、沙塵暴等主要自然災害的特征；知道開采地下水資源注意事項和合理開發利用海洋資源等。另一方面，教學中力學教學團隊的老師要關注日常生活中涉及的與力學相關的現象和知識，不斷的充實、完善教學內容。教學中我們根據力學教學團隊老師的專長劃分各自負責講授的主題。

4 實踐-反饋-提高和突出奇妙性的教學方法

通過開設奇妙的力學全校性文化素質課程，在實踐教學中不斷完善教學方案。具體根據教學效果、評價和學生反饋情況，進一步改進和完善教學方案設計，不斷探索更好的教學方式和方法。教學中追求創新。通過輪流報告、講授的方式，力學教學團隊里的每位老師分別上若干次課，一次課2學時。這種教學方法比較新穎，對于力學這種要求專業精深的課程來說是一種新的嘗試。老師不斷在實踐-反饋-提高中上好這門課，達到好的教學效果。作為全校性文化素質課，奇妙的力學更加突出特色。教學中結合日常生活現象，突出力學知識的奇妙性和趣味性，[4]使力學知識在講授和解釋日常現象過程中讓學生有較驚奇的認識，從而提高學生的興致。力學中的一些奇妙現象和知識點以課件、圖片、視頻、道具或力學相關故事的形式在課堂上講授，如流變力學、結構力學與建筑美、非牛頓流體等。老師和學生在生動、奇妙、趣味的課堂氛圍中分別進行教與學，以達到更好的教學效果。

本文以大力弘揚科學精神、普及科學知識為背景，探索和構建了力學課程教學新體系，提出了新的教學方式和方法。通過開設高校全校性力學文化素質課程，進行了教學實踐，對提高公民基本科學素質具有重要意義。