基于力學競賽的工程力學課程教學的改革實踐

常利武 王錦燕

摘? 要：探討了工程力學教學中存在的問題，基于力學競賽試題的趣味性、發散性和創新的特點，分析了以力學競賽為導向課程改革的優點，研究了將力學競賽試題引入工程力學課堂教學中的運用。結合引入課堂教學的力學競賽試題，運用創新教學模式對學生加強創新思維和哲學思維能力的培養，提高了學生學習力學的興趣和課程教學目標達成度，為其他課程開展“以賽促教”教學改革提供參考。

關鍵詞：力學競賽? 工程力學? 教學改革? 創新教學模式

中圖分類號：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）08（c）-0185-03

Abstract： This paper discusses the problems existing in the teaching of engineering mechanics. Based on the interesting， divergent and innovative features of mechanical competition problems， this paper analyzes the advantages of the course reform based on mechanical competition problems， and studies the application of mechanical competition problems in the teaching of engineering mechanics. Combined with the mechanical competition problems introduced into the classroom teaching， the innovative teaching mode is used to strengthen the cultivation of students' innovative thinking and philosophical thinking ability. It improves students' interest in learning mechanics and the degree of achieving the teaching objectives of the course， and provides reference for other courses to carry out the teaching reform of "promoting teaching with competition".

Key Words： Mechanics competition; Engineering mechanics; Teaching reform; Innovative teaching mode

工程力學課程作為我校紡織、建環、機自、機電等工科專業的一門重要的專業基礎課，對學生后續專業課程的學習及科學思維的養成起著關鍵的作用[1]。力學競賽主要包括“全國周培源大學生力學競賽”和“省級大學生力學競賽”，開展力學競賽有助于大學生學習力學興趣的提高和創新能力的培養，對促進高等學校力學基礎課程的改革與建設起著重要的引領作用[2-4]。為使學生在競賽中取得好成績，我校力學教研室進行了必要的賽前輔導。這種集中的賽前輔導模式雖能對競賽成績的提高起到一定的作用，但不利于培養學生的基本力學素養和創新思維能力。此外，為適應當今人才培養的需要，全國高校的工程力學學時都有不同程度的減少，這對學生學習力學知識帶來了不小的負面影響[5-6]。因此，如何在“少學時”條件下，以力學競賽為導向對課程教學進行改革是每位授課教師必須面對和思考的問題。

1? 基于力學競賽的課程改革的優勢

隨著課時的減少，現有教學內容和教學模式與力學競賽之間的“矛盾”日益突出。課程教學以基本知識點的講授為主，對學生創新思維能力的訓練相對偏少，不利于參賽學生競賽成績的提高和能力的提升。為適應少學時的教學改革，教學大綱也做了不小的變動，不少力學競賽知識點不在課堂授課范圍。課時的縮減使得力學實驗課時嚴重不足，學生缺乏動手操作能力的訓練。由于學時的限制，課堂教學例題以教材上的例題為主，以學生掌握基本理論和核心知識點為目標，而工程案例題及其知識點的解析涉及較少，對學生創新思維能力的訓練則相對更少。力學競賽題目集知識性、趣味性和創新性為一身，筆者嘗試將部分力學競賽題目引入課堂，實施以力學競賽為導向的課程改革，以期有效解決上述問題。基于力學競賽的課程改革具有如下優勢。

1.1 有助于提升《工程力學》的教學效果

在課堂教學中穿插“力學競賽”題目，利用競賽題題目的趣味性激發同學們對工程力學的學習熱情和動力。將綜合性的力學競賽題目分解成若干個簡單的問題，分別作為對應的章節的教學例題，采用討論式、探究式等教學方法引導學生掌握其隱含的力學概念和原理，提高學生思考問題和發散思維能力。在教學實踐中，以力學競賽團體賽的實例介紹引導學生動手制作力學模型，開展以小組為單位的力學模型競賽，將枯燥的力學基礎知識與趣味性的小實驗結合起來，提高學生的綜合素質、激發學生的創新精神、鍛煉學生的動手能力及團隊協作能力。興趣是最好的老師，以力學競賽為導向的教學改革可使學生由原來的“被動型學習”轉變為“主動型學習”，大幅提升課堂的教學效果。

1.2 有助于學生學習能力的提升

“以賽促教”的教學模式不僅可以提升課堂的教學效果，也會促使部分優秀學生力學競賽水平的提高。通過相關競賽題目的練習和引導，消除部分同學對競賽的畏懼心理，鼓勵優秀學生參加力學競賽的校賽、省賽和國賽。競賽題目的“高階性”可使學生在掌握基礎理論的同時也變得善于思考，激發其對更深層次力學問題的探索，從而提升學生的學習能力。

1.3 有助于學生創新思維能力的培養

高等教育的核心是培養創新型人才，課堂教學應重視創新思維能力的培養。在講完基本知識點之后引入難度適中、開放性強、涉及發散思維的力學競賽題目，通過小組討論的方式促使每位學生利用所學理論知識解決實際問題，激發學生的創新潛能。介紹力學競賽團體賽的獲獎作品，使學生了解力學模型建立、分析和實驗驗證的過程，激發學生對力學問題的思考和實踐的欲望，從而培養學生創新思維的能力。

2? 以力學競賽為導向的教學模式改革

以力學競賽為導向的教學模式旨在轉變原有教學模式，從“重知識”和“輕思考”的教學模式向“重能力、重思考”的方向轉變。針對目前工程力學課時較少的特點，“以賽促教”教學模式在教學內容和教學方法上進行改革，確保同學們在學習到課程知識的前提下，應用能力和創新能力得到提升。在分析力學競賽大綱的基礎上，將部分典型力學競賽試題穿插于課堂教學中，精心設計試題的分析過程和互動方案，重點增加具有創新思維能力訓練的競賽題目。教學方式上，由傳統的“填鴨式”講授方式向“探究式+討論式”的授課方式轉變，提高學生分析問題和解決問題的能力[7]。以下介紹筆者“以賽促教”的課程改革的具體措施。

2.1 精選適合課堂教學的競賽題目

首先搜集歷年來全國周培源大學生力學競賽真題及詳細解答，組建基于網絡的力學競賽試題資源庫以便于學生自學。然后認真篩選力學競賽試題中難度適中、適用于教學的題目，并對照知識點分解為各個章節的教學例題，制作多媒體教學課件。其中，重點選取集趣味性和創新性為一體的綜合性題目，利用題目的特點來提高學生學習力學的興趣，培養學生的創新思維的能力。

2.2 改變教學形式，提升授課效果

在目前課程學時較少的背景下，以競賽為導向的課程改革要達到內容趣味性強、授課效果好的目標，必須對以往教學形式進行相應的改革。教學內容方面，課上適當增加一些競賽聯系緊密知識點的講解，如組合梁形心求解、電橋知識、測試技術等。教學模式方面，充分利用網絡教學平臺開展線上線下混合式教學，將課上的簡單易懂的知識點先讓學生預習，課堂教學以較高起點進行講授。相比單一的線下教學，混合式教學更便于典型競賽例題的引入。教學方法方面，改變以往“填鴨式”講授方式，引入精選的趣味性強、有工程背景的競賽題目，采用探究式和討論式相結合的教學方式引導學生對基本知識點的掌握，培養學生發現問題、解決問題的能力。

2.3 以競賽試題培養學生的發散思維能力

美國心理學家吉爾福特曾指出：“發散性思維作為創造思維的主要組成部分，對人的創造力起著重要的作用。”而教材上的課后練習題幾乎全部以考察集中性思維為主，解題方法往往有固定的思路，重點考察的是學生對基本知識點的掌握，在學生創新思維能力培養方面效果不佳。將一些考察學生發散思維的競賽題目引入課堂不僅有助于激發學生參與課堂的積極性，還可使學生對學過知識的深層次思考和再組合，從而提高學生思考問題和解決問題的能力。如組織學生討論“奇怪的獨木橋”問題（第6屆全國周培源大學生力學競賽初賽樣題），啟發學生思考為何兩人配合可以安全過橋，而一個人反而不行？引導學生開動腦筋思考問題背后的力學原理，通過對提高梁強度的各種措施的深入思考比較得出問題的答案。引入“魔術”所涉及的力學原理題目（第6屆周培源大學生力學競賽的第三題、第四題和第8屆第四題），通過魔術的魅力吸引學生對其背后力學原理的學習興趣，更重要的是引導學生對所學知識的再思考和對比分析。

2.4 以競賽試題進行辯證唯物主義哲學思想教育

辯證唯物主義哲學思想是科學的方法論和世界觀，對學生正確世界觀的形成和學習能力的提高起著非常重要的作用[8]。工程力學知識本身具有豐富的辯證唯物主義教育因素，有助于培養學生辯證唯物主義觀點和解決問題的能力。在引入部分競賽題目的同時，積極引導學生思考問題背后的辯證唯物主義哲學觀點，幫助學生確立科學的人生觀。如講解“驕傲自滿的大力士”題目時（第6屆全國周培源大學生力學競賽試題），引導學生思考為何大力士卻輸給了力氣小的夫人，強調取勝絕非單靠蠻力，還要注意方法和技巧。題目背后揭示了具體問題具體分析，不同問題運用不同的方法的辯證法思想。只有善于發現和順應事物發展的客觀規律，并利用其規律創造機遇才能獲取勝利。

3? 結語

以力學競賽為導向，對工程力學課堂教學進行改革，引入難度適中的典型競賽題目作為課堂教學的例題，形成“以賽促教”“以賽促育”的教學模式，從而培養學生基本力學素養和創新思維能力。在教學過程中實施線上線混合式教學、“探究式+討論式”授課方式，重點培養學生的自學能力、發散思維和哲學思維能力，多方位入手提高學生學習的興趣和創新思維能力，探索出一個集學生課堂學習和能力培養相結合的素質教育新途徑，最終獲得更高的課程目標達成度。

參考文獻

[1] 劉俊麗，李俊峰.全國周培源大學生力學競賽發展歷程[J].力學與實踐，2019，41（3）：357-365.

[2] 王敏容，鐘志恒.以力學競賽促進力學課程教學改革探討[J].黑龍江教育（高教研究與評估），2018（6）：22-23.

[3] 張速.基于大學生力學競賽的工程力學課程教學模式探究[J].安徽工業大學學報：社會科學版，2017，34（6）：68-69.

[4] 米紅林，周振鑫，柯譜，等.以學科競賽促進本科教學水平提升[J].科技創新導報，2017，14（22）：218，220.

[5] 谷俊斌.少學時工程力學教學改革探討[J].中國教育技術裝備，2020（6）：94-95，100.

[6] 張博.論三本高校少學時工程力學改革新思路[J].黑龍江科技信息，2017（12）：123.

[7] 賈海朋，江春冬.力學競賽與工程力學課程教學改革關系探究[J].黑龍江教育：高教研究與評估，2016（8）：1-3.

[8] 閆小波.土力學教學中的辯證唯物主義教育[J].教育教學論壇，2019（49）：225-226.

[9] 王君.工程力學教學改革的研究與實踐[J].科技資訊，2013（5）：190，192.