以力學競賽為引領的民族院校工程力學創(chuàng)新教學模式研究

張東利 武美先 湯占岐 李瀟

摘要：為了提高民族院校大學生的教學質量和創(chuàng)新能力，文章結合民族院校力學教學的特點，以“厚基礎、強能力、重應用”為目標，引領本校的力學課程進行創(chuàng)新性改革。針對教學和競賽中暴露出來的弱項，以競賽促教改，以實踐促創(chuàng)新。以提高教學質量為目標，以力學競賽為輔助，解決教和學中內容選擇、學生能力的落實以及學生欠缺知識的補充問題，有效改變民族院校力學課程教學質量落后的狀況。

關鍵詞：工程力學;力學競賽;創(chuàng)新能力;教學改革

中圖分類號：G421? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2020）15-0144-03

一、民族院校工程力學課程的教學現狀

工程力學包括理論力學和材料力學兩部分內容，是機械專業(yè)及近機類專業(yè)的專業(yè)基礎課。它承接《高等數學》《大學物理》等基礎課程，是物理中力學的延續(xù)和加深，更注重與工程實際的結合。作為一門專業(yè)基礎課，它為學習專業(yè)后續(xù)課程如《機械設計基礎》《工程流體力學》《過程設備設計》和《過程流體機械》等準備必要的基礎知識，也是工程設計的科學依據。學習目標主要是培養(yǎng)學生正確分析問題和解決問題的能力，為以后解決生產實踐問題、從事科學研究工作打下基礎。學生學完這門課程后，應該具備建模、計算表達以及綜合應用知識實際問題的能力[1]。

然而，由于該門課程內容涉及微積分、微分方程求解，對前期知識要求較高;講授內容本身也偏向理論，具有一定抽象性，需要學習者具有一定的計算基本功。但大部分民族院校的學生都來自偏遠山區(qū)，數學、物理等基礎知識十分薄弱，理解能力有限，要達到上述目標困難重重，有些學生甚至因此門功課不及格而影響了就業(yè)，或者造成研究生階段學習的困難。該門課程的基礎性和重要性可見一斑。

民族院校力學課程教學質量難以提高的另外一個重要因素在于學生水平參差不齊、水平差距過大，造成教學上的兩難境況。講授內容簡單會使尖子生吃不飽，無法登堂入室;講授內容稍加復雜又會將底子差的中等生和后進生閉之門外。很多學校因此實行分層教學，以期達到因材施教目的。但我們以往的分層教學實踐表明[2]，在學生、教學目標、教學內容以及評價體系的分層，在一定程度上有利于不同層次的學生達到各自的教學目標。分層容易造成學生成績和積極性兩極分化，容易傷害部分學生的自尊心，產生“破罐子破摔”的想法，反而無法達到分層教學的目標。再者，分層將學生人為分割開，不利于學生之間的互幫互助，不利于學生之間的相互交流。還有一個非常重要的原因是，民族院校師資力量往往不是很強。分層教學、小班教學的設想雖然很美好，但若沒有必要的硬件、軟件做支撐，往往達不到理想效果。

二、以競賽為引領的民族院校工程力學課程改革

周培源力學競賽是全國在校大學生、研究生自愿報名參加的一種大學生科技活動，由中國力學學會和周培源基金會共同主辦，旨在考核學生力學知識的綜合應用能力，進而以提高學生的創(chuàng)新能力。因此它和本課程的教學目標具有一致性[3，4]。

作為全國性的大賽，其題目還是具有很大含金量的。一些參賽的重點大學本科生也對其中一些題目頗感吃力，更不用說民族院校的學生。但是，其本身具有的一些特點，還是非常值得民族院校關注。參加這樣的比賽并且獲獎，對學生自身價值的肯定和學業(yè)的幫助非其他賽事可比，有利于提高學生的自信心和對機械類專業(yè)課程的興趣;有利于團體氛圍的形成和學生之間的互助、共同提高;同時，也有利于教師之間的教學交流和師生之間的教學相長。若以此為任務驅動，更有利于培養(yǎng)學生的動手能力。

雖然周培源力學大賽迄今為止已成功舉辦了12屆，但我校學生只參加了最近的三屆。從參賽過程和結果來看，競賽還存在不少問題。我校地處民族地區(qū)，少數民族學生居多，學生水平有限，基礎知識不牢、力學建模、計算以及綜合運用知識的能力較差。加之學生認識不到位，積極性不高等因素的影響，導致競賽成績差強人意。

針對以上情況，結合民族院校力學教學的特點，經本校力學教研室的老師多次研討，決定以競賽為突破口，以“厚基礎、強能力、重應用”為目標，引領本校的力學課程進行創(chuàng)新性改革，并申請了相關的教改項目。該項目的重點目標在于針對教學和競賽中暴露出來的弱項，以競賽促教改，以實踐促創(chuàng)新。以提高教學質量為目標，以力學競賽為輔助，解決教和學的內容選擇、學生能力的落實以及學生欠缺知識的補充問題，有效改變民族院校中力學課程教學質量落后的狀況。

（一）基于精講多練的課堂教學新模式

針對學生底子差，基礎知識不扎實等具體情況，我們主要采取打通工程力學的教學體系，濃縮課堂教學內容，以夯實學生基礎知識為目標，合理安排課堂教學內容和練習強度等方法來加以解決。

1.教學內容的設置以學生能接受為導向。對于理論力學和材料力學課程中存在的重復性內容，視其作用和重要性，并結合學生現有基礎，決定是否刪減抑或加強。教學內容的設置以學生能否接受以及接受程度如何來取舍，以能否達到最終教學目標來定奪，而不僅僅是表面上的體系調整。目標的達成取決了教學方法和方式的不同。針對具體教學對象，設置量身定做的教學內容，正是因材施教在教學過程中的具體體現。基礎不牢地動山搖，對于基礎知識再怎么強調也不過分。基礎打牢后，進一步提高就是順藤摸瓜、水到渠成的事情。因此堅持以學生學習目標達成為前提的基礎教學必須持之以恒，不僅要認真落實，而且還要根據各屆學生、各個學期學生的掌握情況不斷進行局部動態(tài)調整。

2.教學方式以利于學生吸收理解為目標。教學方式對于力學教學歷來頗有爭議。大多數力學教師基本不認同采取現代多媒體等方式對力學課程進行講授。的確作為以數理為基礎、基礎性理論性很強的一門專業(yè)基礎課，如果一味采用一些現代教學方式講授，教學效果不佳是必然的。力學課程有著很強的實踐性，以板書為教學方式對學生進行具體的解題示范是必要的，也是重要的一個教學環(huán)節(jié)。但力學課程課時量和教學內容的矛盾，又使這種方法無法貫徹始終。為了達到既寬又深的教學效果，我們采取了多種教學方式來應對理論授課內容、解題示范、總結提高等課堂環(huán)節(jié)。對于原理、實例部分，以現代多媒體方式為主要講授方式;對于公式推導、課堂練習等部分采取板書為主的教學方式;對于少數學生基礎知識不扎實的情況，采取課下吃小鍋飯的方式進行彌補;對于較難的部分，采用自習和翻轉課堂的方式予以解決。

3.教學效果以學生最終能掌握為標準。教學的最終目標是讓學生掌握基礎知識，并在此基礎上能針對工程實踐中的具體問題綜合運用。為了能高效達到教學目標，我們實行了圍繞學生進行的備課聽課等教研活動。從多個方面、多種方式解決學生對教學內容吸收不良的問題。為了解決一些學生學習態(tài)度消極的思想問題，我們力學教研室聯系班主任及時對學生進行思想幫扶和學業(yè)幫扶。為了解決學生底子不足，無法很好消化課堂內容的問題，我們站在學生的角度，對授課內容及時進行總結溫習。一些不好記憶的知識點，總結成順口溜;一些難以記憶的公式，編制成諧音短句，以達到幫助學生快速高效掌握課堂內容的目的。對于課程內容的一些較難的龐雜內容，采取合并簡化、深入淺出的教學方式進行化解。以上這些做法，激發(fā)了學生興趣，鼓舞了學生的信心，為學生進一步提高打下了良好基礎。

（二）基于目標達成的課外實踐新模式

為了有效提高學生綜合運用知識解決實際問題的能力，我們采取了以競賽為目標達成的課堂講授、練習反饋以及以小組為單位的翻轉課堂的競賽教學方式。做法主要是課內結合課外，課外補充課內。以創(chuàng)新小組為單位，以校內微型競賽為載體，在打牢基礎、綜合應用上下功夫。這是個在基礎上進一步提高的關鍵階段，我們重點抓了以下兩方面：

1.培養(yǎng)學生良好的學習氛圍和自學能力。大部分民族院校學生的能力在高中階段就虧欠不少，也沒能養(yǎng)成良好的學習習慣。而這些正是培養(yǎng)學生自主創(chuàng)新的關鍵環(huán)節(jié)，需要給學生補補課。為此，我們特意在課外展開了學習方法輔導班，手把手教會學生自學的各個關節(jié)環(huán)節(jié)。給學生總結推廣了一整套力學的學習方法。如“預習+聽講+復習”相結合，吃透理論多做習題;上課認真聽講，做好筆記，掌握重要概念及理論要點;課下提前預習，提前試做課后習題，將做題和預習、自學、復習相結合，不會做的習題、弄不懂的定理，在聽課或單獨輔導時有針對性地得到解決。最后，兩周一總結，一月一復習，達到掌握和鞏固的目的。

2.加強綜合訓練，培養(yǎng)學生綜合運用知識的能力。這一環(huán)節(jié)主要是解決學生分析問題、解決問題的能力，利用學校的創(chuàng)新課程展開。教學方式是以問題為導向，對整個問題的分析、解決過程予以詳細剖析分解。通過對工程實踐中實際問題的建模、計算、校核、改進等幾大環(huán)節(jié)，按照“理論→實踐→理論”的步驟，實現理論在實踐中的驗證和實踐在理論中的升華。在培訓的過程中，根據學生水平的實際情況，有針對性地強化其中若干環(huán)節(jié)，如計算能力、建模能力等。通過這一環(huán)節(jié)，一方面強化了學生運用高等數學解決工程問題的能力，另一方面也為競賽提前熱身。通過適當課外題目的講解和練習，增強學生參與競賽的信心，從心理上做好參賽準備。

（三）基于沖刺階段的參賽熱身訓練模式

經過兩個學期的認真準備和學習，有相當一部分學生帶著自信進入了報名參賽階段。針對本校學生的具體情況，我們特意組織了賽前輔導班，有意識、有針對性地對往年的比賽真題進行講解輔導，主要包括以下兩方面：

1.實際問題的建模能力和分析能力。力學競賽中的綜合題目，需要首先進行分析簡化，然后建立相應的力學模型進行求解。這和教材內已經給出模型求解結果的情況完全不同，因此需要有針對性地進行分析和建模的專門訓練。

2.綜合運用知識的能力。力學競賽中的題目需要運用的知識點較多，很綜合，對學生的計算能力也有較高要求。在此部分主要是以真題為主，通過大量真題訓練，再輔之以歸納演繹法，引導學生進行分析和強化。通過對競賽真題的訓練和解讀，強化學生分析問題和解決問題的能力，強化學生的創(chuàng)新思維。

三、結論

文章針對民族院校中工程力學教學和競賽中暴露出來的問題和矛盾，以力學競賽為引領，以強化學生基礎知識和綜合應用能力為目標，通過以賽促改，以改促新。通過抓教學、強基礎，采取多種措施，解決學生學習中的瓶頸問題和綜合運用知識解決實際問題的能力。通過實施課堂、課外、賽前三個環(huán)節(jié)的訓練和輔導，學生的學習自覺性以及分析問題、解決實際問題的能力得到很大提高。競賽和教學相結合的方式，也給民族院校的工程力學教學改革增添了新的內涵。

參考文獻：

[1]高士武，楊曉林，楊亞平，趙偉東，郭曉菊，萬朔.工程力學課程建設的認識與實踐[J].教育教學論壇，2019，（30）：140-142.

[2]武美先，張東利.淺談民族院校“工程力學”分層教學的利弊[J].教育教學論壇，2015，（49）：200-201.

[3]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，（08）：1-3.

[4]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，（06）：22-23.