基于課程論文的彈性力學課程教學方法探究

[摘 要] 彈性力學是工科院校一門重要的課程。為了提高本科生理解和應用彈性力學知識的能力，任課教師在彈性力學教學方法上做進一步的改進。以課外布置關于有限元方法的力學課程論文的研究任務，作為力學課程的大作業，納入期末成績考核中，此舉措可有效提高學生的學習興趣，使學生參與到課堂教學中來，教師引導答疑，增強師生互動，從而形成良好的教學氛圍。

[關鍵詞] 有限元;彈性力學;課程論文;教學方法

[作者簡介] 郭曉菊（1987—），女，寧夏石嘴山人，碩士，青海大學土木工程學院講師，主要從事理論力學、材料力學、彈性力學等課程教學，研究方向為合金的微觀力學。

[中圖分類號] O31? ? ? ?[文獻標識碼] A? ? ?[文章編號] 1674-9324（2021）12-0145-04? ? ?[收稿日期] 2020-09-30

彈性力學是工科專業的技術基礎課，其學習成效直接影響后續專業課程的掌握程度，尤其對彈性力學的基本概念和研究方法廣泛應用于其他學科，培養學生掌握彈性力學的基本概念、基本理論、基本方法具有重要意義[1-6]。教學工作者對彈性力學教學方式[7]、教學方法[8]、教學內容[9]等方面進行了很多研究。彈性力學課程作為工科本科生的一門選修課，理論課和實踐課分別為16學時，這種情況下，無論是對教師還是學生都是一種考驗，當務之急是在教學方法上做一些工作，實現理論教學和實踐教學的結合，從而提高學生的學習主動性。本文采用黃獻海老師[4]提出的課程論文形式的教學方法，對彈性力學選修課程的教學方法進行了改革。在教學的過程中，以任務教學為出發點，并且根據學生自身專業自由組合成5人一組的團隊，依據專業特點設定不同的彈性力學課題任務，教師通過指導和督促學生完成彈性力學教學課程論文。

一、課程論文式教學方法的實施步驟

彈性力學是工程力學學科中最基礎、最重要的一門課程。彈性力學在力學學科中具有“承上啟下”的作用。彈性力學是材料力學的發展和擴展，是塑性力學、斷裂力學、巖石力學、振動力學、有限元法的基礎。隨著科技的快速發展，世界范圍內的大型復雜工程不斷涌現，彈性力學在工程中的應用涉及土木工程、水利、橋梁隧道、采礦工程等諸多領域，如彈性體受力分析、強度校核等。不僅給廣大力學專業畢業生提供了廣闊的就業空間，而且對學生力學基礎知識的要求也在不斷提高。與理論力學、材料力學相比，彈性力學的研究對象更加廣泛，內容更加抽象，對理論推導和基本數學知識的要求也更加嚴格。如何才能充分調動廣大學生的學習興趣，擺脫復雜而又煩瑣的公式推導，使學生對彈性力學在工程應用領域中的重要性有一個深刻的認識，筆者根據在學習、研究和教學過程中積累的一些經驗，對目前彈性力學的教學現狀進行了探討和思考。

在傳統的教學中，教師在講授時，將重點放在書本上，是一個學生體驗的學習過程。毋庸置疑，隨著計算機技術的飛速發展，多媒體在課程中的應用非常廣泛，有的內容能直觀、圖文并茂地展現，因此受到廣大師生的青睞。但還要注意教材的重要性。對于機械專業來說，力學學習的主要內容是推導數學公式，其推導過程直接影響學生對一些重要機械參數概念的理解。例如，將應力函數引入彈性力學課程就是如此。由于應力函數來源于平衡型微分方程的通解，因此該方程的通解是由任意特解與同次方程的通解相加而得，同次方程通解的求解過程中引入了應力函數。應力函數知識點是彈性力學教學中的難點，也是教學中的重點，講解過程非常抽象，不易理解。因此，學生的理解和接受過程不能只是多媒體教材的演示，還需要與書本的逐步推導相結合。

在彈性力學的教學過程中，通過布置教學論文任務，能夠引導學生積極主動的配合教師教學，有效的提高學生的綜合能力。該實踐項目貫穿整個彈性力學課程教學過程，具體步驟如圖1所示。

二、教學實踐和學生評價

彈性力學選修課授課以來，彈性力學課程論文是整個課程考核中一個重要環節，它不僅反映學生的自學態度和學習能力，也是學生平時學習和理解能力的一個綜合反映，因而可成為平時成績評定的一個重要依據，占總評成績的50%。在授課期間，任課教師也感受到學生能夠認真上課，并且課堂氣氛活躍，教學效果良好。

通過發放問卷調查，對收回的有效問卷分析后發現，大部分同學對本科階段的彈性力學課程這種選修課表示歡迎（圖2），很多人完成了一些有意義的作品。比如以郭佳慶同學為組長的團隊完成了基于Abaqus軟件的平板中心圓孔應力分析;以常雪同學為組長的團隊完成高深懸臂梁平面問題理論與實驗結合分析節點位移及支座反力;以苗夢同學為組長的團隊對簡支梁在均布載荷作用下板內的應力分布進行了數值模擬分析;以李琨同學為組長的團隊對受均布荷載懸臂梁的變形及應力進行分析。學生在運用所學的知識分析計算實際問題的過程中，加深了對知識的理解，也自覺認識到力學對專業的重要性，提高了學習力學的積極性和主動性。

同時對學生選題來源進行調查（圖3）。從中可以看出，由于本科生知識儲備不夠，大多數學生的選題沒有想法，只是通過教師給定的題目完成課程論文，單純的完成課程任務;少數學生希望能有助于課程理解，并且注重專業知識的應用。在對課題原創性的把關上，教師可以通過方案階段的把關，強調課題對生產生活實際力學問題的提煉和計算，可以減少選題的盲目和重復性。

對課程論文目的的調查顯示，52%的學生比較看重理論聯系實際，認為課程論文的訓練有助于加深學生對彈性力學的理解和對學習本門課的興趣;25%的學生比較認同大作業對他們思考和解決問題的能力的鍛煉。（圖4）為了提高學生的綜合能力，在課程論文研究的過程中，要求課題研究的整個過程，從方案構思和提交，到研究的展開和反饋，再到最后的論文提交，完成了一個系統的訓練。

三、課程論文教學方法的優缺點和教學評估

（一）課程論文教學方法的優缺點

課程論文形式的教學方法能夠有效增強學生理論聯系實踐學習知識的本領，并學會從工程實際中提煉出理論模型、分析問題、運用相關理論知識解決實際工程問題、提煉科學問題撰寫成科研小論文;可有效提高學生學習彈性力學這門選修課的學習興趣，課堂教學效果突出，學生在學習過程中始終能找到成就感。

這種教學方法存在很多不足之處，如不能大面積推廣，并且在教學過程中需要教師付出大量的精力解決學生遇到的困難，課程論文選題也比較困難。

（二）教學質量評估

通過與學生座談和同行評教相結合的方法，對實施的課堂教學效果和學生能力培養情況進行分析總結。連續兩年，按照課程論文、課程閉卷考試的方法進行考核。在學生完成本課程之后進行座談，大部分學生反映，他們對于專業知識的理解得到了加深，表示樂于完成課程論文;同行評價表示，課堂上學生的參與度增強，有助于歷練學生獨立思考能力、表達交流能力和增強學習的自信心，學習成績及格率顯著提升。

參考文獻

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[9]朱力，劉萌，盧文良.基于工程實際的彈性力學教學改革的探索與實踐[J].科學大眾（科學教育），2019（11）：159+183.

Abstract： Elastic Mechanics is an important course in the Department of Industrial Sciences. In order to further improve undergraduate students' ability to understand and apply the knowledge of this course， teachers need to further improve the teaching method of the course. We have assigned the extra-curricular research task of a course paper on the finite element method in the teaching of this course， and taken it as an important assignment of the course in the final evaluation. This measure can effectively improve students' learning interest， encourage students to participate in the classroom teaching， and achieve a good teaching effect by enhancing teachers guidance and teacher-student interaction.

Key words： finite element; Elastic Mechanics; course paper; teaching method