“以學促賽、以賽促學”的工程力學教學改革與實踐

張焱 周勇 張健

（湖南理工學院機械工程學院 湖南·岳陽 414006）

工程力學課程分為理論力學和材料力學兩個部分，屬于機械類專業的一門重要的專業基礎課。傳統工程力學的教學模式類似于高中教學模式，為灌輸式講授，即教師在課堂上講授，學生課后做些習題。此教學形式單一，教學效率較差。學生在學習中很少有獨立思考的過程，難以培養學生利用工程力學分析問題和解決問題的能力，而大學的人才培養方案強調學以致用，以培養出具有創新能力的高素質應用型人才為目標，如此需要教育工作者對工程力學的教育觀念、模式、手段進行變革，研究新型的教學方式。

目前興起的各類大學生競賽為工程力學的教學改革提供了挑戰和契機。通過大學生競賽推動高校工程力學的教學改革與實踐研究，具有重要的意義。

《高等學校本科教學質量與教學改革工程》指出，大學本科教育要積極開展各類大學生競賽活動，并重點資助在全國范圍內具有較大影響和廣泛參與面的大學生競賽活動，以激發大學生的學習興趣和科研潛能，并培養大學生的團隊協作意識和創新能力[1]。同時，建設創新型的社會，需要高等教育能夠培養出具有較強工程能力和創新能力的人才[2]。針對目前高校工程力學陳舊的教學模式，以大學生競賽為契機，創新工程力學教學模式，將大學生力學競賽與工程力學教學有機融合，注重培養學生的工程力學實踐應用能力和創新思維能力，力求“以學促賽、外化于行；以賽促學，內化于心”，使大學生課堂教學和課外實踐相結合起來，在提高工程力學的教學效果的同時，也提高學生的競賽成績，同時提升學生的創新能力和實踐能力。

1 大學生競賽與工程力學教學的關系

目前，為了提高學生的創新創業能力和實踐動手能力，將課本上的知識點學以致用，國家各機構每年都會舉辦各種大學生競賽，其中有一些競賽需要學生掌握較好的工程力學知識，并能夠在競賽中靈活運用。

1.1 大學生力學競賽

全國周培源大學生力學競賽每兩年舉辦一屆，在全國周培源大學生力學競賽的休賽年，湖南省教育廳也舉辦全省大學生力學競賽，同樣是每兩年主辦一次，與全國周培源大學生力學競賽交錯進行，使湖南省的大學生每年都能參加一次大學生力學競賽。對于全國周培源大學生力學競賽與工程力學的教學研究，學者們已經研究出一些成果。張速將大學生力學競賽輔導中采用的三種邏輯方法運用到工程力學的本科教學中，提出了基于大學生力學競賽的工程力學課程教學模式[3]，劉安中、陳善群和王云飛等人均對基于全國周培源大學生力學競賽的工程力學教學中學生的創新思維能力培養進行了研究[4-6]。

1.2 “高教杯”全國大學生先進成圖技術與產品信息建模創新大賽

“高教杯”全國大學生先進成圖技術與產品信息建模創新大賽的在產品信息建模創新比賽部分，需要學生靈活地運用工程力學的知識，在將設計的作品盡量輕量化的同時，保證結構的強度、剛度和穩定性等力學性能。

1.3 全國大學生機械創新大賽

全國大學生機械創新大賽強調學生的綜合能力，除了需要熟練掌握機械原理、機械設計等學科知識，在創新設計的過程中，必須掌握扎實的工程力學知識，才能保證制作的參賽作品具有較好的力學性能。

1.4 全國大學生工程訓練綜合能力競賽

全國大學生工程訓練綜合能力競賽同樣要求學生能夠靈活地應用工程力學知識，在設計過程中反復計算和調試，確保設計的無碳小車等參賽作品滿足強度和剛度等要求。

2 “以學促賽、以賽促學”的工程力學教學改革總體方案

將工程力學教學的改革結合大學生競賽，通過任務布置、課堂教學、實踐教學、方法指導和思路引導，在教學中激發學生的學習興趣和求知欲，并培養學生的創新意識、力學建模和實踐能力；增強學生的科研意識和團隊協作能力；引導學生深入實踐，用理論知識指導實踐，具備發現問題和解決問題的能力，培養學生成為高素質應用型人才。

3 “以學促賽、以賽促學”的工程力學教學實踐內容

“以學促賽、以賽促學”的工程力學教學改革與實踐，包括引入邏輯教學方法、教學模式的改革和組建力學興趣小組等三大內容。

下面以“高教杯”全國大學生先進成圖技術與產品信息建模創新大賽（簡稱為成圖比賽）與工程力學教學的結合為例，對工程力學的教學實踐進行說明。

成圖比賽的競賽內容需要綜合跨度比較大的多個知識點，并且需要學生具備較強的動手能力和團隊協作精神。比如在成圖比賽的輕量化設計部分，需要學生對比賽作品的強度和剛度進行分析，在考慮作品輕量化的同時，需要其達到足夠的安全系數。如圖1、圖2所示。

圖1：參賽作品的變形分析

圖2：參賽作品的安全系數分析

首先在課堂教學的過程中發掘力學苗子，組建各類大學生競賽的興趣小組，例如成圖比賽興趣小組。然后在工程力學講解知識點的過程中，采用邏輯教學方法對知識點進行解析，將各個知識點聯系起來，讓學生能夠整體把握工程力學的定理和定律，深入理解眾多公式并能夠自己進行歸納總結。為了提升學生的綜合能力，在工程力學教學的過程中，對工程實例中的力學問題，進行探究式教學，深挖隱藏在問題后面的力學理論；同時為了培養學生的團隊協作能力，分小組進行討論，各抒己見，并將線上教學和虛擬仿真的教學手段納入到工程力學的教學當中，豐富教學方式，讓學生能夠全方位進行工程力學知識點的學習。通過工程力學的教學和成圖比賽，使學生的力學建模能力、實踐動手能力、分析問題解決問題和團隊合作的能力得到提升，并激發學生的創新意識。

4 結束語

為了提高工程力學的教學效果，激發學生的學習積極性和能動性，培養學生的創新思維和動手能力，結合各種與工程力學相關的大學生競賽，將競賽的思維和方法融入到本科的工程力學競賽之中，以學促賽，以賽促學，即能夠提高學生的競賽成績，也能夠讓學生真正掌握工程力學知識，即學以致用。