競賽驅動、教賽融合的基礎力學教學模式改革探索

謝 旋 羅 威 李 彪 葉 永

（三峽大學水利與環境學院，湖北 宜昌 443002）

1 研究背景與現狀分析

基礎力學課程（理論力學和材料力學）是很多工科專業（如水利、土木、機械）的一門必修課，也是相關專業的考研初試科目，是學生進行后續專業課程學習不可或缺的重要前提，關乎學生知識體系的構建和創新思維能力的培養。然而基礎力學課程理論性強，概念和公式繁多，學生學起來相對比較枯燥，容易產生厭學情緒。為促進高等學校力學基礎課程的改革、提高學生學習基礎力學的興趣，2006年受教育部高等教育司委托，教育部高等學校力學基礎課程教學指導委員會、中國力學學會和周培源基金會共同主辦的全國周培源大學生力學競賽。這是一項旨在加強理工科高校學生素質教育，培養其動手能力、創新能力和團隊協作精神的大學生科技競賽。隨著全國周培源大學生力學競賽的影響力不斷擴大，很多省市和高校開始舉辦地區和校級的力學理論知識與實踐競賽。

目前，開設有力學本科專業的院校非常有限。雖然國內絕大部分理工科院校都開設了基礎力學課程，但其中絕大多數都沒有力學本科專業。這些普通高校僅有很少一些教師在專門負責基礎力學的教學，教學任務相當繁重，由于沒有力學本科生和力學師資力量不足等原因，導致學生力學基礎薄弱，參賽積極性不高，競賽成績不甚理想。面對力學競賽的培訓輔導和沖刺獎項，這些院校的力學教師感到有心無力。筆者所在單位是省屬一本高校，好幾年前曾經獲得過一次全國二等獎， 然而到了2021年的第十三屆個人賽上連全國優秀獎（省區前15%）都沒有一個。學校每次選派的參賽學生主要來自水利和土木這兩個優勢學院，而機械、材料、物理等專業學生被有意或無意邊緣化。這其中一方面是因為輔導教師人手不夠，學院之間有些許利益沖突，但更重要的因素可能是其他專業學生的力學成績比較差，而他們所在學院又沒有專門的力學老師宣傳和輔導競賽。久而久之，參賽隊伍越來越小，優秀拔尖者寥寥無幾，整體參賽成績自然逐漸下滑。筆者結合學生時代的體會以及高校任教的經驗，總結了一些共性問題：（1）學校/學院對基礎力學競賽不夠重視，每次都是臨時組織教師輔導學生參加周培源力學競賽，缺乏制度建設；（2）學校對全國力學競賽獲獎學生的獎勵力度不夠，在評優推優評獎時認可度不高，也沒有對力學賽事、獲獎學生和指導教師進行廣泛宣傳；（3）基礎力學任課教師在課堂教學中幾乎從不跟學生提及力學競賽，學生對全國周培源大學生力學競賽知之甚少，即使略有耳聞也不感興趣；（4）校級力學競賽完全是應付要求，小打小鬧，簡單走過場，沒有起到初步選拔學生的作用，徒增老師出卷閱卷和監考負擔；（5）除個別院系舉行小范圍結構模型制作比賽之外， 學校很少舉辦校級力學實踐操作類競賽，不利于大學生的跨專業交流與學習；（6）教師的工作積極性得不到制度保障，輔導完全靠教師個人熱情，吃力不討好，導致競賽輔導力度不夠，組織和管理不到位，另外學生湊熱鬧、打醬油居多，真正沉下心來認真備戰的少；（7）賽后沒有對相關數據進行系統整理和分析，缺乏經驗教訓總結和長遠規劃。

誠然，作為基礎力學教師，不應該過分追求全國力學競賽成績的獲獎與名次， 但競賽是一面鏡子，一扇窗口，競賽成績的高低好壞所反映出的教與學的問題確實值得好好反思。

2 基于力學競賽驅動的基礎力學教學改革探索

近年來，隨著學科競賽受到越來越多的關注和重視， 以學科競賽為驅動的教學改革成為熱議的話題。筆者總結近年來自己在力學教學和競賽輔導方面的切身體會，認為普通高校不僅要大力宣傳國家級力學競賽，廣泛吸引學生參賽，同時還應著力打造校級力學競賽平臺，形成寓教于賽、以賽促教、教賽結合的基礎力學教學模式，提升基礎力學教學水平，提高學生成績，為考研和就業打下堅實的力學基礎。

2.1 在基礎力學課堂中融入力學競賽內容，實現教中有賽

引入競賽內容，讓課堂教學生動有趣。基礎力學課程理論性強，概念和公式繁多，學生學起來相對比較枯燥，容易產生厭學情緒。因此，要精簡課堂教學內容，通過合理配置常規教學內容和競賽試題內容的比例，改變過多、過細、過全的課堂講授方法，淡化公式推導，突出理論應用。一方面，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。另一方面，用節約的課上時間講解貼近生活實際的力學競賽應用題，選擇難度適中、具有一定工程背景的力學競賽真題作為例題，又或者將一些趣味力學競賽題引入課堂教學，擴展學生的知識面，讓學生切實感受力學知識在實際生活和工程中的妙用，激發學習興趣和主動性， 這樣可使學生感覺競賽不再遙不可及，大大調動優秀學生參加競賽的積極性。

剖析競賽試題， 培養力學建模和分析研究能力。很多力學競賽試題（如周培源力學競賽題）多源自工程實例， 深入剖析其隱含的力學要素和建模方法，可幫助學生提高建模能力。重視力學建模能力結合生活實例和工程實例，引導學生自己提煉力學模型，利用相關力學知識分析解決問題，可以使學生從“給定的力學模型”思維中解脫出來，掌握分析問題的真本領。課堂上還可以引入MATLAB 等數學軟件和ANSYS、ABAQUS 等仿真軟件，進行編程演示，實現求解過程和結果的可視化。另外，力學競賽試題往往要進行定性分析， 借此可以初步培養學生的分析研究能力，在教學過程中應引導學生從解題為主轉向分析問題的本質為主， 從注重答案轉向注重力學創新思維和方法，培養學生的力學素質和定性分析能力，幫助學生從更高層次理解并把握力學的核心概念，提高力學素養， 有助于學生后續的專業課學習和工程案例分析，也能為以后的讀研深造作鋪墊。

因材施教，打造多元個性化輔導模式。一方面，由于報名參賽學生來自不同的專業和年級，集中輔導培訓時間一般只能安排在晚上或周末，不能兼顧全部參賽學生的時間； 參賽的大二學生剛接觸材料力學課程，直接參加培訓跟不上教師的進度。另一方面，考慮到學生的水平和能力差異， 為滿足優秀學生競賽需求，需要因材施教，分層次教學。直接采用賽前集中輔導的方式往往會導致一些學生因為跟不上教師的進度而產生畏難情緒，甚至選擇中途退出，白白浪費寶貴的時間和精力，給教師和同學造成不良影響。在學時縮減課程內容繁多的背景下，要靈活利用移動互聯網技術實行線上線下混合教學，為有需求的學生定制和推送有針對性的競賽輔導內容。引導學生組建興趣小組，實現競賽輔導的日常在線督促和交流。

2.2 發揮校級力學競賽作用，探索寓教于賽

創新校級力學競賽試題。舉辦校級力學競賽可以為每兩年一次的全國賽預熱并選拔優秀選手。但目前不少學校的力學競賽題多是一些陳年舊題， 單調枯燥，儼然加強版期末考試或考研題大雜燴，難以吸引學生參賽。因此需要不斷更新和優化競賽試題，盡可能兼顧基礎性、趣味性和創新性。除了改編已有的競賽題之外，還可以借鑒國內外優秀經典力學教材和相關文獻中的力學問題，特別是生活和學習中的有趣力學現象或故事。不僅要考查學生對力學基本概念、理論和方法的掌握情況，還要鍛煉學生提煉力學問題的能力和建立力學模型進行分析計算的能力。

加強校級力學實踐競賽。目前我校開設的材料力學、 工程力學實驗的特點為教師已設計好試驗步驟，學生只是按部就班地完成試驗，這極大限制了學生的實踐創新能力的培養，而周培源力學競賽更注重針對研究問題設計試驗，以問題為導向，最終達到解決工程實際問題的目的。為了充分鍛煉學生的力學實踐應用能力， 應當效仿全國力學競賽中的實驗操作大賽，結合開放式實驗室制度，以大學生創新創業訓練項目和科研興趣小組等科技活動為切入點，由學生自愿組成學習小組，選定指導教師，形成學習團隊，開展跨學科、跨學院的校級結構—材料設計制作大賽。當今工程問題已經離不開計算機求解，因此還應當引入力學編程計算或軟件仿真模擬， 增加趣味性和挑戰性，順應時代發展要求。打造融力學理論、材料制備、結構設計、計算機編程等知識為一體的校級力學實踐競賽平臺，促進相互交流學習。

2.3 宣傳力學賽事，總結競賽成效，打造教—賽—學閉環

宣傳力學賽事和獲獎事跡，以賽勵志，以賽促學，學而優則賽。對于很多非力學專業的水利、土木和機械類本科生而言，參加力學競賽就如同參加數學和物理競賽一樣，似乎與自己的專業毫不相關，甚至有點不務正業。正因如此，學生大多不愿參加力學競賽，避之猶恐不及。所以需要力學教師在課堂上介紹全國力學競賽和省級、校級力學競賽，宣傳獲獎學生事跡，展示結構模型獲獎作品，強調參加力學競賽對提高專業課成績、評優評先、獎學金申請以及考研就業方面的幫助。通過樹立榜樣增強學生的自信心，燃起人能我亦能的斗志，吸引學生備賽參賽，營造良好學習風氣。對校級力學競賽獲獎學生也要進行學業上的特別關注和后續指導，鼓勵他們積極備戰全國力學競賽。

完善教師激勵機制。對參與競賽輔導工作的教師按課程形式兌現一定工作量，對獲獎的指導教師依據相關獎勵標準給予獎勵，在職稱評審、年度考核、評選先進等方面給予適當的加分，鼓勵一線教師積極參與力學競賽輔導工作。

總結經驗，實現教賽融合協同促進。很多學校的力學競賽活動存在重輔導而輕總結的不良現象。為教而教， 為賽而賽的片面做法使得競賽與教學相互游離，無法形成協同效應。因此要對歷屆全國力學競賽以及校級力學競賽的參賽情況與競賽成績進行深度分析匯總，尋找教學和輔導方面的不足之處，提出教學改革措施，探索教學改革方向。

3 結語

基礎力學是眾多理工科專業的基礎支撐課程，其重要性不言而喻。因此，普通高校尤其要重視基礎力學課程的教學與研究。本文提出競賽驅動，教賽融合的基礎力學教學改革新模式和新途徑。具體而言，采取“探究式+討論式”授課，引入難度適中的典型競賽題目作為課堂教學的例題，激發學生學習興趣，加大力學競賽的宣傳力度，鼓勵學生積極參加各級力學競賽，實施線上線下混合式教學和競賽輔導。通過以賽勵志，以賽促學，以賽促教，以賽促改，實現教—賽—學深度融合，提高學生力學素養，夯實力學基礎，培養創新思維能力，創新人才培養模式，為新時代造就更多高素質、強能力、復合型人才。