工程力学教学模式改革初探

[摘要]顺应信息化教学要求，改变课程教学模式，提高课程教学的应用性和实践性。本文以工程力学课程为例，从教学模式改革的角度分析了工程力学的教学体系，提出了一些提高学生行为能力的观点和措施，并对如何进一步提高学生的逻辑思维能力和综合解决问题能力发表了自己的见解。
[关键词]工程力学 行为引导模式 实践能力 行为能力

前言
工程力学是工科院校一门重要的技术基础课，内容分为理论力学和材料力学两个模块，主要研究物体的机械运动规律和构件的强度、刚度问题，内容紧贴生活和工程实践，为学生解决一些生活和工程实际问题提供基本的力学计算依据，为后续课程提供必要的理论基础，在基础课和专业课之间起桥梁作用[1]。
在当前信息化教学要求的前提下，培养学生分析、解决问题的能力，由被动的接受变为主动的学习成为教学改革的重要任务和主要目标。为了实现教学过程学生为行为主体、老师的讲授为主导，我们对工程力学的教学模式进行改革，引入“行为引导模式”。行为引导模式的思想即：教学应从理论培养向实践性教学转化、从示范性教学向应用性教学转化[2]。基于这一思想，教学目标可以转化为一种“行为能力”培养。结合课程标准和教学进程，主要提出以下三个方面的要求：
1）掌握基本知识，能够解决简单的力学问题。
2）能够将工程中的力学现象转化为力学模型，能把理论知识转化为实际应用能力。
3）增强接受新知识、采纳新思维、乐于与他人合作的意识，培养独立工作能力，从而适应今后的工作岗位。
基于以上三个方面的要求，主要对教学过程进行如下改革。
一、课堂教学向讨论型转化
工程力学涉及的基本点很多，为了达到扎实掌握的目的，应实现教学形式和手段的多样化。通常在讲课中采用的手段包括讲授、讨论、归纳、演绎等等，但在实施中发现，以讨论为主、讲授为辅的方式，更易达到“师生平等、积极互动，共同学习和提高”的目的，这样可以充分调动学生的学习主动性，提高知识掌握水平。
以讨论为主的教学模式在课堂实施中难度是比较大的，老师讲得过多则学生易失去兴趣，而讨论过多则易影响进度，甚至远离内容主题。因此，要想实现以讨论为主的教学模式，要求老师对知识点和内容结构的掌握更加准确，才能对讨论中产生的新问题、新论调能够应对自如。比如静力学部分的内容理论性非常强，包含的定理、公式很多，在准确讲解定理、公式的基础上，习题的求解是主要的巩固方式。通过共同讨论习题的解法，可以让学生体会一题多解和多题一解的内涵。并且针对不同的题目，由大家讨论、归纳，可以得到静力学问题的解题主线为：“取研究对象一画受力图一列平衡力程一求未知力”。
再比如：材料力学部分虽然有不同的基本变形形式，有许多相关的公式，实际上每一种变形都遵循这样一个解题主线：“外力分析—内力分析—应力或变形—强度或刚度条件应用”。讲解中紧紧围绕主线，通过与学生交流、互动的方式，引导学生发现问题进而解决问题。即关注学生的主体性、能动性，确定学生在教学过程中的主体地位，通过教与学双方的整体联系来构建行为引导教学模式。
经过实践验证，学生对这种教学模式非常认同，学习兴趣浓厚、知识掌握准确，且接受新观点、采纳新思维的增强。
二、加强应用教学、培养实践能力
加强应用教学主要体现在两个方面：力学建模和实验验证。
力学的研究方法主要有抽象化法、逻辑推理、数学演绎等。抽象化法就是抓住主要矛盾，忽略次要因素，对问题进行简化，形成简单、直观的模型，这是力学中最基本的研究方法。在此基础上，逻辑推理和数学演绎则有助于学生提高分析问题和解决问题的能力。在课堂教学中，应非常重视模型的建立。
实际系统中的实物形状复杂且多变，在工程力学解决实际问题的技术处理中，在不影响解决实际问题结果的情况下，将实物形状用简图来表示成模型[3]。比如在讲受力分析这部分内容时，我们设计了多种方案对常见的工程实际系统进行简化，达到画出力学模型简图的要求。这些方案既包括教室中的各个物体，也可以是实习工厂的机械结构，有时也直接用随处可见的建筑设施、健身器材等等，都是可接触的实体结构。在对接触面、柔体、铰链等基本约束形式有一定了解的基础上，通过讨论对这些结构进行力学建模。学生对此类问题兴趣浓厚，充分体现了学习的重点是思想、方法，而不局限于单纯的理论。
在实验教学中，引导学生通过具体的实验过程获得直观性认识，使严格、抽象的论证转变为教师引导学生去探索和获取，让学生在获得知识的同时感受到探索的乐趣，并且体会偶然与必然、个性与共性的哲学原理。在原有验证性实验的基础上，增设一系列创新型实验。如：电测法及应变片粘贴练习、受拉杆件弹性模量与泊松比的测量等。除掌握应变片正确粘贴方法外，还要求他们自己合理设计桥路，推导计算公式。不仅锻炼学生动手能力，也培养学生通过合作解决实际问题的能力。
经过几期教学发现，强调知识的应用性，淡化它的系统性，减少内容上的纵向深入，而多用实践的方式来体会知识的应用性，可以充分提高学生的接受水平。

三、培养行为能力、提升综合素质
在已有基本原理、基本理论的基础上，运用小课题、大思路的方法，通过实践培训课题来培养知识应用的技能，并在培训中不断地补充理论知识。
通过一定理论知识的学习，学生已经具有一定的建立力学模型的能力。利用图书馆中丰富的资源，结合现有的网络技术、多媒体技术，完全可以实现对小课题的开拓性思考和研究。搜集生活实践中的案例和有工程背景的实践性小课题，比如：“自行车急刹车时为什么会翻转？不影响工厂运转前提下如何提高吊车梁的强度？巨无霸如何安全过桥？”等等。在课程进行的后期由学生分组完成题目的思路分析或解答，通过查阅资料、自主建立模型、公式推导或证明，进行课题研究的锻炼。
在自主学习的过程中，学生需要克服依赖和畏难的心理，用所学内容解决实际问题，接受新知识、采纳新思维，在此基础上实现一些创新思想的突破。经过小课题的训练，学生对本专业的工程力学问题能够作出自己初步的判断，提出技术性见解、提供合理的解决方案。同时接受新知识、采纳新思维，培养独立工作能力、个人负责精神以及团队合作意识。
结束语
总之，将行为引导模式引入教学过程，不仅提高了教学效率，还使学生学会通过信息获取、加工处理、问题探究的途径获取知识。培养他们分析和解决问题的综合能力，充分体现学生在课程教学中的主体地位，实现传授知识和素质培养的统一。
[参考文献]
[1]邱小林等编著：《工程力学》.北京理工大学出版社,2011.
[2]谢仲贤，邱铁平：转变“工程力学”教学方法的探索.<力学与实践 >.2000年第4期.P55-57.
[3]陈卫增，徐洪：理论力学中工程实体简化力学模型的教学实践.<经济研究导刊>.2010年第29期.P249-250.
（作者单位：军械工程学院基础部 河北石家庄）