基础力学课程教学改革浅析
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2017）08-0003-03
以“理论力学”、“材料力学”、“工程力学”为代表的基础力学课程是工科中机械、土木、车辆等许多专业的重要?Ｒ祷?础课，是进一步学习相关课程的前提和基础[1]。力学知识的重要性不仅体现在这些课程的学习中，也在其他专业课程和教学环节（如本科毕业设计）中体现。以“材料力学”为例[2]，经过该课程的学习，学生将树立起受力与变形、破坏与安全等重要观念，加深了对工程现象进行力学抽象与建模，进而开展结构的受力、变形和破坏分析，从而最终解决工程问题的认识，了解了发现问题、分析问题和解决问题的过程与方法，由此培养了创新精神与创造能力。所以基础力学课程对于学生积累知识、培养能力和锻炼思维，对于教师的研究型教学与学生的研究型学习的相互促进，对于高校的知识教育到素质教育的转变都会起到非常重要的作用。
伴随着经济的持续高速发展，工程领域航空、航天、机械、动力、土木、水利等行业对于本科生的要求发生了巨大转变。对于一般的工业企业来说，大量的结构强度计算分析工作都可通过Nastran、Ansys等有限元软件来完成，设计分析也可以借助相关设计手册来进行，似乎所需要的工程师人数相对较少，对其力学知识和相关能力的要求有所降低。但是，我国的产业结构正处于向自主创新的攀升过程中，更需要的不是仅仅能因循守旧、照搬设计规范来完成结构或产品设计的工程人员，而是能够清晰地理解旧有规范背后的科学依据，准确地把握产品的当前需求以及由此带来的技术挑战，在此基础上进行改进，甚至全新设计的技术人才。因此，对于绝大多数具有实力的大中型企业而言，反而是力学基础好，概念清晰，发现问题、分析问题和解决问题的能力强，具有创新能力的本科毕业生更加受欢迎。所以，考虑到工程实际需要的差异性和多层次性，开展基础力学课程的教学改革十分必要[3]。
一、基础力学课程教学的特点与现状
现阶段的基础力学课程教学出现的问题，从大的层面来看，主要表现在以下几个方面。
（一）教学内容多与实际学时少之间的矛盾
近年来，为了拓宽学生的知识结构，扩大专业的就业面，高校不断进行了专业调整与改革，专业课的课时普遍被大幅度压缩。而各力学课程都是一个完整的知识体系，有其自身特点和规律，难以相应地进行大幅度削减。这就提出了如何在被大幅度压缩的学时内，高质量完成相关教学内容的问题。
（二）力学知识体系要求较高与学校生源素质急剧下降之间的矛盾
基础力学课程从基本概念的提出到理论体系的建立，其建模与分析的思路极为严谨，假设与抽象十分合理，具有坚实的现实依据和理论意义；研究方法非常严密，通常需要大量地运用数理方程等相关学科知识。但是，目前各本科院校的连续扩招，学校生源素质急剧下降，学生基础知识差，在实践中认识和提出问题、应用力学知识分析和解决问题的能力明显不足。就“材料力学”而言，公式推导过程比较烦琐，而且必须要以实验课相辅助。学生普遍反映“材料力学”课程较难掌握，容易产生畏惧心理，考核结果也往往令人担忧。
（三）实践环节需要资源较多与高校资源相对紧张之间的矛盾
基础力学课程是理论性和应用性都极强的课程。以“材料力学”为例，它主要分析各种工程结构和材料受力之后的变形情况，需要学生对工程实践有一定的感性认识，能够将理论分析与工程实际联系起来。这就需要让每个学生都能动手实践，开展从材料的各种力学性能测试，到构件的拉、弯、扭、及组合变形，到静动态力学性能分析等等多个相关实验，进行较为充分的相关力学实验的实验设计、试件设计、过程操作、结果分析、数据整理、报告撰写的练习。然而由于力学实验设备普遍相对较贵，占用空间较大，往往都是若干学生以小组为单位，严格按照相关实验过程，完成两三个简单实验。充分达成课程目标所需资源与高校现有资源之间形成了较大反差。
以上矛盾都是目前客观存在的现实，需要院校、教师、学生等管理部门、教、学各方面共同努力，确立教改观念，理顺发展思路，推出合理举措，不断解决问题。
二、基础力学课程教学现存问题分析
具体到基础力学课程的教与学来说，长期以来，基础力学课程的教学模式仍采用传统的模式，关注学科知识的传授。形式上是课堂上教师满堂讲，学生埋头记；课后学生完成作业，教师批阅；最后学生参加考试，完成课程考核。从实际教学情况来看，这种模式不仅其过程中存在许多弊端，而且该模式本身已不能满足社会需求。这样不利于学生对知识的全面掌握，难以衡量学生的真正水平，不能很好地培养和锻炼学生对知识的运用能力和实践动手能力，还容易出现作弊等违纪现象，同时不利于教师教学水平的提高，没有充分发挥各种考核手段的导向和反馈作用。所以传统教学模式必须改变[4-5]。
教学过程主要包括教师与学生，涉及课堂教学、实践、与考核等环节。目前主要存在以下问题。
（一）课堂教学环节
学生通过基础力学课程的学习，熟悉相关知识体系和内容，建立相应基本概念，了解本学科的特点，树立采用定量分析方法解决工程实际问题的观念，培养创新意识。这些都无法脱离课堂教学环节。课堂教学是课程学习的核心环节。目前仍存在以下几个问题。
在教学内容方面，由于学时太少，教师往往拘泥于其系统性，不能给学生留出足够的自由时间和思维空间，忽视了学生的创新能力和想象力的培养。在教学手段方面，普遍大量使用PPT课件，基本都是以教师满堂灌似的讲授为主。尽管表面上较为流畅，但留给学生思考的时间相对不足，会导致教与学之间缺少充分互动。在教学方法方面，由于高校教师，尤其是青年教师承担了大量的教学、科研任务，因此会忽视对教学方法的研究。 （二）实践教学环节
基础力学课程是应用性非常强的课程。它通过对工程实际、生活实际的各物体、构件的分析，得到其运动、变形的知识和观点，并与实际情况相比较，进而加以修正，从而形成普遍规律，用于指导实践。其建立过程、认识过程与应用过程都和实践密不可分。课程学习的最终和最重要的目标就是能熟练自如地运用相关知识，解决实际问题。因此，实践是课程学习不可缺少的重要环节。
目前，基础力学课程实践环节方式较为单一，就大部分院校而言，主要是实验；内容较为贫乏，一般都只是开展几个最为基本的力学实验；过程非常单调，仅是学生分组完成规定的操作流程。这很难激发学生的兴趣，难以吸引学生主动思考和投身实践，基本不能实现创新精神的培养。
（三）课程考核环节
考核环节一般包括课后作业、实验报告、大作业、期中期末考试等，是对教学情况的反馈和总结。它具有方式多样、内容丰富的特点，能对教学起到重要帮助作用。但是，往往实际中都只重视期末考试，采取主要以期末考试来决定课程学习通过与否的做法。
这种传统的考试模式更多的是考查学生对基本知识点的掌握，很难实现对学生创造能力和创新能力的培养和考查。而且，这种模式形式单一，基本以笔试闭卷为主；考试比例相对集中，一般是以课程结束后的一次考试成绩作为课程成绩；考试的时间也比较集中，考试基本安排在学期末进行；考试内容也很少，基本上是讲三学二考一。这样往往造成学生上课不认真听讲，课后不仔细复习，平时不查阅参考资料，一心指望考前突击、死?过关。同时，这也极易引起学生只重视做题，忽视了对本学科的规律与特点的掌握和体会，更无法谈及相关创新精神和创造能力的培养。
三、基础力学课程教学改革的思路与措施
基础力学课程的教学改革必须注重学生创新精神与创造能力的培养，这已成为大家的共识[6]。在教学改革过程中，要贯彻“以学生为主、教师为主导”的教学原则，努力激发学生的兴趣，牢牢地吸引住学生的注意力，促使学生能够认真观察、独立思考、积极动手操作、乐于表达交流、随时质疑提问、联系工程实际，全面参与到教学的各个环节中来[7]。始终注意培养学生在观察工程实际与生活现象、发现和提出问题、运用力学知识抽象和建立理论分析模型、运用相关力学知识解决实际问题这一完整过程中，理解、体会基础力学课程特有的学习方法、思考原则、考虑角度、分析方法等。始终注意力学课程的教学与工程实际的结合。
在课程教学的各环节，以“材料力学”为例，不仅需要引导学生完成知识点的学习、掌握，实现知识的积累，还需要促进学生思考和理解这些知识背后的依据、原理，帮助学生体悟知识的应用过程。需要考虑的方面和可以采取的措施如下。
（一）教学环节
在组织教学内容时，应不拘泥于所授教材，注重课程知识的横向应用，突出“材料力学”研究问题的思路和解决问题的方法；注意结合工程实例和生活事例，侧重现象分析和规律探讨，激发学生的学习热情。以学生为中心，制定教学方案。在课堂教学中要激发学生的好奇心，抓住学生的注意力。尽可能结合时事、结合突发事件、结合新技术的应用，采用青年人更易接受的流行语言和词汇来讲解和体现力学规律。可适当减少习题的讲解，增加工程实例的分析和探讨。通过若干完整的工程实例分析，来展示力学知识的运用，体现本学科的重要性，并澄清本学科的学习特点，帮助学生尽快地适应本学科的学习。在习题的讲解中，注意区分典型例题与非典型例题，厘清处理典型例题的通用方法与处理非典型例题的特殊方法的关系，尽可能地解除学生的畏难情绪，排除学习障碍。
在教学手段上，利用青年人对计算机、手机等新技术应用具有浓厚兴趣的特点，可将多媒体教学与传统教学有机结合，尽可能地将多种元素引入进课堂教学中来，比如CAI课件、动画、电影、CAD、CAE等。
在教学方法上要转变教学观念，将传统教学方法与现代化教学手段和资源结合起来，不断优化教学方法。可通过绪论课与力学史、基础力学教学中的人文因素[8]与力学美等的介绍[9]，以及借鉴小说与评书的论述方式，来引起学生的好奇心。
同时，教师还应不断提升自身的专业素质，坚持开展科研，加深和拓宽对本学科的认识，始终站在学科前沿来引导学生。
（二）实践环节
基础力学是解决复杂工程课题的理论基础，工程应用是基础力学的最终目标，同时也是激发学生学好基础力学课程和产生工程意识的前奏。基础力学的工程应用是提高学生学习兴趣的一个重要渠道。
现有的力学实验大多内容简单，过程死板，结果已经预知，仅仅只是验证性实验，而不具有探索性和创新性，难以引起学生的好奇心与求知欲。且分组完成，相对缺乏思考性和启发性，个人的参与性不强，不利于学生创新意识的培养。
实践环节教学改革十分重要的内容就是要增添实验内容，增强学生的选择性和参与性，如各种材料力学性能的测试、组合变形实验、复合梁实验等。并结合工程问题、结合学生的大作业等，进一步提出实验课题，让学生自主设计实验及相关装置并完成实验，如超静定结构实验、各种界面梁的弯扭实验等。对于新的实验内容，只给定实验要求，由学生自己完成对实验内容的分析、制定实验方案、选择实验仪器和设备、分析和处理实验数据、撰写实验报告。这样有利于加深学生对课堂教学内容的理解，提高学生的实验动手能力、分析问题与解决问题的能力。
（三）考核环节
当前考核环节的主要弊端是以期末考试来决定课程成绩。对考核环节的改革应该是全面重视课后作业、大作业、实验报告、期中期末考试，并逐渐开拓平时测试、工程实例分析、自主实验设计等多种考核方式，合理分配时间和设置相互之间的权重，最终形成课程成绩。
其中，最为常见的考核环节是课后作业的批改。要加强学生对平时作业的重视程度，引导学生独立、积极地完成作业。教师要及时、认真地布置和批改作业，从作业中得到课程教学的信息，并在下一阶段的教学中加以处理；同时将批改情况积极反馈给学生，引导和帮助学生采纳反馈信息，进行复习。 大作业与课程论文作为一种普遍性的探索模式得到了较为广泛的认可，是创新精神和创造能力培养的很好方式。选题可以多种多样，如学习体会、章节总结、一个知识点的深入讨论或一个具体生活或工程实例的解决。选题的范围可以源自生活的方方面面，比如沥青路面的变形、塌陷、开裂，树木大风过后的刮倒、树枝折断，交通信号灯杆的歪斜等学生可能目睹但未进行认真思考的现象，抓住学生的好奇心理，激发他们的探索热情。一般由学生自主选题，以教学大纲为基础，在教师的指导下自由地进行知识拓展，并按科技论文的模式来完成，从而使学生的科研素质得到初步培养。
一般说来，由于当前实验环节都是分组同时进行的相同实验，实验报告也是按照固有格式完成，导致实验报告难以反映实际情况。不妨采取自主实验设计、完成相关实验并最终形成实验报告的方式来考核。这对于学生个人能力的要求较高，需要充分发挥学生的主动性等，也需要教师的积极指导和帮助。
考试可以采取闭卷与开卷相结合、平时测试与期中期末考试相结合、自我测评等多种方式，避免期末考试定成绩的做法。要增加适量的综合性和灵活性的题目，注重全面系统、深入浅出以及知识与应用相结合。开发网上训练与测试系统。
基础力学课程的相关学科一方面与数学、物理相仿，具有严谨的逻辑性和高度的系统性；另一方面又面向工程实际、服务于工程实际，能对实际问题进行定量的、准确的分析和解决。做好基础力学课程的研究型教学，有助于加快学生从大学阶段的知识积累者到工业界进行自主创新的技术骨干的成长步伐。
素质教育要求教师开展教学改革，课程建设是教学改革的主要内容。力学组近年来在扬州大学多个学院的多门力学课程教学中开展了教学改革，多次牵头组织本校学生参加全国周培源大学生力学竞赛，在探索教学改革的理念、方法、内容和措施方面取得了阶段性成绩。为了充分落实力学课程的培养目标，提高教学质量，还需要全方位深入推进教学改革，开展研究型教学。
- 上一篇：思政课案例教学原则探析
- 下一篇：“建筑工程计量与计价”教学改革探索
