高校工程教育基礎力學(xué)課程教改分析論文

　　摘要：為使基礎力學(xué)課程更適于應用型人才培養的教學(xué)模式，基于當前高�；�礎力學(xué)教學(xué)的實(shí)際情況，結合教學(xué)經(jīng)驗和體會(huì )，分析總結基礎力學(xué)教學(xué)中存在的問(wèn)題，闡述在基礎力學(xué)課程教學(xué)中實(shí)施工程教育的可行性，提出工程教育背景下基礎力學(xué)課程的改革措施。

　　關(guān)鍵詞：基礎力學(xué)；工程教育；教學(xué)改革

　　1前言

　　基礎力學(xué)課程是高校各工科專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎課，是研究工程中普遍存在的各類(lèi)結構和構件的受力、運動(dòng)和變形等現象的學(xué)科，一般包括理論力學(xué)、材料力學(xué)、工程力學(xué)和結構力學(xué)等。該課程可以培養學(xué)生邏輯思維能力以及利用所學(xué)理論知識解決實(shí)際問(wèn)題的能力。由于歷史原因，我國高校所講授基礎力學(xué)課程的內容大多由蘇聯(lián)引進(jìn)，雖然近年來(lái)根據我國實(shí)際做了較大改進(jìn)，但還有部分教材內容比較陳舊抽象、重理論輕實(shí)踐，部分教師的教學(xué)方法還采用落后的灌輸式教學(xué)，不注重與工程實(shí)踐相結合，使得課堂氣氛沉悶甚至枯燥無(wú)味，降低了學(xué)生的學(xué)習積極性，進(jìn)而影響后續專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習。如何克服基礎力學(xué)教學(xué)環(huán)節中與工程教育培養目標不相符的內容，如何體現工程教育的思想，如何樹(shù)立工程認知的思維，如何培養工程實(shí)踐的能力，是整個(gè)工程教育培養計劃中亟待解決的問(wèn)題。本文根據當前高�；�礎力學(xué)教學(xué)的實(shí)際情況，通過(guò)問(wèn)卷調查的手段，結合自身教學(xué)經(jīng)驗和體會(huì )，分析總結基礎力學(xué)教學(xué)中存在的幾個(gè)問(wèn)題，進(jìn)而闡述在基礎力學(xué)課程教學(xué)中實(shí)施工程教育的可行性，提出工程教育背景下基礎力學(xué)課程進(jìn)行改革的有效措施。

　　2現行基礎力學(xué)教學(xué)中存在的問(wèn)題

　　課堂教學(xué)內容乏味基礎力學(xué)課程的特點(diǎn)決定了其教學(xué)過(guò)程中存在大量的公式推導和習題訓練等環(huán)節，如果教師經(jīng)驗不足或不注意與工程實(shí)踐相結合，容易使學(xué)生產(chǎn)生畏懼心理或感覺(jué)枯燥，進(jìn)而影響對課程的學(xué)習效果。為此，對齊魯工業(yè)大學(xué)機械設計制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)理論力學(xué)和材料力學(xué)的課堂教學(xué)進(jìn)行問(wèn)卷調查，結果顯示，65%的學(xué)生認為基礎力學(xué)課公式多、理論性強，學(xué)習有一定難度；有25%的學(xué)生認為該課程難度一般，只要多花點(diǎn)兒時(shí)間就可以學(xué)好該課程；僅有10%的學(xué)生認為該課程內容較簡(jiǎn)單。調查結果顯示，多數學(xué)生對公式推導和部分習題感覺(jué)吃力，僅有少數學(xué)生對公式推導和習題講解過(guò)程能夠理解透徹。之所以產(chǎn)生上述問(wèn)題，是因為基礎力學(xué)課程需要一定的數學(xué)、物理基礎和較好的邏輯思維能力，容易使學(xué)生感覺(jué)到基礎力學(xué)課程有一定的難度，如果教師引導不利或學(xué)習方法不當，容易使得學(xué)生產(chǎn)生畏懼心理甚至抵觸情緒，最終影響基礎力學(xué)課程的學(xué)習效果。實(shí)驗教學(xué)模式古板以齊魯工業(yè)大學(xué)為例，目前該校開(kāi)設基礎力學(xué)的各專(zhuān)業(yè)中，只有機械設計制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)和過(guò)程裝備工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的材料力學(xué)開(kāi)設8個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗，而材料成型及其自動(dòng)化和汽車(chē)服務(wù)工程等專(zhuān)業(yè)的工程力學(xué)則不開(kāi)設實(shí)驗。由于學(xué)生多、任課教師和實(shí)驗設備不足等原因，該課程實(shí)驗教學(xué)均是驗證型實(shí)驗，即教師講解實(shí)驗原理、操作步驟和注意事項等，然后示范操作，學(xué)生按照教師的示范再操作一次，甚至只讓學(xué)生觀(guān)摩而不動(dòng)手操作。這種實(shí)驗教學(xué)模式較為古板，在實(shí)驗課堂中學(xué)生只能被動(dòng)接受，很難產(chǎn)生師生互動(dòng)，限制了學(xué)生主觀(guān)能動(dòng)性的充分發(fā)揮，使教學(xué)內容與工程實(shí)踐產(chǎn)生脫節，與提高學(xué)生工程素養的教學(xué)目標不相符。

　　教學(xué)內容與工程實(shí)踐脫節目前，不少高校都在縮減專(zhuān)業(yè)基礎課程的學(xué)時(shí)。以齊魯工業(yè)大學(xué)為例，機械設計制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的理論力學(xué)由原來(lái)的80學(xué)時(shí)減為56學(xué)時(shí)，材料力學(xué)由原來(lái)的72學(xué)時(shí)減為64學(xué)時(shí)（含8學(xué)時(shí)實(shí)驗），其他專(zhuān)業(yè)（如汽車(chē)服務(wù)工程和材料成型及其自動(dòng)化等專(zhuān)業(yè)）的基礎力學(xué)開(kāi)出學(xué)時(shí)則更少，但是考慮到后續課程和學(xué)生考研等需求，需要講授的內容基本沒(méi)減少。為了完成教學(xué)計劃，教師在課堂教學(xué)中僅能講授教材內的基本理論知識，無(wú)法開(kāi)展與工程實(shí)踐相關(guān)的教學(xué)環(huán)節，更談不上滿(mǎn)足工程教育的教學(xué)要求。課程考核方式不合理我國高校各專(zhuān)業(yè)的基礎力學(xué)課程多數采用傳統的考核方式，期末總評成績(jì)由期末考試的卷面成績(jì)和平時(shí)成績(jì)各占一定比例計算得出。由于學(xué)生多、教師少和教室緊張等原因，多數基礎力學(xué)課程為多個(gè)班級合堂上課，任課教師很難掌握每個(gè)學(xué)生平時(shí)的學(xué)習表現，所謂的平時(shí)成績(jì)也僅能包括考勤、作業(yè)或小測驗等。這就使得部分學(xué)生上課僅僅是為了應付考勤，而不注意聽(tīng)講，同時(shí)作業(yè)抄襲的現象也比較嚴重。為了應付考試，部分學(xué)生選擇考前突擊復習，甚至作弊。因此，這種傳統的考核方式容易造成學(xué)生只為應付考試，不注重平時(shí)的課堂學(xué)習和知識積累，使得學(xué)生對知識的掌握不系統，無(wú)法自如地將所學(xué)知識用到工程問(wèn)題實(shí)踐中。

　　3基礎力學(xué)課程教學(xué)中實(shí)施工程教育的可行性

　　掌握扎實(shí)的工程基礎應用知識是工程教育模式的基礎與核心[1]。由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展速度很快，工程應用領(lǐng)域里許多看似深奧的技術(shù)很快就會(huì )被新興的技術(shù)所取代，只有專(zhuān)業(yè)基礎知識掌握扎實(shí)的人才可以通過(guò)不斷學(xué)習適應不斷發(fā)展的科學(xué)技術(shù)。因此，基礎力學(xué)作為工科的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎課，在其教學(xué)過(guò)程中實(shí)施工程教育是十分重要的。在基礎力學(xué)課程教學(xué)中實(shí)施工程教育，有助于實(shí)現培養計劃所規定的教學(xué)目標，這一點(diǎn)從基礎力學(xué)課程的課程屬性及其在課程體系中所處的位置都可以得以體現。如果基礎力學(xué)課程沒(méi)有學(xué)好，后續專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習就會(huì )變得更為困難，并且會(huì )影響將來(lái)的職業(yè)發(fā)展和提高�；�礎力學(xué)的相關(guān)理論知識均來(lái)自于工程實(shí)踐，學(xué)生所學(xué)的知識和培養的能力更需要在實(shí)踐中檢驗[2]。因此，基礎力學(xué)課程中的實(shí)踐環(huán)節對于培養學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng )新能力十分重要。專(zhuān)業(yè)基礎課中的基礎理論知識是對最共性和最基本的專(zhuān)業(yè)知識的總結，如果對其掌握不夠牢固或理解不夠透徹，就不能靈活解決千變萬(wàn)化的實(shí)際問(wèn)題。要想靈活應對各種實(shí)際工作中的問(wèn)題，必須在基礎力學(xué)教學(xué)中關(guān)注工程實(shí)踐。為此，只有精心設計基礎力學(xué)課程的教學(xué)過(guò)程，使其熟練掌握工程基礎應用知識，才可以實(shí)現對學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng )新能力的培養，進(jìn)而構建系統的專(zhuān)業(yè)技能。

　　4基礎力學(xué)教學(xué)改革的措施

　　教學(xué)內容的項目化設計基礎力學(xué)課程改革可以考慮從教學(xué)內容的項目化設計著(zhù)手，而教學(xué)內容的項目化設計要充分結合工程能力指標進(jìn)行，因為工程教育的理念更加突出教學(xué)案例的基礎性和前沿性，更加注重學(xué)生實(shí)踐能力及創(chuàng )新能力的培養，更加注重教學(xué)內容與工程背景的結合。如在講授理論力學(xué)中桁架結構的相關(guān)知識時(shí)，講授完基本理論知識后，可讓學(xué)生從身邊的工程實(shí)例中尋找桁架應用的實(shí)例，引導學(xué)生分析、簡(jiǎn)化、建立并求解結構的力學(xué)模型，對結果予以分析，并以此為基礎制作實(shí)驗模型，對計算結果進(jìn)行實(shí)驗驗證。項目化設計還可以考慮在課程最后設立綜合大作業(yè)，給出或讓學(xué)生從工程中尋找一個(gè)實(shí)際的機構或結構，引導和幫助學(xué)生建立該機構工作時(shí)的力學(xué)模型并對其進(jìn)行求解，將求解結果與實(shí)際情況進(jìn)行對比，讓學(xué)生分析理論計算與實(shí)際情況存在差別的原因。通過(guò)基礎力學(xué)教學(xué)內容的項目化設計，可以加深學(xué)生對其教學(xué)內容的理解與掌握，進(jìn)而實(shí)現工程教育相應的能力指標要求。利用學(xué)生的關(guān)注點(diǎn)進(jìn)行創(chuàng )新能力的培養在基礎力學(xué)的課堂教學(xué)過(guò)程中，可將學(xué)生的最新關(guān)注點(diǎn)與基礎力學(xué)的教學(xué)內容相結合，激發(fā)學(xué)生興趣，拉近師生距離，活躍課堂氣氛，進(jìn)而引導學(xué)生發(fā)現問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題。如在講授每一章節知識后，可將時(shí)下學(xué)生所關(guān)心的新聞事件與教學(xué)內容相結合，由學(xué)生與教師溝通并選定相關(guān)主題，在課堂上對自己所選問(wèn)題的力學(xué)原理和解決辦法進(jìn)行介紹，讓學(xué)生學(xué)會(huì )如何將所學(xué)基礎理論知識綜合應用于工程實(shí)踐中。此舉可提高學(xué)生的表達與溝通能力，也為學(xué)生創(chuàng )造一個(gè)輕松的課堂氛圍，進(jìn)而實(shí)現工程教育中創(chuàng )新性思維和團隊協(xié)作能力的培養目標。

　　工程技術(shù)問(wèn)題都是客觀(guān)存在的，不能隨意對其假設或猜測[3]。在處理工程技術(shù)問(wèn)題時(shí)，必須將理論知識和實(shí)踐經(jīng)驗相結合，分析問(wèn)題的本質(zhì)并提出解決辦法�；�礎力學(xué)課程的內容由簡(jiǎn)單到復雜，知識結構詳盡且系統。其中從靜力學(xué)中的基本公理到材料力學(xué)中的基本變形，再到彈性力學(xué)的能量原理都是在科學(xué)的推理、計算和實(shí)驗驗證下得出的結果。如在材料力學(xué)的研究范圍內分析小變形、彈性桿件的安全問(wèn)題時(shí)，根據材料力學(xué)相關(guān)理論，從外力分析到內力計算，再到應力和變形，最后解決桿件的強度、剛度和穩定性等安全問(wèn)題。這一分析過(guò)程既訓練學(xué)生的數學(xué)運算能力，又培養學(xué)生的邏輯推理能力，使學(xué)生養成良好的工程語(yǔ)言表達能力，并逐步掌握在工程實(shí)踐中發(fā)現、分析和解決問(wèn)題的能力�；�礎力學(xué)課程中的這些訓練是工程能力指標最基本的體現。另外，在基礎力學(xué)課程的教學(xué)中，可通過(guò)引導學(xué)生發(fā)展想象能力，訓練其邏輯思維能力[4]。如在講解完桿件拉壓強度的問(wèn)題之后，改變相應的已知條件，如外力大小、桿件材料、桿件尺寸形狀等，或者讓學(xué)生思考在工程實(shí)踐中得到上述哪些條件時(shí)會(huì )遇到障礙，引導他們思考分析并最終解決問(wèn)題。如果學(xué)生遇到困難，就幫助其分析并找出遇到困難的原因。這種以鍛煉學(xué)生形象思維為目的教學(xué)，能夠增強和鍛煉學(xué)生邏輯思維能力及解決實(shí)際問(wèn)題的能力。課堂表現形式的多樣化設計基于對學(xué)生問(wèn)卷調查的結果，針對基礎力學(xué)課程理論性強和公式推導難度大的特點(diǎn)，教師在講解理論知識時(shí)應注重引入易引起學(xué)生興趣的工程案例，增強知識的趣味性和實(shí)用性。如在講授疲勞失效這一節時(shí)，可通過(guò)引入貨車(chē)司機因超載而引發(fā)事故的案例，分析汽車(chē)主軸產(chǎn)生失效的原因，講解相關(guān)理論知識。利用這樣一個(gè)例子引出本節的內容，能夠更好地吸引學(xué)生的注意力和活躍課堂氣氛，用理論知識合理解釋工程實(shí)踐中遇到的疲勞失效問(wèn)題。不僅加深學(xué)生對理論知識的理解，而且培養學(xué)生學(xué)以致用的能力。工程實(shí)踐中很多實(shí)例都可以利用基礎力學(xué)的理論加以解釋?zhuān)�在課堂教學(xué)中應注意利用該方法引導學(xué)生分析歸納并總結提煉自己的想法，培養他們解決實(shí)際問(wèn)題的能力，實(shí)現工程教育的教學(xué)目標�；�礎力學(xué)課程教學(xué)的表現形式除課堂講授外，還可以設計專(zhuān)題討論會(huì )的環(huán)節。如根據基礎力學(xué)課程的知識點(diǎn)提供幾個(gè)討論主題，要求學(xué)生利用圖書(shū)館或互聯(lián)網(wǎng)等資源，查閱資料，制作匯報材料，鼓勵學(xué)生課堂上講解并交流討論。通過(guò)這種討論可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習積極性，將傳統的單向知識傳授擴展至基于問(wèn)題解決的師生互動(dòng)學(xué)習，進(jìn)而培養學(xué)生的交流溝通能力和團隊協(xié)作能力。試行靈活的實(shí)驗教學(xué)模式教學(xué)環(huán)節不應該只以教師為主體，而應該是師生互動(dòng)的教學(xué)過(guò)程[5]。

　　在專(zhuān)業(yè)人才培養方案中將基礎力學(xué)課程中的實(shí)驗類(lèi)別從驗證型修改為設計型，對于設計型實(shí)驗，教師僅給出實(shí)驗的預期目的，讓學(xué)生設計實(shí)驗的思路，經(jīng)與教師討論方案可行后，通過(guò)查閱資料學(xué)習實(shí)驗設備的操作方法，自己動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗。實(shí)驗過(guò)程中如若遇到問(wèn)題，及時(shí)找老師或同學(xué)共同商討解決問(wèn)題的辦法，引導學(xué)生獨立分析實(shí)驗數據和規范，撰寫(xiě)實(shí)驗報告。這種實(shí)驗方式可使學(xué)生由被動(dòng)變主動(dòng)，提高學(xué)生在實(shí)踐中運用所學(xué)知識的能力，實(shí)現工程教育的教學(xué)目的。對于高年級學(xué)生，可以根據不同的專(zhuān)業(yè)，開(kāi)設相應的力學(xué)綜合開(kāi)放實(shí)驗環(huán)節，只要學(xué)生有好的想法且思路是可行，或教師引導學(xué)生發(fā)現好的力學(xué)課題，由學(xué)生設計解決方案，然后利用實(shí)驗室現有設備和軟件解決問(wèn)題。指導學(xué)生利用現有教學(xué)資源和實(shí)驗室資源，參加各種力學(xué)競賽，鼓勵學(xué)生撰寫(xiě)小論文，培養學(xué)生的科研能力和創(chuàng )新意識。改革課程考評方式課程考評是教學(xué)過(guò)程的重要組成部分，不能簡(jiǎn)單理解為傳統的書(shū)面考試，可由多種形式組成。根據基礎力學(xué)課程的特點(diǎn)，其考評內容可由力學(xué)軟件應用（占10%）、力學(xué)模型制作（占20%）、分組報告會(huì )（占10%）、實(shí)驗報告撰寫(xiě)（占10%）、平時(shí)作業(yè)及試卷考核（占50%）等組成。評價(jià)形式可采用學(xué)生自評、學(xué)生互評和教師評價(jià)等形式，重點(diǎn)考察學(xué)生在各個(gè)環(huán)節中所起的作用及所負責項目的完成情況，以及與其他學(xué)生協(xié)作能力等指標。這種考核方式可以避免傳統考試的各種弊端，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習積極性，使學(xué)生對課程學(xué)習產(chǎn)生濃厚興趣，提高對基礎理論的理解和掌握。通過(guò)幾個(gè)不同階段的教學(xué)實(shí)踐環(huán)節，使學(xué)生感到基礎力學(xué)課程的重要性，對后續專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習產(chǎn)生幫助，進(jìn)而提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng )新能力。

　　5結語(yǔ)

　　為了解決目前基礎力學(xué)教學(xué)中存在的問(wèn)題，使其適應工程教育的人才培養目標，培養學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，在教學(xué)過(guò)程中要有意識地培養學(xué)生的工程素養�；�礎力學(xué)課程的教學(xué)改革正是基于應用型人才培養的一次嘗試。課程改革需要反復的探索和實(shí)踐，課題組將繼續開(kāi)展并深化基礎力學(xué)課程的教學(xué)改革，使其利于應用型人才培養模式目的實(shí)現。

　　參考文獻

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