基础力学教学模式的创新与实践

王晓军，李书进，曹霞

(1.常州工学院机电工程学院，江苏 常州 213002;2.常州工学院土木建筑工程学院，江苏 常州 213002)

0 引言

工科类应用型本科院校以工程教育为主要内容［1］，其人才培养不同于研究型高校，亦有别于高职高专院校，培养的人才既要具有良好的综合素质，又要有较强的实践能力和解决实际问题的能力［2］。在有限的学时内，如何兼顾这两方面的培养，是一个值得探讨的问题。

在以培养工程应用能力为主导的应用型本科工科院校中，“理论力学”、“材料力学”等基础力学课程是很多专业的主干课程，是专业课程学习和工程实践能力培养的重要基础。基础力学课程内容的深度与广度如何把握、如何切实体现基础力学的工程应用以及如何开展力学的实践教学等问题则显得更加突出。为此，各高校纷纷开展了力学课程改革，从课程体系、教学方法和结合工程实际等方面进行了相应的研究［3-11］。作者所在的基础力学教学团队，围绕培养目标，通过研究应用型本科院校生源、办学条件和专业特点，提出了让学生“在探索过程中学习，在自主条件下实验，在工程背景下实践”的教学理念，建立了理论与实验结合、课堂与工程结合、教学与科研结合的三结合基础力学课程教学方式，构建并实施了探究型学习—分层次实验—多样化实践的递进式教学模式(见图1)，充分利用学校及社会资源，充分利用第二课堂，取得了良好的教学成果。

图1 “递进式”基础力学教学模式

1 实施探究型学习的课堂教学方法

1.1 整合教学内容，构件模块化的教学体系

根据理论力学和材料力学的课程基本要求，从侧重基础性、综合性、多样性的角度，将课程内容分解为基本内容、扩展内容和应用内容3个模块。基本内容注重基础性，主要包括教育部课程指导委员会规定的课程基本要求;扩展内容注重综合性，是对基本内容的深入挖掘及综合运用，解决模型化的工程问题，为解决工程实际问题做好前期准备;应用内容注重多样性，结合具体工程实际，培养学生解决实际问题的思维、方法和手段，开阔学生眼界。此外，分别根据机械类专业与土木类专业的专业特点，理顺基础力学课程与后续课程的关联及衔接关系，将“理论力学”和“材料力学”的部分内容进行结构调整。

1.2 实施探究型学习的课堂教学方法

理论教学以“让学生在探索过程中学习，在学习过程中实践”为教学理念，通过合理使用多媒体教学手段，实现“展示力学现象→提出问题→引出概念→形成理论与方法→应用于实践”的教学模式。将启发式和讨论式的教学方法有机结合，通过演示力学现象提出问题，通过分析问题引出概念;通过讨论与启发，引导学生探索解决问题的方法与途径;通过对实际问题的分析，了解工程问题的力学模型的建立方法、解决手段和途径。使学生在实践过程中找出解决问题的方法，真正让学生在探索学习的过程中发现问题和提出问题，提高分析问题和解决问题的能力。

1.3 制作密切结合工程实际的多媒体课件

应用与工程实际和科研相结合的多媒体课件，可以培养学生的创新意识和工程技术服务意识。课件按照新教学模式进行设计，其内容涵盖了教育部基础力学课程教学指导委员会制定的学时课程基本要求的全部内容。多媒体课件充分利用多种素材，将工程实际与科技发展中的力学问题引入课堂，利用现代技术演示某些复杂的力学过程和现象，启发了学生的思维、激发了学生的求知欲，体现了理论与实验结合、问题与工程结合、教学与科研结合，起到了知识传授与能力培养并重的教学目的。

通过探究型教学的实施，实现了从发现问题到理论应用的递进。

2 建立分层次递进的实验教学体系

根据课程内容及教学目标的需求，同时根据学生的能力和兴趣差异，建立了分层次的实验教学体系，从不同角度、不同层面上培养学生的动手能力，实验内容从基础性课内实验向综合性课外实践延伸，实验性质也由验证性向综合性和探索性转变。

第一层次:视频演示实验和基础实验。视频演示实验用于问题的引出和理论的应用。通过视频、动画、图片引导学生从感性认识逐渐上升到理性认识，启发学生从中提出问题或发现问题，并应用所学知识解释力学现象、进行初步力学分析。由于视频演示实验来源于身边或工程实际中的力学问题和现象，学生易理解、有兴趣，能够激发他们的求知欲。基础实验是传统经典的实验教学内容，用于定性分析、定量分析及测试技能的训练，培养学生实验的基本能力。

第二层次:综合实验。综合实验是一门课程多个知识点或多门课程相关知识点的综合应用，体现课程内容的交叉与融合，并结合后续课程设计和毕业设计需求，以提高学生综合应用所学知识解决问题的能力。该实验注重实验的综合性和自主性(自选题目、自选实验方案)，充分发挥学生的主观能动性。其目的是逐步提高学生综合应用所学知识解决实际问题的能力。

第三层次:探索性实验，结合科研项目和社会服务开设的实验。目的在于探索工程问题的解决方法，从较高层面培养学生的创新意识、社会服务意识，提高解决实际工程问题的能力。

第二层次和第三层次的实验由学生自主选题并可自主设计实验方案，开放进行。

3 开辟丰富多样的实践途径

将全国、省、校各级各类力学竞赛，以及与力学相关的科技创新大赛、创新训练项目、卓越计划班工程认知实习、技术咨询服务等作为实践途径，让学生在实践过程中加深对力学知识的理解，提高力学知识综合应用的能力。

力学竞赛:通过社团组织校内的学科竞赛和实验竞赛(使更多的学生能参与到力学实践的活动中)、江苏省力学竞赛和全国力学竞赛。后两项力学竞赛由竞赛组委会命题，是面对能力较强的学生开辟的实践环节。

科技创新大赛:成立了力学社、机械创新社、工程检测小组等科技社团，定期开展科技创新大赛(科技制作、校级学科竞赛)，让更多学生的实践能力得以提高。

创新训练项目:学生组队申请创新训练项目，历经调研、立项、实施、结题等科研活动全过程，使学生接受系统的科研训练，培养力学创新素养。

卓越班工程认知实习:为更好地实施拔尖人才的培养，实习实训基地为卓越班的学生开展工程认识实习，目前2011级卓越班级的学生(正在进行基础力学课程学习)已经完成为期2个月的工程认识实习。

技术咨询服务:依托建筑工程质量检测所等校内外实践教育基地，为学生提供课外工程实践途径。筛选与力学相关性强的工作内容(如现场检测玻璃幕墙拉结螺栓锚固强度、检测钢筋混凝土屋架强度、检测行车混凝土梁挠度等)，让学生参与完成其中的力学计算、工程结构位移测试、材料及构件力学性能检测等工作任务。学生在真实工程环境中体验力学的实用价值，提高了工程意识和力学素养。

4 实践效果

1)该教学方法在最近5年的4个专业(机械设计制造及其自动化、土木工程、材料成型、汽车工程)1 000名学生/年的基础力学课程教学中进行实践。学生对教师的教学评价从平均90分逐步提升到96分。

通过对毕业生调查结果表明，“理论力学”、“材料力学”、“工程力学”、“结构力学”等基础力学课程多次被学生评价为最重要、教学效果最好的课程之一。

2)通过基础力学课程教学模式的创新和教学方法的改革，激发了学生的学习兴趣，学习效果明显提高。近年来，学生的基础力学课程平均通过率从78.4%逐步上升到88.6%。学生力学成绩大幅提高，在硕士研究生入学考试中，多数选择“力学”课程作为考试科目，部分学生还取得140分以上的好成绩，有相当一部分学生被国内“985”、“211”高校录取。

3)通过分层次实验教学体系和多样化实践途径的建立和开辟，学生实践能力显著提高。近5年来，多人获得大学生力学竞赛和大学生基础力学实验竞赛全国优秀奖、江苏省一等奖、二等奖和三等奖，学生在全国大学生机械创新设计大赛和江苏省大学生机械创新设计大赛、江苏省土木工程大学生结构创新竞赛、江苏省大学生工程综合能力训练大赛等各类与力学相关的比赛中共获得奖项40余项。

5 结语

让学生“在探索的过程中学习，在自主的条件下实验，在工程的背景下实践”，改变了传统的基础力学课堂传授知识、实验验证理论的教学理念和教学方法，激发学生学习的主观能动性。理论与实验、课堂与工程、教学与科研三结合的课程教学模式，能够在教学内容中体现科学技术进步和工程技术进展，培养学生的创新意识。探究型学习—分层次实验—多样化实践的递进式基础力学教学模式，从发现问题到应用理论，从验证实验到设计实验，从工程模拟到工程实际，实现了学、做、用的递进。

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