高校力学创新人才培养模式改革研究与实践

2013-08-15何伟，何容

华北水利水电大学学报(社会科学版) 2013年4期

何伟，何容

(华北水利水电大学土木与交通学院，河南郑州 450045)

随着我国高等教育事业由“精英教育”向“大众化教育”的发展，对于工科力学课程教育来说，各力学课程教学的总体趋势是学时变短、内容变广，因而教学难度加大。如何在较短的学时内让学生掌握必要的力学知识，提高学生力学素质，提升学生创新能力，提高力学教育水平，对于从事力学教育的高校教师来说是值得研究的。目前国内已有部分学者对此进行了研究［1－3］，有研究认为应该转变教学观念，创造良好的思维情景，注重学生思维能力的培养。也有研究认为在较少的学时内，既要完成教学大纲规定的教学内容，又要保证教学质量，就应要求教师在授课过程中做到深入浅出、言简意赅，在保证容量充足的同时必须充分调动学生学习理论力学课程的积极主动性，使学生全身心地投入到教学活动中［4］。目前对于高校力学创新人才培养模式的研究较少，已有的研究也仅通过局部的或从某一角度进行，缺乏对该问题的系统研究。

笔者在本科力学课程教育中注重贯彻《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010－2020年)》和《国家中长期人才发展规划纲要(2010－2020年)》，注重落实卓越工程师教育培养计划精神，结合学生专业的特点与要求，系统开展了力学创新人才培养模式改革研究与实践，以期为广大教师进行创新人才培养提供一定的参考。

一、因材施教，突出特色

力学创新人才培养不仅包含对力学专业学生的培养，也包括其他开设了力学类课程的相关专业学生的培养，其培养对象是多样的。对于高校来说，一般在各工科专业均开设力学课程，因为学生专业背景、学习基础、学时安排、教学重点、教学要求等均不相同，应结合各专业的特点与培养目标来进行力学创新人才培养模式改革。如华北水利水电大学是以水利、水电为特色的高校，因此，在力学创新人才的培养上，可以依托水利行业背景，加强专业间的优势互补，扩充内涵，突出应用。如在《理论力学》课程的学时安排上，对力学要求较高的专业，如工程力学、土木工程、水利水电工程等专业安排64学时，对力学要求较低的专业，如交通工程、热能与动力工程、材料成型及控制工程等专业安排48学时。而在《材料力学》课程的学时安排与教材选用上，对于力学、土木、水利类专业安排80学时并选用孙训方主编的难度较大的《材料力学》教材。对于机械类专业安排64学时，选用刘鸿文主编的《材料力学》教材。在《弹性力学》课程的安排上，对于工程力学专业采用的是64学时的《弹性力学》，而土木工程、岩土工程等专业采用32学时的《弹性力学简明教程》。根据不同专业以及各自培养目标的差异，分别选用不同学时或不同教材以体现各专业特色，以适应各专业的差异性要求。

二、优化课程体系，强调重点

我国高等教育力学类课程的总体趋势是学时逐步减少，而随着科技的发展，力学理论更加丰富，因而要求高校力学教学内容更加精炼。为此可以根据专业特点，整合教学内容，优化理论课程。对与该专业联系较弱的内容应进行筛减，或作为选学内容，仅作一般的指导性教学。对重要的教学内容，如虚功原理，在《理论力学》、《材料力学》、《结构力学》中都有涉及，但《理论力学》是根据具有理想约束的质点和质点系平衡的充要条件而给出的虚位移原理，不考虑物体本身的变形。而《材料力学》是对处于平衡状态下的杆件给出的虚位移原理，还考虑了物体本身的变形，且从约束上看，《理论力学》中虚位移原理约束条件仅包括支座约束条件，而《材料力学》中还包括变形的几何相容条件。《结构力学》与《材料力学》相比是从杆系的角度分别给出了虚位移原理和虚力原理。因此在《结构力学》教学中可先回顾前面两门课程中的虚功原理，相互比较说明，从而加深学生对虚功原理的理解，熟悉虚功原理的应用条件。

三、“内”“外”兼学，“教”“学”相长

学生一般都感觉力学类课程难度较大，仅通过课堂教学难以完全掌握，因而力学课程学习不能仅仅着眼于课堂教学，可采取课“内”和课“外”相结合的学习方式，开展课堂面授和网络教学相结合的教育模式。主讲教师可把个人的电话号码、E－mail、个人主页等告诉给学生，鼓励其通过电话或网络与老师沟通对课程教学的要求。另一方面，时代在进步，知识在更新，教师只有不断地学习、充实自己，才能提高教学水平与质量，更好地教书育人。因此应加快教学内容的更新步伐，使教学内容紧跟时代的发展和力学前沿，与时俱进，吸引学生对力学未知世界的兴趣。通过网络，学生可以及时与老师沟通学习中存在的问题，老师可以了解学生对于课堂知识的理解程度、对自己授课方法的意见和建议［5］，并以此建立更好的教学结构和教学方法。通过对学生提出问题的思考，可以促进教师进一步加强自身学习，补充相关专业知识，从而达到“教”“学”相长的目的。

四、深入实践，丰富教学案例

一个合格的力学课程教师既要有丰富的力学理论知识，加强对与力学相关的学科如土木工程、水利水电工程、机械工程等领域的了解，还要有较强的实践能力，只有这样课堂教学才有针对性，才能适当地补充相关工程背景及应用案例，激发学生的兴趣和进一步探究的热情。为此力学教师应积极投身于工程实践，积累丰富的工程实践经验，储存足够的工程案例，这样在授课时才不会局限于书本知识，可以在授课时适当地穿插一些相关的工程案例或者科研成果，有助于提高理论知识的生动性、趣味性，也可提升学生学习的积极性，使学生认识到复杂的实际工程问题是由一些基本的、存在于我们身边的力学现象所组成，是摸得着、看得到的东西，而不是抽象的、深奥的理论［6］。如讲解“应力集中”概念时，可说明渡槽或者隧道等结构横截面边角一般要设计为圆形或弧形倒角，避免尖角，从而降低应力集中程度，避免了边角处局部应力过大而导致结构开裂。所以力学教师需要深入实践，才能在教学中密切地联系实际，丰富教学案例，更好地引导和启发学生联系实际，更深入地理解教学内容，避免课堂教学成为枯燥的说教，以达到更好的教学效果［7］。

五、增设自选实验，提升创新能力

做好高校力学创新人才培养工作，要求高校能开拓创新，建设高标准的力学实验室以增加学生实践机会，提高学生综合素质。在实践课程中，可以增设学生自选性开放创新试验，以培养学生的动手能力和科研素质。对于具有科研课题的教师来说，可以吸收学生参与课题，使学生更深入地学习力学相关知识，培养学生独立思考、解决问题的能力，提升学生综合素质和创新能力。创新实验在选型、设计、测量仪器配备等方面要充分考虑到工科相关专业教学实验的特点和要求，实验内容要与课堂授课内容关联但不重复，要有操作方便、设备耐用等特点，给学生留有一定的思考和发挥空间。通过一些综合性、创新性实验，可以让学生提前了解到科研工作相关实验方法，提高实验操作的动手能力，培养实验创新意识。

此外，在完成了《材料力学》或《工程力学》等课程后，可组织学生参加全国大学生周培源力学竞赛、结构设计大赛等竞赛活动，以赛带练，以赛促学，培养学生的竞争意识，锻炼学生的自学能力。同时也可以强化学生对专业基础知识的理解，提高学生运用力学知识分析、解决实际问题的能力。