基于应用能力培养的基础力学课程教学设计

摘 要： 基础力学是工科类专业重要的技术基础课程。应用型本科院校培养学生的应用能力和综合素质是基础力学课程的主要任务。在深入分析专业培养目标及对力学知识、素质和能力要求的基础上，对基础力学课程重新设计，包括课程目标和教学内容的构建、教学过程的设计、考核方式的研究，以培养学生解决实际工程问题的能力。

关键词： 基础力学 应用能力 教学设计

基础力学课程包括理论力学和材料力学两部分内容，是机械、能源动力、建筑等工科专业非常重要的技术基础课程。基础力学既可直接用于实际工程的计算，又可为学生学习相关的后续课程打好必要基础。

我院是应用型本科院校，以培养具有创新意识和实际应用能力的工程技术人才为主要任务。基于应用能力培养的思想，一门课程科学完整的教学过程应包括传授知识、应用知识和探究知识三个方面。长期以来，由于受高考应试教育的影响，我国现行的课程教学体系中，传授知识成为主体，应用知识主要表现为简单的习题训练、缺少综合型与实用性的工程应用，而探究知识就更薄弱。

对于基础力学课程而言，教学重点在于培养学生的应用能力和综合素质。因此，要提高基础力学的教学质量，必须根据专业要求，对基础力学的教学重新进行合理设计，力争培养高素质的工程技术人才。

一、基础力学教学设计原则

教学设计是以达到优化教学效果为目的，运用系统方法分析教学问题和确定教学目标，设计教学问题的解决方案、试行解决方案及对方案进行修改的过程。教学设计包含课程目标、课程内容、教学策略几个方面。基于应用能力培养的教学设计必须坚持以学生为中心，以项目为载体，把学习、探究、实践有机结合，引导学生高度参与，并且运用知识自主地发现问题、研究问题并解决问题，培养学生的创新思维和实践动手能力。

二、课程目标设计

在制定课程目标之前应明确专业培养目标及对力学知识、素质和能力培养的要求，分析相关后续课程涉及的知识点，构建力学课程职业能力培养方向。

例如，机械专业的学生毕业后面对的一般都是机械制造企业，作为工程技术人员从事机械设计、工艺分析、质量管理、设备管理等工作。针对机械专业，基础力学课程目标包括工程结构或机构的受力分析能力、抽象化建模能力、平衡方程的应用能力及实际工程构件的强度分析、解决能力。另外，创新思维能力、团结协作能力和学习能力也是学生必须具备的基本素质。

三、课程内容设计

基础力学的后续课程机械原理、机械设计、模具设计与制造等。通过理顺力学课程与后续课程的关系，精选授课内容，激发学生的求知欲望。例如，基础力学课程涉及很多机构内容，由于学生对机构知识缺乏了解，学习遇到很大困难。根据实际情况，增加常用机构类型与特点的介绍，学生不仅了解到力学的应用范围，使学习更有针对性。根据机械专业人才和培养目标，对基础力学的教学内容进行重新整合，重点突出力学在机械类专业中的具体应用。例如工程结构和机构的力学模型建立、受力分析、连杆的强度、连接件的强度及传动轴的设计等。同时打破单纯传授知识的教学模式，转变为以项目为中心组织课程内容，并让学生在完成项目的过程中构建相关理论知识体系，发展职业能力。教学要突出实践性和应用性，着重培养学生运用知识分析、解决工程实际问题的能力。下表为课程内容结构与对应的项目名称。

四、教学策略设计

（一）学习笔记设计

多年来基础力学课程改革的重点集中在课程体系改革、教学内容、考试方法等方面，但从学生角度考虑较少。多数情况是，学生带着一本教材听课，对这堂课要讲什么，哪些是重点，学习的目标是什么茫然不知，学习缺乏针对性。因此，我们针对每一次课，精心设计学习笔记，包括本次课的学习目标、主要知识点、课堂思考题等。另外，在介绍主要知识点前应针对本次课内容巧妙设置问题，再导入主要内容，以提高学生的学习兴趣。最后的综合应用环节要有针对性，尽量引入工程实际案例。教学笔记提前发给学生，这样学生可提前了解本次课的主要内容，带着问题学习，学习效果提高显著。

（二）教学方法与过程设计

与应用型人才培养的目标相对应，我们采用探究式教学方法。探究式教学法是一种以学生为中心、教师为主导的教学模式。相对于以传承知识为中心的传授式教学，探究式教学特点是将研究实践融入教学过程，通过小型研讨课、综合性训练，充分体现学生主体地位。

下面以运动学部分的难点，点的合成运动为例介绍探究式教学法实施的过程。

首先，演示刨床急回机构实验如上图所示，此实验需重复播放几遍并提醒学生仔细观察。然后提出问题：此机构中有几个构件组成，各自作什么运动？

然后，学生分组讨论，有的学生说滑块作直线运动，有学生说作圆周运动。可见研究某物体的运动首先要选择参照物，参照物不同，物体的运动情况不同，由此引出静系、动系和动点的概念，进一步定义三种运动，即绝对运动、相对运动和牵连运动。然后详细说明绝对速度和相对速度，引出牵连点和牵连速度的概念。这样通过对刨床急回机构实例的具体分析获得比较完整的知识体系。

其次，讲解速度合成定理。速度合成定理是重要的一个定理，可作简单推导。作为应用型本科院校，也可定性分析后直接得出结论，重要的是学会应用。

最后，进行课堂练习。课堂练习是重要的一环，可举学生较熟悉的例子，例如凸轮机构、两汽车相对行驶等，学生在研究、分析的过程中提高解决实际问题的能力。

为提高学生运用知识的能力，增加综合训练环节。综合训练题目可提前发给学生，然学生带着问题学习，效果更好。综合训练安排在教学的最后一个月进行，以小组为单位，每组三四人，每组设组长一人。学生可自选工程或生活中的实际问题，也可从教师所拟工程问题中选题研究。例如，2012年机制专业某班两组学生的题目是“箱包拉杆的设计”。学生查阅了参考资料，了解了设计方法，首先将工程中的实际问题抽象为一个力学模型，然后进行力学分析，最后计算。两组学生通过研究合作，圆满解决问题，实现从被动学习到积极自学的转变，解决实际问题的能力明显提高。

（三）考核方式设计

考试是教学过程的一个重要环节，考核方式应注意知识与能力相结合。在考试内容上，要尽量减少客观性试题，增加分析、理解和应用性等方面考题。考核方式要多样化，闭卷与开卷相结合，改革计分方法，把课堂讨论、综合训练，研究报告等按一定比例计入总成绩，这样才能提高学生自主学习的积极性。

五、结语

应用型本科院校主要培养面向一线的高素质工程技术人才，因而在基础力学教学中应加强工程意识和应用能力的培养。人才培养定位的改变要求教师转变教学观念，以学生为中心组织教学，增加工程案例，解决好与后续课程的衔接问题，突出力学的应用性。同时对教师的教学水平提出更高要求，我们在教学中应不断探索与实践，不断完善教学设计，提高教学质量。

参考文献：

[1]屈本宁，杨邦成，郭然.理论力学应用能力培养问题[M].力学课程报告论坛论文集.北京：高等教育出版社，2009：21-24.

[2]聂永芳，张素君，曹军.突破传统教学模式深化基础力学课程改革[J].力学与实践，2010，32（5）：98-99.

[3]唐静静，范钦珊.基础力学课程研究型教学方法的探索[J].力学与实践，2008，30（4）：88-89.

[4]李为虎.一种工科理论力学教学模式的构想与实施[J].力学与实践，2010，32（3）：126-127.

[5]陈丽华.工程力学课程探究式教学法研究与实践[J].沈阳工程学院学报，2012，10（4）：544-545.