关于工科“固体力学”教学改革的几点设想

史春雪　庞佑霞

摘 要：固体力学是工科众多专业中的一类专业课程，具有理论性强、课程艰深、课时少等特点，加上教学手段单一，教学效果普遍不甚理想。文章首先阐述了固体力学的来源和内容，学生们学习固体力学课程的必要性；又从学生学习兴趣的培养、课程授课方式的改革、思考题的引入、多媒体的应用、线下教学的必要性探讨了固体力学课程的教学改革内容。

关键词：工科 固体力学 教学改革 设想

引言

我国工科领域的诸多一级学科，例如：机械工程、土木工程、航空航天、水利工程、海洋工程等等学科，都对“固体力学”的教学提出了或高或低的要求。那么何为“固体力学”呢？“固体力学”又有怎么样的来龙去脉？而为何这么多的学科专业都对这门课程有着具体的学习要求？[1]

我们都知道，“理论力学”是大学工科力学的公共基础，而“理论力学”的研究对象就是质点、质点系、刚体等等，及至引出了连续介质，从而使得“理论力学”的研究层面从理论过度到了实际的应用。而研究对象的不同，使得“理论力学”外延出了几个主要的研究领域——质点力学、刚体力学和连续介质力学。连续介质的概念通俗易懂，研究对象是宏观层面物质连续的，包括了固体和流体，因此连续介质力学就划分为了“固体力学”和“流体力学”。

“固体力学”是一门有着近乎完备理论体系的课程，按照学习的逻辑顺序，它包括“材料力学”、“结构力学”、“弹性力学”、“塑性力学”、“机械振动”、“金属流变学”、“疲劳力学”、“断裂力学”和“损伤力学”等等子课程。[2]

由于“固体力学”的理论直接可以用来解决人来在工程实际中遇到的各类实际问题，因此对它的学习对于多数的工科专业来说是十分必要的。

但是，固体力学的几乎所有课程，都具备一个共同点，就是难——理论难、应用难。对学生的数学和力学基础都提出了很高的要求，如果不能引入很好的教学改革方案的话，几乎极难以保证其教学质量。因此，笔者从多年的教学经验入手，对“固体力学”的教学改革提出几点设想：[3]

一、教学改革措施

第一章旁征博引，引发学生兴趣。

有一项调查，考察学生上课的连续注意力大概能够维持多长时间。结果显示：大部分学生都能在上课的开始维持精力集中。但是，最多十五分钟以后，普遍开始精力涣散，眼神空洞，走思的现象第一次出现在这个时间。这个时候，如果教师从学生的眼神中开始读懂了即将到来的危险信号，那么，及时调整授课思路是十分必要的。

比如：当授课进行到“塑性力学”中“张量”的概念时，由于知识点过于抽象和艰深，部分同学开始出现了开小差的现象。此时，如果引入一些大家感兴趣而又不超出课堂的内容，往往可以挽回局面，让同学继续集中注意力又一个十五分钟。这时候，可以首先跟同学们讲：大家知道，哪位力学大牛运用“张量”可以做到炉火纯青吗？那就是爱因斯坦。“张量”首先是个数学概念，其次，有了它的帮助，爱因斯坦才能把“相对论”中的高维数据描述，转化为这样简单有效的表达。大家想知道什么是“张量”吗？这个时候，同学们的学习热情已经被大大激发，从一定程度上维持了很好的学习效果。

二、避免俗套，学会老课新讲。

再经典的教材，教师只会照本宣科，也难有很好的教学效果。不同的内容，不同的教师有着不同的解读。在授课过程中，教学效果的要求永远应该排在第一位。

例如：在讲到“材料力学”中“应力状态”部分的知识时，对着课本、ppt或者是备课笔记来上课，学生对这部分看似简单的概念，总是无法理解到较高的层面。可是如果从物理学中的“点”的概念入手，讲到理论上的“点”和实际中的“点”是有区别的，虽然都是无穷小，但当把它放大到肉眼可以识别的尺度之后，借助教具：比如用一个篮球来代表这个点，用一块面板、甚至手掌来代表平面，以直尺来代表不同的径向方向，那么平面上各个方向的应力也就可以直观地展现在学生面前。进一步地，即便是这样枯燥的理论学习中，学生的学习兴趣依旧浓厚。

三、灵活出题，注重教学启发。

以“材料力学”为例，经典版的材料力学教材，课后的习题都配有标准答案。即便是其中的解题过程不够详细，学生也总可以通过网络、书店等渠道，获取到完整的解题过程。因此，作业抄袭现象十分严重，最严重的情况是一个班的作业几乎只有不到五个版本。

从这种意义上来说，作业的预留就是失败的，达不到让学生复习和掌握知识点的目的。但是，由于“固体力学”的课程非常重视学生的基本功练习，课后作业更多的形式是作图和计算，怎么才能让学生在有限的时间内更好的掌握知识点呢？[4]

有一个很好的方法就是给学生留思考题。思考题的数量不用太多，也不用太难，更不用成为作业的主体组成部分。思考题的设置主要是让学生带着问题在课后去寻求答案。而思考题本身应该是由教师自行设置，而没有所谓的标准答案。思考题的评价完全在教师自己，重过程和分析，而不是正确和完美，学生对问题的思考本身，才是评价标准。[5]

4.重视板书、各种媒体齐上。

传统的力学教学，以板书为主，教师具备扎实的理论基础和强大的教学基本功。但是，随着应用型本科人才越来越作为不少院校的培养目标，多数课程的教学课时都在减少，因此，提高学生单位时间内的学习效率非常关键。

随着多媒体技术的广泛应用，声、光、电等手段也逐渐渗透到教学环节当中。当然，事物的发展有其规律，教学亦是如此。板书作为教师的基本功，教師，尤其是年轻教师应多向年高德昭的老教授们多学习，但多种教学媒体的介入也亦应成为教学的必须。

例如：在“塑性力学"的教学中，用多媒体手段，让学生直观地看到金属的真实变形过程，显然比板书更有说服力。又比如，"材料力学"中压杆稳定部分的知识点难于板书作图，可多媒体可以使学生在极短的时间了解杆件失效的原因，什么时候是因为强度失效，什么时候是因为压杆失稳。

如果说多媒体介入前的教学，每堂课只能讲一个知识点的话，现在，这个数量已经加倍。简而言之，多媒体，让教学更有效率。

5.线下学习，借助慕课微课。

多媒体虽然能够帮助提高教与学的效率，但是，大学生因为各种原因而缺课的现象并不鲜见。也许，学生因为身体不适，或是因为参加社团活动，甚或代表学校参加各类比赛等等，到课率总难达到百分百，此时，学生只能自学吗？

当然不是，随着网络的普及，除了课堂教学外，学生自由地开展线下学习，越来越成为了一种发展趋向。基于此，良好的线下教学平台就成为了必须，故而，慕课，微课这类线下教学平台也应运而生。由于为时尚短，这两种线下模式与单纯课堂教学的效果比较也缺少足够的数据支持。但是，作为一种选择，慕课与微课值得尝试与推广。

这两种教学方式的优势就在于开放和自由，学生在受条件限制时，依然可以在有限时间内主动学习。这样，既缩短了学习的时间，又提高了学习的效率。[6]

结语

以上，就是笔者对“固体力学”教学改革的一些设想。当然，对"固体力学"教学改革的方案，随着社会的发展，科技的进步，我们还可以与时俱进地提出更多设想，并通过教学实践来检验。

参考文献

[1]韦成龙，李学罡，徐飞鸿，唐贤瑛，潘军. 材料力学教学体系改革的研究与实践.[J] 中国高教研究. 2001.4

[2] 马崇武，车京兰. 对材料力学教学改革的研究.[J] 高等理科教育.2004.6

[3] 范钦珊，殷雅俊，陈建平，郭光林. 实施研究型教学的创新之路.[J]中国高等教育.2013.5

[4]冯露，亢一澜，王志勇，孙建，王世斌，贾启芬，沈岷. 基于问题学习的探究式教学改革实践.[J] 高等工程教育研究.2013.4

[5] 许月梅，汪黎明，席军. 材料力学“以考促教”教学模式的研究与实践[J]中国大学教学.2009.4

[6] 段纪成. 材料力学课程体系改革管见.[J] 高等工程教育研究.2003.1

作者简介

史春雪（1980.03.11-）男，河北保定人。讲师，工學博士，毕业于中南大学机电工程学院，2011年7月开始在长沙学院机电工程学院任教，主教《理论力学》、《材料力学》、《塑性力学》、《工程机械》；拥有长沙学院教改课题一项，长沙学院校级优秀课程一项——《材料力学》；拥有省级市级科研项目5项，发表论文10余篇；国家专利授权7项；出版专著3部；规划教材2部。

庞佑霞（1959.10.09-），女，教授，长沙学院科技处处长，主教《材料力学》、《流体力学》；湖南省“十二五”重点学科专业带头人；主持国家自然科学基金2项；省部级科研项目11项；发表论文40余篇；出版专著和规划教材各1部；获得湖南省科技进步奖3项；湖南省教学成果奖2项。