基于力学竞赛的工程力学课程教学的改革实践

常利武 王锦燕

摘  要：探讨了工程力学教学中存在的问题，基于力学竞赛试题的趣味性、发散性和创新的特点，分析了以力学竞赛为导向课程改革的优点，研究了将力学竞赛试题引入工程力学课堂教学中的运用。结合引入课堂教学的力学竞赛试题，运用创新教学模式对学生加强创新思维和哲学思维能力的培养，提高了学生学习力学的兴趣和课程教学目标达成度，为其他课程开展“以赛促教”教学改革提供参考。

关键词：力学竞赛  工程力学  教学改革  创新教学模式

中图分类号：G642                            文献标识码：A               文章编号：1674-098X（2020）08（c）-0185-03

Abstract： This paper discusses the problems existing in the teaching of engineering mechanics. Based on the interesting， divergent and innovative features of mechanical competition problems， this paper analyzes the advantages of the course reform based on mechanical competition problems， and studies the application of mechanical competition problems in the teaching of engineering mechanics. Combined with the mechanical competition problems introduced into the classroom teaching， the innovative teaching mode is used to strengthen the cultivation of students' innovative thinking and philosophical thinking ability. It improves students' interest in learning mechanics and the degree of achieving the teaching objectives of the course， and provides reference for other courses to carry out the teaching reform of "promoting teaching with competition".

Key Words： Mechanics competition; Engineering mechanics; Teaching reform; Innovative teaching mode

工程力学课程作为我校纺织、建环、机自、机电等工科专业的一门重要的专业基础课，对学生后续专业课程的学习及科学思维的养成起着关键的作用[1]。力学竞赛主要包括“全国周培源大学生力学竞赛”和“省级大学生力学竞赛”，开展力学竞赛有助于大学生学习力学兴趣的提高和创新能力的培养，对促进高等学校力学基础课程的改革与建设起着重要的引领作用[2-4]。为使学生在竞赛中取得好成绩，我校力学教研室进行了必要的赛前辅导。这种集中的赛前辅导模式虽能对竞赛成绩的提高起到一定的作用，但不利于培养学生的基本力学素养和创新思维能力。此外，为适应当今人才培养的需要，全国高校的工程力学学时都有不同程度的减少，这对学生学习力学知识带来了不小的负面影响[5-6]。因此，如何在“少学时”条件下，以力学竞赛为导向对课程教学进行改革是每位授课教师必须面对和思考的问题。

1  基于力学竞赛的课程改革的优势

随着课时的减少，现有教学内容和教学模式与力学竞赛之间的“矛盾”日益突出。课程教学以基本知识点的讲授为主，对学生创新思维能力的训练相对偏少，不利于参赛學生竞赛成绩的提高和能力的提升。为适应少学时的教学改革，教学大纲也做了不小的变动，不少力学竞赛知识点不在课堂授课范围。课时的缩减使得力学实验课时严重不足，学生缺乏动手操作能力的训练。由于学时的限制，课堂教学例题以教材上的例题为主，以学生掌握基本理论和核心知识点为目标，而工程案例题及其知识点的解析涉及较少，对学生创新思维能力的训练则相对更少。力学竞赛题目集知识性、趣味性和创新性为一身，笔者尝试将部分力学竞赛题目引入课堂，实施以力学竞赛为导向的课程改革，以期有效解决上述问题。基于力学竞赛的课程改革具有如下优势。

1.1 有助于提升《工程力学》的教学效果

在课堂教学中穿插“力学竞赛”题目，利用竞赛题题目的趣味性激发同学们对工程力学的学习热情和动力。将综合性的力学竞赛题目分解成若干个简单的问题，分别作为对应的章节的教学例题，采用讨论式、探究式等教学方法引导学生掌握其隐含的力学概念和原理，提高学生思考问题和发散思维能力。在教学实践中，以力学竞赛团体赛的实例介绍引导学生动手制作力学模型，开展以小组为单位的力学模型竞赛，将枯燥的力学基础知识与趣味性的小实验结合起来，提高学生的综合素质、激发学生的创新精神、锻炼学生的动手能力及团队协作能力。兴趣是最好的老师，以力学竞赛为导向的教学改革可使学生由原来的“被动型学习”转变为“主动型学习”，大幅提升课堂的教学效果。

1.2 有助于学生学习能力的提升

“以赛促教”的教学模式不仅可以提升课堂的教学效果，也会促使部分优秀学生力学竞赛水平的提高。通过相关竞赛题目的练习和引导，消除部分同学对竞赛的畏惧心理，鼓励优秀学生参加力学竞赛的校赛、省赛和国赛。竞赛题目的“高阶性”可使学生在掌握基础理论的同时也变得善于思考，激发其对更深层次力学问题的探索，从而提升学生的学习能力。

1.3 有助于学生创新思维能力的培养

高等教育的核心是培养创新型人才，课堂教学应重视创新思维能力的培养。在讲完基本知识点之后引入难度适中、开放性强、涉及发散思维的力学竞赛题目，通过小组讨论的方式促使每位学生利用所学理论知识解决实际问题，激发学生的创新潜能。介绍力学竞赛团体赛的获奖作品，使学生了解力学模型建立、分析和实验验证的过程，激发学生对力学问题的思考和实践的欲望，从而培养学生创新思维的能力。

2  以力学竞赛为导向的教学模式改革

以力学竞赛为导向的教学模式旨在转变原有教学模式，从“重知识”和“轻思考”的教学模式向“重能力、重思考”的方向转变。针对目前工程力学课时较少的特点，“以赛促教”教学模式在教学内容和教学方法上进行改革，确保同学们在学习到课程知识的前提下，应用能力和创新能力得到提升。在分析力学竞赛大纲的基础上，将部分典型力学竞赛试题穿插于课堂教学中，精心设计试题的分析过程和互动方案，重点增加具有创新思维能力训练的竞赛题目。教学方式上，由传统的“填鸭式”讲授方式向“探究式+讨论式”的授课方式转变，提高学生分析问题和解决问题的能力[7]。以下介绍笔者“以赛促教”的课程改革的具体措施。

2.1 精选适合课堂教学的竞赛题目

首先搜集历年来全国周培源大学生力学竞赛真题及详细解答，组建基于网络的力学竞赛试题资源库以便于学生自学。然后认真筛选力学竞赛试题中难度适中、适用于教学的题目，并对照知识点分解为各个章节的教学例题，制作多媒体教学课件。其中，重点选取集趣味性和创新性为一体的综合性题目，利用题目的特点来提高学生学习力学的兴趣，培养学生的创新思维的能力。

2.2 改变教学形式，提升授课效果

在目前课程学时较少的背景下，以竞赛为导向的课程改革要达到内容趣味性强、授课效果好的目标，必须对以往教学形式进行相应的改革。教学内容方面，课上适当增加一些竞赛联系紧密知识点的讲解，如组合梁形心求解、电桥知识、测试技术等。教学模式方面，充分利用网络教学平台开展线上线下混合式教学，将课上的简单易懂的知识点先让学生预习，课堂教学以较高起点进行讲授。相比单一的线下教学，混合式教学更便于典型竞赛例题的引入。教学方法方面，改变以往“填鸭式”讲授方式，引入精选的趣味性强、有工程背景的竞赛题目，采用探究式和讨论式相结合的教学方式引导学生对基本知识点的掌握，培养学生发现问题、解决问题的能力。

2.3 以竞赛试题培养学生的发散思维能力

美国心理学家吉尔福特曾指出：“发散性思维作为创造思维的主要组成部分，对人的创造力起着重要的作用。”而教材上的课后练习题几乎全部以考察集中性思维为主，解题方法往往有固定的思路，重点考察的是学生对基本知识点的掌握，在学生创新思维能力培养方面效果不佳。将一些考察学生发散思维的竞赛题目引入课堂不仅有助于激发学生参与课堂的积极性，还可使学生对学过知识的深层次思考和再组合，从而提高学生思考问题和解决问题的能力。如组织学生讨论“奇怪的独木桥”问题（第6届全国周培源大学生力学竞赛初赛样题），启发学生思考为何两人配合可以安全过桥，而一个人反而不行？引导学生开动脑筋思考问题背后的力学原理，通过对提高梁强度的各种措施的深入思考比较得出问题的答案。引入“魔术”所涉及的力学原理题目（第6届周培源大学生力学竞赛的第三题、第四题和第8届第四题），通过魔术的魅力吸引学生对其背后力学原理的学习兴趣，更重要的是引导学生对所学知识的再思考和对比分析。

2.4 以竞赛试题进行辩证唯物主义哲学思想教育

辩证唯物主义哲学思想是科学的方法论和世界观，对学生正确世界观的形成和学习能力的提高起着非常重要的作用[8]。工程力学知识本身具有丰富的辩证唯物主义教育因素，有助于培养学生辩证唯物主义观点和解决问题的能力。在引入部分竞赛题目的同时，积极引导学生思考问题背后的辩证唯物主义哲学观点，帮助学生确立科学的人生观。如讲解“骄傲自满的大力士”题目时（第6届全国周培源大学生力学竞赛试题），引导学生思考为何大力士却输给了力气小的夫人，强调取胜绝非单靠蛮力，还要注意方法和技巧。题目背后揭示了具体问题具体分析，不同问题运用不同的方法的辩证法思想。只有善于发现和顺应事物发展的客观规律，并利用其规律创造机遇才能获取胜利。

3  结语

以力学竞赛为导向，对工程力学课堂教学进行改革，引入难度适中的典型竞赛题目作为课堂教学的例题，形成“以赛促教”“以赛促育”的教学模式，从而培养学生基本力学素养和创新思维能力。在教学过程中实施线上线混合式教学、“探究式+讨论式”授课方式，重点培养学生的自學能力、发散思维和哲学思维能力，多方位入手提高学生学习的兴趣和创新思维能力，探索出一个集学生课堂学习和能力培养相结合的素质教育新途径，最终获得更高的课程目标达成度。

参考文献

[1] 刘俊丽，李俊峰.全国周培源大学生力学竞赛发展历程[J].力学与实践，2019，41（3）：357-365.

[2] 王敏容，钟志恒.以力学竞赛促进力学课程教学改革探讨[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2018（6）：22-23.

[3] 张速.基于大学生力学竞赛的工程力学课程教学模式探究[J].安徽工业大学学报：社会科学版，2017，34（6）：68-69.

[4] 米红林，周振鑫，柯谱，等.以学科竞赛促进本科教学水平提升[J].科技创新导报，2017，14（22）：218，220.

[5] 谷俊斌.少学时工程力学教学改革探讨[J].中国教育技术装备，2020（6）：94-95，100.

[6] 张博.论三本高校少学时工程力学改革新思路[J].黑龙江科技信息，2017（12）：123.

[7] 贾海朋，江春冬.力学竞赛与工程力学课程教学改革关系探究[J].黑龙江教育：高教研究与评估，2016（8）：1-3.

[8] 闫小波.土力学教学中的辩证唯物主义教育[J].教育教学论坛，2019（49）：225-226.

[9] 王君.工程力学教学改革的研究与实践[J].科技资讯，2013（5）：190，192.