提高工程力学课堂教学质量的研究与实践

李清禄

(兰州理工大学理学院，甘肃兰州，730050)

工程力学是从基础理论课过渡到工程专业课的技术基础课，由理论力学和材料力学两部分组成，具有理论严谨，逻辑性强的特点，包含抽象的力学概念、繁多的计算公式、大量的工程应用背景实例，学习过这门课的学生普遍反映“不好学”。通过对工科基础力学课程的教学体系、教学方法、教学手段以及考试方式等方面进行新的尝试可以发现，随着不断探索、实践以及教学体系、内容、方法、手段等一整套先进的教学系统的不断完善，工科大学生的力学能力显著提高。[1]实践表明，这些举措对力学类课程的教学适应新工课专业的建设，提高教学质量有一定的价值。[2]教学体制改革要求培养具有创新能力的高素质人才，工程力学的课程体系、教学内容、手段及方法都应进行相应的改革。[3-5]基础力学教师需要思考如何上好工程力学课程，既让学生学起来觉得轻松，能得到理论知识的严格训练，又具备一定的解决工程实际问题的能力。

一、精心备课，注重启发式教学

(一)注重上好第一节课

工程力学一般安排在大二第一或者第二学期，上好第一节课非常重要。首先，教师可以介绍科学家的生平事迹，比如讲解大科学家牛顿是如何勤奋学习，最后获得成功的。这样对少数迷茫的大学生有一种平稳心态的作用。其次，内容的组织要有条理。教师首先要阐述工程力学在学生所学专业中的地位、作用和应用范围，让学生认识到学习工程力学的重要性。教师可以主要介绍工程力学对后续主要专业课程的重要作用，让学生认识到学好这门课程对该专业的重要意义，从而让学生在心底重视这门课程。

(二)启发式教学落实到教学的各环节

作为力学教师，首先要树立启发式教学的思想，把启发式教学落实到各个环节，从而调动学生的学习积极性。在教学中，学生是学习的主体，教师起主导作用。对于理论性强的部分，应联系周围事物以及有关的工程实际问题进行精讲，这时候按课程的重点难点分层次设问引导，让学生通过自己的思考得出结论。教师可适当安排部分章节让学生自学，然后共同讨论自学的内容。在讨论过程中，教师既要善于引导，又要让学生充分谈论自己的看法。

二、优化教学过程和教学内容

(一)积极激发学生的学习兴趣

工程力学理论性强、数学推导多、工程应用性广泛，有部分学生对力学产生了畏惧心理，极大地抑制了其学习力学课程的正常心理。对此，教师可以联系生活，分析工程和生活中的力学问题，既能增进课堂讲解的生动性，又可以激发学生的学习兴趣。例如，在材料力学部分，教师可以通过探讨“泰坦尼克号”沉没之谜、分析魁北克大桥塌陷之因，使学生能够以史为鉴，深刻认识到学习工程力学的重要性。再如，讲授弯曲应力时，教师可以引入对竹子“嘴尖皮厚腹中空”的力学美分析，使学生在步入力学的殿堂时，少几分枯燥，多几分欣赏，从中激发他们的学习兴趣和积极性。[6]

(二)培养学生的学习积极性

传统的教学模式是以教师为主体，以课堂讲述为主，教师讲得头头是道，但是学生不能事先掌握学习内容，学习主动性和积极性得不到发挥。因此，教师在教学中可以采用多种教学模式。比如，在高数和大学物理里面学过的计算重心、惯性矩的计算不必再重复一次，否则只会让学生失去兴趣，甚至轻视工程力学，认为这门课很简单很容易学。因此，对于这些内容，教师要要求学生课前自己预习。对于有些内容，比如平面任意力系平衡方程的二矩式、三矩式，教师则可以采用讨论式，即课堂上先提出问题，引导学生以研究的方法去学习，去思考，最后得出结论。

(三)在教学中突出重点

工程力学中定理和公式较多，如果一一推导，教学时间上不够，另外烦琐的公式推导学生也不感兴趣。所以，比较理想的做法是讲清公式推导的思路，公式的推导过程简略，最后记住结论即可。比如，讲刚体的平面运动这部分内容时，学生都感到难学。这时候教师可以边演示动画边讲解，让学生了解曲柄摇杆机构、曲柄滑块机构、行星齿轮机构的组成。又比如，材料力学部分中弯曲和扭转的组合变形是一个难点，但又是后续课程机械设计中转轴设计所必须运用的方法。教师在教学中要始终贯穿一条主线，即“力学模型—受力分析—内力分析—应力分析—强度条件计算”，逐步突破难点，使学生真正从中提高解决问题的能力。

(四)修改教材内容，引入新工程力学分析内容

现行工程力学教材内容比较陈旧，知识构架亦不完整，内容更新势在必行。在课程教学中，高校必须从人才培养目标出发，强调知识的综合性实用性，加强对学生实践能力与创新精神的培养。在教学改革中，教学内容的改革是最重要的。教学内容的改革必须有一个新体系的教材作保证，因此，教材建设是课程建设的基础课关键所在。从去年开始，笔者所在学院有经验的教师开始着手编写工程力学教材，并春季学期开始试用。该教材引入了反映学科发展水平的新概念、新理论、新方法，同时编入了大量的分析和思考题，是一部启发性和研究性比较强的教材，对学生的思维方式和创新能力的培养有积极的作用。

三、多媒体教学与传统教学有机结合

工程力学内容比较难学。比如理论力学内容抽象，材料力学公式繁多，力学课程单调、枯燥。工程力学教学中有的比较抽象的问题用口头是难以表达清楚的，媒体教学可以将工程实际问题生动地展现在学生面前。这样既可以节约时间，又可以方便、生动地向学生解释教学内容。多媒体教学既有教师的精讲启发，又有现在媒体的适时参与。这样给学生们造成了一种全方位、立体的学习环境，使抽象的信息变得生动化，学生容易接受。同时，多媒体教学可以增加大量的工程实例，增加课堂的信息量。多媒体教学具有很多传统教学无法比拟的优点，但只运用多媒体效果也存在弊端。部分学生更喜欢教师在黑板上和大家一起分析，因此，教师要做到多媒体教学与传统教学的有机结合。

四、基于慕课的工程力学混合式教学

大规模开放在线课程(Massive Open Online Course)也被称为慕课，是一种以信息网络技术为支撑，主要面向公众提供免费在线课程的新型教育模式。[7]2013年到2014年，清华大学、北京大学等国内高校的首批慕课上线，“学堂在线”“中国大学”等慕课平台相继发布，中国慕课由此开始蓬勃发展。工程力学是工课院校的重要课程之一，学校对该课程的改革非常重视，信息化改革势在必行。课前引入碎片化的慕课视频，适应了当今大学生的网络生活习惯和学习喜好。学生可以自由选择学习时空和频率，拥有更多自主权，感受到自己的主体地位，也满足了学生个性化学习的需求。课前视频吸引学生进行预习并帮助学生跨越知识和技能鸿沟，有利于提高其在实体课堂中的参与度。慕课中的测试能反馈各个学生的问题，帮助教师掌握学生对各知识点的掌握情况，深入了解学生，方便调整线下课堂教学的进度。[8]面向未来，工科教学应该聚焦技术创新，推进慕课快速发展。教师也要转变教育理念，进一步提高教学质量，充分用好慕课，促进教育教学改革。

五、改革实验教学

工科力学实验教学一直沿用实验指导书，实验内容单一，极大限制了学生思维能力。此外，由于学生人数多，实验仪器少，实验中多数学生围观，缺乏对实验内容的理解，这与新工程专业的建设以及培养创新能力的初衷是不符合的。工科教师应思考改革实验内容，发挥学生的主观能动性，树立以素质教育为目的的先进理念，引导学生的创新思维。新的实验教学中应对实验原理只做简明扼要的介绍，淡化对具体试验步骤的要求，实验项目后应增加思考题。针对教学计划中学时安排不能满足学生的求知需要，除了基础实验增加内容外，工科力学实验教学还应该增加验证性实验、设计性实验及综合实验的内容，并增加选修及参考实验内容。对此，高校可以开放实验室，通过实验室这样一个平台，激发学生的求知欲望，提高学生的综合创新素质，开拓学生的潜能，从而提高教学效果。

工程力学教改的成功与否，关键在于课堂教学方法的改革。为了达到这一目的，专业教师需要适应新形势下工科力学课程的教学要求，在教学内容，教学方法，教学手段等方面下功夫。同时，教师应给学生比较多的思考时间，鼓励学生参加国内外的力学竞赛，让他们在成功的体验中不断进步、进取。