基于课程论文的弹性力学课程教学方法探究

[摘 要] 弹性力学是工科院校一门重要的课程。为了提高本科生理解和应用弹性力学知识的能力，任课教师在弹性力学教学方法上做进一步的改进。以课外布置关于有限元方法的力学课程论文的研究任务，作为力学课程的大作业，纳入期末成绩考核中，此举措可有效提高学生的学习兴趣，使学生参与到课堂教学中来，教师引导答疑，增强师生互动，从而形成良好的教学氛围。

[关键词] 有限元;弹性力学;课程论文;教学方法

[作者简介] 郭晓菊（1987—），女，宁夏石嘴山人，硕士，青海大学土木工程学院讲师，主要从事理论力学、材料力学、弹性力学等课程教学，研究方向为合金的微观力学。

[中图分类号] O31       [文献标识码] A     [文章编号] 1674-9324（2021）12-0145-04     [收稿日期] 2020-09-30

弹性力学是工科专业的技术基础课，其学习成效直接影响后续专业课程的掌握程度，尤其对弹性力学的基本概念和研究方法广泛应用于其他学科，培养学生掌握弹性力学的基本概念、基本理论、基本方法具有重要意义[1-6]。教学工作者对弹性力学教学方式[7]、教学方法[8]、教学内容[9]等方面进行了很多研究。弹性力学课程作为工科本科生的一门选修课，理论课和实践课分别为16学时，这种情况下，无论是对教师还是学生都是一种考验，当务之急是在教学方法上做一些工作，实现理论教学和实践教学的结合，从而提高学生的学习主动性。本文采用黄献海老师[4]提出的課程论文形式的教学方法，对弹性力学选修课程的教学方法进行了改革。在教学的过程中，以任务教学为出发点，并且根据学生自身专业自由组合成5人一组的团队，依据专业特点设定不同的弹性力学课题任务，教师通过指导和督促学生完成弹性力学教学课程论文。

一、课程论文式教学方法的实施步骤

弹性力学是工程力学学科中最基础、最重要的一门课程。弹性力学在力学学科中具有“承上启下”的作用。弹性力学是材料力学的发展和扩展，是塑性力学、断裂力学、岩石力学、振动力学、有限元法的基础。随着科技的快速发展，世界范围内的大型复杂工程不断涌现，弹性力学在工程中的应用涉及土木工程、水利、桥梁隧道、采矿工程等诸多领域，如弹性体受力分析、强度校核等。不仅给广大力学专业毕业生提供了广阔的就业空间，而且对学生力学基础知识的要求也在不断提高。与理论力学、材料力学相比，弹性力学的研究对象更加广泛，内容更加抽象，对理论推导和基本数学知识的要求也更加严格。如何才能充分调动广大学生的学习兴趣，摆脱复杂而又烦琐的公式推导，使学生对弹性力学在工程应用领域中的重要性有一个深刻的认识，笔者根据在学习、研究和教学过程中积累的一些经验，对目前弹性力学的教学现状进行了探讨和思考。

在传统的教学中，教师在讲授时，将重点放在书本上，是一个学生体验的学习过程。毋庸置疑，随着计算机技术的飞速发展，多媒体在课程中的应用非常广泛，有的内容能直观、图文并茂地展现，因此受到广大师生的青睐。但还要注意教材的重要性。对于机械专业来说，力学学习的主要内容是推导数学公式，其推导过程直接影响学生对一些重要机械参数概念的理解。例如，将应力函数引入弹性力学课程就是如此。由于应力函数来源于平衡型微分方程的通解，因此该方程的通解是由任意特解与同次方程的通解相加而得，同次方程通解的求解过程中引入了应力函数。应力函数知识点是弹性力学教学中的难点，也是教学中的重点，讲解过程非常抽象，不易理解。因此，学生的理解和接受过程不能只是多媒体教材的演示，还需要与书本的逐步推导相结合。

在弹性力学的教学过程中，通过布置教学论文任务，能够引导学生积极主动的配合教师教学，有效的提高学生的综合能力。该实践项目贯穿整个弹性力学课程教学过程，具体步骤如图1所示。

二、教学实践和学生评价

弹性力学选修课授课以来，弹性力学课程论文是整个课程考核中一个重要环节，它不仅反映学生的自学态度和学习能力，也是学生平时学习和理解能力的一个综合反映，因而可成为平时成绩评定的一个重要依据，占总评成绩的50%。在授课期间，任课教师也感受到学生能够认真上课，并且课堂气氛活跃，教学效果良好。

通过发放问卷调查，对收回的有效问卷分析后发现，大部分同学对本科阶段的弹性力学课程这种选修课表示欢迎（图2），很多人完成了一些有意义的作品。比如以郭佳庆同学为组长的团队完成了基于Abaqus软件的平板中心圆孔应力分析;以常雪同学为组长的团队完成高深悬臂梁平面问题理论与实验结合分析节点位移及支座反力;以苗梦同学为组长的团队对简支梁在均布载荷作用下板内的应力分布进行了数值模拟分析;以李琨同学为组长的团队对受均布荷载悬臂梁的变形及应力进行分析。学生在运用所学的知识分析计算实际问题的过程中，加深了对知识的理解，也自觉认识到力学对专业的重要性，提高了学习力学的积极性和主动性。

同时对学生选题来源进行调查（图3）。从中可以看出，由于本科生知识储备不够，大多数学生的选题没有想法，只是通过教师给定的题目完成课程论文，单纯的完成课程任务;少数学生希望能有助于课程理解，并且注重专业知识的应用。在对课题原创性的把关上，教师可以通过方案阶段的把关，强调课题对生产生活实际力学问题的提炼和计算，可以减少选题的盲目和重复性。

对课程论文目的的调查显示，52%的学生比较看重理论联系实际，认为课程论文的训练有助于加深学生对弹性力学的理解和对学习本门课的兴趣;25%的学生比较认同大作业对他们思考和解决问题的能力的锻炼。（图4）为了提高学生的综合能力，在课程论文研究的过程中，要求课题研究的整个过程，从方案构思和提交，到研究的展开和反馈，再到最后的论文提交，完成了一个系统的训练。

三、课程论文教学方法的优缺点和教学评估

（一）课程论文教学方法的优缺点

课程论文形式的教学方法能够有效增强学生理论联系实践学习知识的本领，并学会从工程实际中提炼出理论模型、分析问题、运用相关理论知识解决实际工程问题、提炼科学问题撰写成科研小论文;可有效提高学生学习弹性力学这门选修课的学习兴趣，课堂教学效果突出，学生在学习过程中始终能找到成就感。

这种教学方法存在很多不足之处，如不能大面积推广，并且在教学过程中需要教师付出大量的精力解决学生遇到的困难，课程论文选题也比较困难。

（二）教学质量评估

通过与学生座谈和同行评教相结合的方法，对实施的课堂教学效果和学生能力培养情况进行分析总结。连续两年，按照课程论文、课程闭卷考试的方法进行考核。在学生完成本课程之后进行座谈，大部分学生反映，他们对于专业知识的理解得到了加深，表示乐于完成课程论文;同行评价表示，课堂上学生的参与度增强，有助于历练学生独立思考能力、表达交流能力和增强学习的自信心，学习成绩及格率显著提升。

参考文献

[1]孙立红，吴云鹏，刘宝良.深化材料力学教学改革提升学生专业素养[J].高等教育研究，2008，25（3）：54-55.

[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）：76-78.

[3]謝仲贤，邱铁平.转变“工程力学”教学方法的探讨[J].力学与实践，2000，22（4）：55-57.

[4]黄献海.基于课程论文的力学教学方法研究[J].实验室科学，2011，14（6）：382-384.

[5]叶红玲，刘赵淼，李晓阳.基于3S学习模式的理论力学课程教学研究与实践[J].力学与实践，2017，39（1）：71-74.

[6]刘伟.弹性力学课程教学改革的几点思考[J].高等建筑教育，2019，38（1）：65-67.

[7]楼文娟，梁洪超，杨骊先.弹性力学课程教学改革探析[J].高教论坛，2015，38（1）：65-67.

[8]杨金花，彭旭龙.工科类《弹性力学》研讨式教学研究[J].课程教育研究，2019（5）：185.

[9]朱力，刘萌，卢文良.基于工程实际的弹性力学教学改革的探索与实践[J].科学大众（科学教育），2019（11）：159+183.

Abstract： Elastic Mechanics is an important course in the Department of Industrial Sciences. In order to further improve undergraduate students' ability to understand and apply the knowledge of this course， teachers need to further improve the teaching method of the course. We have assigned the extra-curricular research task of a course paper on the finite element method in the teaching of this course， and taken it as an important assignment of the course in the final evaluation. This measure can effectively improve students' learning interest， encourage students to participate in the classroom teaching， and achieve a good teaching effect by enhancing teachers guidance and teacher-student interaction.

Key words： finite element; Elastic Mechanics; course paper; teaching method