工程力學教學改革探討

郎風超 劉佳偉 姜愛峰

摘要：工程力學是一門研究物體機械運動以及物體承載能力的基礎(chǔ)科學，為工科類院校重要的技術(shù)基礎(chǔ)課之一，其理論性系統(tǒng)性強、邏輯嚴密、比較抽象，但與工程實際具有密切的聯(lián)系。目前教學過程中，存在著學生實踐經(jīng)驗缺乏、綜合分析實際問題能力差，以及學習差異性大等問題。本文以內(nèi)蒙古工業(yè)大學為例，分析了不同年級、不同專業(yè)學生的成績分布情況、差異性以及學習過程中存在的問題，針對具體問題提出了相應(yīng)的改進措施，為工程力學的學習和教學提供一些可借鑒的方法。

關(guān)鍵詞：工程力學;教學改革;探討

一、緒論

工程力學是工科專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課之一，其介于基礎(chǔ)課和專業(yè)課之間，既有較強的理論性，又與工程實踐密切聯(lián)系，該課程是機電、建筑、橋梁、交通、能動等工科專業(yè)的必修課[1]。通過理論力學學習掌握質(zhì)點、質(zhì)點系以及剛體機械運動的基本規(guī)律和研究方法，能夠分析多剛體運動機構(gòu)，求解系統(tǒng)動力學問題。通過材料力學學習掌握構(gòu)件的強度、剛度以及穩(wěn)定性問題的計算方法，掌握材料力學的基本理論和概念，能夠分析變形體在載荷作用下的相關(guān)力學性能。

針對工程力學課程改革措施，文獻[2]通過引入多媒體現(xiàn)代教育手段，采用案例教學、討論對比教學以及歸納習題、強化實踐環(huán)節(jié)調(diào)動學生的學習積極性和主觀能動性，激發(fā)學生的創(chuàng)新能力。文獻[3]針對應(yīng)用型普通本科高校主要培養(yǎng)面向市場和生產(chǎn)一線的應(yīng)用型人才的目標，從工程力學教學的現(xiàn)狀出發(fā)，對工程力學理論和實驗教學模式、教學內(nèi)容和教學方法等開展了研究。教學改革中，將最新的學習方法如思維導(dǎo)圖等引入到具體的教學過程中，結(jié)合教學存在的問題提出建立、解析思維導(dǎo)圖的解決辦法[4]。文獻[5]分析了工程力學教學特點，提出實踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)相結(jié)合的工程力學教學方法。

各種改革方法在教學實踐中起到了一定積極作用，但是各種改革都是面向所有高校學生，而缺少針對性以及具體的學習效果評價。因此本文對作者所在的高校近十年來的工程力學學習情況進行統(tǒng)計并分析對應(yīng)的教學效果以及差異性原因，并針對上述問題進行工程力學改革嘗試，為其他課程的教學提供一些可借鑒的方法。

二、工程力學教學效果統(tǒng)計及原因分析

作者所在高校是以理工類為主的綜合性大學，工程力學主要面向機械、化工、能源、材料、土木、輕工與紡織等學生。針對近十年來所教授學生的工程力學試卷成績進行統(tǒng)計，按照不同年份以及2018學年的不同專業(yè)的學生的平均成績進行統(tǒng)計，其統(tǒng)計結(jié)果如圖1，2所示。

圖1反映了近十年工程力學平均成績呈現(xiàn)明顯下降趨勢，其中18年平均成績僅為50分，較13年下降了32%。不同專業(yè)在2018年度內(nèi)的平均成績也存在著較大差異，如圖2所示，其中工設(shè)專業(yè)成績較高為60分，而服裝設(shè)計平均成績僅為46分。上述成績的差異性主要體現(xiàn)在以下方面：（1）近年學生的整體水平下降嚴重，其中數(shù)學基礎(chǔ)不扎實。（2）不同專業(yè)的入學層次不同導(dǎo)致成績差異性大。（3）考試過程中有相當多的學生存在考試作弊的傾向。（4）沉迷于網(wǎng)絡(luò)游戲和短視頻等。

三、工程力學教學改革相關(guān)措施

針對上述出現(xiàn)的具體問題，作者提出了相應(yīng)的改革措施，以提高工程力學學習成績并可推廣到其他課程如理論力學、材料力學等教學和學習中。

（一）強化基礎(chǔ)知識教學，啟發(fā)學生積極思考

針對學生數(shù)學基礎(chǔ)整體不高的問題，可在教學內(nèi)容的設(shè)計加大基礎(chǔ)知識的講解。工程力學中用到的數(shù)學知識主要集中于向量、微積分這兩部分內(nèi)容，在涉及到該部分內(nèi)容時可適當將其基本的數(shù)學知識重新與力學中具體事例相結(jié)合，并且賦予相應(yīng)抽象的數(shù)學量以具體的力學含義，如矢量可賦予力、速度、加速度等物理含義，其相關(guān)的數(shù)學理論運算就具有可視化的效果。

在加強基礎(chǔ)知識掌握的同時對講課的內(nèi)容組織和安排進行構(gòu)思和設(shè)計，遵循認知規(guī)律，注重創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，增強與學生的互動，進行啟發(fā)式教學[7]。不要把教學內(nèi)容填鴨式地向?qū)W生灌輸，而是有目的和針對性地將所要講授的內(nèi)容作為一個問題向?qū)W生提出，如在講授摩擦之前，可以引導(dǎo)學生去感知自己周圍所能接觸的物體表面的光滑程度，并提出如何測量其表面的摩擦系數(shù)的問題，并請同學設(shè)計相關(guān)的實驗方法，最后通過摩擦角的概念確定測量摩擦系數(shù)的一種方法。

（二）注重實踐教學，優(yōu)化課程內(nèi)容

針對不同專業(yè)學生的基礎(chǔ)以及今后的專業(yè)學習內(nèi)容不同，可將相關(guān)專業(yè)的工程實踐滲透到課堂教學，結(jié)合具體專業(yè)優(yōu)化課程內(nèi)容。工程力學的理論部分比較抽象，同時學生缺少對應(yīng)的工程實際認識，因此在教學過程中應(yīng)傾向于直觀性，充分利用相關(guān)專業(yè)的實例增強學生的感性認識，同時優(yōu)化與專業(yè)相結(jié)合的講授內(nèi)容。

例如在講解靜力學平衡相關(guān)內(nèi)容時，可與土木專業(yè)中的學生十分熟悉的剛架結(jié)構(gòu)相結(jié)合講解平衡方程的應(yīng)用，不僅能給為今后結(jié)構(gòu)力學學習奠定基礎(chǔ)，同時又助于學生對力學理論的掌握，還能夠幫助學生了解工程力學在土木工程專業(yè)中的應(yīng)用狀況，提高學生的主動學習知識和分析問題的興趣，培養(yǎng)了學生的力學學習能力。

（三）加強考試紀律，規(guī)范相關(guān)成績評價制度

針對考試紀律不嚴格、考試過程中有相當多的學生存在考試作弊傾向的問題，老師要與相關(guān)職能部門如教務(wù)處等相聯(lián)合，共同將考試作弊遏制于萌芽狀態(tài)。考試是檢驗學生學習情況的重要手段，同時其成績與相關(guān)評獎以及就業(yè)直接相關(guān)。如果出現(xiàn)大面積考試作弊現(xiàn)象，則會導(dǎo)致平時不學習或者學習不好的同學考試成績反而高于真正學習的同學，對學生來說喪失了公平性，從而嚴重影響學生的學習積極性。因此學校要規(guī)范考場秩序、嚴肅考風考紀、凈化考試環(huán)境、倡導(dǎo)誠信考試，并且對相關(guān)監(jiān)考老師進行責任認定，做到監(jiān)考老師應(yīng)盡的義務(wù)，確保不會出現(xiàn)作弊現(xiàn)象。目前作弊較為突出的是利用現(xiàn)代通信技術(shù)如微信群、QQ群等手段進行大規(guī)模作弊，因此相關(guān)部門應(yīng)該借鑒全國性考試的相關(guān)措施，如采用探測器等嚴格限制學生攜帶通信設(shè)備進行考試。

在加強考試紀律的同時要規(guī)范相關(guān)測評工作，保證真正學習的學生能夠得到其應(yīng)有的收獲，而不學習的同學要受到相應(yīng)的警告以及處分。在評價過程中要嚴格按照學校規(guī)章制度執(zhí)行，確保公平、公正的進行評價以保證學生學習的動力和積極性，讓考核更加科學、合理、貼近實際[8]。

（四）加強課堂質(zhì)量，杜絕從事與學習無關(guān)事項

針對學生上課手機上癮以及沉迷于各種網(wǎng)絡(luò)游戲和短視頻等，導(dǎo)致在上課期間不能投入到課堂學習中的問題，應(yīng)理論聯(lián)系實際，將生活中的實例引入課堂，采用案例教學法，將學生的注意力吸引到課堂。在教學活動中優(yōu)化設(shè)計教學活動，使教學活動形式多樣化，同時依據(jù)確定的教學目標，根據(jù)不同的教學環(huán)節(jié)，依學生的認知規(guī)律，對知識結(jié)構(gòu)進行合理安排，并采用循序漸進、因勢利導(dǎo)有效的教學方法[9]，以盡可能優(yōu)化課堂的授課設(shè)計，使學生在有限的時間內(nèi)到達學習目的，將學生的注意力吸引到教學內(nèi)容中，而不至于使課堂教學變得沉悶、枯燥。同時可以靈活采用多媒體，適當?shù)夭捎矛F(xiàn)代教學技術(shù)通過聲像并茂、知識趣味交融的學習環(huán)境，增強學生的感知認識、激發(fā)學生的學習興趣。可根據(jù)課程內(nèi)容，合理和科學地選擇各種教學手段使課堂教學豐富多彩。

四、結(jié)語

工程力學是工科類專業(yè)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課并且與現(xiàn)實生活息息相關(guān)，同時與工程技術(shù)的發(fā)展相輔相成。工程力學課程改革的關(guān)鍵在于要能夠精確定位教學中的問題，并針對具體的問題進行相應(yīng)的改革，有效提高學生的學習積極性，從而培養(yǎng)學生的實踐感性認識，提高力學知識的綜合運用能力，為改進教學效果，促進教學改革，為新世紀新工科人才培養(yǎng)提供有效的途徑。

參考文獻：

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基金項目：本文系內(nèi)蒙古工業(yè)大學教改項目（2019233）的研究成果

作者簡介：郎風超（1978— ），男，蒙古族，河北圍場縣人，內(nèi)蒙古工業(yè)大學理學院力學系，副教授;劉佳偉（1992— ），男，漢族，山東煙臺人，內(nèi)蒙古工業(yè)大學碩士研究生;姜愛峰（1980— ），男，漢族，內(nèi)蒙古工業(yè)大學理學院力學系，講師。