应用型本科院校基础力学教学改革的实践探索

李书进+王晓军+厉见芬

摘要：基础力学是土木工程、交通土建、机械制造等工科的专业基础课。文章依据应用型人才的培养目标定位，提出让学生“在探索的过程中学习、在自主的条件下实验、在工程的背景下实践”的基础力学教学新理念，从探究式教学的运用、分层次力学实验体系的构建、开放式工程训练情境的营造等方面对基础力学教学进行全方位的改革和实践。

关键词：应用型本科院校；基础力学；教学改革

中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1002-4107（2014）07-0013-02

在高等教育大众化的大背景下，应用型本科院校担负着为我国经济社会发展培养高素质应用型人才的重任。一般认为，应用型人才是指具备一定理论基础知识，具有较高的综合素质和较强的实践能力，在工业和工程一线岗位从事解决实际问题并维持正常生产的高等技术型人才[1]。对于应用型人才的培养，要以实践能力培养的系统性代替知识培养的系统性[2]，解决封闭的课堂教学与开放的人才成长工程环境相矛盾的问题，探索适合应用型人才成长的教学模式。

目前，国内很多高校在基础力学的课程体系、教学方法[3-4]和结合工程实际[5-6]等方面都做了有益的尝试。常州工学院是一所定位于“面向基层、服务地方和培养高素质的具有创新精神和实践能力的应用型本科人才”的本科高校，学校基础力学教学团队针对应用型人才培养的特点，对基础力学的教学进行了卓有成效的改革实践。精讲基本概念和基本方法，突出力学原理的工程应用，提出让学生“在探索的过程中学习、在自主的条件下实验、在工程的背景下实践”的教学新理念，在应用型人才的力学知识与能力系统的塑造培养方面取得了良好的效果。

一、基础力学在应用型人才培养中的定位与问题

在应用型院校中，理论力学、材料力学、结构力学等基础力学课程是土木工程、交通土建、机械设计制造等工科专业的专业基础课，是联系基础课和专业课的桥梁和纽带，在专业培养计划中占有十分重要的地位。学生对力学知识体系和基本概念的理解和掌握程度，直接关系到后续专业课程的学习以及就业后解决工程实际问题能力的养成。与应用型人才培养目标相适应，本科基础力学教学应定位于“培养运用力学基本原理处理工程问题的分析与计算能力”。

目前，传统的基础力学教学尚有一些与应用型人才培养不相适应的问题。如课堂教学中采用以传授知识为目的的“填鸭式”教学模式，扼杀了学生学习的主观能动性和创造性；力学分析局限于简化后的计算简图，只考虑力学模型而忽视构件（结构）原形；力学实验采取“课堂讲授公式，实验验证理论”的固有模式，实验项目局限于验证性实验，学生按固定的步骤机械地完成实验；重理论而轻实践，工程实践教学缺位，力学课程与后续专业课程脱节，学生不能学以致用。这些问题的存在很容易导致学生对力学的学习失去兴趣，难以达到理想的教学效果。

二、运用探究式教学，在探索的过程中学习

针对基础力学课程的特点和学生的接受能力，运用探究式教学方法。探究式教学以学生为主体，教师为主导，在教师的启发下，学生在已有知识和经验的基础上按照自己的思维方式去认知新事物，通过主动学习原始材料探索有规律性的知识。教师在教学过程中着重引导学生总结规律、提炼结论，学生体验到发现新知识的兴奋感和完成任务的成就感，就会潜移默化地提高学习力学的自信心和积极性。

比如，在理论力学关于“点的速度合成定理”的教学，可利用PPT展示工地上塔吊的工作视频，向学生提出问题：“如何求滑车相对于地面的速度？”进一步引出“绝对速度”、“相对速度”及“牵连速度”等力学概念，通过讨论与启发形成解决问题的方法，并提炼形成结论性的知识点——绝对速度等于相对速度和牵连速度矢量之和，最后通过列举工程案例将新知识应用于实践。在探究式教学过程中，可让学生完整地体验到用力学原理解决工程问题的思路和方法，锻炼了分析问题和解决问题的能力。

再如，在材料力学关于基本变形的教学中，当学生学会从几何、物理和静力学三个方面入手推导“单轴拉伸（压缩）”正应力公式后，学生头脑中已经形成一定的思维模式和认知规律，此后的“圆轴扭转”、“梁的弯曲”等基本变形下的强度和刚度计算公式，推导思路基本相同，教师在教学过程中可只起引导作用，不再面面俱到地详细讲解，把探究问题的过程真正还给学生，使学生在开放与自主性的教学活动中主动参与新知识构建的全过程。

基础力学的各门力学课程构成了一个严密的知识体系，课堂教学中要适时地引导学生从知识体系的角度探究规律，不断加深、丰富对力学基本概念的理解。如关于杆件受力分析的截面法，材料力学中矩形截面梁的正应力关于中性轴对称，结构力学中的平行弦桁架的上、下弦杆的内力也是对称的，可认为桁架是由梁衍化而来的结构形式，在对比分析各种工程结构形式的受力特点及技术经济优势中，让学生加深对力学基础概念的理解，培养综合分析能力。

探究式教学教师由单向知识传授转变为基于解决问题的互动式教学，学生由被动继承知识为主的学习转变为对未知事物的主动求索，从“知识本位”上升到“能力本位”，从“发现问题”递进为“应用理论”。

三、构建分层次力学实验体系，在自主的条件下实验

力学实验是工程设计和科学研究的重要手段，也是培养分析问题、解决问题和独立工作能力的重要环节。力学实验体系的改革也应突出学生的主体地位，充分调动学生的主观能动性。根据学生认知能力和兴趣差异，构建由基础性实验、综合性实验和创新性实验构成的分层次实验体系，从不同层面培养学生的动手能力和创新能力，将实验内容从基础性课内实验向综合性课外实验延伸，实验性质也由验证性向综合性和探索性转变。

基础性实验由演示实验和基础实验组成。演示实验用于课堂教学中引出问题和验证理论。通过视频、动画、图片引导学生从感性认识逐渐上升到理性认识，启发学生从中提出问题或发现问题，应用所学知识解释力学现象并进行力学分析。基础实验是将理论教学中的基本概念和方法直接用于实验分析中，熟悉和掌握重要知识点，培养熟练操作实验设备、独立完成实验的能力。

综合性实验综合应用一门课程的多个知识点或多门课程的相关知识点，体现所学内容的交叉与融合。这类实验注重综合性和自主性（自选题目、自选实验方案），以提高学生综合应用所学知识解决实际问题的能力。

创新性实验配合后续专业课程的学习，就专业相关实际工程中的力学问题提出力学模型、分析方法和实验方案。或从任课教师的科研项目中提炼与力学计算相关、难度适中的实验内容，指导学生申报大学生创新训练项目，历经调研、立项、实施、结题等科研活动过程，使学生经受系统的科研训练。

四、营造开放性工程训练情境，在工程的背景下实践

（一）力学教学着眼于解决工程问题

实践教学是对学生进行基本技能训练、培养学生创新能力的重要手段，也是基础力学教学的重要环节。对于应用型本科的基础力学教学，要在专业培养计划中强化工程的观点，优化整合基础力学与后续专业课程的教学内容，将解决工程问题的能力作为检验教学效果的根本依据。

（二）提供各种训练途径培养学生的实践能力

在基础力学课堂教学之外开辟第二课堂，营造开放性的工程训练情境，结合力学竞赛、横向课题、社团活动等课外实践途径，让学生在真实工程的背景下体会力学建模、力学分析和计算过程，在实践过程中加深对力学知识的理解，提高对力学知识的综合应用能力。

相比常规教学方式，力学竞赛具有趣味性、激励性和交流性，切合学生思维活跃、参与欲强的特点。结合定期举办的省级、国家级大学生力学（实验）竞赛，组织学习能力强的学生报名参赛，并给予系统的辅导和培训。对于获得比赛名次的学生，所在学期的基础力学课程可予免考，直接给予良好以上的课程成绩，激励学生投入更多的精力来学习力学。

依托学校工程教育中心和校外实践教学基地，让学有余力的学生参与横向课题项目，特别是与力学原理相关性强的内容（如现场检测玻璃幕墙拉结螺栓锚固强度、检测钢筋混凝土屋架强度、检测行车混凝土梁挠度等），让学生参与完成其中的力学分析、工程结构位移测试、材料及构件力学性能检测等工作任务。让学生在真实工程背景中意识到力学的实用价值，可起到事半功倍的教学效果。

组织学生成立“力学社”、“机械创新社”、“工程检测小组”等科技社团，开展经常性的工程实践活动，以“项目实现”作为工程实践的组织原则，发挥社团骨干成员的核心作用，以点带面地发动更多的学生参与工程实践，既锻炼了学生用力学原理解决工程问题的能力，又培养了沟通协作能力和团队合作精神。

应用型本科基础力学的教学应秉承“从工程实践来，再回到工程实际中去”的理念，改革基础力学“课堂传授知识、实验验证理论”的传统教学模式，营造工程情境，让学生“在探索的过程中学习、在自主的条件下实验、在工程的背景下实践”，激发学生学习的主观能动性，为培养高质量的应用型人才奠定基础。

参考文献：

[1]吴晓义，唐晓明.应用型本科高校的发展定位、指导思想与校本特色[J].高教探索，2008，(4).

[2]吕建国，孙兆奇，曹卓良等.面向应用型人才培养的力学课程教学改革与探索[J].合肥师范学院学报，2012，(5).

[3]马景槐，朱福先.应用型本科院校工程力学课程教改与实践[J].江苏技术师范学院学报，2012，(4).

[4]党玲博，吴雁平.高校工程类专业基础力学课程教学改革探索[J].高等建筑教育，2013，(3).

[5]韩省亮，张陵，伍晓红.基础力学课程教学中的工程教育[J].中国大学教学，2011，(2).

[6]邓宗白，陈建平，范钦珊.在基础力学教学中强化工程能力和创新能力的培养[J].中国大学教学，2011，(11).

收稿日期：2013-11-24

作者简介：李书进（1975—），男，山东邹城人，常州工学院土建学院副教授，主要从事土木工程和高性能土木工程材料研究。

基金项目：江苏省高等教育教改研究课题“校企共建开放式工程实践教育中心的研究与实践”（2013JSJG048）