基于周培源力学竞赛的基础力学教学方法的思考

文/赵丽霞　刘丹丹

刘丹丹(1962.-),男,安徽合肥人,副教授,研究方向：固体力学。

摘　要：基于全国周培源大学生力学竞赛理论性、实用性、创新性、趣味性的特点,对基础力学教学方法进行了研究,提出在教学中要用新的教学模式加强学生创新思维能力,用理论与实践相结合的方式提高学生解决问题的能力,采用逻辑方法激发学生的学习兴趣,并注重各门学科知识的融合,从而使基础力学的教学达到更好的效果,为力学竞赛输送更优秀的参赛选手。

关键词：全国周培源大学生力学竞赛；基础力学；教学方法

基于周培源力学竞赛的基础力学教学方法的思考

文/赵丽霞刘丹丹

刘丹丹(1962.-),男,安徽合肥人,副教授,研究方向：固体力学。

摘要：基于全国周培源大学生力学竞赛理论性、实用性、创新性、趣味性的特点,对基础力学教学方法进行了研究,提出在教学中要用新的教学模式加强学生创新思维能力,用理论与实践相结合的方式提高学生解决问题的能力,采用逻辑方法激发学生的学习兴趣,并注重各门学科知识的融合,从而使基础力学的教学达到更好的效果,为力学竞赛输送更优秀的参赛选手。

关键词：全国周培源大学生力学竞赛；基础力学；教学方法

作者简介：赵丽霞(1980.-),女,吉林磐石人,硕士研究生,讲师,研究方向：动态断裂力学。

中图分类号：G642

文献标志码：码：A

文章编号：号：2095-9214(2015)08-0132-02

基金项目：安徽省教育厅振兴计划重大教研项目《基础力学教改中的“以赛促进”》 项目编号：zy321

力学作为工程领域的基础学科,它在推动我国科学技术现代化发展过程中起着重要的作用。而全国周培源大学生力学竞赛的举办恰好检验了全国高校基础力学教学水平和教学成果,因此,它不仅受到周培源基金会的支持,而且还受到国家教育部的支持,由原来的四年一次改为每两年举行一次,目前已举行了十届,赛事规模和参赛人数也不断扩大,从第一届1988年12所高校62人参赛到如今近百所高校数万名学生参加。可见,该竞赛符合我国科学技术和教育事业发展,是一项大学生喜欢的赛事。随着考试题目实用性、趣味性、灵活性、创新性的提高,其规模和影响力还在不断扩大,越来越多的高校将周培源大学生力学竞赛作为培养优秀力学人才的目标,越来越多的用人单位也将力学竞赛的奖项列入了招聘时考察的条件。基于全国周培源大学生力学竞赛理论性与实用性并存的特点,引发了对基础力学传统教学方法的思考。

一、用新的教学模式加强学生创新思维能力的培养

从历届竞赛试题可以发现题目的创新性不断提高,比如刚刚举办的第十届竞赛中的第三题,要求考生自己设计贴片方案来测定构件单位长度质量和切向作用力,如何能根据题意设计出最佳方案,这对参赛学生的创新思维能力有了更高的要求。传统的基础力学教学手段以灌输为主,经常都是教师一人讲,学生坐下听。为了加强学生创新思维能力的培养,我们会将学生分成几个兴趣小组,针对本次课堂讲解的重要理论提出几个相关的工程问题,让大家分组讨论,分析问题所在,归纳事故可能原因,提出可行的解决手段,本着“讨论出真知”、“三人行必有我师”的原则,真正做到让学生参与进来,这样不仅可以使课堂气氛更加活跃,而且往往会有意想不到的结果,比如在讨论过程中,每个同学思考问题的角度不同,会得出更加全面的分析方法,许多创新性的想法就是在这个过程中迸发的。

二、用理论与实践相结合的方式提高学生解决问题的能力

从历届竞赛试题可以发现题目的实用性也在不断提高,比如刚刚举办的第十届竞赛中的第一题涉及到货箱的运输。因此建议课堂教学不要一味讲理论,必须依据“实践—理论—实践”的原则,即从同学们感兴趣的工程事故引出本次要讲的知识点,在理论讲解结束后再去分析事故原因及解决方法。比如我们在理论力学里讲到碰撞这一章时,可以先向同学介绍卫星的对接、汽车的追尾等实际问题,激发起学生兴趣后引入碰撞理论,最后说明这些事例都是可以用该理论去分析的。在材料力学中讲弯曲变形这一章时,可以将吊车梁引入进来,吊车梁常见的影响正常工作的现象是使吊车在行驶过程中发生较大的振动,另一方面使得吊车出现下坡和爬坡现象,究其原因就是吊车梁发生了弯曲变形,因此在设计时要提高它的弯曲刚度。还有就是为什么出现越来越多的斜拉桥,用大量的拉索代替桥墩,减少桥墩的数量,这样做的目的就是从构件的稳定性考虑的,使受压构件变为受拉构件,不会出现压杆失稳。这些工程实例的分析,不仅可以让学生们清晰认识到基础力学的重要性,也可以提高他们学习的积极性,同时再遇到类似的竞赛题目时也可以更得心应手。

三、注重各相关学科知识点的融合,寻求最佳解题途径

通过对历届竞赛试题的分析发现有些题目的求解方法不是唯一的,也有一道题目要综合几门学科进行分析的情况。比如第十届竞赛中的第二题求猴子在装置中某一位置时杆件的平衡位置,该题既可以用刚体静力学求解,也可以采用分析静力学的方法。而各学科知识的关联性及融合性的掌握恰恰是目前大学生欠缺的,他们在步入大学校园后,不断在接触新的课程,很多时候他们并不清楚这些课程开设的目的以及开设课程的先后顺序有何讲究,就更不要提知识的综合应用了。这对我们任课教师提出了更高的要求,在同学们刚刚接触这门新课程时,教师就必须让他们清楚所学内容的应用范围,可解决哪类工程实际问题,并分析与已经学过的课程的关系,同时在讲解过程中如遇到超出该学科研究范围的内容,一定要告诉学生在以后的学习中可以用哪门课程所学来进行求解,务必使学生形成一条完整的知识链,只有这样才能使他们遇到问题时迸发出不同的解决思路,或者才会考虑用不同学科的知识点综合求解。

四、采用科学方法论,激发学生学习的积极性

兴趣是最好的老师,是学习新知识的关键,也是接受新事物的基础。所以教师的首要任务就是要让同学们对力学学科产生兴趣,而近几届周培源大学生力学竞赛题目的趣味性也在增加,这也吸引了更多的同学参加此项赛事。经过不断的研究和验证,将常用的逻辑方法“归纳与演绎结合”、“分析与综合结合”引入基础力学的教学不仅可以激发学生学习兴趣,而且可以达到事半功倍的教学效果。归纳是从个别性的前提推论出一般性结论的推理方法。先摆事实,后求结论,这是从个别到一般,寻求事物普遍特征的认识方法。优点是能体现众多事物的根本规律,且能体现事物的共性。它有两种功能,一是概括一般情况,二是推测将来结果,缺点是容易犯不完全归纳的毛病。演绎是从一般性的前提推论出个别性结论的推理方法。先假说,后求证,这是从一般到个别,推论和判断个别事例的认识方法。优点是由定义根本规律等出发一步步递推,逻辑严密,结论可靠,且能体现事物的特性,缺点是缩小了范围,使根本规律的作用得不到充分的展现。归纳法和演绎法在应用上并不矛盾,有些问题可采用前者,有些则采用后者,而更多情况将两者结合着应用,则能收到更好的效果。分析是把事物分解为各个部分、侧面、属性,分别加以研究,是认识事物整体的必要阶段。综合是把事物各个部分、侧面、属性按内在联系有机地统一为整体,以掌握事物的本质和规律。分析与综合是互相渗透和转化的,一切论断都是分析与综合的结果。在基础力学的教学中,

五、注重力学基础及综合求解能力的培养

强调力学基础的重要性,要求学生在理论力学和材料力学的学习中不仅要熟背理论公式,而且要加强对一些基本概念的理解,进而思考出具有个人特点的理解方式。万丈高楼平地起,如果根基不扎实,不可能取得更高的成就。在扎实的力学基础上也要注重综合求解能力的培养,在平时的练习中,我们会给同学布置一些与实验相关的题目,在具体安排中要注意实验一定要与理论课紧密配合,使理论成为实验的指导,实验成为理论的验证和开拓,并锻炼学生对实验中出现的现象用理论知识做出合理的解释,培养他们理论与实验相结合的求解能力。也就是说在基础力学的教学中,应该更加注重学生实验方法和动手能力的培养,不要单一的认为所有问题都要用理论公式分析。

随着全国周培源大学生力学竞赛影响力的不断扩大和社会对高素质力学人才需求的不断增加,基础力学的教学方法的改革已经成为力学教师必须探索和思考的课题,希望在广大力学工作者的共同努力下,能探索出更好、更适合现代大学生的教学方法,为社会输送更多的优秀人才,为周培源大学生力学竞赛输送更强的参赛选手。

(作者单位：安徽理工大学理学院)

项目来源：安徽省教育厅振兴计划重大教研项目《基础力学教改中的“以赛促进”》

参考文献：

刘安中,张速.基于全国周培源大学生力学竞赛创新思维培养能力的实践.淮北师范大学学报：自然科学版,2013,34(2):71-73.

李道奎,李东,黄海兵,等.以力学竞赛促进基础力学教改的创新与实践.力学与实践,2011,33(3):80-81.

王玉山,王锐.关于材料力学教学方法的思考[山西]建筑〗.2008(1)