军队院校工程力学课程虚实结合的形象化教学方法研究与实践①

陈红迁，王丹杰，张少亮

[摘 要] 工程力学是军事院校合训各专业学员的专业基础课程，在人才培养中具有重要地位。按照新编课程标准的要求，工程力学教学时数压缩至50学时。除了课程体系、教学内容不断调整和改革，在教学模式上也应积极转变，为了适应转型需求，提高力学课程教学效果，在工程力学教学中将一些形象化实例引入课程导入、课堂教学、实验教学等教学环节中，尝试采用有限元软件对教学实例进行模拟分析，尝试将教具设计引入教学实际，并将计算结果形象地展示给学员，使学员有一个感性认识，提高学员学习力学的积极性，提高课堂教学效果。

[关 键 词] 力学教学；虚实结合；教学方法

[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2017）31-0064-02

力学类课程是高等军事院校本科合训类各专业和直通车学员的工程技术基础课程，课程的基本任务是培养学员的科学思维、力学建模能力以及分析和解决实际工程问题的能力，着力培养学员的科學素质、工程素质和创新精神，以便能更好地适应在新时期信息化条件下装甲机械化部队初级指挥军官的能力和素质要求。

改革教学方法和教学模式，使课堂组织形式更加灵活，充分调动学员参与课堂教学过程中的积极性，探索符合课程改革精神的教学策略和模式，推进研究性和启发式教学等多种形式的教学模式，有助于改变教学过程中单向要求学生接受学习的现状，进而建立双向互动、共同发展的新型课堂交流模式，促进学员学习方式的转变，培养学生的科学思维能力和实践能力，同时对促进教员教学水平的提高、实现培养高素质新型军事人才的根本目标具有现实意义。

一、教学现状分析

目前由于《工程力学》《理论力学》《材料力学》课时数和教学内容之间的矛盾以及教学理念的陈旧，使教员在教学过程中很难采用更为灵活的教学方式。这样就使力学类课程的课堂教学仍然以讲授为主，基本上是沿用前苏联教育家凯洛夫的组织教学、导入新课、讲授新课、巩固新课、布置作业这五个环节的教学模式的“三中心”教学模式，由于缺乏课堂实践和互动，导致很多力学课课堂上出现教员在台上讲得兴致勃勃，学员台下满目茫然不知所云的状况。此外，随着电化教育的发展，在欧美流行的行为主义也受到了重视，由于电化教学强调形象化的情景教育，融入课堂成为有效的教学辅助手段，但特征仍然是以“教”为主的“三中心”教学模式。现有的教学模式能充分发挥教员的主导作用，提高课堂教学效率，是课堂教学必不可少的手段和模式，但存在一些弊端：（1）教学思想和教学观念落后，不利于培养学员创造能力和创新思维，混淆了“主导”与“主体”的区别。（2）功能目标上学习主体缺位，学员通常是被动接受知识，难以发挥学习的主动性，有的学员虽然是坐在教室里，实际上没有听课，或没有参与课堂学习活动，缺乏对某些内容进行充分讨论和思考的机会。（3）教学手段单一，操作机械，缺乏必要的教学演示工具，影响学员对教学内容的理解，不能满足学员需求，忽视了学员个性，没有考虑学员差异，学员思维和创造能力的提升受到限制。（4）理论脱离工程实际，导致学员缺乏把学到的知识运用到解决具体问题中去的能力。

二、虚实结合的形象化教学方法的基本思路和方法

通过对教学内容、学员学习态度和学习能力等进行深入分析可以在课堂上有针对性地采取启发式、案例式、研讨式、情景式、小班教学等灵活多样的教学方法和教学模式，达成虚实结合的课堂形象化教学，形成一种学习态度严谨、学员思维活跃、师生沟通顺畅、学习目标明确的课堂教学氛围。

（一）采取研讨式、启发式、案例式、情景式等灵活多样的教学方法，重视引导学员主动参与课堂教学活动

可以将案例式教学与研讨式教学相结合，由教员选取合适的案例并针对具体案例设置问题，引导学员在理论学习的基础上进一步分析、讨论，可以是师生之间的讨论，也可以是学员以小组形式自发进行的探讨和摸索，并将理论分析和研究的结果加以点评，将概念、定理的解释更为明晰化，有利于学员科学思维的培养和工程素质的提高[1]。

将启发式教学与自主学习相结合，有计划地指导学员开展自学活动。教员授课过程中将有拓展意义的定理或者案例加以提炼，对学员加以适度的启发引导，鼓励学员课下自主学习，深入理解相关的概念以及解决问题的思路和方法，可以缓解课时不足带来的矛盾，而且还是提高学员自身能力的重要手段。

（二）利用模型和教具，增加课堂演示教学

选择装备中的典型零部件等实物作为工程实例开展教学。根据课程内容需要制作系列教具，配合教学内容的讲解进行演示，增加教学内容的直观性以及课堂教学的趣味性、生动性，以达到提高教学效果的目的。

（三）将数值模拟技术引入课堂教学

将一些计算实例引入课程导入、课堂教学、实验教学等教学环节中，有限元模拟软件具有强大的前后处理功能，能很好地模拟工程实际中的各种结构和构件，将计算结果形象地展示给学员，使学员有一个感性认识，提高了学员学习力学的积极性。

（四）注重非智力因素的作用，注意对学法的指导，突出“学”的主动性，进行教学模式改革

学员的学习目的、兴趣、意志、态度等非智力因素是教学的动力，对学员学习起着发动、调节等作用，在教学方法和模式的选择上同时吸收教育心理学的成果，发挥非智力因素的作用，能使学员生动而且主动学习，从“爱学”到“学会”，再到“会学”。

三、方法与实践

根据内容性质和难度不同，把章节进行分类，不同章节设计出不同的虚拟实验或者教具演示装置，以使抽象的概念变得直观易懂。

（一）抽象理论可视化

工程力学课程需要讲述大量抽象的概念、定理和理论，要想在有限的学时内将这些概念和知识点传授给学员，就必须增强授课的趣味性，提高课堂授课效果。在讲授时保证科学准确的前提下，更要想办法将抽象的概念形象化、直观化，缩短理论与生活的距离，通过模型和教具的课堂演示，可以增强学员的感性认识，提高学员的求知欲望[2]。

例如，在压杆稳定这章内容中，“临界压力”和“失稳”对学生来说是比较难理解的两个概念，很容易和轴向压缩杆件的屈服问题相混淆，对此，教师可以制作简易的压杆演示装置，来展示临界压力和失稳的概念。如图1所示。

（二）模型教具身边化

应力应变分析这一章的部分内容对学员来说比较抽象难懂，由于综合性较强，需要对前述章节的知识掌握得比较扎实才能更好地理解本章的基本概念和方法。因此有必要用实物演示的方法给学生呈现出构件的破坏特性。而实物的破坏特性演示需要一个过程，在课堂中展示具体的工程构件破坏过程不太现实，可以利用粉笔作为教具，演示脆性材料扭转时的破坏现象，在平面应力状态分析内容时引导学员分析破坏的原因，如图2所示。

此外，还可以用ansys软件等工具对工程中的构件进行建模及应力应变分析，模拟出构件在不同载荷下的变形及应变特点，使应力应变的分布變得比较直观，以使学员对构件在复杂载荷下强度分析的理解更为全面，并增强学习这一部分内容的信心和兴趣。

通过上述措施，大部分学员对抽象概念的理解和接受速度有了明显提高。

四、总结

采用形象化教学着重构建新的教学模式，旨在培养和提高学员的学习主动性、创新性和动手能力。在满足课程标准基本要求的基础上，在一定范围内构建开放式并与新培养目标相适应的力学课程教学模式，注意传授力学知识与培养应用能力相协调，在获得较为全面的力学知识的同时，使学员的创新能力、工程素质得到大幅度提升。另外，其对促进教员教学水平的提高，实现培养高素质新型军事人才的根本目标具有现实意义和广阔的应用前景。

一是制作一系列的教具和虚拟模型，将教具和虚拟模型实实在在引入课堂教学中，利用教具和虚拟模型体现教学内容，将抽象的理论转化为形象化的模型和展示，形成新的课堂授课模式。

二是学员参与教具和虚拟模型的制作，形成新的学习模式，促进以调动学员学习主动性和培养学员创新能力的新型教学模式的全面建设。

三是通过基于教具和虚拟模型的教学模式创新研究，总结出专业基础课教学模式改革的一些经验和方法，使力学课程成为实现我院人才培养目标的有力支撑。

参考文献：

[1]张小娜，刘秦.基于研讨课的形式谈“材料力学”实践教学模式改革[J].中国电力教育，2013（25）：24-26.

[2]孙敬敬.工程力学形象化教学改革初探[J].课程教育研究，2014（1）：36-38.