应用型本科院校基础力学课程的教学改革与实践

◇南阳理工学院土木工程学院 张 扬

基础力学课程是应用型本科院校工科学生必修的技术基础课程。为了提高应用型本科院校基础力学课程的教学效率与教学质量和满足21世纪对高素质创新人才的需求，针对基础力学课程的教学现状，依据应用型本科院校的办学定位和培养目标，分别从教学内容、教学方法、实验与实践环节和考核方式等方面，对基础力学课程的教学改革与实践进行了研究和探讨。

应用型本科院校以应用型为办学定位，旨在培养具有较强社会适应能力和竞争能力的高素质应用型人才，同时对推进中国高等教育大众化进程起到了积极的促进作用。基础力学课程是应用型本科院校工科学生必修的技术基础课程，在整个课程体系设置中有着极其重要的地位。通过基础力学课程的学习，要求学生掌握力学的基本知识和理论，培养学生的抽象思维能力和逻辑思维能力，具备分析问题和解决问题的基本技能，为后续专业课程的学习打下扎实的理论基础。

现在，我国应用型本科院校的基础力学课程教学普遍存在以下问题：①教学内容陈旧，多年不变的教学内容与科技发展脱钩。在教学过程中，不重视对当代科学前沿理论、新结构、新材料和新技术的介绍。②教学方法单一。很多的应用型本科院校仍以传统的“黑板+粉笔”填鸭式灌输教学为主，不注重比较法、归纳法、启发式教学等多种教学方法和手段的综合运用。③实验、实践环节薄弱。由于应用型本科院校的基础力学课程具有学时少、涵盖内容多的特点，在制定课程教学大纲时，往往出现重理论、轻实验和实践的情况，较多的学时被分配给理论课，而实验、实践学时被压缩，这是与应用型本科院校的办学定位相矛盾的。④计算机技术在基础力学课程的教学中应用较少。一方面，多媒体教学没有得到广泛的应用；另一方面，学生还是采用“纸+笔”的方式求解力学问题，没有对学生利用计算机软件解决力学问题的能力进行有目的地训练。⑤考核方式单一。基础力学课程的考核大多采用的是传统的闭卷笔试，“一锤定音”，对学生解决工程实际问题能力的考核明显不足，考核体系亟待进一步完善。

基于基础力学课程的教学现状，按照应用型本科院校的办学宗旨，我们必须对基础力学课程的教学进行相应的调整和改革，以迎合社会发展的需要和满足21世纪对“厚基础、宽口径、强能力、高素质”创新人才的需求。

一、教学内容的改革[1-2]

应用型本科院校基础力学课程的教学应根据各专业的特点，科学合理地确定教学内容和教学重点，做到与专业一致。例如，在土木工程结构中常见的是受压和受弯构件，受扭构件则较少用到，所以对于土木专业来说，材料力学的构件基本变形部分应以轴向拉（压）和弯曲变形为教学重点。而在机械工程中受扭构件（如传动轴）也被大量应用，所以对于机械专业来说，轴向拉（压）、弯曲和扭转变形都要作为教学重点。

为了突出应用型本科院校的办学定位，基础力学课程的教学内容中要注重删去学术性的的东西，增加综合性、实用性和先进性的知识和内容。在基础力学课程的教学中要注意弱化力学公式的推导和证明演绎，合理分配课堂时间，把教学重点放在力学公式的应用和学生解决工程实际问题能力的培养上面。同时，在教学过程中还要注意对当代科学前沿理论、新结构、新材料和新技术进行介绍，这样不仅能够使学生了解到专业现状及其发展趋势，同时能够吸引学生，激发学生的学习兴趣，调动学生的主观能动性。

在基础力学课程的教学中，还要注意知识的相互渗透和衔接以及力学体系的整体与综合性，合理取舍，减少不必要的内容重复。例如，能量法中的虚功原理与单位力法因属结构力学中重点讲解内容，因此材料力学中相关内容就不必多讲。此外还要注意基础力学课程与其它专业课程的衔接，保持连贯统一，为后续专业课程的学习作好准备。例如，材料力学中的弯矩图画法规定和结构力学中的弯矩图画法规定不尽相同，所以对于土木专业来说，为了能够尽早按照专业要求对学生进行技能训练，在材料力学课程的教学中，可以提早引入结构力学的弯矩图画法规定，为后续结构力学课程的学习打下基础。

二、教学方法的改革[1,3]

为了调动学生的主观能动性，培养学生积极主动思考的习惯和解决工程实际问题的能力，应用型本科院校基础力学课程的教学应摒弃传统的“黑板+粉笔”填鸭式灌输教学方式，综合运用比较法、归纳法、图表法、启发式教学等多种教学方法和多媒体教学手段[4-6]。

众所周知，基础力学课程的内容繁杂、公式繁多，学生能否准确记忆力学公式是决定基础力学课程教学效果的一大关键。在教学过程中，要注意运用比较法，对相似公式进行比较，找出其中的规律，从而能够把不同的内容联系在一起，便于学生记忆。例如，对轴向拉（压）、扭转、弯曲变形时横截面的应力公式进行比较，可以得到如下规律：

又如，从平面问题的平衡微分方程，可以很容易地将其推广到三维的情况，得到空间问题的平衡微分方程，见图1，同时为了便于学生记忆，可以引入Einstein求和约定，将平衡微分方程统一写为：

图1 平衡微分方程

在基础力学课程的教学过程中，在章节结束处要注意及时运用归纳法对章节内容进行总结，将概念和知识点串成一个整体，使学生能够从整体上把握章节内容，同时在教学中还要特别注意对解题思路和解题方法等内容进行归纳总结，最好能以口决形式给出，便于学生记忆。例如，剪力图的画法可归纳总结为：从左向右画，按力的走向直接画（即力向上则向上画，力向下则向下画），没有力的区段为平直线，有均布荷载的区段为斜直线，斜向按的走向画（即向上则向上斜，向下则向下斜）。

为了引导学生在学习的过程中积极思考，充分调动学生的学习积极性和主动性，活跃课堂气氛，在基础力学课程的教学过程中要注意运用启发式教学，根据具体问题有针对性地分层次设问，循循善诱，引导学生独立思考，培养学生分析和解决问题的能力。同时在教学中，要充分利用多媒体技术和CAI课件，将多媒体教学作为基础力学课程的一种辅助教学手段，综合运用传统教学模式和多媒体教学，各取所长，以达到良好的教学效果。

三、实验与实践环节的改革

为了迎合社会对创新性、应用性人才的需求，应用型本科院校基础力学课程的教学要注重加强实验与实践环节，合理安排理论学时与实验学时，尽可能多的开展实验项目，特别是要增加综合性、创新性的实验内容，培养学生动手能力与创新能力，同时要让学生掌握运用计算机进行力学分析的技能与方法。为了方便学生进行基础力学课程的实验和提高实验室的利用率，应制定完善的日常实验室开放制度，让学生可以利用课外时间熟悉实验仪器设备及其操作方法，同时可以利用互联网技术建立网上实验室系统，学生做实验前登录网上实验室系统就能提前对实验项目和仪器设备进行了解，并可以根据自己的时间自行确定实验日期，只需提前在网上实验室系统进行预约即可。

随着计算机技术的发展，基础力学实验还可以借助现代数值模拟技术，虚拟模拟力学实验。利用数值仿真软件，如ANSYS、ABAQUS等，可以模拟一些实际实验室环境难以实现的力学实验，弥补常规实验条件的不足。另外，要注重培养学生运用计算机求解力学问题的能力。要求学生使用数学软件，如MATLAB、MATHEMATICA等，求解部分课后习题，这样不仅有助于学生对基础力学理论知识的理解，更重要的是对培养学生的实践和创新能力有着积极意义。

四、考核方式的改革

应用型本科院校基础力学课程的考核要摒弃传统的一次性闭卷考试的做法，走出“上课记笔记、考试背笔记、考完忘笔记”的怪圈，采用多层次、多渠道的考核方式。为了督促学生学习，监控学生的课程学习情况，亦让教师对教学情况进行反思，及时调整教学过程和教学方法，可以在学期中间增加一次考试，同时为了不带给学生额外的学业负担和心理压力，采用开卷和限制性开卷等形式进行。应用型本科院校基础力学课程的最终成绩要由三部分构成：①平时成绩（包括作业完成情况、到课情况和课堂提问讨论情况）；②笔试成绩（包括期中考试成绩和期末考试成绩）；③实验成绩。为了实现对学生知识掌握情况和能力的有效考核，要注意合理分配三部分所占的比例，具体见表1。

表1 基础力学课程的成绩构成

应用型本科院校基础力学课程的试题设计要分层次，一方面要对学生掌握课程概念性和基础性内容的情况进行考查，另一方面要对学生的知识应用、解决工程实际问题的能力进行考查。应用型本科院校的目标是培养合格的工程技术人才，所以试题设计一定要侧重于对学生分析、解决实际问题能力的考查，严格控制“三基”内容所占比例，避免学生出现高分低能的情况。在试卷评分规则的制定中，要合理分配分值，重视学生对题目的理解和分析，以及将工程实际问题转换成力学模型的能力，弱化对计算错误的扣分。

在重视能力培养和强调素质教育的今天，应用型本科院校基础力学课程的考核一定要加入对实验及动手能力的考查。实验考核要求学生能够按照给定的实验目的和要求，利用现有的实验设备和实验条件，自行设计出实验方案，并能独立动手完成具体的实验操作。实验成绩是根据学生提交的实验设计方案、实验报告以及学生实验操作情况来综合评定的，侧重于对实验设计方案的评价。实验设计方案的优劣在于方案的合理性、可操作性，以及选用的实验仪器和设备是否合适等。

五、结束语

应用型本科院校基础力学课程的改革既要有创新意识，同时又要符合学校的实际情况和办学定位，积极稳妥地推进，同时基础力学课程的改革应该与相应的专业课程的改革和建设紧密结合，在教学内容、教学方法、考核方式等方面进行不断的探索和实践。