力学竞赛与工程力学课程教学改革关系探究

摘 要：文章从高等教育培养目标与工程力学课程在工程中的重要性出发，阐述了力学竞赛与工程力学教学改革之间的相辅关系。力学竞赛可以满足当前工程力学课程面临的课时少、内容多、理论强、实践性差的特点，同时工程力学课程教学改革可以更好地为各专业的工程服务。
　　关键词：工程力学；竞赛；教学改革 
　　力学作为一门最为古老的经典学科，是许多工程学的基石。物理学研究的“力热声光电磁”几大现象中，力学也是重点。回顾我们最初接触的初中和高中物理，都是从力学开始学起的。这些都体现了力学的基础作用。随着理论的成熟和技术的进步，力学也得到了极大的发展，形成了更为细致的门类。与其他学科的交叉融合，形成了许多力学交叉学科，如与热的结合形成了热力学，与电的结合产生电动力学和电流体动力学，与磁的结合形成磁流体力学，与生物学的结合形成生物力学等。人类社会进步和经济发展的需求不断促进力学与其他学科的交叉，力学的不断发展，使力学一直保持着新鲜的生命力[1-2]。
　　“工程力学”课程是高校许多工科专业学生都要学习的纽带课程，包括基本的理论力学和材料力学。因为它的基础性，该门课程一般在大学第三学期或第四学期开设，正常情况下由专门的力学专业教师讲授[3]。由于力学与数学联系密切，公式推导较多，逻辑性强，课堂教学理论较强，缺少趣味性和实践性，好多学生学起来积极性不高且效果不好，全校每年都有1/5的学生会在二力考试中不理想而影响到毕业。因此“工程力学”课程的教学改革一直在进行[4-5]。随着高等教育的大众化，高校扩招带来的全球人才竞争激烈，科技的快速进步，促使高校诸多课程都在进行着不同程度的改革。工程力学基础教学的课时在被不断压缩，如何在紧缩的课时中培养学生基本的力学能力，进而提高学生创新能力，为后续学生进入社会完成相应的工程应用打下良好基础，是高校领导和任课教师孜孜以求的目标。作为检验高校基础力学教学成果之一的竞赛，为工程力学的教学改革提供了一个契机并指引了一个方向[6-7]。
　　一、“工程力学”教学改革对于力学竞赛的意义
　　（一）高等教育的目的是培养创新型人才
　　高等教育的目的是培养综合能力强且具有创新精神的人才，以便更好地满足创新型社会的需求。要想有创新，就需要培养学生独立思考、独立解决问题的能力。爱因斯坦说过：“应当始终把发展独立思考和独立的一般能力放在首位，而不是获得专业知识。如果一个人掌握了他的学科的基础理论，并学会了独立思考和工作，他必定会找到自己的道路，而且比起那种主要以细节知识为培养内容的人来说，他一定会更好地适应进步与变化。”[8]
　　如何培养学生独立思考的能力呢？满堂灌的理论学习加理论验证的教学方式只能使学生丧失学习兴趣，爱学习的学生也只能是强行记住一些公式，会解一些典型习题，大部分学生都是为了应付考试，而考试之后就会几乎毫发无损地还给教师，达不到对大学生培养和训练的目的。
　　要想培养学生独立思考的能力，就要在基本理论学习的基础上，进行一定的工程实例的实验和实践训练。“工程力学”实验并不多，而且大多时候都是在教师的指导下进行，有的可能只进行演示，实现的只是对理论的验证。如果把实验的基本内容给学生，让学生自己思考实验过程，再去进行实验，效果会大大提高[9]。同时，由于扩招使学生增多，而高校的实验设备有可能没有及时补充，相对来说比较少，这也会影响到实验的效果。为了多方面锻炼学生的工程能力和独立思考能力，需要教师付出更多的精力和努力。教师可以在一个知识点讲完后，给学生提供一些生活中常见的力学实例让学生课下思考，如脚踏车时车架的受力分析，如四点式椅子和二梁式椅子的稳定性分析，如缝纫机工作时的运动分析等，然后利用一定的学时检验学生解决问题的成果，并由其他学生和教师共同进行点评。学生在处理类似的问题时，需要定性地将系统或装置抽象出一个物理模型，然后根据相应材料原理进行建模，最后思考求解方法。这样，可以使学生认识到力学与生产生活的息息相关性，调动学生学习力学的积极性；还能够以小见大地锻炼学生的工程能力，促使学生进行独立思考；另外能够强化学生提升解决问题的能力，在方法上积累惯性思维[10]。
　　（二）“工程力学”教学改革能更好地为各专业工程服务
　　“工程力学”课程教学改革要达到“学时少、内容新、水平高、效果好”的目的，就需要在有限的课堂学时内向学生传递更多的不断更新的知识信息。以往的教学模式要想做到这一点比较困难，因此要从教学内容和教学模式上全面进行改革探索[11]。教学内容安排上，剔除与高等数学和物理学中重复的内容，从较高起点进行讲授，但又需要避免建立空中楼阁之嫌，不能让学生一开始就有云中漫步的感觉。教学改革如何平衡这两个看似互相矛盾的问题，需要教师不断思考[12]。（1）先下手为强。上课之初，做好导论，使学生清楚该门课程在生产生活中的重要性和在课程体系中的地位，加强学生对课程的重视程度。强调课程的逻辑性，给出唾手可得的学习方法，让学生克服畏难情绪，增加学生的学习信心。（2）恩威并重。不同专业对该门课程的要求不同，尽管制定教学大纲时考虑到了全校工科专业多学生多的情况，但不能详细定出各个专业的纲要。而授课教师需要结合所授学生专业特点，进行教案准备和资料选择。理论方面不必讲得过深，本着够用就行的原则。重要的是掌握解决问题的思路和方法，结合生活中身边事例深入浅出进行讲授，先用简单例子进行讲解，再给出稍难些的实例让学生自己分析，遇到难点后再给予讲解。让学生紧紧配合课堂教学，虽经寒霜苦之过程，但最终会得到腊梅香之结果。（3）鼓励竞赛。鼓励学生参加各种涉及力学的竞赛。竞赛的题目往往比较新颖，与实际生活比较接近，会让学生深切感觉到工程力学是接地气的。同时竞赛的题目可以开拓学生的视野，扩展学生的科研思路，培养学生独立解决问题的能力。
    （三）“工程力学”教学改革有助于提升力学竞赛的水平与层次
　　“工程力学”的教学改革可以以竞赛为导向之一，在取得良好的教学效果后，也会促使力学竞赛水平得以提升。学生理论基础夯实了，工程思维形成了，那么简单的竞赛题目就不能满足学生的胃口了，就需要增加更深层次的工程实践问题进行比赛，使比赛上升一个新台阶。
　　二、力学竞赛对于“工程力学”教学改革的促进作用