“工程力学”课程教学的探讨

时间:2017-09-06 论文范文 我要投稿

 论文关键词:工程力学 教学 创新
  论文摘要:文中指出了工程力学课程教学过程中存在的问题,结合工程力学课程特点,对教学内容、教学方法、教学手段及学生创新能力的培养进行了探讨与实践。
  
  工程力学课程是面向近机类和非机类各专业研究工程构件共性问题的专业技术基础课,其目的在于使学生掌握变形体力学分析中最基本的概念、原理和方法及其在工程设计中的应用。通过课堂教学和实践环节训练,使学生掌握构件的受力、变形的基础理论,培养学生判断工程中强度、刚度和稳定性问题的能力。在全校的基础课程体系中,工程力学占有重要地位,是构成诸多后续课程的基础性支撑平台之一。与大学物理学或理论力学不同,它并不是以质点和刚体为研究对象,而是引入了变形体的概念,并引入了诸如微元体、应变、应力等贯穿后续力学课程的基本概念。同时,它还涉及对学生基本研究素质和能力的训练,如:将具体的、复杂的研究对象抽象化、理想化,并建立正确的物理模型和数学模型的能力等。它是众多力学课程中的一个转折点,对学生后续课程的学习和知识结构的完善影响很大。
  
  一、存在的问题
  
  在工程力学的发展过程中,由于自身的特点,具有一些对培养创新型人才不利的因素。由于力学学科的历史悠久,传统知识占的比重较大,课程的内容大多几代沿袭,知识陈旧、内容重复的问题更为突出,特别是计算技术已经对工程对象性态分析的方法产生巨大冲击,近年来虽对部分课程的教学内容进行了不同层次的改革,且增添了一些现代内容,但并不完善。因此,进行力学课程的综合改革势在必行。其二,力学学科既是基础学科又是技术学科,但由于长期以来受中国传统的重基础理论轻技术的思想支配,在力学的学习中重视的是对理论知识的掌握,学生的广义的工程素质培养不够。其三,现代力学的一般研究方法多为演绎法,反映在工程力学的教材与教学中,均是从已知的基本定律出发,进行理论分析,导出一些定理和推论,由此来对力学系统作出预示。这样,学生在学习中很少接触归纳法和发散性思维的训练,对学生创新思维的培养极为不利。为此,必须改革现有的教学内容和方法。
  
  二、改革的探讨
  
  1.优化教学内容
  课程内容的体系结构与组织方式,是课程建设的重要组成部分。一个符合学生认识发展规律的课程体系和高效率的内容组织方式,对教师而言,是高水平教学效果的必要条件,对学生而言,是学生学习收益最大化的基本保证。本课程在教学内容方面着重于基本知识、基本理论和基本方法,在培养能力方面着重设计构思和设计技能的基本训练,在教学内容安排上,要突出一条主线,即以力的平衡、变形的几何协调、力与变形间的物理关系的研究为分析研究工程力学问题的主线,贯穿全书,以利建立对力学的整体认识。在教学内容选取上,对传统的经典内容加以精选,删去传统教材中一些陈旧的和重复的内容,重新组织课程的教学内容。如静力学中传统教材中都是从平面汇交力系、平面力偶系到平面任意力系,最后到空间力系。每一种力系都反复简化、合成、平衡的过程很浪费学时。改革后我们可以直接从空间汇交力系、空间力偶系讲起,当把空间任意力系的平衡方程推导出后,其它力系的简化结果、平衡方程就迎刃而解了。在运动学、动力学中减少质点运动学和动力学的内容,通过贯通、融合和相互渗透,消除课程中的罗列现象,减少大学物理和工程力学两门课程之间的重叠内容,强化两门课程之间的有机衔接。在材料力学中按照构件变形的内力、应力、变形来讲既节省学时,又便于各种变形的同异处的比较。教学实践证明,新的教学内容和新的组织方式,不仅有利于提高课程的教学效率,而且有利于使学生学会如何寻找事物的内在联系,掌握工程力学课程的精华。
  2.改进教学方法
  转变教育观念,发展创新教育,就要建立教师起引导作用、学生起主导作用的启发式教学模式,在教学的各个环节中对学生全方位地进行创新思维训练,使学生具有触类旁通、自我开发新知识以及发现和解决问题的能力。在求解方法训练中,注重对学生应用与开发大型结构分析软件能力的培养。这样,以力学模型的建立和求解为核心,在向学生传授知识的同时,有效地进行创新思维训练,从同一力学模型出发,通过多角度、多形式、多层次的例题变换,构造点、线、面、体的立体思维网络,从而使学生学习方向明确,思维空间增加,最大限度地激发学生的创造潜力。
  在课堂教学中,要善于提出问题,揭示矛盾,加强学生的联想能力、发散思维的能力,特别是培养学生发现问题的能力。结合工程力学课程的特点,可以这样提出问题、揭示矛盾:从简单问题引出复杂问题;从实验现象引出重要概念;从工程背景引出理论问题;从正问题引出反问题。在课堂讲授中淡化繁琐的数学推导与数字运算、强化定性分析,强化基于基本概念的直观判断,突出分析思路与分析方法。同时注重归纳思维方法。在讨论不同问题的个性(特点)时,突出共性的归纳。如不同基本变形应力分析方法的共性;静定问题与超静定问题的共性;不同材料物理模型下变形体力学分析的共性等。培养综合与扩散、求同与辨异等归纳思维方法。
  加强课堂讨论,活跃课堂气氛。促进学生对于问题、模型、假设、结论等物理与几何意义及结论的正确性条件等的讨论与探究。每次课均精选有思考、讨论题,使学生参与互动,进一步深入理解并掌握基本概念、基本理论和基本方法,引导学生积极思维。
  3.完善教学手段
  传统的教学手段是一支粉笔、一块黑板,教师用这种方法讲课易于掌握讲课节奏,细节分析透彻,但也存在着明显的不足:这门课程结构图多,在传统的教学中画图要占用很多的课堂时间,图形效果也并不理想。多媒体教学轻易地就解决了这个教学问题。多媒体技术是当今现代教育技术有效的手段之一,它可以有效地增加课堂上的信息量,提高课堂信息传递的质量,所以多媒体教学是必不可少的。但又不能完全依赖多媒体教学。由于设备条件的限制,多媒体教学技术在提高教学效率的同时,也将教师局限在计算机附近,教师的神态、语调等不能充分展现,在一定程度上削弱了教学效果,既影响师生情感交流,又影响教学互动,不易达到最佳讲课效果。而传统的板书教学却可以弥补多媒体教学的不足,让教师充分展现授课的形体感染力,增强教学效果。因此应注重现代化教学手段与课程教学的整合,充分发挥多媒体形象具体直观、图文清晰规范、信息量大面宽的优势,又保留板书教学节奏可控、交流自如等特点,这样可发挥现代教育技术在提高教学效率、提高教学质量方面的重要作用,使课程教学广泛采用多媒体技术,在主要教学环节全面实现多媒体化。教学实践证明,利用电子教案进行课堂教学可提高教学效率,教师可以有更多的时间进行课堂讨论,实现启发式教学,从而提高效果。单独的传统教学手段很难做到这一点。多媒体教学有利于教师主观能动性的发挥,不同的教师可以上出不同风格的课。

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