王敏容 鐘志恒

摘 要：文章以周培源力學(xué)競(jìng)賽和結(jié)構(gòu)力學(xué)競(jìng)賽為契機(jī)，探討以競(jìng)賽促進(jìn)“力學(xué)”課程的教學(xué)改革思路。分析了力學(xué)競(jìng)賽中存在的問(wèn)題，提出了以提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，結(jié)合工程實(shí)例，訓(xùn)練學(xué)生的力學(xué)建模能力，運(yùn)用多種教學(xué)方法，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)力學(xué)基本原理的理解和綜合問(wèn)題的訓(xùn)練，以競(jìng)賽為依托培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，實(shí)現(xiàn)“力學(xué)”課程教學(xué)改革措施。

關(guān)鍵詞：力學(xué)課程；教學(xué)模式；教學(xué)改革；力學(xué)競(jìng)賽

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-4107（2018）06-0022-02

學(xué)生參與的力學(xué)競(jìng)賽主要是全國(guó)周培源大學(xué)生力學(xué)競(jìng)賽和中南地區(qū)高校土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)力學(xué)競(jìng)賽，均為每?jī)赡昱e辦一次。至今，周培源力學(xué)競(jìng)賽已成功舉辦了十一屆，結(jié)構(gòu)力學(xué)競(jìng)賽已成功舉辦了六屆，越來(lái)越多的學(xué)校和學(xué)生都加入到了力學(xué)競(jìng)賽中，取得了良好的成績(jī)。參加力學(xué)競(jìng)賽，不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生的分析能力和創(chuàng)新能力，而且能提高教師的教學(xué)水平，促進(jìn)力學(xué)課程的教學(xué)改革，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。本文結(jié)合近兩屆學(xué)生參加力學(xué)競(jìng)賽的比賽情況，總結(jié)學(xué)生參加力學(xué)競(jìng)賽中存在的問(wèn)題，思考力學(xué)課程教學(xué)改革的方向，以力學(xué)競(jìng)賽促進(jìn)力學(xué)教學(xué)改革，以期望提升力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生的工程綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。

一、力學(xué)競(jìng)賽現(xiàn)狀

第六屆到第十屆的全國(guó)周培源大學(xué)生力學(xué)競(jìng)賽試題不是學(xué)生常接觸的習(xí)題內(nèi)容，充滿著趣味性、綜合性和創(chuàng)新性，以考查學(xué)生的綜合分析能力和創(chuàng)新能力為主[1]。競(jìng)賽題目不同于習(xí)題中的已知條件求未知問(wèn)題，而是以趣味性的魔術(shù)、雜技、生活等故事引出力學(xué)問(wèn)題或現(xiàn)象，已知條件隱藏在故事之中，需要學(xué)生讀懂題后建立力學(xué)模型；題目求解需要綜合運(yùn)用多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，一道題求解需要理論力學(xué)結(jié)合材料力學(xué)的知識(shí)，考慮多種因素，采用多種方式求解。雖然試題考查的都是力學(xué)的基本知識(shí)點(diǎn)，但各地的競(jìng)賽成績(jī)并不理想，獲獎(jiǎng)的學(xué)生試卷分?jǐn)?shù)都低于預(yù)期的分?jǐn)?shù)[2]。第十一屆的周培源力學(xué)競(jìng)賽試題由兩部分組成，第一部分是基礎(chǔ)題，和平常學(xué)生的練習(xí)題類似；第二部分是提高題，和前幾屆的競(jìng)賽題目相似，綜合性和靈活性較強(qiáng)。以廣東賽區(qū)為例，基礎(chǔ)題的得分率高于提高題，其中146人的基礎(chǔ)題和提升題都能得分，224人僅能基礎(chǔ)題得分而提高題得分為0，雖然最高分較往屆有所提高，但平均分基本和前幾屆持平。結(jié)構(gòu)力學(xué)競(jìng)賽試題與學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)考試的題目類似，競(jìng)賽試題平均分遠(yuǎn)高于周培源力學(xué)競(jìng)賽，學(xué)生對(duì)靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力普遍掌握得較好，對(duì)綜合運(yùn)用力法、位移法、力矩分配法等計(jì)算超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力掌握較差。

二、由競(jìng)賽反映出力學(xué)教學(xué)中存在的問(wèn)題

力學(xué)競(jìng)賽的成績(jī)不僅反映出了學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握程度和綜合運(yùn)用能力，也反映出了基礎(chǔ)力學(xué)課程教學(xué)效果中存在的問(wèn)題。

（一）基礎(chǔ)知識(shí)不牢固

參與力學(xué)競(jìng)賽的學(xué)生大多數(shù)是經(jīng)過(guò)學(xué)校選拔或?qū)αW(xué)有興趣的學(xué)生，以大三學(xué)生居多，他們已學(xué)過(guò)了理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等課程，但在力學(xué)競(jìng)賽輔導(dǎo)中仍表現(xiàn)出力學(xué)原理不清晰，基礎(chǔ)知識(shí)不牢固的現(xiàn)象。第十一屆的周培源力學(xué)競(jìng)賽試題基礎(chǔ)題有25%學(xué)生得分低于5分，綜合起來(lái)對(duì)靜力學(xué)空間力系、摩擦、動(dòng)力學(xué)定理的運(yùn)用，強(qiáng)度理論以及組合變形掌握較差。

（二）力學(xué)建模能力較弱

周培源力學(xué)競(jìng)賽中的綜合題，需要學(xué)生先自己分析題目、建模、簡(jiǎn)化后再處理復(fù)雜問(wèn)題，多數(shù)學(xué)生都無(wú)從下手分析，不能讀懂題意。學(xué)生們習(xí)慣了根據(jù)教材例題和習(xí)題中給定的模型求解，而將實(shí)際問(wèn)題簡(jiǎn)化為力學(xué)模型分析的能力較為薄弱。結(jié)構(gòu)力學(xué)的競(jìng)賽題更接近作業(yè)題，學(xué)生的得分率高于周培源力學(xué)競(jìng)賽。力學(xué)課程中，給定模型的習(xí)題練習(xí)較多，問(wèn)題分析太少，學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力不足[3]。

（三）綜合運(yùn)用能力較差

周培源力學(xué)競(jìng)賽和結(jié)構(gòu)力學(xué)競(jìng)賽中的綜合題都需要學(xué)生準(zhǔn)確判斷知識(shí)點(diǎn)、綜合運(yùn)用多種知識(shí)、快速計(jì)算各個(gè)問(wèn)題，對(duì)學(xué)生的綜合運(yùn)用能力要求較高，這類題型在整個(gè)試卷中得分是較低的。目前在力學(xué)課程教學(xué)中，學(xué)生接受綜合題的訓(xùn)練太少，將各種知識(shí)綜合運(yùn)用的能力較差。

三、以競(jìng)賽促進(jìn)力學(xué)課程教學(xué)改革

以競(jìng)賽為契機(jī)，針對(duì)競(jìng)賽反映出來(lái)的問(wèn)題，以賽促教，改革教學(xué)方法，加強(qiáng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題和綜合運(yùn)用問(wèn)題的訓(xùn)練，創(chuàng)新學(xué)生的思維能力，提升教學(xué)效果。

（一）結(jié)合工程實(shí)例訓(xùn)練學(xué)生力學(xué)建模能力

力學(xué)來(lái)源于生活和工程實(shí)例，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)緊密結(jié)合工程實(shí)例，突出學(xué)生的專業(yè)工程背景。以工程實(shí)例提出問(wèn)題，讓學(xué)生帶著問(wèn)題思考，學(xué)會(huì)建立力學(xué)模型分析問(wèn)題，利用力學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題。即在課堂教學(xué)中按照“實(shí)例—理論—實(shí)例”的原則，以典型的工程事故引出本次課需要講解的知識(shí)點(diǎn)，理論知識(shí)講授完畢后要求學(xué)生再結(jié)合工程實(shí)例分析事故原因及改進(jìn)措施，讓力學(xué)知識(shí)從工程中來(lái)再回到工程中解決工程問(wèn)題[4]。并結(jié)合專業(yè)課中的橋梁、廠房、高層等構(gòu)造，要求學(xué)生建立相應(yīng)的力學(xué)模型，且能正確地將約束和荷載簡(jiǎn)化作用于力學(xué)模型上。通過(guò)將專業(yè)課程和力學(xué)課程相銜接，學(xué)生理解了力學(xué)課程與專業(yè)課的關(guān)聯(lián)，也為學(xué)生更好地學(xué)習(xí)專業(yè)課做鋪墊。

（二）多種教學(xué)方法相結(jié)合

課程教學(xué)采用基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)和基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)、探究式教學(xué)方式，以工程中的“項(xiàng)目”或“問(wèn)題”這一類真實(shí)復(fù)雜的問(wèn)題為核心，引導(dǎo)學(xué)生思考討論，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，提升學(xué)生的力學(xué)分析能力和綜合應(yīng)用能力。

（三）加強(qiáng)力學(xué)基本原理理解

在綜合題中，很多學(xué)生找不到入手點(diǎn)，不能正確選擇合適的公式進(jìn)行分析，其根源就是對(duì)力學(xué)的基本原理理解不透徹。力學(xué)課程教學(xué)中，學(xué)生對(duì)理論公式的推導(dǎo)普遍不感興趣，很多教師在講解中也是簡(jiǎn)要說(shuō)明推導(dǎo)過(guò)程，學(xué)生對(duì)公式的基本假設(shè)、思路都不清晰，相應(yīng)也就不會(huì)對(duì)這類知識(shí)進(jìn)行舉一反三的運(yùn)用。如彎曲切應(yīng)力公式的推導(dǎo)思路在周培源力學(xué)競(jìng)賽中作為常考點(diǎn)，但遇到類似題目時(shí)很多學(xué)生還是不能正確分析。在課程教學(xué)中，將基本原理、公式推導(dǎo)重點(diǎn)和難點(diǎn)等采用MOOC、微視頻等形式，讓學(xué)生課前預(yù)習(xí)，并將公式的推導(dǎo)作為課后的練習(xí)以加深學(xué)生的理解。在力學(xué)競(jìng)賽培訓(xùn)中，則需要注重學(xué)生對(duì)基本原理的理解，并要求學(xué)生自己對(duì)基本原理總結(jié)和梳理，找出相關(guān)知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系，理清原理的適用條件以及能解決的相關(guān)問(wèn)題。

（四）加強(qiáng)綜合問(wèn)題的訓(xùn)練

力學(xué)競(jìng)賽培訓(xùn)中，教師對(duì)歷年考試綜合題進(jìn)行逐層剖析，引導(dǎo)學(xué)生采用“分過(guò)程—找知識(shí)點(diǎn)—后綜合”的思路來(lái)分析問(wèn)題[5]。先把要求解的問(wèn)題分為幾個(gè)過(guò)程，后尋找每個(gè)過(guò)程所需要的相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)并建立對(duì)應(yīng)的力學(xué)模型，最后綜合每個(gè)過(guò)程所需要的力學(xué)數(shù)學(xué)模型來(lái)尋求最終的答案[6]。練習(xí)中，要求學(xué)生按照這種思維方式來(lái)思考和分析問(wèn)題，并對(duì)每道題進(jìn)行總結(jié)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的訓(xùn)練，讓學(xué)生養(yǎng)成這種思維方式，習(xí)慣求解綜合問(wèn)題。結(jié)構(gòu)力學(xué)競(jìng)賽輔導(dǎo)中，注重綜合訓(xùn)練學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)快速解題的能力，如靈活運(yùn)用疊加法，不求出內(nèi)力直接畫出靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力圖，綜合運(yùn)用力法、位移法、力矩分配法等快速繪制超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力圖等。

（五）以競(jìng)賽加強(qiáng)創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)

建立以課程教學(xué)為基礎(chǔ)，以競(jìng)賽項(xiàng)目為載體，以能力訓(xùn)練為手段的創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式。結(jié)合國(guó)家、省、校三級(jí)力學(xué)競(jìng)賽和結(jié)構(gòu)模型比賽，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與比賽，感受比賽的樂(lè)趣，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)力學(xué)的興趣。結(jié)構(gòu)模型大賽，學(xué)生需要利用所學(xué)的力學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)模型方案，并撰寫結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)說(shuō)明書。模型的設(shè)計(jì)需要學(xué)生綜合利用材料的力學(xué)性質(zhì)結(jié)合受力狀態(tài)建模，說(shuō)明書的編寫充分體現(xiàn)學(xué)生力學(xué)建模、力學(xué)分析與計(jì)算的能力，是對(duì)力學(xué)知識(shí)的最好展現(xiàn)，也培養(yǎng)了學(xué)生的工程應(yīng)用、分析和創(chuàng)新能力。

四、結(jié)論

力學(xué)競(jìng)賽不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，對(duì)力學(xué)課程的教學(xué)改革也有重要的促進(jìn)作用。從力學(xué)競(jìng)賽中反映出來(lái)的問(wèn)題入手，以提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，結(jié)合工程實(shí)例訓(xùn)練學(xué)生的力學(xué)建模能力，多種教學(xué)方法相結(jié)合提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，加強(qiáng)對(duì)力學(xué)基本原理的理解和綜合問(wèn)題的訓(xùn)練，以競(jìng)賽為契機(jī)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。今后筆者將繼續(xù)以力學(xué)競(jìng)賽促進(jìn)課程教學(xué)改革，提高教學(xué)質(zhì)量，提升學(xué)生的綜合能力。

參考文獻(xiàn)：

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[6]劉安中，張速.幾種邏輯方法在力學(xué)競(jìng)賽輔導(dǎo)中的應(yīng)用[J].力學(xué)與實(shí)踐，2012，（3）.