小議土木專業(yè)力學(xué)課程的教學(xué)革新

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目前，我校的力學(xué)任課教師都是帶著多媒體課件走上講臺，經(jīng)過多年的多媒體教學(xué)實踐，深深體會到多媒體技術(shù)的應(yīng)用給力學(xué)課程的教學(xué)改革帶來了一片生機。多媒體教學(xué)的優(yōu)點主要表現(xiàn)在：第一可以優(yōu)化教學(xué)過程和教學(xué)內(nèi)容。任課教師在課前將教學(xué)的重要內(nèi)容、重要的文字、圖片、聲像等信息事先編制好，在多媒體教學(xué)過程中做到文、圖、聲、像并茂，生動直觀，產(chǎn)生很大的趣味性，從而豐富學(xué)生的想象力，調(diào)動學(xué)生主動參與教學(xué)，使力學(xué)課程不再成為一門枯燥、抽象的純理論課程。第二可以幫助學(xué)生掌握重點和突破難點。多媒體課件把知識的重點和難點或突出以文字，或強調(diào)以色彩，或展示以圖形，對一些抽象的概念或復(fù)雜的關(guān)系，過去使用“千言萬語”和傳統(tǒng)板書也難以精確敘述清楚，現(xiàn)在可用多媒體生動、形象地演示出來，使學(xué)生易懂、易學(xué)。第三可以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。多媒體教學(xué)提供了豐富的多媒體信息和資料，可以充分調(diào)動學(xué)生的眼、耳、口、腦等多種感官，教師在課堂上有足夠的時間與學(xué)生互動、交流，為采用“啟發(fā)式”、“研討式”等教學(xué)方法提供了便利，使學(xué)生好學(xué)樂學(xué)，從而增強教學(xué)效果。

一、傳統(tǒng)教學(xué)方法

傳統(tǒng)教學(xué)方法是指教師以黑板+粉筆為主要教學(xué)工具，用精煉生動的語言完成“傳道、授業(yè)、解惑”教學(xué)內(nèi)容。在課堂教學(xué)中，教師站在講臺上親切自然，面帶微笑，手勢動作友好而輕松，再加上隨之而來的親切話語，講起定理，如嘮家常，流暢自如；講起概念，字字珠璣，句句到位，教師處處為學(xué)生著想，循循善誘，學(xué)生與教師同步思維，師生的心理和情感交融在一起，一堂課在緊張熱烈而又輕松愉快的氣氛中結(jié)束。這種教學(xué)方式具有很大的魅力，對學(xué)生產(chǎn)生強烈的感染力，學(xué)生自然聽得津津有味，教師講授的知識內(nèi)容也就點點滴滴落入學(xué)生的心田。當然，隨著信息技術(shù)的發(fā)展和教學(xué)改革的深入，傳統(tǒng)教學(xué)的局限性也是顯而易見的，例如僅依靠口述和板書在課堂中難以表達足夠多的信息量，這不符合培養(yǎng)復(fù)合型人才的要求。傳統(tǒng)教學(xué)對圖像的處理功能也較弱，教學(xué)效果還因教師個體差別而有顯著的不同。雖然傳統(tǒng)教學(xué)存在一些不足之處，但由于其簡便易行，因此傳統(tǒng)教學(xué)不可能完全被現(xiàn)代技術(shù)所替代，傳統(tǒng)教學(xué)中的講授、演示、練習(xí)等教學(xué)方法至今仍有強大的生命力。

二、計算機分析法

由于計算機的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，力學(xué)又增加了一種分析方法，即計算機分析法。目前計算機分析法已經(jīng)完全融入力學(xué)研究之中，在理論分析中，人們可以借助于計算機推導(dǎo)那些難于導(dǎo)出的公式，從而求得復(fù)雜的解析解。在實驗研究中，計算機不僅可以整理數(shù)據(jù)、繪制實驗曲線、顯示圖形等，而且可以選用最優(yōu)參數(shù)。特別是隨著有限元理論的逐步成熟及計算機硬件的迅速發(fā)展，現(xiàn)行的CAE（ComputerAidedEngineering）軟件已經(jīng)成熟，CAE軟件成為人們實現(xiàn)工程創(chuàng)新和產(chǎn)品創(chuàng)新的得力助手和有效工具。教師在力學(xué)課程教學(xué)中使用CAE軟件對工程問題進行物理力學(xué)性能的分析、模擬、預(yù)測、評價和優(yōu)化，這樣能使學(xué)生不出課堂就可獲得最真實、最全面的信息，極大地拓寬了學(xué)生的知識面，取得最優(yōu)化的教學(xué)效果。

三、工程案例法

力學(xué)課程既是理論性較強又是與工程實踐聯(lián)系密切的學(xué)科，實際工程案例是力學(xué)課堂教學(xué)過程中一項不可缺少的教學(xué)材料。在案例教學(xué)中，教師事先向?qū)W生公布案例討論的題目，指定閱讀材料。學(xué)生利用課后時間學(xué)習(xí)研究案例，進行小組討論交流。在課堂討論中，學(xué)生將所學(xué)理論知識應(yīng)用于案例分析和計算，就案例中的主要問題進行辯論和探討。教師對于討論進程和重點進行指導(dǎo)，并總結(jié)提煉必要的理論知識和基本原理。案例素材來源于工程實際，案例教學(xué)促進了理論與實際的結(jié)合，這樣既能幫助學(xué)生很快掌握理論知識，縮短理論與實際的距離，又能培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會創(chuàng)新思維方法，全面提高學(xué)生獨立思考、分析問題和解決問題等多方面的能力。

四、多種教學(xué)方法的有機結(jié)合

在教學(xué)過程中，教師是教學(xué)的組織者，起著主導(dǎo)作用。教師在講授力學(xué)課程時，應(yīng)針對本課程的教學(xué)特點，根據(jù)不同章節(jié)的不同內(nèi)容，恰到好處地使用教學(xué)手段，并把各種教學(xué)手段有機地結(jié)合起來，相得益彰，提高課堂教學(xué)質(zhì)量。下面以理論力學(xué)、材料力學(xué)課程為例，介紹根據(jù)課堂教學(xué)內(nèi)容有效發(fā)揮多種教學(xué)方法的優(yōu)勢，盡量做到和諧統(tǒng)一，以取得良好的教學(xué)效果。“緒論”這一章，涉及面較廣，許多內(nèi)容與工程實際聯(lián)系，而學(xué)生又缺乏工程背景知識，教師可運用多媒體技術(shù)將大量的工程實例用動畫演示，還可以在課堂中放映電視錄像教材《力學(xué)在工程中的應(yīng)用》，通過影片介紹力學(xué)在土木、水利、機械、航空航天等工程中的應(yīng)用。這些動畫、錄像資料起到了很好的輔助教學(xué)作用，大大增強了學(xué)生的工程實感和授課的信息量，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性。“點的合成運動”和“剛體的平面運動”這兩章一直是運動學(xué)教學(xué)中的重點內(nèi)容，對于動點的絕對運動、相對運動、牽連運動三種運動的分析，牽連點概念的理解，以及剛體的平動、定軸轉(zhuǎn)動、平面運動三種運動的判斷是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點。如果采用傳統(tǒng)教學(xué)方式講解具有很大的難度，因為傳統(tǒng)的教學(xué)方法無法向?qū)W生展示機構(gòu)動態(tài)的效果，不利于學(xué)生對知識的理解和掌握。教師可以充分利用多媒體技術(shù)把各構(gòu)件的運動情況演示出來，多媒體動畫的效果和作用是其它教學(xué)手段無法實現(xiàn)的。例如，用動畫演示刨床急回機構(gòu)、凸輪機構(gòu)的運動情況，形象地展示每個構(gòu)件各自的運動以及它們之間運動傳遞的聯(lián)接點，在播放的過程中講解一個點兩個系三種運動，這樣就能讓學(xué)生直觀地感受到動點三種運動的形成過程。在講授剛體平面運動可分解為隨基點的平移和繞基點的轉(zhuǎn)動時，為了解釋說明平移的運動規(guī)律與基點的選擇有關(guān)，而轉(zhuǎn)動的運動規(guī)律與基點的選擇無關(guān)，可以選擇不同的點作為基點，然后用動畫把運動過程生動的展現(xiàn)出來，學(xué)生自然就一目了然了。

多媒體教學(xué)可以將教師從煩瑣的板書中解脫出來，為互動式、啟發(fā)式等生動活潑的教學(xué)方法提供了方便。這種方式有利于調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，有利于教師知識轉(zhuǎn)化為學(xué)生知識。例如在講“摩擦角與自鎖”時，首先展示一些實際工程中自鎖機構(gòu)的圖片，如千斤頂?shù)龋缓蠼處熞龑?dǎo)和幫助學(xué)生對自鎖現(xiàn)象和素材進行分析歸納，從這些實例中總結(jié)出抽象化的力學(xué)模型，接著對力學(xué)模型進行受力分析，列出其靜力平衡方程，得出機構(gòu)滿足自鎖條件的結(jié)論，然后用動畫演示摩擦錐的形成過程以及自鎖的條件，最后教師給學(xué)生留有提問題的時間，教師聯(lián)系學(xué)生的問題進行點評，這樣層層深入，啟發(fā)中有互動，互動中有啟發(fā)，課堂精彩場面不斷出現(xiàn)。實驗是力學(xué)重要的研究方法之一。它既可以研究力學(xué)的基本理論應(yīng)用于實際問題時的正確性與適用范圍，又可以研究當一些基本理論難以解決實際問題時，通過實驗建立合適的簡化模型，為理論分析提供必要的基礎(chǔ)。教師利用動畫模擬演示實驗，形象直觀，可以加強教學(xué)效果。例如，在講解構(gòu)件的四種基本變形的變形特點、材料的力學(xué)性能、沖擊韌性、壓桿穩(wěn)定等內(nèi)容時，都可運用多媒體教學(xué)手段，通過動畫緩慢地演示整個試驗過程，將結(jié)構(gòu)在外力作用下的變形、破壞等方面的特性直觀形象地展現(xiàn)出來，幫助學(xué)生加深理解屈服極限、強度極限、伸長率等重要概念，這明顯要比僅靠言語在課堂上講解實驗的結(jié)論效果要好得多。

隨著力學(xué)課程體系改革的不斷深入，力學(xué)面臨著教學(xué)內(nèi)容要充實更新的迫切要求。因此，教師在多媒體教學(xué)中應(yīng)引入計算機分析這一新方法，這有利于拓寬學(xué)生的知識面。例如，在講述矩形截面梁橫截面上的彎曲應(yīng)力、圣維南原理、應(yīng)力集中等內(nèi)容時，利用目前在計算工程領(lǐng)域中最通用和有效的有限元分析軟件ANSYS進行計算機仿真計算，用多媒體技術(shù)在課堂上向?qū)W生演示ANSYS程序的建模、求解、提取結(jié)果三個基本過程，可以使學(xué)生清晰地觀看到截面上應(yīng)力的變化規(guī)律以及最大應(yīng)力的分布狀況，這不僅對學(xué)生全面掌握課堂教學(xué)內(nèi)容是十分有利的，而且還向?qū)W生介紹了國內(nèi)外有限元技術(shù)的最新科研成果，為將來學(xué)生進行工程設(shè)計計算打下基礎(chǔ)。力學(xué)課程的知識要點繁多，其中有些教學(xué)內(nèi)容并不適合使用多媒體教學(xué)方式，而采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式卻能取得事半功倍的效果。例如，物體的受力分析和構(gòu)件四種基本變形內(nèi)力圖的畫法是學(xué)生必須掌握的基本功，有關(guān)物體平衡、運動學(xué)、動力學(xué)問題以及構(gòu)件強度、剛度、穩(wěn)定性問題的計算方法是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容，學(xué)生只有通過不斷的解題實踐，才能正確理解基本知識和熟練掌握計算方法。因此，對于一些重要的基本概念、基本理論、公式推導(dǎo)以及例題的演算等，都應(yīng)由教師在黑板上親自講解。教師適當?shù)卦诤诎迳蠈懗鲆恍┲匾拍?、公式、結(jié)論中的關(guān)鍵詞，不但可以突出重點，加深學(xué)生的印象，而且可以調(diào)節(jié)課堂氣氛，避免學(xué)生由于長時間觀看大屏幕引起的視覺疲勞。在典型例題求解方面，教師更應(yīng)該在黑板上親自去畫、去演示，讓學(xué)生看到老師是怎樣演算的，并讓學(xué)生在課堂上進行同步訓(xùn)練，然后教師總結(jié)解題的思路與方法，這樣就能顯著提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

五、結(jié)束語

課堂教學(xué)的主體是教師，多媒體教學(xué)法、傳統(tǒng)教學(xué)法、計算機分析法、工程案例法等教學(xué)方式都只是教師在課堂教學(xué)過程中輔助的教學(xué)手段，正確的態(tài)度應(yīng)該是對各種教學(xué)方法進行揚長避短地使用，充分發(fā)揮各自的長處，不斷提高教學(xué)質(zhì)量，這才是我們追求的目標。（本文作者：龍志勤、習(xí)會峰、王志剛 單位：廣東石油化工學(xué)院建筑工程學(xué)院）