淺析材料力學(xué)的雙語教學(xué)
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摘要:材料力學(xué)是工科專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。為了卓越工程師的培養(yǎng)和教學(xué)相長意義上教師本身的發(fā)展，材料力學(xué)應(yīng)采用國際化的教育手段，即通過中外文結(jié)合進(jìn)行教學(xué)活動。對于這一新的教育方式，課題組從材料力學(xué)實(shí)行雙語授課的內(nèi)在需要、與之適應(yīng)的教學(xué)方法、如何選取外文教材、對教師的要求以及和電算結(jié)合等幾個方面，探討了材料力學(xué)在雙語教學(xué)實(shí)踐和發(fā)展中面臨的問題及解決方法。
關(guān)鍵詞:材料力學(xué)；雙語教學(xué)；計算機(jī)應(yīng)用
材料力學(xué)是以固體材料的強(qiáng)度、變形和穩(wěn)定為主要對象的基礎(chǔ)學(xué)科，是結(jié)構(gòu)和機(jī)械設(shè)計的學(xué)科基礎(chǔ)。為了在國際化社會科學(xué)的發(fā)展潮流中加強(qiáng)學(xué)科雙語教學(xué)質(zhì)量水平，也為了塑造大量既有專業(yè)知識又有較好外文水平的現(xiàn)代人才，高校近年正在逐步加強(qiáng)對于材料力學(xué)雙語教學(xué)的探索。隨著國際化的逐漸發(fā)展，國家間的交流日益增多，學(xué)科教學(xué)已不局限于單一語言的指導(dǎo)教育。雙語教學(xué)是未來教學(xué)的發(fā)展趨勢，通過這種新的教學(xué)方式，不但能提高學(xué)生專業(yè)英語水平，也使學(xué)生可以更多地參與國際專業(yè)交流。進(jìn)行中外文學(xué)習(xí)和查閱外文文獻(xiàn)過程中，學(xué)生可以吸取國外材料力學(xué)或相關(guān)學(xué)科的最新發(fā)展成果[1]。材料力學(xué)課程的雙語教學(xué)可以訓(xùn)練學(xué)生借鑒他人的思考角度，提升學(xué)生針對身邊的具體工程問題的思考、分析和解決的能力[2]。這種新型的教學(xué)方式可以促使傳統(tǒng)思維和現(xiàn)代思維融合，是學(xué)生培養(yǎng)才干的重要途徑[3]。開展雙語教學(xué)能夠使學(xué)生熟悉外國的技術(shù)規(guī)范和法律，更好地借鑒國外經(jīng)驗(yàn)技術(shù)，為今后自學(xué)國外的科學(xué)技術(shù)打下堅實(shí)的基礎(chǔ)[4]。下面我們將從必要性、教學(xué)方法、教材和教師條件、材料力學(xué)電算等幾個方面來探討材料力學(xué)雙語教學(xué)實(shí)踐面臨的問題和解決方法。
一、雙語教學(xué)的內(nèi)在需要
與其他課程一樣，材料力學(xué)需要改革，其中包括教學(xué)方法與教學(xué)內(nèi)容的革新，以適應(yīng)時代要求和啟發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與創(chuàng)造精神。
（一）教材改革
高等學(xué)校的材料力學(xué)課程教材和其他課程教材一樣，經(jīng)歷了幾個階段：直接使用或照抄西方國家教材；翻譯和使用蘇聯(lián)教材；在學(xué)習(xí)蘇聯(lián)的基礎(chǔ)上結(jié)合我國的特點(diǎn)和需要編寫、使用自己的教材；發(fā)揚(yáng)實(shí)事求是的精神，吸取國內(nèi)外教材的特點(diǎn)，對自編教材進(jìn)行修訂提高。這樣，材料力學(xué)課程教材從無到有，由質(zhì)量低到質(zhì)量較高，在滿足黨和國家培養(yǎng)高質(zhì)量人才的要求上，編撰老師是做出不少貢獻(xiàn)的。但是也應(yīng)當(dāng)指出，在取得成績的同時，我們在進(jìn)行材料力學(xué)課程教材選擇與編撰的道路上，還存在一些問題。目前，我國材料力學(xué)版本不少，但多大同小異，特色較少，有些只是內(nèi)容多少有差異，而教材的結(jié)構(gòu)、敘述、插圖例題等都類似，這種品種單調(diào)的情況滿足不了我國蓬勃發(fā)展的各類型的工科院校的要求。因此，我們要編出一些質(zhì)量較好的教材，一方面就要學(xué)習(xí)蘇聯(lián)教材敘述嚴(yán)謹(jǐn)、系統(tǒng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，另一方面又要結(jié)合英美教材比較重視應(yīng)用、理論聯(lián)系實(shí)際工程的長處，同時還能注入我國多年來所積累的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。在教材內(nèi)容的選擇上，必須從實(shí)際出發(fā)，實(shí)事求是，要考慮到課程的性質(zhì)和任務(wù)去精選內(nèi)容，不能盲目追求高精尖而引起教材內(nèi)容的大起大落。要保持教材的相對穩(wěn)定性，對已取得的成果，決不能輕率地推倒重來。實(shí)踐證明，許多優(yōu)秀的教材都要經(jīng)過多次的應(yīng)用、長期的錘煉、反復(fù)的修訂，才可能逐步臻于完善，達(dá)到較高水平。迄今為止，在我們已經(jīng)出版的材料力學(xué)教材中，達(dá)到較高質(zhì)量的還不多，教學(xué)參考書、習(xí)題集和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)等工具書還比較少，具有不同風(fēng)格、不同學(xué)術(shù)觀點(diǎn)和不同改革實(shí)驗(yàn)的教材和參考書就更罕見了，因此，材料力學(xué)教材建設(shè)的許多方面，還有大量的工作需要我們努力去做。我們在總結(jié)自己編寫教材經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，要認(rèn)真地分析學(xué)習(xí)國外的教材，在教師和學(xué)生共同的參與下，吸收其中對我們有用的成分，形成具有我國自己風(fēng)格和特色的材料力學(xué)教學(xué)，雙語教學(xué)是其中的一個重要的實(shí)現(xiàn)途徑。
（二）學(xué)生的外語水平
學(xué)生是教學(xué)活動的參與者。雙語課堂上會出現(xiàn)大量的文字和語音形式的外文詞匯，如何順利地接收和消化這些信息，學(xué)生的外語水平是重要保證。顯然，學(xué)生對外文的掌握程度越好，語言障礙越少，那么其學(xué)習(xí)成效就越大，這樣可以達(dá)到較好的授課效果。對于外文程度不高的學(xué)生，一般建議應(yīng)該在修完相關(guān)課程之后，再逐步開展雙語學(xué)習(xí)，當(dāng)然，也可以隨班學(xué)習(xí)相關(guān)外文知識和專業(yè)知識。英語水平首先表現(xiàn)為必要的詞匯量，只有具備了一定的詞匯量才能進(jìn)行外語的聽、說、讀、寫、譯訓(xùn)練。根據(jù)《大學(xué)英語教學(xué)大綱》的要求：大學(xué)生英語四級詞匯是4200個，材料力學(xué)的開課一般在二年級的下半學(xué)期，這個時間已經(jīng)有很多的學(xué)生通過了四級考試，具備了一定的單詞量基礎(chǔ)和良好的英語閱讀能力，因此學(xué)生可以從容組織語言并應(yīng)用專業(yè)知識學(xué)習(xí)這門課程。
二、雙語課程的教學(xué)方法
文獻(xiàn)[5]建議用對比教學(xué)法、調(diào)研教學(xué)法、激勵思考法、寫作訓(xùn)練法等幾種方法來提高雙語教學(xué)效果。
同時，我們強(qiáng)調(diào)雙語教學(xué)的關(guān)鍵目的在于學(xué)習(xí)國外同行對材料力學(xué)基本原理的不同和新穎的表現(xiàn)方式，并不是讓學(xué)生去生吞活剝地學(xué)習(xí)一些外文專業(yè)詞句。因此，在選定好外文材料力學(xué)教材后，需要給學(xué)生提供一些類似的中文教材。這樣就設(shè)立了外文材料力學(xué)和中文材料力學(xué)的對立面，好處在于：使學(xué)生們先使用母語較快地學(xué)習(xí)掌握材料力學(xué)的內(nèi)容和相關(guān)的中文專業(yè)表述；在此基礎(chǔ)上，在教師的帶領(lǐng)下學(xué)習(xí)外文材料力學(xué)對類似問題的不同解決方案，在學(xué)習(xí)具體問題的過程中，掌握外文對材料力學(xué)問題的描述和具體的解決手段。面對這種設(shè)置對立面的雙語教學(xué)方式，學(xué)生不僅不會丟掉根本的學(xué)習(xí)目的，還可以學(xué)習(xí)對同一材料力學(xué)原理的中外兩種解決方案，促使學(xué)生找出適合自己理解的那條路[5-6]。在這個基礎(chǔ)上，教師就可以循序漸進(jìn)地應(yīng)用雙方都易于接受的途徑達(dá)到雙語教學(xué)的目標(biāo)。根據(jù)相關(guān)的教學(xué)實(shí)踐和對一些教學(xué)問題的認(rèn)識，下面列舉一些教學(xué)方法。
材材料力學(xué)課程有自身的明顯特點(diǎn)，它應(yīng)用性與趣味性較強(qiáng)。將本課程講活的關(guān)鍵是充分而適當(dāng)?shù)亍奥?lián)系實(shí)際”。聯(lián)系實(shí)際還是潛移默化地增強(qiáng)學(xué)習(xí)目的性、提高學(xué)習(xí)興趣和主動性、培養(yǎng)工程觀點(diǎn)和處理工程問題的有效手段。為了在教學(xué)中能豐富地、生動地、恰如其分地聯(lián)系實(shí)際，教師多從事工程設(shè)計、科學(xué)研究，收集生產(chǎn)及科研中的有關(guān)實(shí)例，并從教學(xué)的角度加以提煉，是很有意義的。
加強(qiáng)自學(xué)能力訓(xùn)練的必要性，已不待言。這里，對當(dāng)今大學(xué)生的“實(shí)際自學(xué)能力”與“自學(xué)能力的潛力”應(yīng)加以區(qū)分。在材料力學(xué)的教學(xué)中，由于青年可塑性大、智力潛力大，大膽而又逐步地放手增加學(xué)生自學(xué)的比重是可行的，實(shí)踐證明，他們的潛力往往比我們預(yù)料的要大。開展課外“學(xué)習(xí)與研究”的科技活動，讓學(xué)生（首先是學(xué)有余力的學(xué)生）進(jìn)行研究性實(shí)驗(yàn)，對自學(xué)參考書及有關(guān)資料進(jìn)行綜述與評論，對一些問題進(jìn)行初步的研究和探討，寫學(xué)習(xí)報告、研究報告，這對于啟發(fā)創(chuàng)造精神，培養(yǎng)自學(xué)、實(shí)驗(yàn)研究、理論研究和表達(dá)等能力，以及運(yùn)用所學(xué)知識分析實(shí)際問題的能力，好處甚大。
在緒論及一些章節(jié)的“合理設(shè)計”部分，可以進(jìn)行（包括隱含）愛國主義教育；在問題的引出，公式的推導(dǎo)、應(yīng)用及合理設(shè)計部分，可以灌輸唯物主義及其辯證法；在問題的引出及理論的應(yīng)用部分，可以隱含學(xué)習(xí)目的及意義的教育，進(jìn)行工程觀點(diǎn)及方法的培養(yǎng)。其中，材料的線性假設(shè)：σ=Ee不宜作為基本規(guī)律（特別是在緒論中）提出，而且最好不要稱作“虎克定律”,宜改為“單向虎克定律”或別的什么名稱。要突出廣義虎克定律，它才是基本規(guī)律，而σ=Ee僅是它的特例，不強(qiáng)調(diào)這一點(diǎn)往往造成很大的誤導(dǎo)作用。
多學(xué)時大綱的基本部分，沒有“溫度及變形速變對材料性質(zhì)的影響、蠕變及松弛概念”，從科技發(fā)展及工程要求看，加上為妥。與強(qiáng)度（廣義）有關(guān)的材料知識（除金屬外還應(yīng)包括塑料等高聚物材料），除材料科學(xué)系學(xué)生外，其他的學(xué)生知道得過少。疲勞破壞與持久極限的概念，宜在“拉伸與壓縮”一章的材料機(jī)械性質(zhì)中先簡單地介紹，特別是對機(jī)械、航空等類專業(yè)的學(xué)生。這是從該內(nèi)容應(yīng)有的地位及教學(xué)效果兩方面考慮而言。
三、雙語教材的選取
我國的材料力學(xué)教材內(nèi)容主要沿襲蘇聯(lián)教材，其特點(diǎn)是偏重于理論、數(shù)學(xué)的嚴(yán)格性和系統(tǒng)性，內(nèi)容深、廣、寬，這種類型的教材為我國的工業(yè)化培養(yǎng)了眾多基礎(chǔ)扎實(shí)、思路縝密的科技人才，這個好處不能丟掉，但在這個基礎(chǔ)上，也可以了解一下歐美和日本的教程特點(diǎn)，為雙語教學(xué)的教材選擇提供一點(diǎn)借鑒。
英美教材總的基本特點(diǎn)是，強(qiáng)調(diào)應(yīng)力和應(yīng)變分析、變形和變形能計算；注意加強(qiáng)基本理論，擴(kuò)大知識面；也重視計算技能的訓(xùn)練和工程設(shè)計能力的培養(yǎng)。由于英美國家沒有統(tǒng)一的教學(xué)大綱，所以教材在選材和講法上有較大靈活性。英美教材有些內(nèi)容偏多偏深，這便于對程度較好學(xué)生進(jìn)行因材施教。由于教材風(fēng)格不同和講法多樣，對教師的教學(xué)很有參考價值。英美教材所存在的問題是，多數(shù)教材不如我國和蘇聯(lián)教材那樣細(xì)致嚴(yán)密，而往往只側(cè)重公式的應(yīng)用，這對于學(xué)生學(xué)好基本理論是不利的。有些內(nèi)容偏少或甚至沒有，如“強(qiáng)度理論”“交變應(yīng)力”等內(nèi)容，在各教材中差別很大。此外，英美教材中不提出構(gòu)件強(qiáng)度條件和強(qiáng)度計算，未引用不等式，這對學(xué)生掌握構(gòu)件強(qiáng)度計算的方法是不利的。
日本材料力學(xué)教材類型多樣，各具特色。有的教材內(nèi)容深而全，要求高，篇幅大;有的教材短小精悍，重點(diǎn)突出，以不同的方式啟迪學(xué)生的思路；有的教材將科技史料引入其中，這樣不僅使學(xué)生學(xué)到書本知識，而且學(xué)會獲取知識的方法；有的教材經(jīng)濟(jì)觀念較強(qiáng)，始終貫徹如何以最少的資源來發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)效益這樣一條主線。另外，日本教材還有一些特點(diǎn)：如言簡意賅、頗有新意、理論密切聯(lián)系實(shí)際、習(xí)題和題解方法極為豐富、圖文并茂，簡明直觀、通俗易懂方面有獨(dú)到之處?？傊x擇外文教材需要在中文教材的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同專業(yè)的教學(xué)要求、學(xué)生的特點(diǎn)，由教師來指定做到行之有效。
四、對教師的要求
雙語教學(xué)中，教師是最直接、具體的實(shí)施者和組織者，高素質(zhì)的雙語教師是推進(jìn)雙語教學(xué)的決定因素[6-7]。目前學(xué)?？蓪?shí)施英語教學(xué)的教師比例還很低，這與當(dāng)前教育國際化的要求不相適應(yīng)[8]。雙語教學(xué)要求授課教師必須更新教學(xué)理念，改革教學(xué)方法，從教學(xué)目的與教學(xué)方法之間的關(guān)系、知識教學(xué)和語言教學(xué)之間的關(guān)系等方面，探討雙語教學(xué)的特點(diǎn)[9]。教師講課時要合理充分地使用各種教學(xué)手段，如用圖片、多媒體等介紹材料力學(xué)與著名大型工程的關(guān)系[10]，將深奧的原理用易理解的動畫形式展示出來?？赏ㄟ^對比、問題、案例、調(diào)研、寫作訓(xùn)練、激勵思考等多種手段來提高學(xué)生的思維創(chuàng)新能力。教學(xué)可使用逐漸遞進(jìn)的方式來推進(jìn)[11]，也可以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為中心，采用案例式、討論式、啟發(fā)式教學(xué)，加強(qiáng)師生間的互動交流[12]。在學(xué)習(xí)基本理論的過程中，可適當(dāng)布置一些中外文結(jié)合的側(cè)重于靈活運(yùn)用基本概念和基本分析方法的習(xí)題讓學(xué)生鉆研和對比[13-14]。
五、電算和雙語教學(xué)結(jié)合
目前，計算機(jī)語言基本是英語或其縮略詞，雙語授課可以促進(jìn)學(xué)生提高解決材料力學(xué)問題的編程計算能力。隨著高等院校教學(xué)改革和人才培養(yǎng)計劃的調(diào)整和優(yōu)化，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，新材料、新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的不斷涌現(xiàn)以及社會對工程創(chuàng)新型人才的需求，教育部門對材料力學(xué)教學(xué)提出了新的要求，探索在有限學(xué)時內(nèi)更有效地組織教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法和教學(xué)手段，提高教學(xué)質(zhì)量的新模式勢在必行。因此，引入計算機(jī)進(jìn)行材料力學(xué)教學(xué)是十分必要的，是培養(yǎng)大學(xué)本科生具備創(chuàng)新與實(shí)踐能力、建設(shè)一流學(xué)科、加強(qiáng)建設(shè)創(chuàng)新型國家的時代要求。
計算機(jī)分析的引入將使材料力學(xué)所能解決的問題加深、加寬，依據(jù)材料力學(xué)基本原理和基本方法，對一般桿件內(nèi)力計算、截面幾何性質(zhì)、應(yīng)力狀態(tài)和強(qiáng)度、穩(wěn)定性問題，可以開發(fā)計算流程圖、源程序和算例。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)：材料力學(xué)中引入計算機(jī)分析，會使計算過程大為簡化和快捷，無論對于改變學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)和能力的培養(yǎng)都是有益的。首先，有利于本科學(xué)生盡早地接受計算機(jī)的訓(xùn)練，并掌握計算機(jī)分析的基本方法。其次，有利于拓寬學(xué)生的知識面，擴(kuò)大他們解決工程力學(xué)問題的能力。一般材料力學(xué)中所研究的對象大都是等截面直桿，載荷類型也比較簡單，計算分析使學(xué)生視野變得寬闊。最后，有利于材料力學(xué)課程改革與內(nèi)容更新。在材料力學(xué)計算機(jī)應(yīng)用中，本文作者運(yùn)用Excel和VBA的函數(shù)數(shù)值計算、自動處理數(shù)據(jù)，對材料力學(xué)進(jìn)行了教學(xué)實(shí)驗(yàn)[15]，在保持傳統(tǒng)力法的基本原理和計算過程的基礎(chǔ)上，解決了材料力學(xué)計算煩瑣的問題，提高了計算速度和學(xué)習(xí)效率，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)力學(xué)課程與實(shí)際的聯(lián)系程度。
六、結(jié)論
材料力學(xué)的雙語教學(xué)不僅可以創(chuàng)建工科基礎(chǔ)教育國際化氛圍，還為教師和學(xué)生的發(fā)展建立了重要的訓(xùn)練和學(xué)習(xí)陣地。本文對材料力學(xué)實(shí)行雙語授課的內(nèi)在需要、與之適應(yīng)的教學(xué)方法、如何選取外文教材、對教師的要求以及和電算結(jié)合等幾個方面，來探討這種授課模式中會遇到的問題和解決方式，希望能通過學(xué)習(xí)外國的優(yōu)秀做法達(dá)到促進(jìn)我們國內(nèi)材料力學(xué)教學(xué)水平上到一個新臺階。
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作者：蔣慶剛 王坤 袁曉光 單位：鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院 南通大學(xué)交通與土木工程學(xué)院