小議土木專業(yè)力學課程的教學革新

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目前，我校的力學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實踐，深深體會到多媒體技術(shù)的應用給力學課程的教學改革帶來了一片生機。多媒體教學的優(yōu)點主要表現(xiàn)在：第一可以優(yōu)化教學過程和教學內(nèi)容。任課教師在課前將教學的重要內(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，從而豐富學生的想象力，調(diào)動學生主動參與教學，使力學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，使學生易懂、易學。第三可以調(diào)動學生的學習積極性。多媒體教學提供了豐富的多媒體信息和資料，可以充分調(diào)動學生的眼、耳、口、腦等多種感官，教師在課堂上有足夠的時間與學生互動、交流，為采用“啟發(fā)式”、“研討式”等教學方法提供了便利，使學生好學樂學，從而增強教學效果。

一、傳統(tǒng)教學方法

傳統(tǒng)教學方法是指教師以黑板+粉筆為主要教學工具，用精煉生動的語言完成“傳道、授業(yè)、解惑”教學內(nèi)容。在課堂教學中，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，教師處處為學生著想，循循善誘，學生與教師同步思維，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。這種教學方式具有很大的魅力，對學生產(chǎn)生強烈的感染力，學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生的心田。當然，隨著信息技術(shù)的發(fā)展和教學改革的深入，傳統(tǒng)教學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)復合型人才的要求。傳統(tǒng)教學對圖像的處理功能也較弱，教學效果還因教師個體差別而有顯著的不同。雖然傳統(tǒng)教學存在一些不足之處，但由于其簡便易行，因此傳統(tǒng)教學不可能完全被現(xiàn)代技術(shù)所替代，傳統(tǒng)教學中的講授、演示、練習等教學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)展和廣泛應用，力學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)完全融入力學研究之中，在理論分析中，人們可以借助于計算機推導那些難于導出的公式，從而求得復雜的解析解。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。教師在力學課程教學中使用CAE軟件對工程問題進行物理力學性能的分析、模擬、預測、評價和優(yōu)化，這樣能使學生不出課堂就可獲得最真實、最全面的信息，極大地拓寬了學生的知識面，取得最優(yōu)化的教學效果。

三、工程案例法

力學課程既是理論性較強又是與工程實踐聯(lián)系密切的學科，實際工程案例是力學課堂教學過程中一項不可缺少的教學材料。在案例教學中，教師事先向?qū)W生公布案例討論的題目，指定閱讀材料。學生利用課后時間學習研究案例，進行小組討論交流。在課堂討論中，學生將所學理論知識應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，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，案例教學促進了理論與實際的結(jié)合，這樣既能幫助學生很快掌握理論知識，縮短理論與實際的距離，又能培養(yǎng)學生學會創(chuàng)新思維方法，全面提高學生獨立思考、分析問題和解決問題等多方面的能力。

四、多種教學方法的有機結(jié)合

在教學過程中，教師是教學的組織者，起著主導作用。教師在講授力學課程時，應針對本課程的教學特點，根據(jù)不同章節(jié)的不同內(nèi)容，恰到好處地使用教學手段，并把各種教學手段有機地結(jié)合起來，相得益彰，提高課堂教學質(zhì)量。下面以理論力學、材料力學課程為例，介紹根據(jù)課堂教學內(nèi)容有效發(fā)揮多種教學方法的優(yōu)勢，盡量做到和諧統(tǒng)一，以取得良好的教學效果?！熬w論”這一章，涉及面較廣，許多內(nèi)容與工程實際聯(lián)系，而學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《力學在工程中的應用》，通過影片介紹力學在土木、水利、機械、航空航天等工程中的應用。這些動畫、錄像資料起到了很好的輔助教學作用，大大增強了學生的工程實感和授課的信息量，激發(fā)學生學習的興趣和積極性?！包c的合成運動”和“剛體的平面運動”這兩章一直是運動學教學中的重點內(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生學習的難點。如果采用傳統(tǒng)教學方式講解具有很大的難度，因為傳統(tǒng)的教學方法無法向?qū)W生展示機構(gòu)動態(tài)的效果，不利于學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，學生自然就一目了然了。

多媒體教學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方法提供了方便。這種方式有利于調(diào)動學生學習的積極性，有利于教師知識轉(zhuǎn)化為學生知識。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)?，然后教師引導和幫助學生對自鎖現(xiàn)象和素材進行分析歸納，從這些實例中總結(jié)出抽象化的力學模型，接著對力學模型進行受力分析，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，最后教師給學生留有提問題的時間，教師聯(lián)系學生的問題進行點評，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)。實驗是力學重要的研究方法之一。它既可以研究力學的基本理論應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。教師利用動畫模擬演示實驗，形象直觀，可以加強教學效果。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。

隨著力學課程體系改革的不斷深入，力學面臨著教學內(nèi)容要充實更新的迫切要求。因此，教師在多媒體教學中應引入計算機分析這一新方法，這有利于拓寬學生的知識面。例如，在講述矩形截面梁橫截面上的彎曲應力、圣維南原理、應力集中等內(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，可以使學生清晰地觀看到截面上應力的變化規(guī)律以及最大應力的分布狀況，這不僅對學生全面掌握課堂教學內(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，為將來學生進行工程設計計算打下基礎。力學課程的知識要點繁多，其中有些教學內(nèi)容并不適合使用多媒體教學方式，而采用傳統(tǒng)的教學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)力圖的畫法是學生必須掌握的基本功，有關(guān)物體平衡、運動學、動力學問題以及構(gòu)件強度、剛度、穩(wěn)定性問題的計算方法是學生學習的重要內(nèi)容，學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、公式推導以及例題的演算等，都應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拍睢⒐?、結(jié)論中的關(guān)鍵詞，不但可以突出重點，加深學生的印象，而且可以調(diào)節(jié)課堂氣氛，避免學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，教師更應該在黑板上親自去畫、去演示，讓學生看到老師是怎樣演算的，并讓學生在課堂上進行同步訓練，然后教師總結(jié)解題的思路與方法，這樣就能顯著提高學生分析問題、解決問題的能力。

五、結(jié)束語

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