以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的彈性力學(xué)課程教學(xué)
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［摘要］在當(dāng)今時(shí)代背景下，社會(huì)不僅要求工科高校大學(xué)生具備深厚的理論知識(shí)，還必須擁有較強(qiáng)的工程實(shí)踐能力。彈性力學(xué)是許多工科高校所開(kāi)設(shè)的一門(mén)基礎(chǔ)課程，它在土木、水利、機(jī)械、航空航天、能源和交通等工程學(xué)科中均具有非常重要的地位。文章在對(duì)彈性力學(xué)課程教學(xué)以及大學(xué)生工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的分析基礎(chǔ)上，探討了如何在彈性力學(xué)課程的教學(xué)過(guò)程中與工程實(shí)踐相結(jié)合，即理論教學(xué)與工程案例相結(jié)合、課程間相互滲透及與工程案例相結(jié)合以及理論知識(shí)與校內(nèi)外工程實(shí)踐相結(jié)合，為彈性力學(xué)課程的教學(xué)研究提供了參考。
［關(guān)鍵詞］工程實(shí)踐能力;彈性力學(xué);工程案例
一、彈性力學(xué)課程教學(xué)研究
以徐芝綸《彈性力學(xué)》(第五版)教材為參考，結(jié)合蘇州科技大學(xué)工程力學(xué)專業(yè)培養(yǎng)方案，彈性力學(xué)這門(mén)課程的教學(xué)旨在培養(yǎng)學(xué)生用數(shù)學(xué)方法解決工程實(shí)際當(dāng)中力學(xué)問(wèn)題的能力，因此它對(duì)學(xué)生在工程、數(shù)學(xué)以及力學(xué)這三個(gè)方面均要求一定的素養(yǎng)。通過(guò)在教學(xué)實(shí)踐中的總結(jié)，彈性力學(xué)這門(mén)課程的學(xué)習(xí)需要通過(guò)兩個(gè)類比來(lái)學(xué)習(xí)。一是平面問(wèn)題中極坐標(biāo)問(wèn)題與直角坐標(biāo)問(wèn)題的類比;二是直角坐標(biāo)系下空間問(wèn)題與平面問(wèn)題的類比。這就意味著，直角坐標(biāo)系下的平面問(wèn)題是全書(shū)最為關(guān)鍵的一環(huán)。從學(xué)生的角度來(lái)講，一旦掌握好這個(gè)環(huán)節(jié)，極坐標(biāo)系下的平面問(wèn)題、空間問(wèn)題、等截面直桿扭轉(zhuǎn)問(wèn)題以及溫度應(yīng)力問(wèn)題等等均可通過(guò)類比的方式來(lái)學(xué)習(xí)。直角坐標(biāo)系下平面問(wèn)題中三類基本方程兩類邊界的建立、應(yīng)力法求解問(wèn)題以及位移法求解問(wèn)題貫穿整個(gè)彈性力學(xué)課程學(xué)習(xí)的始終。另外，通過(guò)與一些教師和學(xué)生進(jìn)行交流，他們對(duì)于彈性力學(xué)這門(mén)課程的認(rèn)知往往局限在這是一門(mén)“推公式”的課。這就說(shuō)明了很多師生對(duì)于該課程的片面理解。推導(dǎo)公式說(shuō)明了彈性力學(xué)課程的理論性、數(shù)學(xué)性，這只是一種方法，研究過(guò)程中還存在一些與之相對(duì)應(yīng)的方法，比如:實(shí)驗(yàn)法等。借助于數(shù)學(xué)這種工具，我們的目的是為了解決工程中的力學(xué)問(wèn)題，最終實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。推導(dǎo)公式為主的課程往往帶來(lái)的弊端就是冗雜繁瑣、枯燥乏味，如果這門(mén)課程的授課形式純粹以推公式為主，這會(huì)大大降低學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，妨礙學(xué)習(xí)效果。前面已經(jīng)提到，彈性力學(xué)這門(mén)課程最大的一個(gè)特點(diǎn)是后面的章節(jié)均可與前面的內(nèi)容形成類比。教學(xué)實(shí)踐表明，如果在推導(dǎo)公式的授課過(guò)程中，如果能夠做到前后章節(jié)相呼應(yīng)，這不僅能夠加深學(xué)生對(duì)之前學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解，更易于學(xué)生對(duì)后面所學(xué)知識(shí)的接受。此外，彈性力學(xué)是一門(mén)建立在工程實(shí)際基礎(chǔ)上的課程，這門(mén)課程的最終目的就是為了解決工程上的力學(xué)問(wèn)題，所以如果在授課的過(guò)程中能將力學(xué)問(wèn)題與工程實(shí)例相結(jié)合，這不僅能讓學(xué)生明白所推公式的意義，讓數(shù)學(xué)公式工程化，更能對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力起到基礎(chǔ)性的作用。
二、大學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)
對(duì)于工科院校，工程實(shí)踐是大學(xué)生教育中不可或缺的一部分，它的有效實(shí)施能夠保證學(xué)生將課堂和書(shū)本中所學(xué)到的理論知識(shí)與工程實(shí)際相結(jié)合。大學(xué)生所處的這個(gè)年齡階段正是一個(gè)從青澀慢慢走向成熟的時(shí)期，高校給大學(xué)生提供了一個(gè)從學(xué)校走向社會(huì)的過(guò)渡性場(chǎng)所。因此，大學(xué)階段工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)能夠保障大學(xué)生今后面向社會(huì)時(shí)的技能和心態(tài)。此外，實(shí)踐是創(chuàng)新性思維的來(lái)源，通過(guò)實(shí)踐更能塑造大學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。目前而言，許多高校仍然在大學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)方面存在著不足，這主要體現(xiàn)在三個(gè)方面。首先，受中國(guó)傳統(tǒng)理念的影響，大多人群更加青睞于學(xué)習(xí)和接受理論知識(shí)，認(rèn)為大學(xué)就是來(lái)學(xué)習(xí)書(shū)本知識(shí)的，這就致使很多高校在培養(yǎng)過(guò)程中對(duì)實(shí)踐能力不夠重視;其次，學(xué)生能力的培養(yǎng)離不開(kāi)老師，而很多高校教師在傳統(tǒng)觀念和高校體制的影響下，往往也存在對(duì)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的缺乏，這就導(dǎo)致學(xué)生不能夠?qū)ⅰ皩W(xué)”和“用”很好地結(jié)合;此外，大學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)離不開(kāi)高校基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，如若學(xué)校工程實(shí)訓(xùn)所需的設(shè)施不完善，也會(huì)對(duì)大學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)造成一定的阻礙。針對(duì)大學(xué)生工程實(shí)踐能力培養(yǎng)過(guò)程中存在的不足，合適的方法是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。首先，高校需要改變傳統(tǒng)教學(xué)觀念，在理論和實(shí)踐的教育之間尋求一個(gè)平衡點(diǎn)，讓學(xué)生能夠更好地將理論知識(shí)應(yīng)用于工程實(shí)踐，并且用工程實(shí)踐更好地指導(dǎo)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)。此外，高校需要積極突破自身設(shè)施不足的缺點(diǎn)，尋求與校外企業(yè)的合作，從校內(nèi)實(shí)踐走向校外實(shí)踐，這也為今后學(xué)生走向社會(huì)奠定了基礎(chǔ)。對(duì)于高校教師而言，定期進(jìn)行校外實(shí)踐培訓(xùn)同樣具有重要性。優(yōu)秀的學(xué)生離不開(kāi)好的老師，只有豐富高校教師的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，才能 更好地用于對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)。與此同時(shí)，這對(duì)教師自身素養(yǎng)的提高也有很大的幫助。
三、以大學(xué)生工程實(shí)踐能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的彈性力學(xué)課程教學(xué)研究
這里以土木工程背景下的彈性力學(xué)課程教學(xué)為參考，針對(duì)彈性力學(xué)教學(xué)課程中如何與工程實(shí)際相結(jié)合，做如下三個(gè)方面探討。第一，理論教學(xué)與工程案例相結(jié)合。具有強(qiáng)大的工程實(shí)踐性是土木工程學(xué)科的特點(diǎn)之一。彈性力學(xué)作為一門(mén)基礎(chǔ)力學(xué)學(xué)科，在教學(xué)過(guò)程中如果結(jié)合實(shí)際工程案例，則可以引申出許多與工程相關(guān)的彈性力學(xué)問(wèn)題。因此，采用這種教學(xué)方式，能夠有效加深學(xué)生對(duì)彈性力學(xué)這門(mén)課程的理解。這里以超高層建筑為例，很多超高層建筑均采用了巨型柱框架—核心筒結(jié)構(gòu)。在彈性力學(xué)教學(xué)過(guò)程中，若結(jié)合這些結(jié)構(gòu)，使學(xué)生了解到超高層建筑的內(nèi)部建構(gòu)所采用的新型結(jié)構(gòu)體系，并將相應(yīng)彈性力學(xué)問(wèn)題進(jìn)行凝練，將會(huì)大大激發(fā)學(xué)生對(duì)彈性力學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，也會(huì)促進(jìn)學(xué)生對(duì)土木工程專業(yè)后續(xù)課程的好奇與探索。第二，課程間相互滲透及與工程案例相結(jié)合。首先，結(jié)合工程案例，將工程問(wèn)題剖析，針對(duì)不同的問(wèn)題凝練出不同的彈性力學(xué)課程問(wèn)題，這能夠促進(jìn)學(xué)生對(duì)所學(xué)各力學(xué)課程以及整體力學(xué)體系的理解。比如說(shuō)巨型柱框架—核心筒結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是桿件系統(tǒng)，屬于結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究范疇;而構(gòu)成桿件系統(tǒng)的每一桿件，又屬于材料力學(xué)的研究范疇;筒結(jié)構(gòu)由剪力墻構(gòu)成，一般屬于彈性力學(xué)的研究范疇。通過(guò)這樣的“解剖式”教學(xué)方式，可以大大加深學(xué)生對(duì)彈性力學(xué)以及與相關(guān)力學(xué)課程關(guān)系的理解。其次，結(jié)合工程案例，還可以將彈性力學(xué)課程與土木工程相關(guān)專業(yè)課程進(jìn)行聯(lián)系。比如說(shuō)鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)課程，從工程的角度而言，對(duì)此類結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、穩(wěn)定性等的計(jì)算尤其重要，稍有誤差將會(huì)對(duì)生命、財(cái)產(chǎn)等造成不可挽回的損失。因此，如若在教學(xué)過(guò)程中，結(jié)合工程案例，層層剖析，將實(shí)際問(wèn)題最終化為彈性力學(xué)問(wèn)題，將會(huì)在學(xué)生的腦海中構(gòu)造出彈性力學(xué)課程、土木類課程以及工程實(shí)際的關(guān)系圖，對(duì)學(xué)生今后的職業(yè)發(fā)展奠定良好的理論基礎(chǔ)。第三，理論知識(shí)與校內(nèi)外工程實(shí)踐相結(jié)合。為了滿足社會(huì)對(duì)應(yīng)用型人才的需求，彈性力學(xué)的授課應(yīng)努力尋求與校內(nèi)外工程實(shí)踐相結(jié)合。校內(nèi)實(shí)踐主要以實(shí)驗(yàn)室為主，這在設(shè)施相對(duì)貧乏的情況下很大程度上限制了實(shí)踐的效果。因此，努力尋求與校外企業(yè)的合作，從校內(nèi)實(shí)踐走向校外實(shí)踐，在某種程度上能夠解決校內(nèi)資源不足的問(wèn)題。這就要求高校努力建設(shè)長(zhǎng)期、穩(wěn)定、可靠的工程實(shí)踐基地。高校、學(xué)院以及相關(guān)教師要積極投入到實(shí)踐基地的建設(shè)中，明確基地建設(shè)思路，規(guī)范基地建設(shè)管理，保障基地建設(shè)投入，對(duì)基地開(kāi)展教學(xué)條件、教學(xué)課程的建設(shè)，并與企業(yè)合作互助，共同開(kāi)展基地建設(shè)以及對(duì)學(xué)生的實(shí)踐指導(dǎo)，從而充分有效保障課堂理論知識(shí)與校外工程實(shí)踐的結(jié)合。
四、結(jié)束語(yǔ)
以大學(xué)生工程實(shí)踐能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，將彈性力學(xué)的理論教學(xué)過(guò)程結(jié)合典型工程案例，使學(xué)生在學(xué)習(xí)彈性力學(xué)這門(mén)課程的過(guò)程中，能夠積極尋求與其余力學(xué)課程、相關(guān)土木類課程以及工程案例的相關(guān)性，這會(huì)大大提升學(xué)生學(xué)習(xí)彈性力學(xué)課程的主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。此外，高校需要積極突破自身設(shè)施不足的缺點(diǎn)，尋求與校外企業(yè)的合作，從校內(nèi)實(shí)踐更多地走向校外實(shí)踐，這將有助于學(xué)生在以后的學(xué)習(xí)和實(shí)踐中有意識(shí)地運(yùn)用彈性力學(xué)理論來(lái)解決實(shí)際工程問(wèn)題，也為今后學(xué)生走向社會(huì)奠定了基礎(chǔ)。
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作者：錢(qián)登輝 單位：蘇州科技大學(xué)土木工程學(xué)院