小议土木专业力学课程的教学革新

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目前，我校的力学任课教师都是带着多媒体课件走上讲台，经过多年的多媒体教学实践，深深体会到多媒体技术的应用给力学课程的教学改革带来了一片生机。多媒体教学的优点主要表现在：第一可以优化教学过程和教学内容。任课教师在课前将教学的重要内容、重要的文字、图片、声像等信息事先编制好，在多媒体教学过程中做到文、图、声、像并茂，生动直观，产生很大的趣味性，从而丰富学生的想象力，调动学生主动参与教学，使力学课程不再成为一门枯燥、抽象的纯理论课程。第二可以帮助学生掌握重点和突破难点。多媒体课件把知识的重点和难点或突出以文字，或强调以色彩，或展示以图形，对一些抽象的概念或复杂的关系，过去使用“千言万语”和传统板书也难以精确叙述清楚，现在可用多媒体生动、形象地演示出来，使学生易懂、易学。第三可以调动学生的学习积极性。多媒体教学提供了丰富的多媒体信息和资料，可以充分调动学生的眼、耳、口、脑等多种感官，教师在课堂上有足够的时间与学生互动、交流，为采用“启发式”、“研讨式”等教学方法提供了便利，使学生好学乐学，从而增强教学效果。

一、传统教学方法

传统教学方法是指教师以黑板+粉笔为主要教学工具，用精炼生动的语言完成“传道、授业、解惑”教学内容。在课堂教学中，教师站在讲台上亲切自然，面带微笑，手势动作友好而轻松，再加上随之而来的亲切话语，讲起定理，如唠家常，流畅自如；讲起概念，字字珠玑，句句到位，教师处处为学生着想，循循善诱，学生与教师同步思维，师生的心理和情感交融在一起，一堂课在紧张热烈而又轻松愉快的气氛中结束。这种教学方式具有很大的魅力，对学生产生强烈的感染力，学生自然听得津津有味，教师讲授的知识内容也就点点滴滴落入学生的心田。当然，随着信息技术的发展和教学改革的深入，传统教学的局限性也是显而易见的，例如仅依靠口述和板书在课堂中难以表达足够多的信息量，这不符合培养复合型人才的要求。传统教学对图像的处理功能也较弱，教学效果还因教师个体差别而有显著的不同。虽然传统教学存在一些不足之处，但由于其简便易行，因此传统教学不可能完全被现代技术所替代，传统教学中的讲授、演示、练习等教学方法至今仍有强大的生命力。

二、计算机分析法

由于计算机的飞速发展和广泛应用，力学又增加了一种分析方法，即计算机分析法。目前计算机分析法已经完全融入力学研究之中，在理论分析中，人们可以借助于计算机推导那些难于导出的公式，从而求得复杂的解析解。在实验研究中，计算机不仅可以整理数据、绘制实验曲线、显示图形等，而且可以选用最优参数。特别是随着有限元理论的逐步成熟及计算机硬件的迅速发展，现行的CAE（ComputerAidedEngineering）软件已经成熟，CAE软件成为人们实现工程创新和产品创新的得力助手和有效工具。教师在力学课程教学中使用CAE软件对工程问题进行物理力学性能的分析、模拟、预测、评价和优化，这样能使学生不出课堂就可获得最真实、最全面的信息，极大地拓宽了学生的知识面，取得最优化的教学效果。

三、工程案例法

力学课程既是理论性较强又是与工程实践联系密切的学科，实际工程案例是力学课堂教学过程中一项不可缺少的教学材料。在案例教学中，教师事先向学生公布案例讨论的题目，指定阅读材料。学生利用课后时间学习研究案例，进行小组讨论交流。在课堂讨论中，学生将所学理论知识应用于案例分析和计算，就案例中的主要问题进行辩论和探讨。教师对于讨论进程和重点进行指导，并总结提炼必要的理论知识和基本原理。案例素材来源于工程实际，案例教学促进了理论与实际的结合，这样既能帮助学生很快掌握理论知识，缩短理论与实际的距离，又能培养学生学会创新思维方法，全面提高学生独立思考、分析问题和解决问题等多方面的能力。

四、多种教学方法的有机结合

在教学过程中，教师是教学的组织者，起着主导作用。教师在讲授力学课程时，应针对本课程的教学特点，根据不同章节的不同内容，恰到好处地使用教学手段，并把各种教学手段有机地结合起来，相得益彰，提高课堂教学质量。下面以理论力学、材料力学课程为例，介绍根据课堂教学内容有效发挥多种教学方法的优势，尽量做到和谐统一，以取得良好的教学效果。“绪论”这一章，涉及面较广，许多内容与工程实际联系，而学生又缺乏工程背景知识，教师可运用多媒体技术将大量的工程实例用动画演示，还可以在课堂中放映电视录像教材《力学在工程中的应用》，通过影片介绍力学在土木、水利、机械、航空航天等工程中的应用。这些动画、录像资料起到了很好的辅助教学作用，大大增强了学生的工程实感和授课的信息量，激发学生学习的兴趣和积极性。“点的合成运动”和“刚体的平面运动”这两章一直是运动学教学中的重点内容，对于动点的绝对运动、相对运动、牵连运动三种运动的分析，牵连点概念的理解，以及刚体的平动、定轴转动、平面运动三种运动的判断是学生学习的难点。如果采用传统教学方式讲解具有很大的难度，因为传统的教学方法无法向学生展示机构动态的效果，不利于学生对知识的理解和掌握。教师可以充分利用多媒体技术把各构件的运动情况演示出来，多媒体动画的效果和作用是其它教学手段无法实现的。例如，用动画演示刨床急回机构、凸轮机构的运动情况，形象地展示每个构件各自的运动以及它们之间运动传递的联接点，在播放的过程中讲解一个点两个系三种运动，这样就能让学生直观地感受到动点三种运动的形成过程。在讲授刚体平面运动可分解为随基点的平移和绕基点的转动时，为了解释说明平移的运动规律与基点的选择有关，而转动的运动规律与基点的选择无关，可以选择不同的点作为基点，然后用动画把运动过程生动的展现出来，学生自然就一目了然了。

多媒体教学可以将教师从烦琐的板书中解脱出来，为互动式、启发式等生动活泼的教学方法提供了方便。这种方式有利于调动学生学习的积极性，有利于教师知识转化为学生知识。例如在讲“摩擦角与自锁”时，首先展示一些实际工程中自锁机构的图片，如千斤顶等，然后教师引导和帮助学生对自锁现象和素材进行分析归纳，从这些实例中总结出抽象化的力学模型，接着对力学模型进行受力分析，列出其静力平衡方程，得出机构满足自锁条件的结论，然后用动画演示摩擦锥的形成过程以及自锁的条件，最后教师给学生留有提问题的时间，教师联系学生的问题进行点评，这样层层深入，启发中有互动，互动中有启发，课堂精彩场面不断出现。实验是力学重要的研究方法之一。它既可以研究力学的基本理论应用于实际问题时的正确性与适用范围，又可以研究当一些基本理论难以解决实际问题时，通过实验建立合适的简化模型，为理论分析提供必要的基础。教师利用动画模拟演示实验，形象直观，可以加强教学效果。例如，在讲解构件的四种基本变形的变形特点、材料的力学性能、冲击韧性、压杆稳定等内容时，都可运用多媒体教学手段，通过动画缓慢地演示整个试验过程，将结构在外力作用下的变形、破坏等方面的特性直观形象地展现出来，帮助学生加深理解屈服极限、强度极限、伸长率等重要概念，这明显要比仅靠言语在课堂上讲解实验的结论效果要好得多。

随着力学课程体系改革的不断深入，力学面临着教学内容要充实更新的迫切要求。因此，教师在多媒体教学中应引入计算机分析这一新方法，这有利于拓宽学生的知识面。例如，在讲述矩形截面梁横截面上的弯曲应力、圣维南原理、应力集中等内容时，利用目前在计算工程领域中最通用和有效的有限元分析软件ANSYS进行计算机仿真计算，用多媒体技术在课堂上向学生演示ANSYS程序的建模、求解、提取结果三个基本过程，可以使学生清晰地观看到截面上应力的变化规律以及最大应力的分布状况，这不仅对学生全面掌握课堂教学内容是十分有利的，而且还向学生介绍了国内外有限元技术的最新科研成果，为将来学生进行工程设计计算打下基础。力学课程的知识要点繁多，其中有些教学内容并不适合使用多媒体教学方式，而采用传统的教学方式却能取得事半功倍的效果。例如，物体的受力分析和构件四种基本变形内力图的画法是学生必须掌握的基本功，有关物体平衡、运动学、动力学问题以及构件强度、刚度、稳定性问题的计算方法是学生学习的重要内容，学生只有通过不断的解题实践，才能正确理解基本知识和熟练掌握计算方法。因此，对于一些重要的基本概念、基本理论、公式推导以及例题的演算等，都应由教师在黑板上亲自讲解。教师适当地在黑板上写出一些重要概念、公式、结论中的关键词，不但可以突出重点，加深学生的印象，而且可以调节课堂气氛，避免学生由于长时间观看大屏幕引起的视觉疲劳。在典型例题求解方面，教师更应该在黑板上亲自去画、去演示，让学生看到老师是怎样演算的，并让学生在课堂上进行同步训练，然后教师总结解题的思路与方法，这样就能显著提高学生分析问题、解决问题的能力。

五、结束语

课堂教学的主体是教师，多媒体教学法、传统教学法、计算机分析法、工程案例法等教学方式都只是教师在课堂教学过程中辅助的教学手段，正确的态度应该是对各种教学方法进行扬长避短地使用，充分发挥各自的长处，不断提高教学质量，这才是我们追求的目标。（本文作者：龙志勤、习会峰、王志刚 单位：广东石油化工学院建筑工程学院）