關於小議土木專業力學課程的教學革新的論文

目前，我校的力學任課教師都是帶着多媒體課件走上講臺，經過多年的多媒體教學實踐，深深體會到多媒體技術的應用給力學課程的教學改革帶來了一片生機。多媒體教學的優點主要表現在：第一可以優化教學過程和教學內容。任課教師在課前將教學的重要內容、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、像並茂，生動直觀，產生很大的趣味性，從而豐富學生的想象力，調動學生主動參與教學，使力學課程不再成爲一門枯燥、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，或強調以色彩，或展示以圖形，對一些抽象的概念或複雜的關係，過去使用“千言萬語”和傳統板書也難以精確敘述清楚，現在可用多媒體生動、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，爲採用“啓發式”、“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、傳統教學方法

傳統教學方法是指教師以黑板+粉筆爲主要教學工具，用精煉生動的語言完成“傳道、授業、解惑”教學內容。在課堂教學中，教師站在講臺上親切自然，面帶微笑，手勢動作友好而輕鬆，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，教師處處爲學生着想，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鬆愉快的氣氛中結束。這種教學方式具有很大的魅力，對學生產生強烈的感染力，學生自然聽得津津有味，教師講授的知識內容也就點點滴滴落入學生的心田。當然，隨着信息技術的發展和教學改革的深入，傳統教學的侷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，這不符合培養複合型人才的要求。傳統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。雖然傳統教學存在一些不足之處，但由於其簡便易行，因此傳統教學不可能完全被現代技術所替代，傳統教學中的講授、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

由於計算機的飛速發展和廣泛應用，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完全融入力學研究之中，在理論分析中，人們可以藉助於計算機推導那些難於導出的公式，從而求得複雜的解析解。在實驗研究中，計算機不僅可以整理數據、繪製實驗曲線、顯示圖形等，而且可以選用最優參數。特別是隨着有限元理論的逐步成熟及計算機硬件的迅速發展，現行的CAE（ComputerAidedEngineering）軟件已經成熟，CAE軟件成爲人們實現工程創新和產品創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繫密切的學科，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，教師事先向學生公佈案例討論的題目，指定閱讀材料。學生利用課後時間學習研究案例，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於案例分析和計算，就案例中的主要問題進行辯論和探討。教師對於討論進程和重點進行指導，並總結提煉必要的理論知識和基本原理。案例素材來源於工程實際，案例教學促進了理論與實際的結合，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，又能培養學生學會創新思維方法，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合

在教學過程中，教師是教學的組織者，起着主導作用。教師在講授力學課程時，應針對本課程的教學特點，根據不同章節的不同內容，恰到好處地使用教學手段，並把各種教學手段有機地結合起來，相得益彰，提高課堂教學質量。下面以理論力學、材料力學課程爲例，介紹根據課堂教學內容有效發揮多種教學方法的優勢，儘量做到和諧統一，以取得良好的教學效果。“緒論”這一章，涉及面較廣，許多內容與工程實際聯繫，而學生又缺乏工程背景知識，教師可運用多媒體技術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，激發學生學習的興趣和積極性。“點的合成運動”和“剛體的平面運動”這兩章一直是運動學教學中的重點內容，對於動點的絕對運動、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、定軸轉動、平面運動三種運動的判斷是學生學習的難點。如果採用傳統教學方式講解具有很大的難度，因爲傳統的教學方法無法向學生展示機構動態的效果，不利於學生對知識的理解和掌握。教師可以充分利用多媒體技術把各構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的。例如，用動畫演示刨牀急回機構、凸輪機構的運動情況，形象地展示每個構件各自的運動以及它們之間運動傳遞的聯接點，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爲隨基點的平移和繞基點的轉動時，爲了解釋說明平移的運動規律與基點的選擇有關，而轉動的運動規律與基點的選擇無關，可以選擇不同的點作爲基點，然後用動畫把運動過程生動的展現出來，學生自然就一目瞭然了。

多媒體教學可以將教師從煩瑣的板書中解脫出來，爲互動式、啓發式等生動活潑的教學方法提供了方便。這種方式有利於調動學生學習的積極性，有利於教師知識轉化爲學生知識。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的圖片，如千斤頂等，然後教師引導和幫助學生對自鎖現象和素材進行分析歸納，從這些實例中總結出抽象化的力學模型，接着對力學模型進行受力分析，列出其靜力平衡方程，得出機構滿足自鎖條件的結論，然後用動畫演示摩擦錐的形成過程以及自鎖的條件，最後教師給學生留有提問題的時間，教師聯繫學生的問題進行點評，這樣層層深入，啓發中有互動，互動中有啓發，課堂精彩場面不斷出現。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於實際問題時的正確性與適用範圍，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，爲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，在講解構件的四種基本變形的變形特點、材料的力學性能、衝擊韌性、壓桿穩定等內容時，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，將結構在外力作用下的變形、破壞等方面的特性直觀形象地展現出來，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論效果要好得多。

隨着力學課程體系改革的不斷深入，力學面臨着教學內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，這有利於拓寬學生的知識面。例如，在講述矩形截面樑橫截面上的彎曲應力、聖維南原理、應力集中等內容時，利用目前在計算工程領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，用多媒體技術在課堂上向學生演示ANSYS程序的建模、求解、提取結果三個基本過程，可以使學生清晰地觀看到截面上應力的變化規律以及最大應力的分佈狀況，這不僅對學生全面掌握課堂教學內容是十分有利的，而且還向學生介紹了國內外有限元技術的最新科研成果，爲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，其中有些教學內容並不適合使用多媒體教學方式，而採用傳統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件四種基本變形內力圖的畫法是學生必須掌握的基本功，有關物體平衡、運動學、動力學問題以及構件強度、剛度、穩定性問題的計算方法是學生學習的重要內容，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，對於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。教師適當地在黑板上寫出一些重要概念、公式、結論中的關鍵詞，不但可以突出重點，加深學生的印象，而且可以調節課堂氣氛，避免學生由於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，並讓學生在課堂上進行同步訓練，然後教師總結解題的思路與方法，這樣就能顯著提高學生分析問題、解決問題的能力。

五、結束語

課堂教學的主體是教師，多媒體教學法、傳統教學法、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，正確的態度應該是對各種教學方法進行揚長避短地使用，充分發揮各自的長處，不斷提高教學質量，這纔是我們追求的目標。（本文作者：龍志勤、習會峯、王志剛 單位：廣東石油化工學院建築工程學院）