工程力學教學心得論文

工程力學教學心得論文

　　本文以國內、國外教授聯合講授三門力學課程為背景，指出了外教講授力學課程的特點， 對比了國內、國外教授在相應力學課程講授過程中的異同點，分析了不同授課模式下人才培養目標的差異，為實現力學課程的工程教育教學改革提供參考。

　　一、引言

　　隨著我國高等教育人才培養目標的轉型，傳統的教育理念和教學模式正在發生根本變化。我國高等教育培養出的人才規模大、人數多，但工業競爭力遠不如科技發達國家，工程類人才的創新意識和創新能力普遍較低，主要原因是長期沿用傳統教學模式，采用單一的課堂灌輸式教學方法，教學重點仍偏于理論學習、科學工程分析，而面向工程的實踐訓練少，教學還停留于知識傳授階段。對照ABET《工程標準2000》中工科畢業生應具備的十一種能力要求[1]，我國的高等教育只突出了一點：即應用數學、理科知識和工科知識的能力培養。其他十條能力的培養在我國教育中普遍受到忽視，特別是在課堂教學中極少體現。從最基本的課堂教學入手，探索先進、合理的教學模式，改變傳統教學理念和教學方法，是實現當前高等教育人才培養目標轉型的重要基礎[2]。

　　學生在大學期間主要的時間和精力集中在各門課程的學習上，所謂學生各種能力的培養離不開日常課程的教學訓練和教學方法的影響。為了從根本上實現高等教育的變革，國內很多高校已采取積極辦法，開設融合中西方教育優勢的課程，實現國際化辦學，鼓勵教師到國外學習，同時也大力提倡國內外教師聯合為本科生授課，從最基本的日常教學中，影響和改變默守陳規的傳統教育。力學課程一直以來都是學生花費時間多，學習壓力大的課程，在該類課程中實施國際化的合作教學，引入新的教學思想和模式，對傳統力學課程教學的改變，實現現代人才培養目標具有重要意義。

　　二、國外教授授課特點

　　為了改革傳統力學課程的教學理念和教學模式，促進高等教育的國際化發展，在學校的大力支持下，我們在工程力學、材料力學和結構力學課程的教學中，采用了中外教師合作授課的模式，在合作交流中取長補短，深化力學課程的教學改革。總結外教授課的特點具體如下：

　　1.英國杜倫大學教授講授了32學時的“工程力學”課程。在第一輪的授課過程中，該教授主要以課堂講授為主，授課內容為靜力學及材料力學部分內容。授課主要特點在于：介紹課程基本內容，例題較少，將力學基本問題程序化，讓學生大量使用Matlab和Excel軟件編程求解復雜計算問題;此外，還讓學生登陸國外學校的教學管理系統，在系統中分配給每位同學不同作業，學生網上提交作業，系統自動記錄學生提交的次數以及正確率。為了給學生創造與教授面對面的交流機會，在第二輪和第三輪的授課中增加了實踐環節，讓學生通過課堂學到的知識，利用老師給定的材料(膠管、牙線、膠槍等)，按照指定題目設計受拉、受壓、受彎等結構，并在課堂上對各小組設計的結構加以評定。

　　2.美國新澤西州立大學教授，為國內學生講授6學時“壓桿穩定”內容。上課特點：以英文教材內容為主，將教材中的主要內容轉成圖片，上課時用PPT演示給學生并與學生討論教課書中內容，對教材中給出的計算公式的正確性提出質疑，以引發學生討論及思考。授課內容不局限于課本，課堂上提出相關科研成果并與學生討論。

　　3.西澳大利亞大學教授為國內學生講授16學時的“結構力學”課程。授課形式為課堂講授，講解過程采用在計算機屏幕上書寫，下課后形成PDF教案的形式。授課內容為靜定或超靜定多跨梁的位移、內力計算。授課特點是：強調靜定和超靜定問題的通用算法的講解，舉例說明此類問題的統一求解模式，演示根據基本理論編寫計算程序的過程，強調用Matlab、Excel及結構力學求解軟件編程求解各類問題。

　　三、國內外教學模式對比討論

　　在與國外教授合作教學過程，通過對比同類課程、相同授課時間內同類教學內容的不同教學模式，發現存在如下差異：

　　1.同一門課程，教學內容相同，對學生的要求不同。以工程力學課程為例，國內教學中通常詳細講述每一個知識點，針對每個知識點講授例題，同時讓學生做一定量的習題，希望學生完全掌握所有知識點，課程信息量大，學生要做大量習題才能完全掌握全部課程內容。在例題和習題的選擇上，通常采用理論較深，計算簡單的問題，訓練學生理解和掌握知識點。國外教授課堂上強調的知識點相對少，很多內容一帶而過，通常采用比較簡單的例題和習題來消化理論知識，課程內容相對容易掌握。復雜計算問題采用通用算法，強調計算機編程計算。超靜定桿件的內力和應力求解問題，國內學生大量練習的是均勻荷載作用或溫度均勻變化問題，對于荷載和溫度任意變化問題，優秀的學生能夠利用積分計算桿件的變形，再根據變形協調條件求解。國外教授上課時給學生介紹此類問題的解題的方法是采用麥考利函數(Macaulay Bracket) 表示分布荷載，用狄拉克δ函數(Dirac Delta Function)表示集中荷載，寫出力學和幾何方程，加上邊界條件，利用Matlab編寫程序，用計算機求解。不同問題，只要修改程序中的荷載表達式和邊界條件，求解方法都相同。

　　2.相同理論，講解目的和實現方法不同。以結構力學授課內容為例，國內該門課程的主要研究對象是由梁、柱構成的剛架，以剛架為主要研究對象講授靜定和超靜定結構的內力和位移計算方法。外教則采用框架結構中的單桿，分別取立柱和橫梁，再分別講授只有軸力作用或只有彎矩作用時，軸力與軸向位移之間的關系，或彎矩與轉角之間的關系。在介紹力法和位移法的理論中，強調剛度陣和柔度陣的建立，然后采用數學軟件計算矩陣，求解力或位移。同樣介紹力法和位移法解超靜定結構問題，國內教授授課時會讓學生在課堂和課后做大量習題，題目主要通過手算完成，且計算量較大，有些題目需要使用解題技巧才能完成，因此，學生通常在力學課程的學習中花費較多時間。國外教授講課過程中選用的例題和習題比較簡單，通用性強，解題過程程序化，不強調特殊性和技巧性，強調對一般問題編程求解或使用計算機軟件完成數學運算。 　

　　3.實踐教學法在課堂教學中的應用。國外教授在講授基礎力學和結構分析課程時，均設計了相應的實踐環節。例如在研究材料力學性能時，結合結構設計大賽采用的材料，讓學生測試繩子和紙條的抗拉強度和剛度，指導學生在結構設計中正確使用材料。講到受壓和受彎構件時，讓學生自己設計柱和梁通過實際加載讓學生體會梁的合理設計方法，加深對立柱穩定性的理解。國內力學課程授課過程中，除了傳統力學實驗外，通常不設置其他實踐環節。普遍反映的問題是目前課程學時太少，需要講授的課程內容太多，沒有足夠課時開展此類活動。

　　四、不同教學理念和模式帶來的啟示

　　表面上看，國內教授與國外教授在同一門課程中對理論知識的講解方法，例題的選用，解題工具的使用，以及授課模式都存在一定差異。然而，產生這種差異的根源實際上可以歸結為一點：即人才培養目標的不同。

　　國內在人才培養方面，長期致力于研究型人才的培養，授課教師通常希望學生能夠深入、熟練地掌握本門課程的主要內容，能夠牢記各種定理和公式，并能夠熟練運用力學知識求解各種類型題，包括難題、技巧性較強的題。而能夠達到這種要求的學生通常不足30%，絕大多數學生認為力學課程太難，內容太多。國外教授授課意圖很明顯，不做難題、技巧性強的題，強調采用常規算法建立通用表達形式，由于簡化了授課內容，節省了大量做題時間，使得授課氛圍寬松，有時間穿插介紹各種工程軟件在力學分析中的應用，并可以在授課過程中增加實踐及討論環節。由于對學生解題難度要求降低，故大多數學生反映課程不難，及格率也相對較高。這種教學方法更有利于大多數學生的工程技術能力訓練，適于工程技術人才的培養，強調的是多方面綜合能力的培養。

　　我國高等教育目前正處于轉型發展階段，研究型、應用型和應用技術型教育并存，培養高層次、卓越的工程技術人才，是當前高等教育人才培養的主要目標之一。工程教育模式越來越受到廣泛關注，國外教授的不同授課模式給我們當前的教育教學改革帶來了一定的啟示。

　　在與國外教授聯合為本科生講授力學課程過程中，通過研究國外教授的教學特點，對比國內外力學課程不同的教學內容、教學方法和教學手段，在以工程教育人才培養為目標的力學教學模式改革方面深受啟發。為培養高素質的技術型人才，改革傳統力學課程教學方法提供有益參考。

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