賈 杰

(東北林業(yè)大學 土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

0 引 言

“全國周培源大學生力學競賽”是教育部高教司主辦的大學生科技競賽項目，其目的在于培養(yǎng)人才、服務教學、促進高等學校力學基礎(chǔ)課程的改革與建設(shè)。截至目前，該競賽已經(jīng)舉辦了9屆，其影響規(guī)模、競賽水平得到全國各高校的認可。筆者從第七屆開始作為東北林業(yè)大學的主要指導教師組織、輔導學生參加該競賽，已連續(xù)參與了3屆，本文將此過程中得到的經(jīng)驗、體會與力學教學創(chuàng)新相融合，總結(jié)如下。

1 對課堂教學的創(chuàng)新推動

高等院校對于素質(zhì)教育的要求越來越高，怎樣讓學生在有限的時間內(nèi)掌握更多的知識和最新的技術(shù)方法是一個亟待解決的問題[1-4]。

1.1 引入探究式教學模式

力學課程的特點是基礎(chǔ)理論概念比較抽象，理論性較強，從力學模型提出到理論建立，往往需要應用抽象化的方法對研究對象加以分析、歸納、綜合和數(shù)學推演，對學生而言并不容易[5]。然而正是因其不容易，教師更要發(fā)揮學生學習的主動性，否則課程學習將變得十分枯燥?！叭珖芘嘣创髮W生力學競賽”的開展一方面是為增進大學生學習力學的興趣，吸引、鼓勵廣大青年學生踴躍參加課外科技活動，另一方面有助于發(fā)現(xiàn)和選拔力學創(chuàng)新的后繼人才。結(jié)合競賽，我校力學教師變革傳統(tǒng)教學模式，在教學過程中引入探究式教學，學生在學習概念和原理時，教師精心設(shè)計，提出難度適宜的一些事例和問題，讓學生自己通過閱讀、觀察、實驗、思考、討論、聽講等途徑去獨立探究，自行發(fā)現(xiàn)并掌握相應的原理和結(jié)論[6]。比如，在講授軸向拉壓的時候設(shè)問“箱包的什么部件最容易損壞？在拖著箱包行走的過程中，拉桿發(fā)生了何種變形？”在講授壓桿穩(wěn)定的時候設(shè)問“如何定量分析擊劍運動員刺中對方時在劍中發(fā)生的力學現(xiàn)象？”和“加大拿魁北克大橋倒塌的原因是什么？”這些問題結(jié)合了現(xiàn)實生活中的力學問題，創(chuàng)設(shè)了問題情境，引發(fā)學生主動思考的興趣。探究式教學模式突出了學生的主體性地位，讓學生主動地探索科學原理，掌握認識和解決問題的方法和步驟，這種教學方法有助于培養(yǎng)出具有創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神的人才。

1.2 應用網(wǎng)絡(luò)教學平臺

“全國周培源大學生力學競賽”的考試內(nèi)容主要包括“理論力學”和“材料力學”，以材料力學為例，教師在授課過程中發(fā)現(xiàn)：該門課程涉及的公式推導較多，比如關(guān)于梁橫截面上正應力計算公式的推導需要分別從幾何方面、物理方面、靜力學方面來加以考慮；課程中有很多抽象的概念很難用語言或文字簡單表達，比如復雜應力狀態(tài)和廣義胡克定律；教材中一般都是比較成熟經(jīng)典的知識，學科的研究熱點、發(fā)展應用現(xiàn)狀介紹不夠[7]。針對這些問題，傳統(tǒng)的板書式教學或單向的多媒體教學均難以有效解決，為此，東北林業(yè)大學創(chuàng)新推進使用網(wǎng)絡(luò)教學平臺(見圖1)，這種利用多媒體和流媒體技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)教學內(nèi)容和實施教學活動的教學手段，使得學生可以利用課前和課后的時間瀏覽使用該教學平臺，作為課堂學習的補充和延展，教學平臺上豐富的課外資源也成為學生了解、參與力學競賽的窗口，進一步提高了學生學習的積極性。

圖1 東北林業(yè)大學材料力學網(wǎng)絡(luò)教學平臺

1.3 推行分階段考試方式

“全國周培源大學生力學競賽”盡管是在基礎(chǔ)知識上進行拔高，但其根本還是對學生力學原理和基本理論學習的考核，從歷次帶領(lǐng)學生參與競賽的經(jīng)歷看，教師發(fā)現(xiàn)最終能夠在比賽中取得好成績的同學往往對基礎(chǔ)知識掌握十分牢固。東北林業(yè)大學目前對部分課程試點采用分階段考試方式，基礎(chǔ)力學課程均涵蓋其中，這不得不說是一個具有前瞻性的探索。這種對考試方法的改革在一定程度上效仿了國外大學對學生的測評方式，區(qū)別了過去“一次定輸贏”學生評價辦法，重視了學生的學習過程。具體做法為：期末成績=平時成績+實驗成績+第一次考試卷面成績×20%+第二次考試卷面成績×20%+第三次考試卷面成績×20%+期末考試卷面成績×20%。其中，平時成績按照出勤情況、作業(yè)完成次數(shù)及質(zhì)量給出；實驗成績按照4次實驗完成質(zhì)量(預習、操作、實驗報告)給出；課程測驗(3次)和期末考試采取閉卷考試形式(百分制)，按照評分標準給出。分階段考試方式促使學生邊學習邊檢驗，對所學知識掌握更為牢固，也就具備了參與高水平競賽的基礎(chǔ)。

2 對實驗教學的創(chuàng)新推動

實驗教學是高等教育中不可缺少的重要教學環(huán)節(jié)，具有直觀、實踐性強與有助于更好地理解理論知識等特點[8-10]?！叭珖芘嘣创髮W生力學競賽”將實驗創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提高到與理論創(chuàng)新能力同樣的高度，從第六屆競賽開始，進行基礎(chǔ)力學的團體實驗競賽，以促進學生實驗動手創(chuàng)新能力和團隊合作創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，這種做法無疑對本科力學實驗教學創(chuàng)新起到了很好的推動、促進作用。

2.1 開放式實驗室

實驗室是教學實驗的重要場所，為支持學生的科學研究，我校力學實驗室實行開放式實驗室管理制度。過去封閉式實驗室雖然保障了實驗設(shè)備的安全，降低了實驗教師的工作量，卻也造成實驗室利用率低下，資源設(shè)備閑置，以及學生對實驗興趣缺乏，為應付考試而完成實驗等問題。開放式實驗室對學生科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)發(fā)揮著巨大作用，它使學生變被動學習為主動學習，為學生提供更多動手的機會，這對提高學生獨立思考、獨立操作能力的培養(yǎng)以及從事實驗研究興趣的激發(fā)是非常重要的。

我校力學實驗室的開放制度主要強調(diào)以下3個方面：①根據(jù)不同層次、不同專業(yè)的學生和要求，確定開放內(nèi)容，不僅鼓勵學生參與教師課題的研究，學習解決實踐性和研究性問題，更提倡學生自擬實驗課題，進行小發(fā)明、小設(shè)計和小論文等課外科技活動，在實驗過程中，指導教師注意加強對學生實驗能力、創(chuàng)造性思維方法和嚴謹治學態(tài)度的培養(yǎng)。②鼓勵學校各級社團、興趣小組利用實驗室資源進行學術(shù)講座、培訓活動，實驗室提供一切可能的便利條件，此舉主要為培養(yǎng)大學生的學習興趣和創(chuàng)新意識。③實驗教師注意收集、管理學生的科學研究成果，設(shè)置相應的規(guī)章制度，督促學生在實驗完成后向?qū)嶒炇姨峤粚嶒瀳蟾婊蛘撐牡葘嶒灲Y(jié)果，同時，實驗室做好成果和論文的推薦發(fā)表工作，也由此保護學生的實驗學習熱情。

2.2 團隊協(xié)作學習

團隊協(xié)作學習是一種以協(xié)作學習小組為基本形式，調(diào)動教學系統(tǒng)中一切積極因素，促成學習者積極互動，主動探索，并以團體績效和組員成績有效結(jié)協(xié)作為整體評價體系的新的教育方法[11]?！叭珖芘嘣创髮W生力學競賽”的團體賽采用團隊課題的研究方式進行，這就要求學生相互合作，彼此保持默契，而這些非一朝一夕就能練成。因此，我們在平時的力學實驗教學中特別注意培養(yǎng)學生的團隊精神，以團隊協(xié)作學習組織學生參與實驗。具體做法為：結(jié)合開放式實驗室制度，以大學生創(chuàng)新訓練項目等學生科技活動為切入點，由學生自愿組成學習小組，選定指導教師，形成小組式學習團隊。在團隊中，因?qū)W生有共同的學習目標，協(xié)作時能夠相互監(jiān)督、彼此促進，在教師的指導下求同存異的學習。這種協(xié)作學習方式使得學生增加了相互之間的交流，對科學研究問題的認識更為深入，既激發(fā)了個體學習的潛力，也培養(yǎng)了學生的團隊責任意識。同時，教師與學生的關(guān)系從“一對多”的形式變?yōu)椤耙粚σ弧?，指導教師對學生學習過程的掌控也更加有效。

2.3 虛擬實驗系統(tǒng)

在實驗教學創(chuàng)新的洪流中，力學虛擬實驗已經(jīng)被多次提起。虛擬實驗系統(tǒng)作為真實實驗儀器的補充，可以在計算機上完成全部實驗過程，由此大大降低了學生實驗成本，也彌補了學生人數(shù)過多所引發(fā)的實驗條件不足，同時降低實驗的危險性，更方便學生在課余時間預習、復習，節(jié)約實驗時間[12]。這些優(yōu)勢逐漸得到各高等院校的認可，在力學實驗教學中采用虛擬實驗系統(tǒng)也成為我校努力的方向。在實踐中，力學教研室教師積極探索使用Matlab、有限元、計算機數(shù)值仿真技術(shù)開發(fā)虛擬實驗平臺。例如，利用Matlab仿真模擬圣維南原理點荷載的施加，避免了真實實驗無法準確實施，實驗難度過大的問題，學生通過計算機學習實驗過程，增加了直觀性，有效地加深了學生對圣維南原理的理解；還有低碳鋼拉伸的實驗，通過虛擬演示不僅可以使學生熟悉實驗過程，還可以使學生清楚地觀測到低碳鋼在屈服時加載力表盤指針的擺動以及試件表面45度滑移線的產(chǎn)生，實驗最后還可以觀測到頸縮的產(chǎn)生以及試件斷面的情況[13]，增加了實驗學習的趣味性，提高了教學效果。

3 對教師能力提升的推動

參與“全國周培源大學生力學競賽”不僅激發(fā)了學生學習的興趣，教師的教學、科研和教學改革能力也因此得到了大幅度的提升。

3.1 教學能力

指導學生參加“全國周培源大學生力學競賽”，教師的教育、教學理念得到升華，每一名力學教師都更加重視自身的教學水平與教學能力，不斷磨練教學基本功。東北林業(yè)大學沒有本科力學專業(yè)，力學教研室掛在土木工程學院，在指導學生參加競賽的過程中，教師首先對自身的教學能力進行了審視，為更好地發(fā)現(xiàn)、彌補不足，專門前往省內(nèi)其他院校交流學習，特別是哈爾濱工業(yè)大學，其力學是國家重點的一級學科，教師們在聽課、交流、學習的過程中找到了差距，提升了自身的素質(zhì)，在之后的教研室內(nèi)部討論學習過程中又進行了二次總結(jié)和提煉，實現(xiàn)了教師之間隱性知識到顯性知識的轉(zhuǎn)化過程，以及教師團隊的內(nèi)部知識共享。教學活動的實踐效果也尤為突出，以力學教研室的青年教師為例，兩名教師在連續(xù)兩屆東北林業(yè)大學青年教師教學競賽中獲得一等獎第一名，后一人又代表學校在黑龍江省高校第二屆青年教師教學競賽中獲得工科組一等獎。

3.2 科研能力

教學與科研是彼此促進、相互增長的，力學教師在教學過程中需要豐富的專業(yè)知識來提升自身授課水平。“全國周培源大學生力學競賽”將競賽安排在全國力學大會上頒獎，以促進學生從本科階段就開始了解和接觸高水平的力學前沿研究，而這一舉措對于高校教師科研能力的提升也具有重要意義。教師帶隊參與競賽的過程中，有機會與力學領(lǐng)域的專家接觸、交流，了解最新的研究動向，引發(fā)科學研究興趣，找到適合自己的研究領(lǐng)域，也能夠與兄弟院校的教師相互切磋，取長補短，這種“走出去”的方式，不僅開拓了學生的視野，也增加了教師學習、成長的機會，對于教師科研能力的提升十分必要。

3.3 教學改革能力

東北林業(yè)大學力學教學團隊在輔導學生參加競賽的過程中，不斷發(fā)現(xiàn)教學方面的不足，認真思索分析后對所講課程開展適當?shù)慕虒W改革，教研室近年來在教學改革方面取得如下成績：主持省級教改項目2項，校級教改項目3項；“理論力學”課程被評為校級精品課，“材料力學”、“工程力學”被列為東北林業(yè)大學重點課程建設(shè)項目；主編出版科學出版社教材《材料力學》、《理論力學》、《工程力學》，清華大學出版社教材《力學實驗教程》；發(fā)表教學研究論文6篇，其中2篇分別獲得黑龍江省高等教育教學成果二等獎和黑龍江省高等學校教育技術(shù)論文評比二等獎。當然這些還遠遠不夠，力學作為工科學生的基礎(chǔ)課程，其重要性不言而喻，以競賽和各類科技創(chuàng)新活動檢驗學生學習的效果，尋找教學上的欠缺之處，實行教學改革，從根本上提高力學教學質(zhì)量勢在必行。

4 結(jié) 語

“高等學校本科教學質(zhì)量與教學改革工程”的建設(shè)內(nèi)容中提到：繼續(xù)開展大學生競賽活動，重點資助在全國具有較大影響和廣泛參與面的大學生競賽活動，激發(fā)大學生的興趣和潛能，培養(yǎng)大學生的團隊協(xié)作意識和創(chuàng)新精神[14]。培養(yǎng)具有工程能力和創(chuàng)新能力的人才，是建設(shè)創(chuàng)新型社會和國民經(jīng)濟的發(fā)展對高等教育提出的要求[15]。以“全國周培源大學生力學競賽”為契機，創(chuàng)新力學教育教學模式，探索出一條大學生課堂學習和課外實踐相結(jié)合的素質(zhì)教育途徑，切實提高基礎(chǔ)力學教學效率和教學效果。

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