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基于“教”与“学”的工程力学教学改革与实践论文

发布时间:2021-02-20 10:19:30 文章来源:SCI论文网 我要评论














SCI论文(www.scipaper.net):

摘要:工程力学是职业院校的专业基础课程之一,在工程力学的教与学过程中存在一些问题,文章针对这些问题提出教学改革方法并进行了教学实践,以此提高学生的综合素质及自主学习能力。

关键词:工程力学;教学方法;教学内容;教学改革

本文引用格式:王洪岭等.基于“教”与“学”的工程力学教学改革与实践[J].教育现代化,2019,6(83):117-119.

工程力学是职业院校水工、建筑类等工科专业的一门专业基础课,涵盖了理论力学和材料力学的相关内容,课程理论性强,同时又与工程实际密切相关,为解决工程中遇到的各种力学问题提供理论依据,同时为建筑结构、建筑施工技术、建筑施工图识读实训等后续课程打下基础,在整个教学过程中担负着承前启后的任务。

对于3+2类职业院校,在中专完成3年学习再到联合高职完成2年课程,拿到大专毕业证。中专阶段的课程设置要符合分段式教学特点,因此将大部分基础理论课(如工程力学)放到了中专阶段学习,但由于工程力学中涉及大量的理论、公式和计算,其逻辑性较强,学习时需要一定的理解能力和分析能力,对于初中毕业,学习基础薄弱的学生学起来比较吃力,再加上课程传统的讲解过程相对比较枯燥,这使学生的学习兴趣偏低,教学质量很难保证。

提高工程力学教学质量,不是一蹴而就的事情,作者经过多年的工程力学教学经验,注重培养学生综合素质及自主学习能力,整理出工程力学教学中存在的问题,有针对性地进行教学改革,通过课堂实践收到良好的效果。

本文从教学中存在问题出发对教学内容、方法进行探讨与实践。

一 工程力学教学中存在的问题

(一)学生对工程力学认知偏差


工程力学教学过程中,静力学部分的内容在中学物理中就有所涉及,所以当工程力学一开讲,许多学生就会想到工程力学就是物理的一个分支学科,很多概念都熟悉,容易产生对这门课程的轻视心理,或是由于中学物理没学好产生了畏难情绪,总之对课堂上老师所强调的概念不主动去理解消化,惯性的利用物理中的思维方式来解决工程力学中的问题,有许多情况是行不通的。

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(二)教师教学过程中存在的问题

首先,随着北京市中专生源数量不断下降,学生之间的个体差异也逐渐明显,学生学习能力与认知水平以及学习态度存在差异,如果在教学中不考虑这些个体差异而将所有的同学在一个班级里采用相同的教学目标,布置一样的教学任务,设定同样的考核标准的话,就会造成基础好的同学学会后出现厌学、无聊、不感兴趣的状态,而基础差的同学容易出现学不懂,学习压力大甚至放弃学习的情况。

其次,教学方法与手段单一。工程力学课程体系比较强调理论体系的完整性,强调知识结构的逻辑性和严密性,与工程实际联系紧密,大多数学生缺乏对生活和生产实践的感性认识,单靠老师的口述和板书很难让学生接受和理解这些知识。例如,在讲解力向平面内任意点平移过程中,老师的描述与实例的引用,仅靠板书的形式呈现就很受局限,费时费力,学生学习起来也晦涩难懂。

再者,教学内容多,学时被压缩。中专阶段增加了人文类课程的比重,专业课学时被一再压缩,严重不足,工程力学的教学在课堂上重点就集中在理论的概念的阐述上,涉及工程应用的方面只能通过很少的例题完成。老师与学生在课堂上对所遇到的问题交流讨论少,学生缺少主动的思考与总结。

这样的工程力学在教与学的过程中,学生多数时间处于一种被动的学习,枯燥乏味,课后更是读书与思考少,学到的内容也只能是呆板的知识点,不能为学生在解决问题时自发的应用。每个学生不能在自己原有的基础上得到长足显著的进步。

二 工程力学教学内容、教学方法的改革

(一)教学内容优化


要明确工程力学与物理的不同分工,工程力学培养学生定量地研究实际工程的能力,不是定性地解释物理现象和提示机理方面,物理中的力学部分重复,如力的基本概念、力的合成与分解、二力平衡等等,就不能在课堂重复地讲已经学过的内容,因此有必要对教学内容进行改革,使工程力学的学习真正建立在学生已经具备的力学知识基础上。同时还要突出与物理中力学部分的区别,引起学生的重视。

例如,不考虑摩擦的情况下,画出图1杆件的受力图,有的同学就会把杆件受力图画成图3的形式(图2为正确受力图)。分析其原因,这是因为在物理中,受力分析重点是重力、支持力、摩擦力,研究对象不考虑形状简化成质点,这样画物体受力都是平面汇交力系。工程力学把研究对象简化为刚体,受力图要考虑物体的形状,受力分析平面汇交力系只是一种特例,物体受力多为平面任意力系,学生学习工程力学的难点之一就在这些区别上。


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(二)教学方法多样性

1.知识内容与科学方法的讲授


教学,不只是科学知识的教授,还有科学方法[1],科学精神和科学态度的教育。笔者在工程力学教学中,通过工程实例的演示引导学生对课程的兴趣,抽象出力学模型导入与实例相关的知识点,将推导思路和所用的科学方法提示给学生,让学生参与到推导的整个过程,师生共同讨论整理出结论,然后再回到工程实际。这样提高了学生学习的主动性,通过思考、推导、总结来自主的学习。这样学生在学习知识的同时,也学习了科学的分析方法。

例如,在材料力学部分的“梁截面的正应力分布规律”讲解中,首先结合工程实例,让学生观看钢筋混凝土适筋梁破坏的录像,观察梁开始出现裂缝的位置,最后破坏时的标志等,引出梁截面正应力分布规律的知识点。学生先前已理解梁的内力——剪力和弯矩,这是将梁和约束先科学抽象化成线和理想支座,而要分析梁截面上的应力分布就不能将梁抽象化成一条线了,需将其科学地抽象为一层层的纤维粘合而成的杆件,此时用竹筷作为模型进行演示教学。老师提出问题,弯曲时杆件的每层纤维变形是否一样,有无变化规律,这样通过观察演示模型变形规律得出应力变化规律的结论。学生会主动的思考问题,并积极的讨论求解方法,在讨论的过程中,由老师引导出梁截面的正应力分布规律,这时学生就会很快的理解与掌握弯矩产生的应力垂直于梁截面,为正应力,且上下边缘处应力最大,中性轴处应力为零,其余各点应力与该点到中性轴的距离成正比。

对于工程实例视频中钢筋混凝土适筋梁,受力后跨中受拉一侧边缘混凝土首先开裂,就是因为此处所受拉应力最大,而混凝土抗拉强度不足引起了最先的裂缝。

随着外力的增加,破坏时受压一侧混凝土达到极限压应变而压碎,这就很好地运用所学知识解释了工程现象。这样的讲授,会让学生掌握科学知识的同时,学会了解决问题的方法与分析思路,可以帮助他们在解析复杂问题时,利用合理的科学方法,把问题分解简单化,循序渐进解决复杂问题。科学的方法不仅有益于课堂所学习的内容,还适用于任何学科的学习,甚至对于个人综合素质能力的培养也有很重要的作用。

2.分层教学因材施教

分层教学就是教师在组织教学中,根据学生现有的知识水平、接受能力和学习态度,把学生科学地分成几组各自水平相近的层次(学习小组)并区别对待、因材施教的一种教学方法。分层教学使不同层次的学生在教师恰当的分层策略中,通过分层训练、分层指导、分层考核和评估,在原有基础上得到最大限度的发展和提高。[2]具体到工程力学课程中的做法是:首先客观公正地对学生进行分层,之后对不同层次的学生设置他们在教学活动中所要达到的不同学习目标,教师精心确定每次课程中各个层次的教学任务,设计教与学的各个环节,教学时的重点则是组织、引导不同层次的学生完成不同层次的任务并对其完成质量进行考核。分层教学方法能保障全体学生受到最恰当的教育,本学期将建筑高职班分为A、B两层,制定了与不同层次学生的知识结构、能力水平相适应的教学目标,通过翻转课堂、任务驱动等教学手段让不同层次学生完成不同层次的任务,提升、引起、激发和调动各层次学生一系列的内在需求,使学生产生积极学习的原动力,真正调动了学生的学习主动性与积极性,最终完成适合本层次要求的考核。

3.翻转课堂混合式教学模式

基于翻转课堂的线上线下混合教学模式是让学生在课外的时间观看教师提前设计并整理好的教学视频和测验题,推送至学习平台上,学生进行自主学习,而将课堂变成互动和检查学习效果的场所,课堂上有足够的时间积极采用讨论法、讲练结合法、案例分析法等进行探究学习,充分体现了学生学习的主体地位。[3]笔者在工程力学教学中采用翻转课堂混合式教学方法如下:

“建筑云课”是操作比较方便的建筑类教学平台,是基于智能手机在网络环境下的APP。在工程力学课程中提供了静力学基本概念、平面汇交力系、力矩-平面力偶系、平面一般力系、轴向拉伸和压缩、梁的弯曲、剪切与扭转、压杆稳定等适合中专阶段学习的视频资源,教师需编制与视频内容配套的预习测验题,教师提前一天发布本次课程的教学视频和测试任务,学生可随时随地反复观看视频自主学习,完成相应的测试任务。教师通过平台反馈了解学生自学后掌握情况,分析整体教学效果,为课堂教学提供参考,同时后台记录学生个体的学习时间和测验成绩,成为过程考核的一部分。教师还可介绍另外一些学习资源给学生,例如,中国大学慕课、网易公开课中工程力学的相关课程,提高了学生对工程力学的兴趣,同时一些学生会把观看公开课中自己遇到的问题拿到课堂上或通过一些通讯平台与老师讨论。

课堂教学中,教师先对课前预习时存在点共性问题进行重点讲解,对预习视频中的重难点知识进行深化讨论,之后给予学生充足的时间进行能力训练,最后通过工程案例将所学知识进一步内化,以提高学生解决问题的能力。例如,在讲力矩这一小节时,先让学生通过手机在线学习力矩的概念及基本计算,之后完成相应预习测验。教师通过平台反馈结果掌握到学生普遍在计算力臂时容易出错,因此在课堂教学中重点讲解力臂的计算方法,同时就正负号的判断这一重点内容让同学们展开讨论,再通过计算练习掌握力矩公式,最后引入重力式挡土墙是否倾覆的工程案例,考察学生解决问题的能力,增加学习兴趣,学以致用。

4.多媒体与板书相结合

从教师授课方式上,采用多媒体与板书相结合的授课方式,通过使用多媒体将枯燥抽象的现象规律变为直观可见。例如,在进行静力学部分“工程中几种常见约束”的讲解时,老师若只用板书与口授的方式讲解光滑圆柱铰链约束的特点与约束力表示,学生很难理解与掌握。通过多媒体首先呈现生活和工程上的实物,包括剪刀、起重机臂、推土机液压杆等,之后动画演示铰连接的两端构件的相对约束的情况,这样学生就能很直观地看到光滑圆柱铰链约束的特点与约束力,约束与被约束物体之间是限制相对的位移,不限制相对的转动,约束力可用一对互相垂直的分力表示任意方向的未知力。

但由于课件内容丰富,翻页较快,不利于学生对公式、知识点的消化吸收,此时有必要使用板书帮助学生加深印象。对一些推理计算过程,使用板书可让学生一步一步跟随老师思路,有了反应和思考的时间,也比使用对媒体效果理想。例如在讲解“约束力的计算”时,多媒体进行理论讲解后,板书呈现计算步骤提示“绘受力分析图,列平衡方程,解方程。”之后例题讲解仍采用板书以便学生更好地思考、理解与吸收,同时为学生练习提供参考。

多媒体的实物演示与力学模型的建立,板书的理论推导分析,让课堂内容更为生动,学生对工程力学的兴趣也有所提高,对知识的理解更为透彻。

三学生学习情况分析

笔者通过以上方法与实践,以建筑工程施工专业为例,将2018-2019学年与2017-2018学年,卷面成绩对比分析(表1)。


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文中所采用的教学改革方法,在2018-2019学年,系统的运用在教学中,考试采用同一试题库组卷,试卷整体内容与笔者在教学方法改革前相似,从2018-2019学年成绩分布情况来看,多数同学掌握工程力学的基本内容,个别学生能力较高,成绩突出,降低了未通过人数。从两个学年卷面成绩对比分析可见,经过教学方法的改革,学生成绩有明显的提高。

在学校开展的各学科教学的座谈会上,学生也对作者在工程力学教学中所采用的教学方法给予认可,并建议能有更多的工程案例拿到课堂中与理论相结合地讲授知识点。

四 结束语

工程力学的教学方法是在教与学的过程中,在与学生的反馈中不断地摸索与实践总结而成。《论语》有“学而不思罔,思而不学则殆”,在教授知识的同时,也要让学生学会科学的学习方法,利用现代化教学手段翻转课堂,从被动的学习变为主动的学习,在不断地思与学中进步。[4]

参考文献

[1]苏禾.对学生进行科学方法教学的几点体会.力学与实践[J],2012,34(3):78-80.
[2]武美先.浅谈民族院校“工程力学”分层教学的利弊.教育教学论坛[J],2015,12(49):200-201.
[3]邓大志.工程力学教学中翻转课堂模式的应用.轻工科技[J],2018,34(11):188-189.
[4]高金盔.增强《工程力学》教学效果的思考与实践[J].教育现代化,2016,3(30):213-214.

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