聚焦实战、以能力培养为导向的“工程力学”课程教学改革探索

聚焦实战、以能力培养为导向的“工程力学”课程教学
改革探索
张慧田爱平姜爱民
（海军航空工程学院飞行器工程系机械基础教研室山东·烟台264001）中图分类号：G642.0文献标识码：A DOI：10.16871/ki.kjwhc.2017.01.029
摘要“工程力学”是我国工科院校普遍开设的核心专业技术基础课程，也是我院的学历教育平台基础模块中的一门主干课程。

本文针对军事院校学历教育的人才培养要求和特点，主要从新型教学方法与模式上对军校工程力学课程的教学改革进行了初步探索。

关键词工程力学启发式案例式力学史Exploration on the Teaching Reform of"Engineering Mechanics"Oriented by Practice and Ability Cultivation// Zhang Hui,Tian Aiping,Jiang Aiming Abstract"Engineering Mechanics"is a professional and funda-mental course offered in engineering colleges and universities in China,as well as a required course constituting the basic module of our academy's academic education platform.In view of the re-quirements and characteristics of talent cultivation in military a-cademies,this paper preliminarily explores the teaching reform of "Engineering Mechanics"in military academies through new teaching methods and models.
Key words Engineering Mechanics;heuristic;case-based;history of mechanics
为全面落实总部《加强和改进军队院校教学工作的意见》，深入贯彻习近平主席强军目标重大战略思想，培养“能打仗、打胜仗”的新型军事人才，我院启动了“向实战聚焦、向部队靠拢”的教学改革工程。

“工程力学”课程是我院学历教育课程平台学科基础模块中的一门必修课。

课程遵循素质教育、创新教育的基本理念，突出培养学员的逻辑思维、空间想象、科学计算能力，培养学员一丝不苟的工作作风和工程师的基本素质，以提高学员自身素质从而适应军队武器装备发展的需要。

我院工程力学课程知识体系分为刚体力学、变形固体静力学两大部分，内容包括静力学、运动学、动力学、强度、刚度、稳定性六大模块，所涉及的知识量非常大，但目前的工程力学教学的课时已从80学时压缩到50学时。

与此同时，先进的工程技术和前沿交叉学科正在飞速发展，要求学员在掌握本课程经典的概念理论的基础上，还要求了解本学科中涌现的新技术、新思路，这对工程力学的教学提出了新的挑战。

1采用启发式教学，创造积极思维的氛围，培养学员解决问题的能力
根据工程力学课程的特点和学员的接受能力，教员在每个教学环节中始终贯彻“以学员为主体，教员为主导，教学相长”的教学理念，探索并实践形式新、效果好的教学模式与方法。

传统的工程力学教学方式一般是教员先讲授基本概念，再推导一些定理和公式，最后运用这些公式来求解工程实际问题。

但是这样的传授过程与真正的科学发展过程相违背，不利于培养学员发现问题、研究问题能力，也很容易使学员在学习过程中产生消极情绪。

“启发式”教学模式是一种先进的教学模式，它的成功运用可以充分调动学员的学习积极性，使得学员从“要我学”转变为“我要学”。

教员在授课过程中运用启发式教学，对一些抽象概念的引入、公式的证明，应从一般常见的感性认识出发，使学员从自己的经历经验中体验探索乐趣，培养和发展学员发现问题、研究问题的能力[1]。

例如在讲力螺旋时，以一个小玩具“纸折螺旋桨”为例，先通过实际演示，让学员分析不同构型的螺旋桨的下落现象（旋转下落、垂直下落），使其积极参与到教学活动之中，产生浓厚的学习兴趣。

再引导学员对螺旋桨叶进行受力分析，利用前面所学力系简化的知识对桨叶上的力系进行合成，对合成结果进行对比分析就可以让学员深刻理解不同构型的螺旋桨下落方式不同的原因，从而对力螺旋这一抽象概念有了清晰的感性认识。

在这一过程中，教员要发挥引导作用，为学员创造积极思维的氛围，注重内容的启发性，使学员带着问题听讲，促使学员在教员的引导下进行积极思考，从而培养学员的发现、分析、解决问题的能力。

2以“军味”案例为导引，聚焦实战、靠拢部队，锤炼学员的工程素养
案例式教学起源于1880年，由哈佛大学开发完成[2]，20世纪80年代被引入中国的高校。

案例式教学是指经过教员的精心策划，以特定案例为基本教学素材，将学员带入与知识点相关的情境中。

在教员的引导下，学员采用个人分析、小组合作和全班交流等学习形式，借助案例材料含有的信息，运用所学的知识去分析案例问题，最终提出解决方案。

近年来，一些国内高校已经将案例教学成功应用于教学中[3-4]，并取得了很好的效果。

教员在讲授教学内容的过程中，聚焦实战、靠拢部队，挖掘和提炼现实生活中具有“军味”的与学员息息相关的一些典型案例进行分析、论证，以加深学员对知识的理解和记忆，获得正确认识。

例如，旋梯是飞行学员体能训练用的简单而有效的器
教改教法
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总第375期2017年1月（下）
材之一，能够锻炼飞行员良好的航空环境适应能力，它就像是一个旋转的梯子，因此而得名“旋梯”。

在对动量矩守恒定律进行定性分析时，以学员身边非常熟悉的旋梯训练为例，先播放飞行学员用旋梯训练的录像，使教学活动处在真实的情景中。

首先提出问题：若要使旋梯形成整周的完整旋转，人体需要配合旋梯位置进行哪些相应动作？如何利用动量矩守恒定律来解释整个过程？接下来由教员引导学员进行讨论分析旋梯摆动过程中人体的最关键动作——
—当摆角为零时的挺身。

分析人体、旋梯系统的受力情况，引导学员思考动量矩守恒定律的条件，让学员分组讨论系统所受的外力是否满足此条件？经过分析，学员清楚地了解在这个极短的挺身过程中，旋梯、人体系统关于转轴的动量矩守恒。

最后，引导学员从另外的角度（能量角度）分析整个过程，并且思考“人体在最大摆幅位置挺身，而在摆角为零时下蹲”会出现什么情况，即旋梯停摆的过程。

案例式教学注重分析思考的过程，让学员在工程实例中对所研究问题“抽丝剥茧”并获得最终的正确结果，整个过程能够激发学员学习的兴趣，有利于学员加深对所学理论的理解并能将其更好地应用。

聚焦实战、靠拢部队，深度挖掘军味案例，将工程力学课程赋予一定的军事背景，将学员所学的知识与实战、与装备紧密相连，使课堂教学过程更有活力，于潜移默化中培养学员对工程问题的感悟能力以及综合素质。

3以力学史为桥梁，把握前沿与热点，提高学员的
创新能力
我国的工程力学教材，对力学的发展历史、研究现状、
热点前沿等介绍甚少。

一些教员授课时也一味地向学员灌输呆板的知识，把一门有血有肉的课程讲得很沉闷，学员感受不到力学特有的魅力，极大地阻碍了学员创造能力的发挥。

力学史及力学新成就的教育可以弥补一些不足[5]。

在对纯弯梁的正应力公式的推导过程中，以史为鉴，从达·芬奇在笔记中讨论的梁的受力问题，到雅各布·伯努利提出梁变形的平面假设、纳维第一次给出中性层的准确定义；从伽利略错认为截面内正应力均匀分布，到马略特认为弯曲正应力是从梁的下端纤维沿高度线性分布的等方面对梁的研究过程进行介绍[6]，将妙趣横生的力学史渗透到枯燥的理论推导过程中，对学员的创新能力进行启迪。

力学史的渗透，不是简单的流水账式的历史事件的记录，而是要经过精心的规划、设计，不仅要体现力学中的理论的产生、形成和发展的历程，更要使学员更加深刻地理解和掌握现有的力学知识，了解以往力学家的科学工作、研究思想及科学方法等，并从他们的成功中获得启示，从他们的失误中吸取教训，进而提高创新思维能力。

教员授课时除了传统力学史的渗透外，还应该把握当今力学研究的前沿与热点，让学员了解此领域的最新进展。

在介绍材料的力学性能时，介绍常见的几种战斗机的结构材料及特点，让学员了解材料学领域的前沿热点问题。

实践证明在教学中适当地穿插力学史料会大大激发学员对工程力学学习的兴趣[7]，把本学科的最新研究成果引入到课堂，可以开拓学员视野，从而提高学员的创新能力和综合素质。

4构建模块化内容体系，培养学员的思维能力
“工程力学”课程研究受力物体与物体的机械运动、变形之间的关系。

本课程涉及的内容非常广，研究方法灵活多样，初学者在接触之初往往存在恐惧心理，感觉知识点难以掌握。

工程力学课程知识体系分为刚体力学、变形固体静力学两大部分，内容包括静力学、运动学、动力学、强度、刚度、稳定性六大模块，各知识点模块用一张简单的组织结构图就可清晰明了地表示出来。

在教学过程中突出对比联系，使学员构建起良好的知识体系，培养学员的思维能力。

在介绍变形固体静力学中基本变形部分时，由于轴向拉压、剪切、扭转、弯曲的内力、应力、变形公式都不一样，而且公式、概念很多，各章节之间似乎不存在联系，学员会感到这部分内容难以记忆。

如何学好这部分内容，关键在于理顺思路，让学员明白无论哪种基本变形，研究思路和方法本质上都是一致的，即先研究外力，再分析内力，导出应力、应变（变形）公式后建立强度、刚度条件，最后应用于工程实例。

这样，学员对基本变形的知识框架有了条理清晰的感性认识，在学习过程中就能掌握主动。

另外，教员可以进一步总结对比这部分的内容，指导学员总结四种基本变形形式的强度计算的规律，强调它们之间的共同点，指导学员不要把这四种基本变形的强度条件公式割裂开来记忆，从而让学员建立力学思维。

5结语
军事学历教育院校是培养部队骨干军官的摇篮，怎样
为军队培养具有创新精神和深厚工程技术背景，培养“能打仗、打胜仗”的新型军事人才，是军队学历教育院校人才培养不断追求的目标。

我院工程力学教学的改革实践从学员的实际出发，既要结合应用型本科人才的培养目标，又要适应社会经济以及部队装备的发展和需求。

在教学过程中，灵活运用不同的教学方式，结合课程特点和人才培养要求，以能力培养为导向，注重学员力学思维、创新思维的建立与养成；聚焦实战、靠拢部队，将理论知识与装备、实战紧密结合，培养学员运用工程力学知识分析、处理工程实际问题的能力，为学员今后的学习、工作奠定良好的基础。

参考文献
[1]徐杏华.基础力学课程中的启发式教学[J].成人教育,2004(6):78-79.
[2]刘刚.哈佛商学院案例教学作用机制及其启示[J].中国高教研究,2008(5):89-91.
[3]杨卫.案例式教学:固体力学的前沿应用[A]//力学课程报告论坛组委会.力学课程报告论坛论文集[C].北京:高等教育出版社,2009.
[4]郭汉丁,王凯.基于案例教学法的教员时间素养提升途径探讨[J].高等建筑教育,2010,19(5):27-31.
[5]刘建林.浅谈工程力学教学中力学史知识的渗透[J].石油教育,2008(6):66-68.
[6]武际可.力学史(第2版)[M].上海:上海辞书出版社,2010.
[7]周宏伟.浅谈基础力学教学中的人文因素[J].力学与实践,2007,29(1):79-80.
编辑张效瑞
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