浅谈工程力学课程如何培养学生的创新能力

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摘 要：工程力学是一门重要的专业基础学科，概念性、理论性、抽象性都比较强，学生学习难度较大。本文结合笔者多年的教学经验，从四个方面阐述了如何在该门课程教学中培养学生的创新能力。

关键词：工程力学课程 学习兴趣 创新能力

工程力学是一门重要的专业基础学科，概念性、理论性、抽象性都比较强。由于自身基础较薄弱，学生对课程的基本知识难以理解，更不用说活学活用、进行创新了。如何才能在教学中激发学生灵感，培养学生的创新能力呢？

一、充分调动学生学习的积极性和主动性，激发学生的创新精神

创新精神的培养就是推崇创新、追求创新、以创新为荣的观念和意识的培养。运用学科优势，培养并激发学生的创新精神，是工程力学课程教学的首要任务。“教学”包含教与学的两个方面， 学生是教学工作的主体，教师起主导作用，而创新能力的培养必须通过激发学生学习的积极性和主动性才能实现。因此，教师有责任调动、激发学生对课程的兴趣和学习的自觉性。在课堂教学中，教师安排好教学程序，通过各个教学环节的启发、诱导，让学生从自己的学习实践活动中获取知识，培养创新能力。

教学中的一个重要环节是通过讲好绪论课来调动学生学习的积极性和主动性。因为学生每接触一门新课时，总是带着新奇的心情和探究的愿望来上第一堂课。教师应该抓住学生的这种心理，引导他们主动了解课程，不失时机地激发他们对课程的兴趣，树立学好这门课的信心，引导他们发现问题，增强学习的积极性和主动性。教师要引导学生仔细观察身边的各种力学现象，在不断提出问题和解决问题的过程中增长求知的欲望和创新意识。笔者向学生讲述了这样一个故事，某工厂技术员大胆创新改造，在仅有5吨载重量的起吊机的情况下，将主要受力的横梁由作用于一点的集中力，改造成两点分布力，进而成功起吊了8吨重的集装箱。类似的例子还可以举出很多。这样的教学过程强调了实践—理论—再实践的认识规律以及创新思维和创新能力的培养， 使绪论课真正成为调动学生学习积极性和主动性，召唤学生主动培养创新意识、创新精神及创新能力的动员课。

二、开展力学科学发展史教育，诱发学生学习兴趣，培养创新品质

创新品质是激励人们创新的内在因素。力学中一些重要规律的发现过程，无不闪耀着科学家们非凡巧妙的创造思维的光芒。教师要引导学生回顾力学大师们的光辉思想历程，领略什么是创新的品质。

教师在上课时要巧妙地设计教案，把力学科学史、科学家传记和科学新成就介绍给学生，使学生对力学产生浓厚的兴趣。如牛顿是万有引力定律的发现者，他把地球上物体的力学和天体力学统一到一个基本的力学体系中，创立了经典力学理论体系，正确地反映了宏观物体低速运动的宏观运动规律，实现了自然科学的第一次大统一。又如工程力学中关于梁的弯曲正应力，最早由伽利略进行开创性研究，得出横截面上的正应力均布的不正确结论，但这在四百多年前已经非常了不起。后来库仑将其纠正为线性的纯拉应力或纯压应力。直到1705年，圣维南、柏努利得出梁的弯曲应力的正确结论，正是我们今日所学的内容。再如桥梁学专家茅以升建造大桥、哥白尼创立日心说、中国著名科学家钱学森、钱伟长、钱三强的故事等等。通过这些介绍，可缩短学生和力学的距离，激发他们学习力学的兴趣。学生会情不自禁地想到：“我们今天没有任何理由不掌握这些该掌握的知识，并且还应该有所发现和建树才对。”教师在介绍科学巨匠们总结的力学规律的同时，还要注意突出他们创新的自觉性与主动性、勇敢性与挑战性，由此进一步激发学生学习及创新的

激情。

三、努力激发和保护学生的学习兴趣，培养创造性思维

学生的好奇心和对力学的兴趣是非常有限和脆弱的，教师应倍加珍惜和保护它，还应充分、合理地运用它。如果教师一味讲解公式的推导和复杂的计算，只能把学生的兴趣扼杀在摇篮之中。我们发现，如果一个问题比较容易回答，学生就会很乐意回答，而且注意力也会很快集中。其实老师也是一样的，如果问题总是难以回答，或者经常回答错误，次数多了就会产生厌烦情绪。因此，教师在阐述一个问题时，可以先提出一些与之相关的学生容易回答的简单问题或展示一些工程实例，不断地引导学生说出答案或引导学生思考，然后再逐步引出该理论或公式；将该理论或公式分析透彻后，再回到起点，理解其在工程实际中的应用；最后再提一些深层次的、后续的问题供学生思索。同时，老师也要积极引导学生学会自己去解决相关问题，不断地表扬和鼓励学生，逐步地引导学生的思维，提升学生的兴趣。譬如，在讲解轴向拉伸和压缩杆件强度条件之前，教师可以先提问学生：两根长度相同、材料相同，截面均为圆形的杆件，直径不同，一粗一细，如果两端用同样的力拉伸，当外力逐步增加时，两根杆的轴力分别等于多少？哪一根杆先断？若两根杆直径和长度相同，一根为钢杆，一根为木杆，当外力逐步增加时，哪一根先断？这些问题学生可以说很容易就能回答出来，教师再接着问：为什么两根杆轴力相同，但是不一起断呢？由此可以水到渠成地引出应力的概念和轴向拉压杆的强度条件。然后教师再引导学生结合身边的例子，思考这个强度条件有哪些用途，通过起重机的吊钩、汽车离合器踏板和电视塔等工程实例引出其三个方面的应用：强度校核、截面设计和许可载荷的设计。最后，教师再结合一个实际的例子，让学生思考如何使我们的设计既安全又经济，而且在遇到不满足强度条件的情况下该怎么办等等。这样使学生渐渐地感受到工程力学的魅力，并敢于去思考、探索，潜移默化地培养创造性思维能力。

四、注重课堂教学方法，提升学生的创新能力

灵活运用教学方法，更新教学观念，是培养学生创新能力的关键。可以尝试运用以下几种教学方法提高学生的接受能力和解决问题的能力，从而进一步提升学生的创新能力。

1.大量运用类比法

学生往往对身边的“微不足道”的小事很有兴趣，如果将力学问题和身边事做一类比，学生就会较容易记住并理解。比如教师在讲授极限应力、许用应力及安全系数时，可以举这样一个例子：家里共有10000元钱，需添置一批大件，身为一家之长，你只能安排7000元用于开销，其余3000元用于应付家庭成员生病或意外等情况。那么，这里的10000元就相当于极限花费，7000元则相当于允许花费，而3000元即为安全系数，安全系数越大，家庭成员就越有安全感。这样一类比，学生就很容易明白了。再比如，在讲解绝对变形和相对变形时，可运用一个班的某科目合格人数和合格率的例子，合格人数不能反映一个班考试成绩的高低，要消除班总人数的影响，只有用合格人数除以班总人数得到的合格率才能度量不同班级间的考试好差程度。这跟绝对变形只表示了杆件变形的大小，但不能表示杆件变形的程度一样。为了消除杆件长度的影响，也是以绝对变形除以原长得到单位长度的变形量即相对变形，来度量杆件的变形程度。通过类比使学生更容易接受和理解概念了。

2.把一个复杂问题打碎

如果要骑自行车从德清乾元到杭州，大部分人会感到非常困难，也会知难而退。但如果教师把这个路程分解为乾元武康上柏瓶窑杭州北站杭州武林门车站，杭州变得不那么远了。同样，如果一个较难的问题一下子摆在学生面前，学生会摸不着头脑，再加上有些学生前面的知识没有掌握透彻，势必会知难而退，兴趣会降低。而如果我们象对待路程一样，把一个复杂问题分解为若干个简单问题，让学生一步一步回答，教学过程将会变得轻松得多。比如，在讲授绘制静定梁的弯矩图时，教师可以将之分解为求梁的支座反力、弯矩的正负号规定、截面法、用简便方法求指定截面弯矩以及基本函数的图像及绘制方法等，这些问题学生比较容易回答。等这些问题回答完了，教师再引出梁弯矩图的概念及绘制方法，这样比一股脑地讲解弯矩图的概念和绘制步骤更容易被学生接受。

3.恰当地使用各种教学手段

现在，多媒体教学很流行，但流行的就是最好的吗？其实，对任何一门课程，适合的方法才是最好的。对于工程力学这门课程来说，教师可以使用多媒体课件，也可以使用投影仪，还可以使用适当的教具，比如压杆、各种梁的模型等，甚至一张废纸也可以用来演示应力集中现象。平时教师还可以用数码相机或者摄像机随时捕捉身边的工程实例。凡是能够更好地阐述力学原理、促进教学效果的手段和资料，均可以大胆使用。这样的立体化课堂一定会使工程力学变得丰富多彩。但有一点要特别指出，教师千万不要认为多媒体是万能的，黑板和粉笔的作用是不容抹杀的，它们在推导公式和讲评习题时特别有效。因此，教师应把各种教学手段和教学资源有机地结合在一起，交替使用，合理安排，才能将一堂本很枯燥的工程力学课变得妙趣横生，使学生易于接受。

总之，培养、提高学生的创新意识及创新能力，是教师、学生、学校以及社会应该共同关心、共同关注的大事，需要各方的共同努力。在全社会呼唤创新教育的今天，教师首先必须改变传统的教学方法。当然，这要求教师具备丰富的工程经验和生活阅历以及扎实的专业知识，要不断学习，终身学习，不断思考，与时俱进，不断研究学生，研究教材，研究教学方法，努力把自己培养成为专家型教师。只有这样，教师才能在课堂上着重去进行学生创造能力的培养，同时把理论知识和实际生活结合起来，把课讲得引人入胜，进行教学互动，把创新教育推向一个更高的水平，使创新教育真正取得成效。

（作者单位：浙江省湖州市技师学院）