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摘要：以力學競賽的輔導和組織參賽經驗為依托，對力學競賽在“工程力學”課程教學改革中的重要性和必要性進行探討，分析競賽與教學的相互促進作用，探索力學素質教育新途徑。
關鍵詞：力學競賽;工程力學;教學改革;素質教育
“工程力學”是高校諸多工科專業學生都要學習的非常重要的基礎課。由于該課程公式推導較多，邏輯性強，課堂教學理論性較強，趣味性和實踐性欠缺，大部分學生積極性較低且學習效果較差，全校每年都有四分之一左右的學生會在該課程考試中不理想甚至影響到能否順利畢業。因此，“工程力學”課程的教學改革近年來一直在進行。隨著高等教育大眾化，科技快速進步，工程力學課程的教學課時在不斷被壓縮，如何在少學時的課程中培養學生的基本力學學習及應用能力，提高學生的創新能力，為后續學生進入工作崗位完成相應的工程應用打下良好基礎，是高校任課教師不斷探索的目標。案例教學是選擇實際應用中發現的一些事例在教學過程中實施，圍繞教學目標和教學內容要求將這些事例應用到課堂上。在課程教學過程中，針對實際案例學生分組進行討論，教師輔導，共同參與達到教學目標。而各類型的力學競賽中，實際案例特別豐富多樣，是最優的選擇案例題材的渠道，力學競賽也是檢驗工科基礎力學教學成果的一項重要指標，是工程力學教學改革中必不可少的環節。創新性力學競賽，可以激發學生的學習熱情，增強學生的運算、制圖、力學建模和實踐能力，拓寬學生的視野，同時可以提高競賽輔導教師的教學水平，豐富課堂內容，對工程力學課程的教學有著極其重要的促進作用。本文結合作者近年來輔導和組織學生參加全國大學生結構設計競賽和全國周培源大學生力學競賽的參賽經驗，對力學競賽在“工程力學”課程教學改革中的重要性進行了探討，將力學競賽在課程教學模式與教學內容改革中的必要性給予了分析，關于力學課程學習與競賽的相互促進作用問題進行了討論，指出了工程力學課程教學改革的新思路，從而探索了力學素質教育新方法，課程的教學質量得到提升。
一、力學競賽在“工程力學”課程教學改革中的重要性
全國大學生結構設計競賽主要考察“理論力學”“材料力學”及“結構力學”三門課程的知識點，需要學生能夠融會貫通，靈活應用所學基本力學課程知識，并能夠對結構進行理論創新設計，具有較強建模計算能力，同時擁有制圖和軟件分析、實際應用制作及操作等等綜合能力。面對這樣比較有難度的工程設計加載實驗的競賽題目，參賽學生需利用所學所有基礎力學課程知識，團結合作，經過反反復復的設計分析、制作加工、加載試驗等環節，比賽前制作出滿足競賽要求的模型，比賽時需要現場封閉重新制作模型，現場加載。例如，在2019年全國大學生結構設計競賽黑龍江分區賽中，111支參賽隊伍來自26所高校，競賽的賽題是《山地輸電塔模型設計與制作》，如圖1所示，實際工程中的輸電塔，選手們需要利用竹材制作一個輸電塔模型，該模型需要在3個高度、角度的加載點承受共18kg的豎向荷載，比賽過程考核學生的理論方案是否合理、材料利用率、制作的手工、加載表現和團隊合作。經過14個小時的模型制作，然后在現場答辯及加載環節比拼下決出結果。圖2為部分小組學生比賽中根據賽題要求設計的輸電塔。整個參賽過程中，學生加深了對專業知識的理解，他們的執行能力、交流能力、動手實踐能力、團隊協作能力、創新設計能力和堅持能力等諸多方面得到了鍛煉，是對參賽學生的一次全方位檢驗。力學競賽不但考查了學生力學知識綜合運用能力和動手實踐能力，還考驗了大學生現場測試的心理抗壓能力。“工程力學”是其他力學課程的基礎，我們都知道，基礎不牢，談何結構牢固，所以力學競賽在“工程力學”教學改革中的地位顯而易見是非常重要的。主要體現兩個方面：一是力學競賽考查學生綜合應用力學知識的能力，完全做到了將理論應用到實踐，考查學生對工程力學知識點掌握程度，結合競賽工程實際項目，課內與課外、理論與實踐、基礎與專業相結合，實現了以用導學；二是力學競賽使學生產生極大的挑戰性心理，促使學生充分利用一切課余時間學習工程力學基本知識，實現了以用促學。
二、力學競賽在課程教學模式和教學內容變革中的必要性
工程力學包括“理論力學”和“材料力學”兩門課程，全國周培源大學生力學競賽的知識點覆蓋了“工程力學”所有知識點，競賽題目極具現實性、應用性和趣味性，將力學競賽中趣味性題型引入理論性和乏味性較強的“工程力學”課程教學環節中，既可以豐富“工程力學”課程的教學內容，又能提升“工程力學”課程教學的生動性，同時結合工程實際案例，在教學過程中，保持學生對課程的新鮮感，產生工程責任感，激發學生的學習興趣，充分調動他們的主動性和自覺性，使得學生源自內心的積極學習而不是被動學習。工程力學課程公式繁多，理論性較強，大部分學生學起來比較困難。將現實性和趣味性偏多的力學競賽題型引入“工程力學”課程教學內容，也相應地可以改變課程的教學方式。比如“翻轉課堂”式的教學模式，可以很好地實現競賽與教學密切鏈接。翻轉課堂是混合式教學的一種高級形態。傳統的實體課堂是以“教師講授”為主要形式，而翻轉課堂強調，將“教師講授”內容以MOOC來實現，實體課堂則更多地實現教師主導下學生自主式、參與式、探究式、合作式學習。應用“翻轉課堂”式的教學模式講解力學競賽題型，課堂氛圍非?；钴S，學生學習興趣濃厚。全班同學分組進行研究和討論，圍繞某一個競賽知識點，每組選擇一個或兩個代表發表各組對知識點的看法，下次課上再更換代表發言，爭取每位同學在“翻轉課堂”式的教學中都能發言三至四次，最后授課教師給予總結性指導，實現師生共同討論、共同學習的目的。因此，力學競賽在課程教學模式和教學內容變革中是非常必要的，不可缺少的一個環節。
三、力學競賽和“工程力學”課程的學習的互促作用及學生素質教育新途徑
力學競賽的賽事形式多樣性，如全國周培源大學生力學競賽主要考察“理論力學”和“材料力學”知識點，以計算為主；全國大學生結構設計競賽，賽題內容豐富，考查學生結構設計、制作、試驗及理論計算等方面。力學競賽總體上優點主要表現為賽題的工程實際性和趣味性，同時完美展現學生團隊合作的成果，而“工程力學”課程教學相對比較乏味。一是競賽的工程實際性可豐富工程力學理論課程課堂教學內容，工程聯系實際，形成課堂與工程的緊密對接，加強學生對理論知識的充分理解。二是競賽題目的有趣多樣性，可以激發學生學習工程力的熱情，培養學習興趣，推動學生自覺性和創新性。三是力學競賽除了對力學課程基礎知識的考察，同時培養了學生團結合作精神，進行了實踐性的素質教育，從而探索力學素質教育新途徑，提升了課程的教學質量，學生綜合素質得到了鍛煉和提高。例如，對于結構設計競賽中的最終作品必須是以小組為單位的團隊合作完成，某些環節如果有一位學生出現錯誤，將影響到作品最終能否成功。經上述分析，通過力學競賽達到競賽促進“工程力學”學習的目的，對“工程力學”課程的學習起到了積極的促進作用；競賽豐富了教師課堂教學內容，對教學模式的改革提供素材，達到了通過競賽促進和豐富了工程力學課程教學的目的。通過競賽，力學競賽和“工程力學”課程學習之間的相互促進作用被實現，并開辟了學生力學素質教育的新途徑。
四、小結
本文筆者以多年來輔導和組織學生參加力學競賽的經驗為依托，首先對力學競賽在“工程力學”課程教學改革中的重要性問題進行了探討，然后將力學競賽在課程教學內容和教學模式改革中的必要性給予了分析，最后關于課程學習和力學競賽的相互促進作用問題進行了討論，并指出了工程力學課程教學改革的新思路，探尋了力學素質教育的新方法，使得課程的教學質量得到進一步提升。
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作者:楊銀環 呂書清 單位:哈爾濱商業大學
