如何提高藝術(shù)類專業(yè)學(xué)生對(duì)工程力學(xué)的掌握

焦古月

摘 要 工程力學(xué)是一門涉及廣泛工程技術(shù)領(lǐng)域和眾多力學(xué)學(xué)科分支的工程基礎(chǔ)學(xué)科。隨著現(xiàn)代化工業(yè)日趨個(gè)性化、藝術(shù)化，越來越多高等院校給藝術(shù)類專業(yè)學(xué)生也開設(shè)了工程力學(xué)課程，旨在為未來設(shè)計(jì)師打下工學(xué)基礎(chǔ)。但是藝術(shù)類專業(yè)學(xué)生理工科基礎(chǔ)相對(duì)而言較薄弱，要提高他們對(duì)工程力學(xué)這門課程的掌握，可以從準(zhǔn)確把握教學(xué)目標(biāo)、靈活運(yùn)用教具和模型、有效結(jié)合傳統(tǒng)黑板講解和現(xiàn)代多媒體演示、建立積極的師生互動(dòng)以及巧妙聯(lián)系生活等幾個(gè)方面入手，從而有效提高學(xué)生對(duì)這門課程的興趣和對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握，并且有助于工程學(xué)科和藝術(shù)類學(xué)科的有效融合和共同進(jìn)步。

關(guān)鍵詞 工程力學(xué) 藝術(shù)類專業(yè) 高等教育

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2016.04.028

Abstract Engineering Mechanics is a basic engineering course that covers a vast area of engineering techniques and varies branches of mechanical studies. With the development of modern engineering， customization and artistic intentions are implemented on engineering design. Thus， more and more universities and colleges are requiring art-major-students to take Engineering Mechanics， so that they can be well prepared for future work. However， the art-major-students have a week background in science and engineering. To enhance their understanding of Engineering Mechanics， we should revise the teaching objectives accurately， use teaching tools and models flexibly， combine traditional blackboard writing and modern multimedia presentations effectively， interact with the students properly， and refer to normal life vividly. So the students can have a better understanding of this course， and improve the combination and improvement of engineering and arts.

Key words engineering mechanics； art； higher education

工程力學(xué)是一門涉及廣泛的工程技術(shù)領(lǐng)域和眾多力學(xué)學(xué)科分支、具有較強(qiáng)理論性、并且緊密聯(lián)系工程技術(shù)的工程類基礎(chǔ)學(xué)科。這門課程中涉及的定理、定律和結(jié)論被廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)的工程技術(shù)中，是解決實(shí)際工程問題的重要基礎(chǔ)。隨著現(xiàn)代工業(yè)日趨個(gè)性化、藝術(shù)化，越來越多的高等院校給藝術(shù)類專業(yè)學(xué)生也開設(shè)了工程力學(xué)課程，以達(dá)到在培養(yǎng)未來的設(shè)計(jì)師時(shí)為他們打好工學(xué)方面基礎(chǔ)的目的。

一般而言，相較于理工類專業(yè)的學(xué)生，藝術(shù)類專業(yè)學(xué)生的理科基礎(chǔ)相對(duì)比較薄弱，對(duì)工程知識(shí)的了解甚少。因此，在學(xué)習(xí)工程力學(xué)這樣一門理論性很強(qiáng)的基礎(chǔ)工程學(xué)科時(shí)，他們會(huì)面臨較大的學(xué)習(xí)困難，對(duì)于知識(shí)點(diǎn)不易理解和掌握。要提高藝術(shù)類專業(yè)學(xué)生對(duì)工程力學(xué)這門課程的掌握，可以從以下幾個(gè)方面入手：

1 準(zhǔn)確把握教學(xué)目標(biāo)

要實(shí)現(xiàn)教學(xué)方法的優(yōu)化，首先必須準(zhǔn)確地把握好教學(xué)目標(biāo)。這就需要教師在開課前認(rèn)真鉆研教材，了解教材編體系、知識(shí)結(jié)構(gòu)，并準(zhǔn)確地把握每節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容特點(diǎn)，調(diào)整好整個(gè)教學(xué)過程的節(jié)奏。

工程力學(xué)是由靜力學(xué)和材料力學(xué)兩部分內(nèi)容組成的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，其教學(xué)目的是使學(xué)生掌握對(duì)于簡單構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的平衡、強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)理論和基本方法，具備將簡單的工程實(shí)際問題抽象為力學(xué)模型的初步能力。具體而言，該課程的教學(xué)致力于使學(xué)生掌握以下基本能力：（1）能從簡單的物體系中選取分離體，正確畫出受力圖；（2）能正確計(jì)算力的投影和力矩，正確進(jìn)行平面力系的簡化；（3）能熟練地使用宏平面力系的平衡方程求單個(gè)物體和簡單物體系的約束反力；（4）能分析簡單構(gòu)件在各種變形時(shí)的內(nèi)力，繪出相應(yīng)的內(nèi)力圖，確定危險(xiǎn)截面；（5）掌握簡單構(gòu)件在各種基本變形時(shí)的應(yīng)力和變形計(jì)算，并能確定危險(xiǎn)點(diǎn)的位置；（6）能正確運(yùn)用強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性條件對(duì)簡單受力構(gòu)件進(jìn)行校核和截面設(shè)計(jì)；掌握常用工程材料機(jī)械性質(zhì)的基礎(chǔ)知識(shí)，等等。

通常，工程力學(xué)課程的教學(xué)目標(biāo)可以分為知道、理解、掌握、應(yīng)用這四個(gè)層次。根據(jù)藝術(shù)類專業(yè)學(xué)生的學(xué)科背景知識(shí)和實(shí)際需求，可采用不同的教學(xué)方法以達(dá)到不同層次的教學(xué)目的：（1）如果只要求達(dá)到知道、了解這第一層次的知識(shí)點(diǎn)，可選用講授、介紹、閱讀等教學(xué)方法，比如重心的計(jì)算、摩擦的概念等內(nèi)容。（2）而如果要求達(dá)到理解、領(lǐng)會(huì)這第二層次的知識(shí)點(diǎn)，則可以選用嘗試、探究等教教學(xué)方法，比如剛體系統(tǒng)的靜力學(xué)分析、梁彎曲的微分關(guān)系等內(nèi)容。（3）若要求達(dá)到掌握這第三層次的知識(shí)點(diǎn)，可以選用習(xí)題課和講評(píng)等教學(xué)方法，比如簡單的拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)和彎曲等基本變形的計(jì)算。而最后一個(gè)層次，要求學(xué)生能應(yīng)用學(xué)習(xí)到的知識(shí)，則可以運(yùn)用講評(píng)和解決實(shí)際工程問題等教學(xué)方法，內(nèi)容著重在簡單變形條件下的構(gòu)件強(qiáng)度、剛度校核，截面尺寸設(shè)計(jì)，以及許用載荷設(shè)計(jì)等問題的理解和運(yùn)用上。

2 靈活運(yùn)用教具和模型

在針對(duì)藝術(shù)類專業(yè)學(xué)生的教學(xué)中，可以靈活運(yùn)用教具、模型和多媒體輔助設(shè)備，以達(dá)到更好的具象化效果。

教育心理學(xué)家的研究表明，學(xué)生在形成知識(shí)的最初階段，都必須借助于感覺，先把對(duì)具體事物的觀察和接觸轉(zhuǎn)化成與具體事務(wù)無關(guān)的感性認(rèn)識(shí)，再把感性認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)化成抽象、概括的理性認(rèn)識(shí)。而藝術(shù)類專業(yè)的學(xué)生又恰恰是習(xí)慣以形象思維為主要思維方式的。所以，要幫助藝術(shù)專業(yè)學(xué)生建立起力學(xué)概念，僅僅靠講述是不夠的；很多知識(shí)點(diǎn)概念點(diǎn)都要靠一些具體直觀的教具把它們演示出來。因此，在工程力學(xué)的教學(xué)中，靈活運(yùn)用教具和模型來進(jìn)行說明和演示操作，對(duì)于藝術(shù)類專業(yè)學(xué)生尤其顯得重要。

比如，在工程力學(xué)學(xué)習(xí)中，非常常見的一種研究對(duì)象是圓截面的長直桿。在課程講解中，使用粉筆、教鞭等教具就可以非常生動(dòng)地用來演示圓截面直桿，向這些工程零基礎(chǔ)的學(xué)生形象地講解拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、彎曲等基本變形的受力特征。

為了更好地讓學(xué)生理解構(gòu)件的變形特征，可以用硬卡紙分別制作矩形截面和圓形截面的直桿模型。用不同顏色的記號(hào)筆在模型上畫出變形前后的參考線，有助于藝術(shù)類專業(yè)學(xué)生直觀地理解直桿的幾種基本變形。尤其是桿件彎曲這一章節(jié)中的中性層和中性軸概念，在黑板或多媒體課件上的平面演示對(duì)藝術(shù)類學(xué)生來說很難理解。如果教師能夠課前準(zhǔn)備一個(gè)實(shí)體的模型，并且用記號(hào)筆將中性層和中性軸勾勒出來，學(xué)生就能直觀并快速地能理解其涵義。

3 有效結(jié)合傳統(tǒng)黑板講解和現(xiàn)代多媒體演示

在課堂上還要盡可能地將現(xiàn)代多媒體技術(shù)教學(xué)和傳統(tǒng)的黑板教學(xué)結(jié)合起來。

隨著科技的不斷進(jìn)步，進(jìn)入21世紀(jì)以后，越來越多的高等院校要求教師使用多媒體手段來進(jìn)行輔助教學(xué)。而傳統(tǒng)的黑板講解似乎漸漸淡出了我們的視線。很多教師，尤其是年輕教師，更習(xí)慣使用幻燈片等多媒體演示手段來代替?zhèn)鹘y(tǒng)黑板，這看起來是科技進(jìn)步的必然趨勢(shì)。然后，并不是所有的教學(xué)內(nèi)容都適合完全用多媒體來進(jìn)行教學(xué)。無論科技如何發(fā)展，傳統(tǒng)的黑板講解和推導(dǎo)，都依舊在教學(xué)中占有一席之地。

在使用多媒體手段的教學(xué)中，一定要明確主次關(guān)系。應(yīng)用多媒體是現(xiàn)代化的輔助教學(xué)手段，而不是主要的教學(xué)方式。這一技術(shù)能夠?yàn)檎n堂教學(xué)帶來方便，但不能一味地依賴多媒體。有效結(jié)合傳統(tǒng)黑板講解和多媒體演示，在這兩種教學(xué)方式間恰當(dāng)且靈活地切換，能非常有效地吸引學(xué)生注意力，提高教學(xué)質(zhì)量，并且產(chǎn)生很好的師生互動(dòng)效果。

如果出現(xiàn)沒有黑板、只有多媒體設(shè)備的課堂條件，教師就應(yīng)該對(duì)多媒體課件進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)于每一個(gè)做圖或解題步驟，都要進(jìn)行逐條顯示，并留給學(xué)生充分的思考和討論時(shí)間，實(shí)現(xiàn)用多媒體代替黑板演算。

4 建立積極的師生互動(dòng)

隨著傳統(tǒng)教學(xué)觀念的進(jìn)步和轉(zhuǎn)變，師生互動(dòng)成為當(dāng)前課堂教學(xué)改革中的一個(gè)重要關(guān)注點(diǎn)。學(xué)會(huì)建立積極的師生互動(dòng)，可以提高教師的教學(xué)能力和教學(xué)水平，并且培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力。然而，在現(xiàn)行的教學(xué)模式中，仍然存在著這樣的誤區(qū)，認(rèn)為課堂教學(xué)應(yīng)該以老師的講解為主，講得越細(xì)越好；并且以個(gè)別優(yōu)秀學(xué)生的課堂表現(xiàn)，來代表大多數(shù)學(xué)生的課堂表現(xiàn)。當(dāng)教師進(jìn)行互動(dòng)提問的時(shí)候，個(gè)別優(yōu)秀的學(xué)生能夠很快地做出反應(yīng)，并且得到正確的答案；而大多數(shù)學(xué)生只能被動(dòng)地聽，機(jī)械地接受知識(shí)點(diǎn)。這樣的互動(dòng)模式違背了現(xiàn)代化教學(xué)的新概念，對(duì)大多數(shù)學(xué)生的學(xué)習(xí)并無助益。

此外，還有一些老師則錯(cuò)誤地理解了教學(xué)改革的理念，誤認(rèn)為師生互動(dòng)越多越好，將大量的課堂時(shí)間浪費(fèi)在無關(guān)、無目標(biāo)的師生互動(dòng)上，沒有起到對(duì)教學(xué)應(yīng)有的促進(jìn)作用。

有效的師生互動(dòng)，應(yīng)該包括行為互動(dòng)、情感互動(dòng)和認(rèn)知互動(dòng)。單純的認(rèn)知互動(dòng)并不能促進(jìn)學(xué)生高層次思維的發(fā)展，只有以積極的情感互動(dòng)和高層次的認(rèn)知互動(dòng)為核心的學(xué)習(xí)方式，才能促進(jìn)學(xué)生包括高層次思維在內(nèi)的全面素質(zhì)的提高。教育心理學(xué)研究表明，學(xué)生對(duì)一知半解的事物更容易產(chǎn)生探究的欲望。教師可以利用這一心理，等學(xué)生在新舊知識(shí)銜接時(shí)遇到新的問題，再適時(shí)進(jìn)行互動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探索和思考。

5 巧妙聯(lián)系生活

力學(xué)離不開生活，生活離不開力學(xué)。對(duì)于藝術(shù)類專業(yè)學(xué)生來說，生活中處處會(huì)遇到力學(xué)問題，只是他們對(duì)其理論和術(shù)語都非常陌生，所以面對(duì)工程力學(xué)的課本會(huì)覺得無所適從。所以，在對(duì)他們講解工程力學(xué)中涉及的一些概念前，可以引導(dǎo)學(xué)生搜集生活中的力學(xué)信息，積累力學(xué)方面的知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)力學(xué)的興趣。

在課堂教學(xué)中，則可以營造解決實(shí)際問題的情景，使學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體。有的知識(shí)點(diǎn)很直觀形象，而有的知識(shí)點(diǎn)則跟學(xué)生的生活有一定的距離，顯得很抽象，讓學(xué)生難以理解。因此，教師可以結(jié)合學(xué)生已有的生活經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際情況，幫助學(xué)生理解教學(xué)難點(diǎn)。

比如，在講解中間鉸的時(shí)候，可以先告訴學(xué)生這個(gè)概念的定義，讓學(xué)生自行想象生活中有哪些常見物品中有中間鉸，如果他們猶豫或回答不出，再拿出一把剪刀來讓他們指出中間鉸的位置。又比如，在講解力對(duì)軸的矩這一章節(jié)時(shí)，可以使用教室的門或窗做現(xiàn)場(chǎng)演示，讓學(xué)生充分理解為什么當(dāng)力平行于軸或通過軸的時(shí)候，力對(duì)軸的矩等于零。這樣聯(lián)系生活實(shí)際的講解有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，并逐步培養(yǎng)他們解決實(shí)際問題的能力。

總之，給藝術(shù)類學(xué)生講解工程力學(xué)，應(yīng)該有目的地結(jié)合他們的實(shí)際生活，讓他們的思維走出教室，走進(jìn)生活，拓展他們想象和創(chuàng)造的空間，巧妙地聯(lián)系生活，更好地掌握并運(yùn)用力學(xué)知識(shí)，加深他們對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。

6 結(jié)論

跨專業(yè)學(xué)習(xí)是現(xiàn)代高等教育的趨勢(shì)，并有助于各個(gè)學(xué)科的有效融合和共同進(jìn)步。對(duì)于理工科基礎(chǔ)薄弱的藝術(shù)類專業(yè)學(xué)生，要提高他們對(duì)工程力學(xué)這門課程的掌握，可以從準(zhǔn)確把握教學(xué)目標(biāo)、靈活運(yùn)用教具和模型、有效結(jié)合傳統(tǒng)黑板講解和現(xiàn)代多媒體演示、建立積極的師生互動(dòng)以及巧妙聯(lián)系生活等幾個(gè)方面入手，從而有效提高學(xué)生對(duì)這門課程的興趣和對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度。

參考文獻(xiàn)

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