基于課程論文的彈性力學(xué)課程教學(xué)方法探究

[摘 要] 彈性力學(xué)是工科院校一門重要的課程。為了提高本科生理解和應(yīng)用彈性力學(xué)知識(shí)的能力，任課教師在彈性力學(xué)教學(xué)方法上做進(jìn)一步的改進(jìn)。以課外布置關(guān)于有限元方法的力學(xué)課程論文的研究任務(wù)，作為力學(xué)課程的大作業(yè)，納入期末成績(jī)考核中，此舉措可有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生參與到課堂教學(xué)中來，教師引導(dǎo)答疑，增強(qiáng)師生互動(dòng)，從而形成良好的教學(xué)氛圍。

[關(guān)鍵詞] 有限元;彈性力學(xué);課程論文;教學(xué)方法

[作者簡(jiǎn)介] 郭曉菊（1987—），女，寧夏石嘴山人，碩士，青海大學(xué)土木工程學(xué)院講師，主要從事理論力學(xué)、材料力學(xué)、彈性力學(xué)等課程教學(xué)，研究方向?yàn)楹辖鸬奈⒂^力學(xué)。

[中圖分類號(hào)] O31? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? ?[文章編號(hào)] 1674-9324（2021）12-0145-04? ? ?[收稿日期] 2020-09-30

彈性力學(xué)是工科專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課，其學(xué)習(xí)成效直接影響后續(xù)專業(yè)課程的掌握程度，尤其對(duì)彈性力學(xué)的基本概念和研究方法廣泛應(yīng)用于其他學(xué)科，培養(yǎng)學(xué)生掌握彈性力學(xué)的基本概念、基本理論、基本方法具有重要意義[1-6]。教學(xué)工作者對(duì)彈性力學(xué)教學(xué)方式[7]、教學(xué)方法[8]、教學(xué)內(nèi)容[9]等方面進(jìn)行了很多研究。彈性力學(xué)課程作為工科本科生的一門選修課，理論課和實(shí)踐課分別為16學(xué)時(shí)，這種情況下，無論是對(duì)教師還是學(xué)生都是一種考驗(yàn)，當(dāng)務(wù)之急是在教學(xué)方法上做一些工作，實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的結(jié)合，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。本文采用黃獻(xiàn)海老師[4]提出的課程論文形式的教學(xué)方法，對(duì)彈性力學(xué)選修課程的教學(xué)方法進(jìn)行了改革。在教學(xué)的過程中，以任務(wù)教學(xué)為出發(fā)點(diǎn)，并且根據(jù)學(xué)生自身專業(yè)自由組合成5人一組的團(tuán)隊(duì)，依據(jù)專業(yè)特點(diǎn)設(shè)定不同的彈性力學(xué)課題任務(wù)，教師通過指導(dǎo)和督促學(xué)生完成彈性力學(xué)教學(xué)課程論文。

一、課程論文式教學(xué)方法的實(shí)施步驟

彈性力學(xué)是工程力學(xué)學(xué)科中最基礎(chǔ)、最重要的一門課程。彈性力學(xué)在力學(xué)學(xué)科中具有“承上啟下”的作用。彈性力學(xué)是材料力學(xué)的發(fā)展和擴(kuò)展，是塑性力學(xué)、斷裂力學(xué)、巖石力學(xué)、振動(dòng)力學(xué)、有限元法的基礎(chǔ)。隨著科技的快速發(fā)展，世界范圍內(nèi)的大型復(fù)雜工程不斷涌現(xiàn)，彈性力學(xué)在工程中的應(yīng)用涉及土木工程、水利、橋梁隧道、采礦工程等諸多領(lǐng)域，如彈性體受力分析、強(qiáng)度校核等。不僅給廣大力學(xué)專業(yè)畢業(yè)生提供了廣闊的就業(yè)空間，而且對(duì)學(xué)生力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的要求也在不斷提高。與理論力學(xué)、材料力學(xué)相比，彈性力學(xué)的研究對(duì)象更加廣泛，內(nèi)容更加抽象，對(duì)理論推導(dǎo)和基本數(shù)學(xué)知識(shí)的要求也更加嚴(yán)格。如何才能充分調(diào)動(dòng)廣大學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，擺脫復(fù)雜而又煩瑣的公式推導(dǎo)，使學(xué)生對(duì)彈性力學(xué)在工程應(yīng)用領(lǐng)域中的重要性有一個(gè)深刻的認(rèn)識(shí)，筆者根據(jù)在學(xué)習(xí)、研究和教學(xué)過程中積累的一些經(jīng)驗(yàn)，對(duì)目前彈性力學(xué)的教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行了探討和思考。

在傳統(tǒng)的教學(xué)中，教師在講授時(shí)，將重點(diǎn)放在書本上，是一個(gè)學(xué)生體驗(yàn)的學(xué)習(xí)過程。毋庸置疑，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，多媒體在課程中的應(yīng)用非常廣泛，有的內(nèi)容能直觀、圖文并茂地展現(xiàn)，因此受到廣大師生的青睞。但還要注意教材的重要性。對(duì)于機(jī)械專業(yè)來說，力學(xué)學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容是推導(dǎo)數(shù)學(xué)公式，其推導(dǎo)過程直接影響學(xué)生對(duì)一些重要機(jī)械參數(shù)概念的理解。例如，將應(yīng)力函數(shù)引入彈性力學(xué)課程就是如此。由于應(yīng)力函數(shù)來源于平衡型微分方程的通解，因此該方程的通解是由任意特解與同次方程的通解相加而得，同次方程通解的求解過程中引入了應(yīng)力函數(shù)。應(yīng)力函數(shù)知識(shí)點(diǎn)是彈性力學(xué)教學(xué)中的難點(diǎn)，也是教學(xué)中的重點(diǎn)，講解過程非常抽象，不易理解。因此，學(xué)生的理解和接受過程不能只是多媒體教材的演示，還需要與書本的逐步推導(dǎo)相結(jié)合。

在彈性力學(xué)的教學(xué)過程中，通過布置教學(xué)論文任務(wù)，能夠引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)的配合教師教學(xué)，有效的提高學(xué)生的綜合能力。該實(shí)踐項(xiàng)目貫穿整個(gè)彈性力學(xué)課程教學(xué)過程，具體步驟如圖1所示。

二、教學(xué)實(shí)踐和學(xué)生評(píng)價(jià)

彈性力學(xué)選修課授課以來，彈性力學(xué)課程論文是整個(gè)課程考核中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它不僅反映學(xué)生的自學(xué)態(tài)度和學(xué)習(xí)能力，也是學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)和理解能力的一個(gè)綜合反映，因而可成為平時(shí)成績(jī)?cè)u(píng)定的一個(gè)重要依據(jù)，占總評(píng)成績(jī)的50%。在授課期間，任課教師也感受到學(xué)生能夠認(rèn)真上課，并且課堂氣氛活躍，教學(xué)效果良好。

通過發(fā)放問卷調(diào)查，對(duì)收回的有效問卷分析后發(fā)現(xiàn)，大部分同學(xué)對(duì)本科階段的彈性力學(xué)課程這種選修課表示歡迎（圖2），很多人完成了一些有意義的作品。比如以郭佳慶同學(xué)為組長(zhǎng)的團(tuán)隊(duì)完成了基于Abaqus軟件的平板中心圓孔應(yīng)力分析;以常雪同學(xué)為組長(zhǎng)的團(tuán)隊(duì)完成高深懸臂梁平面問題理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)合分析節(jié)點(diǎn)位移及支座反力;以苗夢(mèng)同學(xué)為組長(zhǎng)的團(tuán)隊(duì)對(duì)簡(jiǎn)支梁在均布載荷作用下板內(nèi)的應(yīng)力分布進(jìn)行了數(shù)值模擬分析;以李琨同學(xué)為組長(zhǎng)的團(tuán)隊(duì)對(duì)受均布荷載懸臂梁的變形及應(yīng)力進(jìn)行分析。學(xué)生在運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)分析計(jì)算實(shí)際問題的過程中，加深了對(duì)知識(shí)的理解，也自覺認(rèn)識(shí)到力學(xué)對(duì)專業(yè)的重要性，提高了學(xué)習(xí)力學(xué)的積極性和主動(dòng)性。

同時(shí)對(duì)學(xué)生選題來源進(jìn)行調(diào)查（圖3）。從中可以看出，由于本科生知識(shí)儲(chǔ)備不夠，大多數(shù)學(xué)生的選題沒有想法，只是通過教師給定的題目完成課程論文，單純的完成課程任務(wù);少數(shù)學(xué)生希望能有助于課程理解，并且注重專業(yè)知識(shí)的應(yīng)用。在對(duì)課題原創(chuàng)性的把關(guān)上，教師可以通過方案階段的把關(guān)，強(qiáng)調(diào)課題對(duì)生產(chǎn)生活實(shí)際力學(xué)問題的提煉和計(jì)算，可以減少選題的盲目和重復(fù)性。

對(duì)課程論文目的的調(diào)查顯示，52%的學(xué)生比較看重理論聯(lián)系實(shí)際，認(rèn)為課程論文的訓(xùn)練有助于加深學(xué)生對(duì)彈性力學(xué)的理解和對(duì)學(xué)習(xí)本門課的興趣;25%的學(xué)生比較認(rèn)同大作業(yè)對(duì)他們思考和解決問題的能力的鍛煉。（圖4）為了提高學(xué)生的綜合能力，在課程論文研究的過程中，要求課題研究的整個(gè)過程，從方案構(gòu)思和提交，到研究的展開和反饋，再到最后的論文提交，完成了一個(gè)系統(tǒng)的訓(xùn)練。

三、課程論文教學(xué)方法的優(yōu)缺點(diǎn)和教學(xué)評(píng)估

（一）課程論文教學(xué)方法的優(yōu)缺點(diǎn)

課程論文形式的教學(xué)方法能夠有效增強(qiáng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐學(xué)習(xí)知識(shí)的本領(lǐng)，并學(xué)會(huì)從工程實(shí)際中提煉出理論模型、分析問題、運(yùn)用相關(guān)理論知識(shí)解決實(shí)際工程問題、提煉科學(xué)問題撰寫成科研小論文;可有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)彈性力學(xué)這門選修課的學(xué)習(xí)興趣，課堂教學(xué)效果突出，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中始終能找到成就感。

這種教學(xué)方法存在很多不足之處，如不能大面積推廣，并且在教學(xué)過程中需要教師付出大量的精力解決學(xué)生遇到的困難，課程論文選題也比較困難。

（二）教學(xué)質(zhì)量評(píng)估

通過與學(xué)生座談和同行評(píng)教相結(jié)合的方法，對(duì)實(shí)施的課堂教學(xué)效果和學(xué)生能力培養(yǎng)情況進(jìn)行分析總結(jié)。連續(xù)兩年，按照課程論文、課程閉卷考試的方法進(jìn)行考核。在學(xué)生完成本課程之后進(jìn)行座談，大部分學(xué)生反映，他們對(duì)于專業(yè)知識(shí)的理解得到了加深，表示樂于完成課程論文;同行評(píng)價(jià)表示，課堂上學(xué)生的參與度增強(qiáng)，有助于歷練學(xué)生獨(dú)立思考能力、表達(dá)交流能力和增強(qiáng)學(xué)習(xí)的自信心，學(xué)習(xí)成績(jī)及格率顯著提升。

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Abstract： Elastic Mechanics is an important course in the Department of Industrial Sciences. In order to further improve undergraduate students' ability to understand and apply the knowledge of this course， teachers need to further improve the teaching method of the course. We have assigned the extra-curricular research task of a course paper on the finite element method in the teaching of this course， and taken it as an important assignment of the course in the final evaluation. This measure can effectively improve students' learning interest， encourage students to participate in the classroom teaching， and achieve a good teaching effect by enhancing teachers guidance and teacher-student interaction.

Key words： finite element; Elastic Mechanics; course paper; teaching method