競賽驅(qū)動、教賽融合的基礎(chǔ)力學(xué)教學(xué)模式改革探索

謝 旋 羅 威 李 彪 葉 永

（三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，湖北 宜昌 443002）

1 研究背景與現(xiàn)狀分析

基礎(chǔ)力學(xué)課程（理論力學(xué)和材料力學(xué)）是很多工科專業(yè)（如水利、土木、機械）的一門必修課，也是相關(guān)專業(yè)的考研初試科目，是學(xué)生進行后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)不可或缺的重要前提，關(guān)乎學(xué)生知識體系的構(gòu)建和創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)。然而基礎(chǔ)力學(xué)課程理論性強，概念和公式繁多，學(xué)生學(xué)起來相對比較枯燥，容易產(chǎn)生厭學(xué)情緒。為促進高等學(xué)校力學(xué)基礎(chǔ)課程的改革、提高學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)力學(xué)的興趣，2006年受教育部高等教育司委托，教育部高等學(xué)校力學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會、中國力學(xué)學(xué)會和周培源基金會共同主辦的全國周培源大學(xué)生力學(xué)競賽。這是一項旨在加強理工科高校學(xué)生素質(zhì)教育，培養(yǎng)其動手能力、創(chuàng)新能力和團隊協(xié)作精神的大學(xué)生科技競賽。隨著全國周培源大學(xué)生力學(xué)競賽的影響力不斷擴大，很多省市和高校開始舉辦地區(qū)和校級的力學(xué)理論知識與實踐競賽。

目前，開設(shè)有力學(xué)本科專業(yè)的院校非常有限。雖然國內(nèi)絕大部分理工科院校都開設(shè)了基礎(chǔ)力學(xué)課程，但其中絕大多數(shù)都沒有力學(xué)本科專業(yè)。這些普通高校僅有很少一些教師在專門負責(zé)基礎(chǔ)力學(xué)的教學(xué)，教學(xué)任務(wù)相當繁重，由于沒有力學(xué)本科生和力學(xué)師資力量不足等原因，導(dǎo)致學(xué)生力學(xué)基礎(chǔ)薄弱，參賽積極性不高，競賽成績不甚理想。面對力學(xué)競賽的培訓(xùn)輔導(dǎo)和沖刺獎項，這些院校的力學(xué)教師感到有心無力。筆者所在單位是省屬一本高校，好幾年前曾經(jīng)獲得過一次全國二等獎， 然而到了2021年的第十三屆個人賽上連全國優(yōu)秀獎（省區(qū)前15%）都沒有一個。學(xué)校每次選派的參賽學(xué)生主要來自水利和土木這兩個優(yōu)勢學(xué)院，而機械、材料、物理等專業(yè)學(xué)生被有意或無意邊緣化。這其中一方面是因為輔導(dǎo)教師人手不夠，學(xué)院之間有些許利益沖突，但更重要的因素可能是其他專業(yè)學(xué)生的力學(xué)成績比較差，而他們所在學(xué)院又沒有專門的力學(xué)老師宣傳和輔導(dǎo)競賽。久而久之，參賽隊伍越來越小，優(yōu)秀拔尖者寥寥無幾，整體參賽成績自然逐漸下滑。筆者結(jié)合學(xué)生時代的體會以及高校任教的經(jīng)驗，總結(jié)了一些共性問題：（1）學(xué)校/學(xué)院對基礎(chǔ)力學(xué)競賽不夠重視，每次都是臨時組織教師輔導(dǎo)學(xué)生參加周培源力學(xué)競賽，缺乏制度建設(shè)；（2）學(xué)校對全國力學(xué)競賽獲獎學(xué)生的獎勵力度不夠，在評優(yōu)推優(yōu)評獎時認可度不高，也沒有對力學(xué)賽事、獲獎學(xué)生和指導(dǎo)教師進行廣泛宣傳；（3）基礎(chǔ)力學(xué)任課教師在課堂教學(xué)中幾乎從不跟學(xué)生提及力學(xué)競賽，學(xué)生對全國周培源大學(xué)生力學(xué)競賽知之甚少，即使略有耳聞也不感興趣；（4）校級力學(xué)競賽完全是應(yīng)付要求，小打小鬧，簡單走過場，沒有起到初步選拔學(xué)生的作用，徒增老師出卷閱卷和監(jiān)考負擔；（5）除個別院系舉行小范圍結(jié)構(gòu)模型制作比賽之外， 學(xué)校很少舉辦校級力學(xué)實踐操作類競賽，不利于大學(xué)生的跨專業(yè)交流與學(xué)習(xí)；（6）教師的工作積極性得不到制度保障，輔導(dǎo)完全靠教師個人熱情，吃力不討好，導(dǎo)致競賽輔導(dǎo)力度不夠，組織和管理不到位，另外學(xué)生湊熱鬧、打醬油居多，真正沉下心來認真?zhèn)鋺?zhàn)的少；（7）賽后沒有對相關(guān)數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)整理和分析，缺乏經(jīng)驗教訓(xùn)總結(jié)和長遠規(guī)劃。

誠然，作為基礎(chǔ)力學(xué)教師，不應(yīng)該過分追求全國力學(xué)競賽成績的獲獎與名次， 但競賽是一面鏡子，一扇窗口，競賽成績的高低好壞所反映出的教與學(xué)的問題確實值得好好反思。

2 基于力學(xué)競賽驅(qū)動的基礎(chǔ)力學(xué)教學(xué)改革探索

近年來，隨著學(xué)科競賽受到越來越多的關(guān)注和重視， 以學(xué)科競賽為驅(qū)動的教學(xué)改革成為熱議的話題。筆者總結(jié)近年來自己在力學(xué)教學(xué)和競賽輔導(dǎo)方面的切身體會，認為普通高校不僅要大力宣傳國家級力學(xué)競賽，廣泛吸引學(xué)生參賽，同時還應(yīng)著力打造校級力學(xué)競賽平臺，形成寓教于賽、以賽促教、教賽結(jié)合的基礎(chǔ)力學(xué)教學(xué)模式，提升基礎(chǔ)力學(xué)教學(xué)水平，提高學(xué)生成績，為考研和就業(yè)打下堅實的力學(xué)基礎(chǔ)。

2.1 在基礎(chǔ)力學(xué)課堂中融入力學(xué)競賽內(nèi)容，實現(xiàn)教中有賽

引入競賽內(nèi)容，讓課堂教學(xué)生動有趣。基礎(chǔ)力學(xué)課程理論性強，概念和公式繁多，學(xué)生學(xué)起來相對比較枯燥，容易產(chǎn)生厭學(xué)情緒。因此，要精簡課堂教學(xué)內(nèi)容，通過合理配置常規(guī)教學(xué)內(nèi)容和競賽試題內(nèi)容的比例，改變過多、過細、過全的課堂講授方法，淡化公式推導(dǎo)，突出理論應(yīng)用。一方面，將課上的簡單易懂的知識點先讓學(xué)生預(yù)習(xí)， 課堂教學(xué)以較高起點進行講授。另一方面，用節(jié)約的課上時間講解貼近生活實際的力學(xué)競賽應(yīng)用題，選擇難度適中、具有一定工程背景的力學(xué)競賽真題作為例題，又或者將一些趣味力學(xué)競賽題引入課堂教學(xué)，擴展學(xué)生的知識面，讓學(xué)生切實感受力學(xué)知識在實際生活和工程中的妙用，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和主動性， 這樣可使學(xué)生感覺競賽不再遙不可及，大大調(diào)動優(yōu)秀學(xué)生參加競賽的積極性。

剖析競賽試題， 培養(yǎng)力學(xué)建模和分析研究能力。很多力學(xué)競賽試題（如周培源力學(xué)競賽題）多源自工程實例， 深入剖析其隱含的力學(xué)要素和建模方法，可幫助學(xué)生提高建模能力。重視力學(xué)建模能力結(jié)合生活實例和工程實例，引導(dǎo)學(xué)生自己提煉力學(xué)模型，利用相關(guān)力學(xué)知識分析解決問題，可以使學(xué)生從“給定的力學(xué)模型”思維中解脫出來，掌握分析問題的真本領(lǐng)。課堂上還可以引入MATLAB 等數(shù)學(xué)軟件和ANSYS、ABAQUS 等仿真軟件，進行編程演示，實現(xiàn)求解過程和結(jié)果的可視化。另外，力學(xué)競賽試題往往要進行定性分析， 借此可以初步培養(yǎng)學(xué)生的分析研究能力，在教學(xué)過程中應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生從解題為主轉(zhuǎn)向分析問題的本質(zhì)為主， 從注重答案轉(zhuǎn)向注重力學(xué)創(chuàng)新思維和方法，培養(yǎng)學(xué)生的力學(xué)素質(zhì)和定性分析能力，幫助學(xué)生從更高層次理解并把握力學(xué)的核心概念，提高力學(xué)素養(yǎng)， 有助于學(xué)生后續(xù)的專業(yè)課學(xué)習(xí)和工程案例分析，也能為以后的讀研深造作鋪墊。

因材施教，打造多元個性化輔導(dǎo)模式。一方面，由于報名參賽學(xué)生來自不同的專業(yè)和年級，集中輔導(dǎo)培訓(xùn)時間一般只能安排在晚上或周末，不能兼顧全部參賽學(xué)生的時間； 參賽的大二學(xué)生剛接觸材料力學(xué)課程，直接參加培訓(xùn)跟不上教師的進度。另一方面，考慮到學(xué)生的水平和能力差異， 為滿足優(yōu)秀學(xué)生競賽需求，需要因材施教，分層次教學(xué)。直接采用賽前集中輔導(dǎo)的方式往往會導(dǎo)致一些學(xué)生因為跟不上教師的進度而產(chǎn)生畏難情緒，甚至選擇中途退出，白白浪費寶貴的時間和精力，給教師和同學(xué)造成不良影響。在學(xué)時縮減課程內(nèi)容繁多的背景下，要靈活利用移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實行線上線下混合教學(xué)，為有需求的學(xué)生定制和推送有針對性的競賽輔導(dǎo)內(nèi)容。引導(dǎo)學(xué)生組建興趣小組，實現(xiàn)競賽輔導(dǎo)的日常在線督促和交流。

2.2 發(fā)揮校級力學(xué)競賽作用，探索寓教于賽

創(chuàng)新校級力學(xué)競賽試題。舉辦校級力學(xué)競賽可以為每兩年一次的全國賽預(yù)熱并選拔優(yōu)秀選手。但目前不少學(xué)校的力學(xué)競賽題多是一些陳年舊題， 單調(diào)枯燥，儼然加強版期末考試或考研題大雜燴，難以吸引學(xué)生參賽。因此需要不斷更新和優(yōu)化競賽試題，盡可能兼顧基礎(chǔ)性、趣味性和創(chuàng)新性。除了改編已有的競賽題之外，還可以借鑒國內(nèi)外優(yōu)秀經(jīng)典力學(xué)教材和相關(guān)文獻中的力學(xué)問題，特別是生活和學(xué)習(xí)中的有趣力學(xué)現(xiàn)象或故事。不僅要考查學(xué)生對力學(xué)基本概念、理論和方法的掌握情況，還要鍛煉學(xué)生提煉力學(xué)問題的能力和建立力學(xué)模型進行分析計算的能力。

加強校級力學(xué)實踐競賽。目前我校開設(shè)的材料力學(xué)、 工程力學(xué)實驗的特點為教師已設(shè)計好試驗步驟，學(xué)生只是按部就班地完成試驗，這極大限制了學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，而周培源力學(xué)競賽更注重針對研究問題設(shè)計試驗，以問題為導(dǎo)向，最終達到解決工程實際問題的目的。為了充分鍛煉學(xué)生的力學(xué)實踐應(yīng)用能力， 應(yīng)當效仿全國力學(xué)競賽中的實驗操作大賽，結(jié)合開放式實驗室制度，以大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目和科研興趣小組等科技活動為切入點，由學(xué)生自愿組成學(xué)習(xí)小組，選定指導(dǎo)教師，形成學(xué)習(xí)團隊，開展跨學(xué)科、跨學(xué)院的校級結(jié)構(gòu)—材料設(shè)計制作大賽。當今工程問題已經(jīng)離不開計算機求解，因此還應(yīng)當引入力學(xué)編程計算或軟件仿真模擬， 增加趣味性和挑戰(zhàn)性，順應(yīng)時代發(fā)展要求。打造融力學(xué)理論、材料制備、結(jié)構(gòu)設(shè)計、計算機編程等知識為一體的校級力學(xué)實踐競賽平臺，促進相互交流學(xué)習(xí)。

2.3 宣傳力學(xué)賽事，總結(jié)競賽成效，打造教—賽—學(xué)閉環(huán)

宣傳力學(xué)賽事和獲獎事跡，以賽勵志，以賽促學(xué)，學(xué)而優(yōu)則賽。對于很多非力學(xué)專業(yè)的水利、土木和機械類本科生而言，參加力學(xué)競賽就如同參加數(shù)學(xué)和物理競賽一樣，似乎與自己的專業(yè)毫不相關(guān)，甚至有點不務(wù)正業(yè)。正因如此，學(xué)生大多不愿參加力學(xué)競賽，避之猶恐不及。所以需要力學(xué)教師在課堂上介紹全國力學(xué)競賽和省級、校級力學(xué)競賽，宣傳獲獎學(xué)生事跡，展示結(jié)構(gòu)模型獲獎作品，強調(diào)參加力學(xué)競賽對提高專業(yè)課成績、評優(yōu)評先、獎學(xué)金申請以及考研就業(yè)方面的幫助。通過樹立榜樣增強學(xué)生的自信心，燃起人能我亦能的斗志，吸引學(xué)生備賽參賽，營造良好學(xué)習(xí)風(fēng)氣。對校級力學(xué)競賽獲獎學(xué)生也要進行學(xué)業(yè)上的特別關(guān)注和后續(xù)指導(dǎo)，鼓勵他們積極備戰(zhàn)全國力學(xué)競賽。

完善教師激勵機制。對參與競賽輔導(dǎo)工作的教師按課程形式兌現(xiàn)一定工作量，對獲獎的指導(dǎo)教師依據(jù)相關(guān)獎勵標準給予獎勵，在職稱評審、年度考核、評選先進等方面給予適當?shù)募臃郑膭钜痪€教師積極參與力學(xué)競賽輔導(dǎo)工作。

總結(jié)經(jīng)驗，實現(xiàn)教賽融合協(xié)同促進。很多學(xué)校的力學(xué)競賽活動存在重輔導(dǎo)而輕總結(jié)的不良現(xiàn)象。為教而教， 為賽而賽的片面做法使得競賽與教學(xué)相互游離，無法形成協(xié)同效應(yīng)。因此要對歷屆全國力學(xué)競賽以及校級力學(xué)競賽的參賽情況與競賽成績進行深度分析匯總，尋找教學(xué)和輔導(dǎo)方面的不足之處，提出教學(xué)改革措施，探索教學(xué)改革方向。

3 結(jié)語

基礎(chǔ)力學(xué)是眾多理工科專業(yè)的基礎(chǔ)支撐課程，其重要性不言而喻。因此，普通高校尤其要重視基礎(chǔ)力學(xué)課程的教學(xué)與研究。本文提出競賽驅(qū)動，教賽融合的基礎(chǔ)力學(xué)教學(xué)改革新模式和新途徑。具體而言，采取“探究式+討論式”授課，引入難度適中的典型競賽題目作為課堂教學(xué)的例題，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，加大力學(xué)競賽的宣傳力度，鼓勵學(xué)生積極參加各級力學(xué)競賽，實施線上線下混合式教學(xué)和競賽輔導(dǎo)。通過以賽勵志，以賽促學(xué)，以賽促教，以賽促改，實現(xiàn)教—賽—學(xué)深度融合，提高學(xué)生力學(xué)素養(yǎng)，夯實力學(xué)基礎(chǔ)，培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，為新時代造就更多高素質(zhì)、強能力、復(fù)合型人才。