應用型本科力學課程教學研究與改革

建設以培養應用型人才為主的本科高校是國家的一項中長期教育戰略。應用型本科教育重視實踐教學、強化知識應用，在滿足應用人才需求、促進經濟發展、推動高等教育大眾化等方面發揮了重要作用。
機械行業為各行各業提供所需要的設備和設施。力學是設計和制造機械產品、保證產品使用性能必不可少的。
為達到應用型本科對人才培養的要求，結合企業生產的知識需求，考慮本校學生學習能力及教學條件，在參考別人教改經驗的基礎上，對機制專業力學課程的教學內容、教學方法進行一些研究和探索，以提高教學質量，促進學用結合。
1 機械專業力學課程調研及其分析
為了了解本校力學教學效果及其存在的問題，摸清機械類企業對應用型人才在力學知識方面的需求，對本校畢業生及相關機械類企業進行了必要的調研。
1.1 來自畢業生的反饋
在向本校畢業生調查后，他們反饋了一些教學中存在的問題：（1）所學的力學知識和企業需求之間存在一定程度的脫節；（2）教學與工程實踐結合較弱，缺乏綜合運用力學知識解決工程問題的能力；（3）教學過程中缺乏創新能力、交流能力等能力的培養；（4）教學手段單一，部分學生缺乏學習興趣等。
1.2 企業調研
調研制造類企業機械技術人員對力學知識的需求。調研了經濟不太發達的南陽地區企業和經濟較發達的大上海地區企業，主要包括：防爆集團、西峽排氣管廠、南京品臻精密模具、蘇州道尚機械制造、蘇州銀海機電科技等公司。
我國機械行業正處于轉型過程中。被調研企業的產品差異很大，但各企業均大量使用加工中心等先進的加工設備，生產自動化水平急劇提高。這在一定程度上改變了傳統的設計制造過程。
制造類企業均需要以下四類人員：流水線操作人員（線工）、技術人員（包括駐廠和外派兩類）、產品設計人員、銷售及管理人員。不同人員對力學知識的要求是不同的。線工對力學知識要求最低，其次是銷售及管理人員；技術人員需要掌握較多的力學知識；產品設計人員需要熟練應用力學知識。
1.3 分析及對策
分析畢業生的反饋和企業調研情況，機械專業力學課程教學中存在以下幾點問題：
1.3.1 所學力學知識與企業需求不完全一致
反映出有的力學知識在企業中沒有用到，有的知識不夠用。這與學生就業崗位有關，從事產品設計人員所學的力學知識不夠用；在機械制造崗位工作的人員，所學力學知識基本夠用；在銷售和管理崗位工作的人員，所學力學知識中有的用不到。在學校所傳授的力學知識，能夠照顧大多數人夠用，不可能滿足所有崗位的需要。鑒于應用型本科學生就業后從事技術工作的人員居多，所授力學知識必須滿足他們的需要，同時使產品設計人員和考研學生能夠在此基礎上擴展和提升。
1.3.2 有些學生學習興趣不佳
力學課程一方面理論性比較強，有時需要較強的數學知識，另一方面應用性強，需要更多的機械工程、材料工程等知識。但是在學習力學課程時專業課程還沒有學，在與工程結合時會造成很多困擾。學習興趣不大還與學風與教風有關。
從應用角度來看，知道力學的應用價值就會產生學習興趣；從研究角度來看，讓學生從初始條件通過推導得出結論，把學習當成研究定會獲益良多。力學課程中較多的公式能在最初始條件基礎上通過研究和推導而得出；也有一些較難的公式，需要數學建模和較多的工程知識。
1.3.3 缺乏運用力學知識解決工程問題的能力
經分析造成的原因有：學生對所學的力學知識理解不充分，沒學會就不會用；學生缺乏工程常識，不知道需要干什么和怎么干；二者都滿足了才能夠解決工程中的力學問題。
力學課程屬于專業基礎課程，遠達不到解決復雜工程問題的水平。除力學外還需要學習《機械原理》《機械設計》《機械制造》《工程材料》等專業課程，沒有這些專業課程，在工程中力學難以發揮作用。解決工程問題時還需要理解工程技術，剛剛入職的大學生經驗缺乏，專業素養不夠高，解決工程問題能力缺乏。
在實踐過程中，發現學生不能學以致用的主要問題是沒有領會知識的含義。在高校中甚至有些人鼓吹“應用型教學不用學通理論，會操作能解決實際問題就行了”。實踐證明，不懂就不會用，也絕不會有創新能力。直接拿結論來用或者說只會套用公式的人，根本沒有前途。在力學教學時在基本理論上花費大量時間是值得的。不妨將打好理論基礎比喻為“漁”，套用公式去計算比喻為“魚”，讓學生去“漁”，而不是給學生“魚”，如果“魚”是財富，那么“漁”就是獲得財富的能力。
1.3.4 學生能力與期望值有差距
學生的反饋還反映了希望具有創新能力和交流能力。在力學課程教學中可以做一些培養創新能力和交流能力的嘗試，但是不可期望過高。這些綜合素質的提高需要學生、老師、企業共同長時間地努力才有效果。
力學課程教學內容上沒有多少創新潛力，受條件和時間所限，不建議加入過多的擴展內容；在教學方法和組織形式上可以適當創新，以提高學習興趣、培養創新意識等綜合能力。
2 理論教學內容及教學方法改革
2.1 優化教學內容
機制專業力學課程包括《理論力學》和《材料力學》。《理論力學》主要研究剛體的受力分析及運行規律，它由靜力學、運動學和動力學三部分組成。《材料力學》主要研究零件在外力作用下變形、破壞、失效的規律，它為設計安全可靠的零件提供基本理論與設計方法。
在分析就業崗位對力學知識的要求、考慮學生對力學知識消化吸收能力的基礎上，對機制專業力學教學內容進行了優化，優化后的知識點及其教學要點如圖1所示。

圖1 課程知識點及其教學要點樹狀圖
圖1 中教學先后順序為從下向上，如同樹的生長，內容分類關系為“樹干→樹枝→樹葉”。用樹葉表示基本知識點，大片樹葉代表教學重點，深色樹葉代表教學難點。例如，平面力系是靜力學的重點和難點，質點動力學基本方程是動力學的重點和難點，組合變形是是材料力學的重點和難點等。
2.2 教學方法改革
為提高學習積極性、學習效率和授課效果，對本校力學課程教學方法進行了一些改革。
2.2.1 補充合適的實例，增加趣味性
力學課程理論性強，有些學生興趣不大。部分學生由于數學知識和工程知識的欠缺，對所學知識未能理解，聽不懂課跟不上進度也不會應用，才感覺沒興趣。學生工程基礎弱，教學時更多地利用生活實例來引導學生，使學生對力學產生興趣。如圖2所示的實例比較生動活潑，教學效果較好。
2.2.2 同伴互助與研討，提高學習效率
近兩年來，在教學過程中部分采取讓學生二人一組進行問答和共同研討的方式[5]，已經取得了一定效果。教師建立了適合課堂教學的問答題目和研討題目的題庫。在問答和研討過程中，激發了學習積極性，活躍了課堂氣氛，部分實現了主動思考、合作學習、提高交流能力，從而使學生增強了對概念的理解，深入了解了力學的應用。由于教師只對部分小組進行輔導，解決了以住師生互動時教師太忙，大部分學生太閑，效率低下的不足。

(a)關于大樹的受力 (b)這樣搭接的板，你敢及變形的分析不敢在上面行走呢？

(c)比薩斜塔傾斜到多大 (d)鋼索和繩子，要拉斷角度才會倒下來呢？ 它們哪個更費力氣呢？
圖2 教學過程中所用到的實例
2.2.3 兼顧理解與效率，把控公式推演
在教學中對于簡單的公式必須推導，少數可布置學生課下進行。對于難度大的過于復雜的公式，涉及數學建模、機械和材料知識等，看其重要程度來決定是否推演。有些公式非常重要即使復雜也要搞明白，例如材料力學中計算扭轉切應力τρ=MρIp和彎曲正應力σ= MyIz二個公式的推導，每次授課時都在課堂上詳細講解。
2.2.4 教學手段與課堂信息量控制
授課時采用多媒體教學配合傳統的黑板和教具，為學生展現了較為豐富的信息。精心選取的圖片、動圖、視頻、模型、實物有機搭配，產生了良好的授課效果。但是受學生接收能力和授課時間的制約，教學信息量控制在能夠滿足內容要求，并適當增加一些工程實例的水平上。
3 在實踐教學中應用力學
在本校機制專業力學試驗時，著重強調學生動手能力，驗證力學原理，并采取在試驗報告中留一些問題，講解試驗時復習力學知識，擴充部分知識等手段，提高實驗效果。例如，在拉伸試驗測量斷后伸長率時，補充“移位法”。
在后續的《機械原理》、《機械設計》、《機械制造》、《畢業設計》等課程和環節中，加強力學知識的應用，使學生較系統地應用力學和專業知識，取得了一定的效果。
本校學生多次到在南陽二機廠、西峽水泵公司、東風汽車公司等地實習。在實習過程中，帶隊老師結合企業產品、生產技術和設備、產品質量管理等情況，適時地講解一些涉及到的力學知識，使學生對力學與工程結合有了印象，學生反映很好。
4 結束語
為了使力學課程教學適應工程應用的要求，適應應用型本科院校的培養目標，本文進行了一些探討，并實施了一些教學內容和教學方法的改革。這些改革或改進措施具有一定的效果，體現在：改善了枯燥、乏味的學習感覺，解決了部分學生學習興趣低的問題，在一定程度上促進了力學知識與工程應用的結合。