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關(guān)于小議土木專(zhuān)業(yè)力學(xué)課程的教學(xué)革新的論文
目前，我校的力學(xué)任課教師都是帶著(zhù)多媒體課件走上講臺，經(jīng)過(guò)多年的多媒體教學(xué)實(shí)踐，深深體會(huì )到多媒體技術(shù)的應用給力學(xué)課程的教學(xué)改革帶來(lái)了一片生機。多媒體教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)主要表現在：第一可以?xún)?yōu)化教學(xué)過(guò)程和教學(xué)內容。任課教師在課前將教學(xué)的重要內容、重要的文字、圖片、聲像等信息事先編制好，在多媒體教學(xué)過(guò)程中做到文、圖、聲、像并茂，生動(dòng)直觀(guān)，產(chǎn)生很大的趣味性，從而豐富學(xué)生的想象力，調動(dòng)學(xué)生主動(dòng)參與教學(xué)，使力學(xué)課程不再成為一門(mén)枯燥、抽象的純理論課程。第二可以幫助學(xué)生掌握重點(diǎn)和突破難點(diǎn)。多媒體課件把知識的重點(diǎn)和難點(diǎn)或突出以文字，或強調以色彩，或展示以圖形，對一些抽象的概念或復雜的關(guān)系，過(guò)去使用“千言萬(wàn)語(yǔ)”和傳統板書(shū)也難以精確敘述清楚，現在可用多媒體生動(dòng)、形象地演示出來(lái)，使學(xué)生易懂、易學(xué)。第三可以調動(dòng)學(xué)生的學(xué)習積極性。多媒體教學(xué)提供了豐富的多媒體信息和資料，可以充分調動(dòng)學(xué)生的眼、耳、口、腦等多種感官，教師在課堂上有足夠的時(shí)間與學(xué)生互動(dòng)、交流，為采用“啟發(fā)式”、“研討式”等教學(xué)方法提供了便利，使學(xué)生好學(xué)樂(lè )學(xué)，從而增強教學(xué)效果。
一、傳統教學(xué)方法
傳統教學(xué)方法是指教師以黑板+粉筆為主要教學(xué)工具，用精煉生動(dòng)的語(yǔ)言完成“傳道、授業(yè)、解惑”教學(xué)內容。在課堂教學(xué)中，教師站在講臺上親切自然，面帶微笑，手勢動(dòng)作友好而輕松，再加上隨之而來(lái)的親切話(huà)語(yǔ)，講起定理，如嘮家常，流暢自如；講起概念，字字珠璣，句句到位，教師處處為學(xué)生著(zhù)想，循循善誘，學(xué)生與教師同步思維，師生的心理和情感交融在一起，一堂課在緊張熱烈而又輕松愉快的氣氛中結束。這種教學(xué)方式具有很大的魅力，對學(xué)生產(chǎn)生強烈的感染力，學(xué)生自然聽(tīng)得津津有味，教師講授的知識內容也就點(diǎn)點(diǎn)滴滴落入學(xué)生的心田。當然，隨著(zhù)信息技術(shù)的發(fā)展和教學(xué)改革的深入，傳統教學(xué)的局限性也是顯而易見(jiàn)的，例如僅依靠口述和板書(shū)在課堂中難以表達足夠多的信息量，這不符合培養復合型人才的要求。傳統教學(xué)對圖像的處理功能也較弱，教學(xué)效果還因教師個(gè)體差別而有顯著(zhù)的不同。雖然傳統教學(xué)存在一些不足之處，但由于其簡(jiǎn)便易行，因此傳統教學(xué)不可能完全被現代技術(shù)所替代，傳統教學(xué)中的講授、演示、練習等教學(xué)方法至今仍有強大的生命力。
二、計算機分析法
由于計算機的飛速發(fā)展和廣泛應用，力學(xué)又增加了一種分析方法，即計算機分析法。目前計算機分析法已經(jīng)完全融入力學(xué)研究之中，在理論分析中，人們可以借助于計算機推導那些難于導出的公式，從而求得復雜的解析解。在實(shí)驗研究中，計算機不僅可以整理數據、繪制實(shí)驗曲線(xiàn)、顯示圖形等，而且可以選用最優(yōu)參數。特別是隨著(zhù)有限元理論的逐步成熟及計算機硬件的迅速發(fā)展，現行的CAE（ComputerAidedEngineering）軟件已經(jīng)成熟，CAE軟件成為人們實(shí)現工程創(chuàng )新和產(chǎn)品創(chuàng )新的得力助手和有效工具。教師在力學(xué)課程教學(xué)中使用CAE軟件對工程問(wèn)題進(jìn)行物理力學(xué)性能的分析、模擬、預測、評價(jià)和優(yōu)化，這樣能使學(xué)生不出課堂就可獲得最真實(shí)、最全面的信息，極大地拓寬了學(xué)生的知識面，取得最優(yōu)化的教學(xué)效果。
三、工程案例法
力學(xué)課程既是理論性較強又是與工程實(shí)踐聯(lián)系密切的學(xué)科，實(shí)際工程案例是力學(xué)課堂教學(xué)過(guò)程中一項不可缺少的教學(xué)材料。在案例教學(xué)中，教師事先向學(xué)生公布案例討論的題目，指定閱讀材料。學(xué)生利用課后時(shí)間學(xué)習研究案例，進(jìn)行小組討論交流。在課堂討論中，學(xué)生將所學(xué)理論知識應用于案例分析和計算，就案例中的主要問(wèn)題進(jìn)行辯論和探討。教師對于討論進(jìn)程和重點(diǎn)進(jìn)行指導，并總結提煉必要的理論知識和基本原理。案例素材來(lái)源于工程實(shí)際，案例教學(xué)促進(jìn)了理論與實(shí)際的結合，這樣既能幫助學(xué)生很快掌握理論知識，縮短理論與實(shí)際的距離，又能培養學(xué)生學(xué)會(huì )創(chuàng )新思維方法，全面提高學(xué)生獨立思考、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題等多方面的能力。
四、多種教學(xué)方法的有機結合
在教學(xué)過(guò)程中，教師是教學(xué)的組織者，起著(zhù)主導作用。教師在講授力學(xué)課程時(shí)，應針對本課程的教學(xué)特點(diǎn)，根據不同章節的不同內容，恰到好處地使用教學(xué)手段，并把各種教學(xué)手段有機地結合起來(lái)，相得益彰，提高課堂教學(xué)質(zhì)量。下面以理論力學(xué)、材料力學(xué)課程為例，介紹根據課堂教學(xué)內容有效發(fā)揮多種教學(xué)方法的優(yōu)勢，盡量做到和諧統一，以取得良好的教學(xué)效果�！熬w論”這一章，涉及面較廣，許多內容與工程實(shí)際聯(lián)系，而學(xué)生又缺乏工程背景知識，教師可運用多媒體技術(shù)將大量的工程實(shí)例用動(dòng)畫(huà)演示，還可以在課堂中放映電視錄像教材《力學(xué)在工程中的應用》，通過(guò)影片介紹力學(xué)在土木、水利、機械、航空航天等工程中的應用。這些動(dòng)畫(huà)、錄像資料起到了很好的輔助教學(xué)作用，大大增強了學(xué)生的工程實(shí)感和授課的信息量，激發(fā)學(xué)生學(xué)習的興趣和積極性�！包c(diǎn)的合成運動(dòng)”和“剛體的平面運動(dòng)”這兩章一直是運動(dòng)學(xué)教學(xué)中的重點(diǎn)內容，對于動(dòng)點(diǎn)的絕對運動(dòng)、相對運動(dòng)、牽連運動(dòng)三種運動(dòng)的分析，牽連點(diǎn)概念的理解，以及剛體的平動(dòng)、定軸轉動(dòng)、平面運動(dòng)三種運動(dòng)的判斷是學(xué)生學(xué)習的難點(diǎn)。如果采用傳統教學(xué)方式講解具有很大的難度，因為傳統的教學(xué)方法無(wú)法向學(xué)生展示機構動(dòng)態(tài)的效果，不利于學(xué)生對知識的理解和掌握。教師可以充分利用多媒體技術(shù)把各構件的運動(dòng)情況演示出來(lái)，多媒體動(dòng)畫(huà)的效果和作用是其它教學(xué)手段無(wú)法實(shí)現的。例如，用動(dòng)畫(huà)演示刨床急回機構、凸輪機構的運動(dòng)情況，形象地展示每個(gè)構件各自的運動(dòng)以及它們之間運動(dòng)傳遞的聯(lián)接點(diǎn)，在播放的過(guò)程中講解一個(gè)點(diǎn)兩個(gè)系三種運動(dòng)，這樣就能讓學(xué)生直觀(guān)地感受到動(dòng)點(diǎn)三種運動(dòng)的形成過(guò)程。在講授剛體平面運動(dòng)可分解為隨基點(diǎn)的平移和繞基點(diǎn)的轉動(dòng)時(shí)，為了解釋說(shuō)明平移的運動(dòng)規律與基點(diǎn)的選擇有關(guān)，而轉動(dòng)的運動(dòng)規律與基點(diǎn)的選擇無(wú)關(guān)，可以選擇不同的點(diǎn)作為基點(diǎn)，然后用動(dòng)畫(huà)把運動(dòng)過(guò)程生動(dòng)的展現出來(lái)，學(xué)生自然就一目了然了。
多媒體教學(xué)可以將教師從煩瑣的板書(shū)中解脫出來(lái)，為互動(dòng)式、啟發(fā)式等生動(dòng)活潑的教學(xué)方法提供了方便。這種方式有利于調動(dòng)學(xué)生學(xué)習的積極性，有利于教師知識轉化為學(xué)生知識。例如在講“摩擦角與自鎖”時(shí)，首先展示一些實(shí)際工程中自鎖機構的圖片，如千斤頂等，然后教師引導和幫助學(xué)生對自鎖現象和素材進(jìn)行分析歸納，從這些實(shí)例中總結出抽象化的力學(xué)模型，接著(zhù)對力學(xué)模型進(jìn)行受力分析，列出其靜力平衡方程，得出機構滿(mǎn)足自鎖條件的結論，然后用動(dòng)畫(huà)演示摩擦錐的形成過(guò)程以及自鎖的條件，最后教師給學(xué)生留有提問(wèn)題的時(shí)間，教師聯(lián)系學(xué)生的問(wèn)題進(jìn)行點(diǎn)評，這樣層層深入，啟發(fā)中有互動(dòng)，互動(dòng)中有啟發(fā)，課堂精彩場(chǎng)面不斷出現。實(shí)驗是力學(xué)重要的研究方法之一。它既可以研究力學(xué)的基本理論應用于實(shí)際問(wèn)題時(shí)的正確性與適用范圍，又可以研究當一些基本理論難以解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)，通過(guò)實(shí)驗建立合適的簡(jiǎn)化模型，為理論分析提供必要的基礎。教師利用動(dòng)畫(huà)模擬演示實(shí)驗，形象直觀(guān)，可以加強教學(xué)效果。例如，在講解構件的四種基本變形的變形特點(diǎn)、材料的力學(xué)性能、沖擊韌性、壓桿穩定等內容時(shí)，都可運用多媒體教學(xué)手段，通過(guò)動(dòng)畫(huà)緩慢地演示整個(gè)試驗過(guò)程，將結構在外力作用下的變形、破壞等方面的特性直觀(guān)形象地展現出來(lái)，幫助學(xué)生加深理解屈服極限、強度極限、伸長(cháng)率等重要概念，這明顯要比僅靠言語(yǔ)在課堂上講解實(shí)驗的結論效果要好得多。
隨著(zhù)力學(xué)課程體系改革的不斷深入，力學(xué)面臨著(zhù)教學(xué)內容要充實(shí)更新的迫切要求。因此，教師在多媒體教學(xué)中應引入計算機分析這一新方法，這有利于拓寬學(xué)生的知識面。例如，在講述矩形截面梁橫截面上的彎曲應力、圣維南原理、應力集中等內容時(shí)，利用目前在計算工程領(lǐng)域中最通用和有效的有限元分析軟件ANSYS進(jìn)行計算機仿真計算，用多媒體技術(shù)在課堂上向學(xué)生演示ANSYS程序的建模、求解、提取結果三個(gè)基本過(guò)程，可以使學(xué)生清晰地觀(guān)看到截面上應力的變化規律以及最大應力的分布狀況，這不僅對學(xué)生全面掌握課堂教學(xué)內容是十分有利的，而且還向學(xué)生介紹了國內外有限元技術(shù)的最新科研成果，為將來(lái)學(xué)生進(jìn)行工程設計計算打下基礎。力學(xué)課程的知識要點(diǎn)繁多，其中有些教學(xué)內容并不適合使用多媒體教學(xué)方式，而采用傳統的教學(xué)方式卻能取得事半功倍的效果。例如，物體的受力分析和構件四種基本變形內力圖的畫(huà)法是學(xué)生必須掌握的基本功，有關(guān)物體平衡、運動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)問(wèn)題以及構件強度、剛度、穩定性問(wèn)題的計算方法是學(xué)生學(xué)習的重要內容，學(xué)生只有通過(guò)不斷的解題實(shí)踐，才能正確理解基本知識和熟練掌握計算方法。因此，對于一些重要的基本概念、基本理論、公式推導以及例題的演算等，都應由教師在黑板上親自講解。教師適當地在黑板上寫(xiě)出一些重要概念、公式、結論中的關(guān)鍵詞，不但可以突出重點(diǎn)，加深學(xué)生的印象，而且可以調節課堂氣氛，避免學(xué)生由于長(cháng)時(shí)間觀(guān)看大屏幕引起的視覺(jué)疲勞。在典型例題求解方面，教師更應該在黑板上親自去畫(huà)、去演示，讓學(xué)生看到老師是怎樣演算的，并讓學(xué)生在課堂上進(jìn)行同步訓練，然后教師總結解題的思路與方法，這樣就能顯著(zhù)提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。
五、結束語(yǔ)
課堂教學(xué)的主體是教師，多媒體教學(xué)法、傳統教學(xué)法、計算機分析法、工程案例法等教學(xué)方式都只是教師在課堂教學(xué)過(guò)程中輔助的教學(xué)手段，正確的態(tài)度應該是對各種教學(xué)方法進(jìn)行揚長(cháng)避短地使用，充分發(fā)揮各自的長(cháng)處，不斷提高教學(xué)質(zhì)量，這才是我們追求的目標。（本文作者：龍志勤、習會(huì )峰、王志剛 單位：廣東石油化工學(xué)院建筑工程學(xué)院）
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