材料类专业工程力学课程互动型教学方法探讨
张小朋 王宏伟 徐振钦 方建士
[摘 要]工程力学课程是一门在工程教育中占有重要地位的专业基础课，用来培养学生在材料科学与工程等工程学科中有关力学方面的设计和计算能力。在工程力学课程中实施互动型教学方法应该注重理论与实践相结合、定性分析和定量计算相结合、课堂和课外相结合、教学和科研相结合、教书与育人相结合，增强师生之间的互动，提升学生在教学过程中的自主性、参与性和积极性，培养学生的实践能力和创新精神，从而提高教学效果并形成教学活动的良性循环。
[关键词]工程力学；互动型教学；教学效果；教学方法
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）03-0027-03
工程力学课程是一门在工程教育中占有重要地位的专业基础课，用来培养学生在材料科学与工程等工程学科中有关力学方面的设计和计算能力。作为一门专业基础课，工程力学课程是联系材料类专业基础课和专业课的桥梁，具有承上启下的作用，是许多后续课程如材料力学性能、机械工程材料、材料物理性能、材料热处理技术、材料失效分析等的基础。工程力学课程前后联系较强，既讲解一定的理论知识、实验方法，同时又融入一些工程实际问题。工程力学一方面能为学生进一步学习专业课奠定坚实的基础，另一方面能为他们以后从事技术工作积累必要的知识。在教学中，教师不仅要教育学生学习、掌握课程相关的基本概念和基本理论，而且还要培养学生灵活运用知识的能力和创新的能力。尽管科技发展日新月异，工程力学仍在很多领域得到广泛应用。应用工程力学课程中的基本概念和基本定理可直接解决工程实际问题。在工程力学课程中，其所涉及的内容都是在工程实际中经常遇到的。它主要论述了静力学、运动学和动力学理论以及材料的强度、刚度和稳定性问题，并且对应力状态及强度理论做了较为详细的阐述。工程力学课程既具有理论性，又具有直接应用于工程实践的实用性，其所涉及的内容与社会生产力的发展、科学技术的进步、与工程实际有着广泛的联系。因此，工程力学课程的教学质量，对学生学习专业知识及今后解决实际工程材料问题的能力与水平，对高素质人才的培养都有重大的影响。
南京工程学院材料工程学院根据现有材料类专业办学条件，坚持学以致用的办学理念，兼顾内涵建设和办学效益，以培养应用型材料工程师的目标为导向，注重学生专业知识、工程能力、综合素质协调发展，培养具有实践能力和创新精神，适应企业需求的应用型高级材料工程技术人才。为实现这一目标，提高材料类专业大学生的全面素质，培养高质量、高层次的材料工程应用型技术人才，培养卓越一线工程师，对材料类专业工程力学课程教学方法进行探讨和改进具有特别重要的意义。为确保教学质量，完成培养目标，必须在教学方法和教学手段上创新。本文对材料类专业工程力学课程的互动型教学方法进行了初步探讨。
一、互动型教学的理念
无论采用何种教学方法，教学的内容是基本不变的，它包括了基本概念、基本理论和基本方法以及相关理论和方法的具体运用等基本要素。互动型教学强调要在教学中真正实现师生的交互作用、实现师生之间知识和情感的顺畅交流，在更好地传授知识的同时，培养学生多方面的能力。教育活动起源于交往活动，而互动本身就是一种交往活动。互动包括认知、情感、实践活动等方面的互动。就学生而言，学习活动是一个由已知迈向未知的过程。在这个过程中，学生在遇到一些问题和疑难的同时，还伴随着情感、态度、需要等主观方面的响应和诉求。因此，教学课堂不但是学生获取知识的场所，而且也是学生精神成长的乐园。就教师而言，教学对象是活生生的有情感有思想有追求的人，而不是相对静止的无法进行语言交流的物。教学对象的这种特性决定了教师的职业生活必须面对教育情景中的不确定性。[1]在教学活动中，每时每刻出现的情景都具有即时性，教师必须恰当应对，及时解决。具体到每个班、每节课，教学课堂的状态都不相同，只有很好地驾驭具体的课堂状态，教师的课堂教学效果才会比较好。教师需要不断改进教学方式方法来营造良好的课堂氛围，以此激发学生的学习兴趣，使学生能够积极主动地真正融入课堂中来。学生对教学活动的积极参与和倾心关注反过来会激发授课教师的教学积极性，推动其以更饱满的热情和更认真的态度进行备课、授课和改进教学方式方法，从而形成教学过程的良性循环。
在材料类专业工程力学课程教学中采用互动型教学，有助于培养学生的创新精神和实践能力，提高其综合素质，达到新时期应用型本科院校材料类专业培养目标的要求。互动型教学通过加强教师与学生之间的相互交流，充分调动双方的积极主动性，使课堂气氛更为活跃，这有助于双方深层次潛能的释放和发挥，最终在教与学两方面均实现最佳效益。[2]
互动型教学方法提高了学生参与教学过程的深度和广度。它一方面调动了学生学习的主观能动性，改变了学生被动消极听讲的普遍现状，使学生通过自己的主动思考掌握所学知识，在深度参与中完成学习任务。另一方面，互动型教学增加了学生参与的过程，能促使学生在课外认真查阅学习相关资料，充实提高自己，以更好的状态参与教学过程中相关问题的学习和讨论。反过来，教师由于要最大限度地调动学生主动参与的积极性，必然要精心备课，认真钻研，合理谋划教学布局，使学生不但能够掌握所讲知识，而且能主动参与到教学过程中来。对教师来说，这是一种教学上的鞭策和督促。互动型教学使教与学能有机地结合起来，教师与学生在教学过程中能互相呼应，师生间的心理距离得以拉近，从而有助于教学双方最佳状态的发挥。
二、互动型教学的实施方法
工程力学课程是一门工科专业基础课，在材料类专业的课程规划中是一门必修课。就应用型本科院校的材料类专业而言，在互动型教学的实施过程中应该根据课程的具体定位和专业培养目标，切实做好五个结合。
（一）理论与实践相结合
根据学以致用的教学理念，需要在工程力学课程中着重培养学生把抽象概括的理论运用到形象具体的实践中去的能力。加强理论与实践的结合，有助于充分调动学生的学习积极性和对教学过程的参与性，有助于培养学生将实际问题模型化的能力，有助于培养学生分析问题和解决问题的能力。
在工程力学的教学中，教师应认真发掘各种实际力学问题，如工程中的力学问题、现实生活中的力学现象与问题、自然界中的力学现象、科技发展史和现代科技中的力学问题等，充实教学素材，并将这些素材用于理论的应用。这样能够实现理论与实践的有机结合，充分调动学生的学习积极性和对教学过程的参与性，培养学生的实践能力和创新能力，确保教学质量。[3]在静力学部分，可用悬空寺的影像素材引出固定端约束的应用，同时这也可用作展示材料力学部分压杆稳定的素材；在运动学部分，可用车床加工零件的影像素材引出点的复合运动相关概念；在动力学部分，可用实验演示电动陀螺的定向性和规则进动引出刚体定点运动动力学问题。
（二）定性分析和定量计算相结合
定性分析和定量计算相结合是综合应用所学理论知识和技能方法解决实际问题的过程，其有助于调动学生的学习积极性和对教学过程的参与性，培养学生的实践能力。仅靠定量计算，容易陷入枯燥冗繁的数据中去，缺乏对实际问题的宏观把握，这会对提高学生参与教学互动的积极主动性造成负面影响。仅靠定性分析，学生对实际问题的认识不清楚，缺少精确把握，理论知识和技能方法的实践也流于形式。因此，在互动型教学中应该加强定性分析和定量计算相结合，将应用高等数学微积分计算和计算机数值仿真解决实际问题的实例融入工程力学具体的教学过程中。这能在提高学生定性分析与定量分析能力的同时，提高学生应用现代技术解决力学问题的能力，提高学生的学习积极性和对教学过程的参与性。[4]
（三）课堂与课外相结合
与传统的满堂灌教学模式相比，互动型教学加强了学生对教学过程的参与程度，能促使学生在课外认真查阅学习相关资料，努力充实提高自己，从而将课堂和课外有机地结合起来。在教学过程中，还可以鼓励学生根据自己的兴趣，选择课堂中某些理论知识延伸出来的小的问题或实验进行思考，充实课外学习和实践活动。如工程力学课程中一些动力学小问题的数值仿真、带孔平板受拉的应力集中问题，均适合作为学生课外实践和学习的内容。学生将课外学习和实践的成果和体验带到课堂教学中来，还进一步丰富了课堂教学的内容，加强了师生之间的互动。课堂教学和课外实践的有机结合，有助于推动互动型教学过程的良性循环。
（四）教学与科研相结合
互动型教学方法的实施要求教师具备对教学过程高超的驾驭水平。要满足这样的要求，教师不仅需要有广博坚实的理论知识，而且要具有较丰富的科研实践经验。因此，教师不仅要进行理论钻研，还需要进行科学研究，让书本理论知识接受实践的检验，在实践中充实自己，提升自身的教学综合素质。在教学活动中，教师可将科研实践中认识客观规律和解决实际问题的思想方法，以及自己在科研实践中的感悟融入教学，进一步丰富教学内容，并且创造条件使有兴趣的学生参与大学生科创项目或教师的科研项目，在具体的科研实践活动中培养学生的创新能力，从而实现教学和科研的有机结合，使教与学双方均呈现出最佳状态，促进师生之间的深层次互动，从而强化教学效果。
（五）教书和育人相结合
要实现互动型教学的顺利开展，还需要结合当代大学生的性格特点，在教学过程中加强对学生的引导和对教学秩序的管理，使学生能够积极主动地参与到教学互动中来。因此，教师应该注意加强教书和育人相结合。当代社会诱惑繁多，很多大学生对学习持应付的态度。许多学生虽然按时上课，却“身在曹营心在汉”，基本是按照自己的“现实需要”做着自己的事情。[5]在教学过程中，教师应该恰到好处地维持教学秩序，让学生明白学习工程力学课程的重要性；用富有幽默性的语言营造一个轻松愉快的氛围，调动学生学习的积极性和主动性，让学生在不知不觉中参与到教学互动中来，努力将德育寓于具体的教学过程之中，把教书和育人有机地结合起来，实现师生之间多方面多层次的互动，增强教学效果。
三、结束语
工程力学课程是材料类专业的一门重要的專业基础课，通过工程力学的学习，能够培养学生具有较强的运用力学知识解决实际问题的能力和一定的创新能力。教师是教学活动的组织者、引导者与合作者。采用互动型教学方法有助于教师合理地处理教材和组织教学，使教师的教学过程和学生的学习过程紧密地结合起来，有助于挖掘出教与学双方的最佳状态。大学生朝气蓬勃，正处于思维高度发展、综合素质快速提升的阶段。教师如果能使教学互动活跃起来，增强学生的自主性、参与性和积极性，必然能极大地提高材料类专业工程力学课程的教学效果。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 周川.高等教育学[M].南京：河海大学出版社，2007.
[2] 顾建平.关于大学课堂互动性的探索[J].中国电力教育，2009（1）：41-42.
[3] 王琪，郭易圆，王士敏.力学类课程探究型教学模式的研究与实践[J].中国大学教育，2014（11）：14-17.
[4] 王宏伟.依据具体工程实例将ANSYS引入材料力学课[J].高等教育研究，2010（9）：40-46.
[5] 王永廉.新形势下提高教学水平的若干对策[J].南京工程学院学报，2009（3）：63-65.
[责任编辑：陈 明]
[摘 要]工程力学课程是一门在工程教育中占有重要地位的专业基础课，用来培养学生在材料科学与工程等工程学科中有关力学方面的设计和计算能力。在工程力学课程中实施互动型教学方法应该注重理论与实践相结合、定性分析和定量计算相结合、课堂和课外相结合、教学和科研相结合、教书与育人相结合，增强师生之间的互动，提升学生在教学过程中的自主性、参与性和积极性，培养学生的实践能力和创新精神，从而提高教学效果并形成教学活动的良性循环。
[关键词]工程力学；互动型教学；教学效果；教学方法
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）03-0027-03
工程力学课程是一门在工程教育中占有重要地位的专业基础课，用来培养学生在材料科学与工程等工程学科中有关力学方面的设计和计算能力。作为一门专业基础课，工程力学课程是联系材料类专业基础课和专业课的桥梁，具有承上启下的作用，是许多后续课程如材料力学性能、机械工程材料、材料物理性能、材料热处理技术、材料失效分析等的基础。工程力学课程前后联系较强，既讲解一定的理论知识、实验方法，同时又融入一些工程实际问题。工程力学一方面能为学生进一步学习专业课奠定坚实的基础，另一方面能为他们以后从事技术工作积累必要的知识。在教学中，教师不仅要教育学生学习、掌握课程相关的基本概念和基本理论，而且还要培养学生灵活运用知识的能力和创新的能力。尽管科技发展日新月异，工程力学仍在很多领域得到广泛应用。应用工程力学课程中的基本概念和基本定理可直接解决工程实际问题。在工程力学课程中，其所涉及的内容都是在工程实际中经常遇到的。它主要论述了静力学、运动学和动力学理论以及材料的强度、刚度和稳定性问题，并且对应力状态及强度理论做了较为详细的阐述。工程力学课程既具有理论性，又具有直接应用于工程实践的实用性，其所涉及的内容与社会生产力的发展、科学技术的进步、与工程实际有着广泛的联系。因此，工程力学课程的教学质量，对学生学习专业知识及今后解决实际工程材料问题的能力与水平，对高素质人才的培养都有重大的影响。
南京工程学院材料工程学院根据现有材料类专业办学条件，坚持学以致用的办学理念，兼顾内涵建设和办学效益，以培养应用型材料工程师的目标为导向，注重学生专业知识、工程能力、综合素质协调发展，培养具有实践能力和创新精神，适应企业需求的应用型高级材料工程技术人才。为实现这一目标，提高材料类专业大学生的全面素质，培养高质量、高层次的材料工程应用型技术人才，培养卓越一线工程师，对材料类专业工程力学课程教学方法进行探讨和改进具有特别重要的意义。为确保教学质量，完成培养目标，必须在教学方法和教学手段上创新。本文对材料类专业工程力学课程的互动型教学方法进行了初步探讨。
一、互动型教学的理念
无论采用何种教学方法，教学的内容是基本不变的，它包括了基本概念、基本理论和基本方法以及相关理论和方法的具体运用等基本要素。互动型教学强调要在教学中真正实现师生的交互作用、实现师生之间知识和情感的顺畅交流，在更好地传授知识的同时，培养学生多方面的能力。教育活动起源于交往活动，而互动本身就是一种交往活动。互动包括认知、情感、实践活动等方面的互动。就学生而言，学习活动是一个由已知迈向未知的过程。在这个过程中，学生在遇到一些问题和疑难的同时，还伴随着情感、态度、需要等主观方面的响应和诉求。因此，教学课堂不但是学生获取知识的场所，而且也是学生精神成长的乐园。就教师而言，教学对象是活生生的有情感有思想有追求的人，而不是相对静止的无法进行语言交流的物。教学对象的这种特性决定了教师的职业生活必须面对教育情景中的不确定性。[1]在教学活动中，每时每刻出现的情景都具有即时性，教师必须恰当应对，及时解决。具体到每个班、每节课，教学课堂的状态都不相同，只有很好地驾驭具体的课堂状态，教师的课堂教学效果才会比较好。教师需要不断改进教学方式方法来营造良好的课堂氛围，以此激发学生的学习兴趣，使学生能够积极主动地真正融入课堂中来。学生对教学活动的积极参与和倾心关注反过来会激发授课教师的教学积极性，推动其以更饱满的热情和更认真的态度进行备课、授课和改进教学方式方法，从而形成教学过程的良性循环。
在材料类专业工程力学课程教学中采用互动型教学，有助于培养学生的创新精神和实践能力，提高其综合素质，达到新时期应用型本科院校材料类专业培养目标的要求。互动型教学通过加强教师与学生之间的相互交流，充分调动双方的积极主动性，使课堂气氛更为活跃，这有助于双方深层次潛能的释放和发挥，最终在教与学两方面均实现最佳效益。[2]
互动型教学方法提高了学生参与教学过程的深度和广度。它一方面调动了学生学习的主观能动性，改变了学生被动消极听讲的普遍现状，使学生通过自己的主动思考掌握所学知识，在深度参与中完成学习任务。另一方面，互动型教学增加了学生参与的过程，能促使学生在课外认真查阅学习相关资料，充实提高自己，以更好的状态参与教学过程中相关问题的学习和讨论。反过来，教师由于要最大限度地调动学生主动参与的积极性，必然要精心备课，认真钻研，合理谋划教学布局，使学生不但能够掌握所讲知识，而且能主动参与到教学过程中来。对教师来说，这是一种教学上的鞭策和督促。互动型教学使教与学能有机地结合起来，教师与学生在教学过程中能互相呼应，师生间的心理距离得以拉近，从而有助于教学双方最佳状态的发挥。
二、互动型教学的实施方法
工程力学课程是一门工科专业基础课，在材料类专业的课程规划中是一门必修课。就应用型本科院校的材料类专业而言，在互动型教学的实施过程中应该根据课程的具体定位和专业培养目标，切实做好五个结合。
（一）理论与实践相结合
根据学以致用的教学理念，需要在工程力学课程中着重培养学生把抽象概括的理论运用到形象具体的实践中去的能力。加强理论与实践的结合，有助于充分调动学生的学习积极性和对教学过程的参与性，有助于培养学生将实际问题模型化的能力，有助于培养学生分析问题和解决问题的能力。
在工程力学的教学中，教师应认真发掘各种实际力学问题，如工程中的力学问题、现实生活中的力学现象与问题、自然界中的力学现象、科技发展史和现代科技中的力学问题等，充实教学素材，并将这些素材用于理论的应用。这样能够实现理论与实践的有机结合，充分调动学生的学习积极性和对教学过程的参与性，培养学生的实践能力和创新能力，确保教学质量。[3]在静力学部分，可用悬空寺的影像素材引出固定端约束的应用，同时这也可用作展示材料力学部分压杆稳定的素材；在运动学部分，可用车床加工零件的影像素材引出点的复合运动相关概念；在动力学部分，可用实验演示电动陀螺的定向性和规则进动引出刚体定点运动动力学问题。
（二）定性分析和定量计算相结合
定性分析和定量计算相结合是综合应用所学理论知识和技能方法解决实际问题的过程，其有助于调动学生的学习积极性和对教学过程的参与性，培养学生的实践能力。仅靠定量计算，容易陷入枯燥冗繁的数据中去，缺乏对实际问题的宏观把握，这会对提高学生参与教学互动的积极主动性造成负面影响。仅靠定性分析，学生对实际问题的认识不清楚，缺少精确把握，理论知识和技能方法的实践也流于形式。因此，在互动型教学中应该加强定性分析和定量计算相结合，将应用高等数学微积分计算和计算机数值仿真解决实际问题的实例融入工程力学具体的教学过程中。这能在提高学生定性分析与定量分析能力的同时，提高学生应用现代技术解决力学问题的能力，提高学生的学习积极性和对教学过程的参与性。[4]
（三）课堂与课外相结合
与传统的满堂灌教学模式相比，互动型教学加强了学生对教学过程的参与程度，能促使学生在课外认真查阅学习相关资料，努力充实提高自己，从而将课堂和课外有机地结合起来。在教学过程中，还可以鼓励学生根据自己的兴趣，选择课堂中某些理论知识延伸出来的小的问题或实验进行思考，充实课外学习和实践活动。如工程力学课程中一些动力学小问题的数值仿真、带孔平板受拉的应力集中问题，均适合作为学生课外实践和学习的内容。学生将课外学习和实践的成果和体验带到课堂教学中来，还进一步丰富了课堂教学的内容，加强了师生之间的互动。课堂教学和课外实践的有机结合，有助于推动互动型教学过程的良性循环。
（四）教学与科研相结合
互动型教学方法的实施要求教师具备对教学过程高超的驾驭水平。要满足这样的要求，教师不仅需要有广博坚实的理论知识，而且要具有较丰富的科研实践经验。因此，教师不仅要进行理论钻研，还需要进行科学研究，让书本理论知识接受实践的检验，在实践中充实自己，提升自身的教学综合素质。在教学活动中，教师可将科研实践中认识客观规律和解决实际问题的思想方法，以及自己在科研实践中的感悟融入教学，进一步丰富教学内容，并且创造条件使有兴趣的学生参与大学生科创项目或教师的科研项目，在具体的科研实践活动中培养学生的创新能力，从而实现教学和科研的有机结合，使教与学双方均呈现出最佳状态，促进师生之间的深层次互动，从而强化教学效果。
（五）教书和育人相结合
要实现互动型教学的顺利开展，还需要结合当代大学生的性格特点，在教学过程中加强对学生的引导和对教学秩序的管理，使学生能够积极主动地参与到教学互动中来。因此，教师应该注意加强教书和育人相结合。当代社会诱惑繁多，很多大学生对学习持应付的态度。许多学生虽然按时上课，却“身在曹营心在汉”，基本是按照自己的“现实需要”做着自己的事情。[5]在教学过程中，教师应该恰到好处地维持教学秩序，让学生明白学习工程力学课程的重要性；用富有幽默性的语言营造一个轻松愉快的氛围，调动学生学习的积极性和主动性，让学生在不知不觉中参与到教学互动中来，努力将德育寓于具体的教学过程之中，把教书和育人有机地结合起来，实现师生之间多方面多层次的互动，增强教学效果。
三、结束语
工程力学课程是材料类专业的一门重要的專业基础课，通过工程力学的学习，能够培养学生具有较强的运用力学知识解决实际问题的能力和一定的创新能力。教师是教学活动的组织者、引导者与合作者。采用互动型教学方法有助于教师合理地处理教材和组织教学，使教师的教学过程和学生的学习过程紧密地结合起来，有助于挖掘出教与学双方的最佳状态。大学生朝气蓬勃，正处于思维高度发展、综合素质快速提升的阶段。教师如果能使教学互动活跃起来，增强学生的自主性、参与性和积极性，必然能极大地提高材料类专业工程力学课程的教学效果。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 周川.高等教育学[M].南京：河海大学出版社，2007.
[2] 顾建平.关于大学课堂互动性的探索[J].中国电力教育，2009（1）：41-42.
[3] 王琪，郭易圆，王士敏.力学类课程探究型教学模式的研究与实践[J].中国大学教育，2014（11）：14-17.
[4] 王宏伟.依据具体工程实例将ANSYS引入材料力学课[J].高等教育研究，2010（9）：40-46.
[5] 王永廉.新形势下提高教学水平的若干对策[J].南京工程学院学报，2009（3）：63-65.
[责任编辑：陈 明]
