如何提高艺术类专业学生对工程力学的掌握

摘 要 工程力学是一门涉及广泛工程技术领域和众多力学学科分支的工程基础学科。随着现代化工业日趋个性化、艺术化，越来越多高等院校给艺术类专业学生也开设了工程力学课程，旨在为未来设计师打下工学基础。但是艺术类专业学生理工科基础相对而言较薄弱，要提高他们对工程力学这门课程的掌握，可以从准确把握教学目标、灵活运用教具和模型、有效结合传统黑板讲解和现代多媒体演示、建立积极的师生互动以及巧妙联系生活等几个方面入手，从而有效提高学生对这门课程的兴趣和对知识点的掌握，并且有助于工程学科和艺术类学科的有效融合和共同进步。

关键词 工程力学 艺术类专业 高等教育

中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2016.04.028

Abstract Engineering Mechanics is a basic engineering course that covers a vast area of engineering techniques and varies branches of mechanical studies. With the development of modern engineering， customization and artistic intentions are implemented on engineering design. Thus， more and more universities and colleges are requiring art-major-students to take Engineering Mechanics， so that they can be well prepared for future work. However， the art-major-students have a week background in science and engineering. To enhance their understanding of Engineering Mechanics， we should revise the teaching objectives accurately， use teaching tools and models flexibly， combine traditional blackboard writing and modern multimedia presentations effectively， interact with the students properly， and refer to normal life vividly. So the students can have a better understanding of this course， and improve the combination and improvement of engineering and arts.

Key words engineering mechanics； art； higher education

工程力学是一门涉及广泛的工程技术领域和众多力学学科分支、具有较强理论性、并且紧密联系工程技术的工程类基础学科。这门课程中涉及的定理、定律和结论被广泛地应用于各行各业的工程技术中，是解决实际工程问题的重要基础。随着现代工业日趋个性化、艺术化，越来越多的高等院校给艺术类专业学生也开设了工程力学课程，以达到在培养未来的设计师时为他们打好工学方面基础的目的。

一般而言，相较于理工类专业的学生，艺术类专业学生的理科基础相对比较薄弱，对工程知识的了解甚少。因此，在学习工程力学这样一门理论性很强的基础工程学科时，他们会面临较大的学习困难，对于知识点不易理解和掌握。要提高艺术类专业学生对工程力学这门课程的掌握，可以从以下几个方面入手：

1 准确把握教学目标

要实现教学方法的优化，首先必须准确地把握好教学目标。这就需要教师在开课前认真钻研教材，了解教材编体系、知识结构，并准确地把握每节课的教学目标和内容特点，调整好整个教学过程的节奏。

工程力学是由静力学和材料力学两部分内容组成的一门技术基础课，其教学目的是使学生掌握对于简单构件或结构的平衡、强度、刚度和稳定性分析的基础理论和基本方法，具备将简单的工程实际问题抽象为力学模型的初步能力。具体而言，该课程的教学致力于使学生掌握以下基本能力：（1）能从简单的物体系中选取分离体，正确画出受力图；（2）能正确计算力的投影和力矩，正确进行平面力系的简化；（3）能熟练地使用宏平面力系的平衡方程求单个物体和简单物体系的约束反力；（4）能分析简单构件在各种变形时的内力，绘出相应的内力图，确定危险截面；（5）掌握简单构件在各种基本变形时的应力和变形计算，并能确定危险点的位置；（6）能正确运用强度、刚度和稳定性条件对简单受力构件进行校核和截面设计；掌握常用工程材料机械性质的基础知识，等等。

通常，工程力学课程的教学目标可以分为知道、理解、掌握、应用这四个层次。根据艺术类专业学生的学科背景知识和实际需求，可采用不同的教学方法以达到不同层次的教学目的：（1）如果只要求达到知道、了解这第一层次的知识点，可选用讲授、介绍、阅读等教学方法，比如重心的计算、摩擦的概念等内容。（2）而如果要求达到理解、领会这第二层次的知识点，则可以选用尝试、探究等教教学方法，比如刚体系统的静力学分析、梁弯曲的微分关系等内容。（3）若要求达到掌握这第三层次的知识点，可以选用习题课和讲评等教学方法，比如简单的拉伸、压缩、扭转和弯曲等基本变形的计算。而最后一个层次，要求学生能应用学习到的知识，则可以运用讲评和解决实际工程问题等教学方法，内容着重在简单变形条件下的构件强度、刚度校核，截面尺寸设计，以及许用载荷设计等问题的理解和运用上。

2 灵活运用教具和模型

在针对艺术类专业学生的教学中，可以灵活运用教具、模型和多媒体辅助设备，以达到更好的具象化效果。

教育心理学家的研究表明，学生在形成知识的最初阶段，都必须借助于感觉，先把对具体事物的观察和接触转化成与具体事务无关的感性认识，再把感性认识转化成抽象、概括的理性认识。而艺术类专业的学生又恰恰是习惯以形象思维为主要思维方式的。所以，要帮助艺术专业学生建立起力学概念，仅仅靠讲述是不够的；很多知识点概念点都要靠一些具体直观的教具把它们演示出来。因此，在工程力学的教学中，灵活运用教具和模型来进行说明和演示操作，对于艺术类专业学生尤其显得重要。

比如，在工程力学学习中，非常常见的一种研究对象是圆截面的长直杆。在课程讲解中，使用粉笔、教鞭等教具就可以非常生动地用来演示圆截面直杆，向这些工程零基础的学生形象地讲解拉伸、压缩、扭转、弯曲等基本变形的受力特征。

为了更好地让学生理解构件的变形特征，可以用硬卡纸分别制作矩形截面和圆形截面的直杆模型。用不同颜色的记号笔在模型上画出变形前后的参考线，有助于艺术类专业学生直观地理解直杆的几种基本变形。尤其是杆件弯曲这一章节中的中性层和中性轴概念，在黑板或多媒体课件上的平面演示对艺术类学生来说很难理解。如果教师能够课前准备一个实体的模型，并且用记号笔将中性层和中性轴勾勒出来，学生就能直观并快速地能理解其涵义。

3 有效结合传统黑板讲解和现代多媒体演示

在课堂上还要尽可能地将现代多媒体技术教学和传统的黑板教学结合起来。

随着科技的不断进步，进入21世纪以后，越来越多的高等院校要求教师使用多媒体手段来进行辅助教学。而传统的黑板讲解似乎渐渐淡出了我们的视线。很多教师，尤其是年轻教师，更习惯使用幻灯片等多媒体演示手段来代替传统黑板，这看起来是科技进步的必然趋势。然后，并不是所有的教学内容都适合完全用多媒体来进行教学。无论科技如何发展，传统的黑板讲解和推导，都依旧在教学中占有一席之地。

在使用多媒体手段的教学中，一定要明确主次关系。应用多媒体是现代化的辅助教学手段，而不是主要的教学方式。这一技术能够为课堂教学带来方便，但不能一味地依赖多媒体。有效结合传统黑板讲解和多媒体演示，在这两种教学方式间恰当且灵活地切换，能非常有效地吸引学生注意力，提高教学质量，并且产生很好的师生互动效果。

如果出现没有黑板、只有多媒体设备的课堂条件，教师就应该对多媒体课件进行优化。对于每一个做图或解题步骤，都要进行逐条显示，并留给学生充分的思考和讨论时间，实现用多媒体代替黑板演算。

4 建立积极的师生互动

随着传统教学观念的进步和转变，师生互动成为当前课堂教学改革中的一个重要关注点。学会建立积极的师生互动，可以提高教师的教学能力和教学水平，并且培养学生的独立思考能力。然而，在现行的教学模式中，仍然存在着这样的误区，认为课堂教学应该以老师的讲解为主，讲得越细越好；并且以个别优秀学生的课堂表现，来代表大多数学生的课堂表现。当教师进行互动提问的时候，个别优秀的学生能够很快地做出反应，并且得到正确的答案；而大多数学生只能被动地听，机械地接受知识点。这样的互动模式违背了现代化教学的新概念，对大多数学生的学习并无助益。

此外，还有一些老师则错误地理解了教学改革的理念，误认为师生互动越多越好，将大量的课堂时间浪费在无关、无目标的师生互动上，没有起到对教学应有的促进作用。

有效的师生互动，应该包括行为互动、情感互动和认知互动。单纯的认知互动并不能促进学生高层次思维的发展，只有以积极的情感互动和高层次的认知互动为核心的学习方式，才能促进学生包括高层次思维在内的全面素质的提高。教育心理学研究表明，学生对一知半解的事物更容易产生探究的欲望。教师可以利用这一心理，等学生在新旧知识衔接时遇到新的问题，再适时进行互动，引导学生主动探索和思考。

5 巧妙联系生活

力学离不开生活，生活离不开力学。对于艺术类专业学生来说，生活中处处会遇到力学问题，只是他们对其理论和术语都非常陌生，所以面对工程力学的课本会觉得无所适从。所以，在对他们讲解工程力学中涉及的一些概念前，可以引导学生搜集生活中的力学信息，积累力学方面的知识，培养学生学习力学的兴趣。

在课堂教学中，则可以营造解决实际问题的情景，使学生成为学习的主体。有的知识点很直观形象，而有的知识点则跟学生的生活有一定的距离，显得很抽象，让学生难以理解。因此，教师可以结合学生已有的生活经验和实际情况，帮助学生理解教学难点。

比如，在讲解中间铰的时候，可以先告诉学生这个概念的定义，让学生自行想象生活中有哪些常见物品中有中间铰，如果他们犹豫或回答不出，再拿出一把剪刀来让他们指出中间铰的位置。又比如，在讲解力对轴的矩这一章节时，可以使用教室的门或窗做现场演示，让学生充分理解为什么当力平行于轴或通过轴的时候，力对轴的矩等于零。这样联系生活实际的讲解有利于调动学生的学习积极性，并逐步培养他们解决实际问题的能力。

总之，给艺术类学生讲解工程力学，应该有目的地结合他们的实际生活，让他们的思维走出教室，走进生活，拓展他们想象和创造的空间，巧妙地联系生活，更好地掌握并运用力学知识，加深他们对知识点的理解。

6 结论

跨专业学习是现代高等教育的趋势，并有助于各个学科的有效融合和共同进步。对于理工科基础薄弱的艺术类专业学生，要提高他们对工程力学这门课程的掌握，可以从准确把握教学目标、灵活运用教具和模型、有效结合传统黑板讲解和现代多媒体演示、建立积极的师生互动以及巧妙联系生活等几个方面入手，从而有效提高学生对这门课程的兴趣和对知识点的掌握程度。

参考文献

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