上好“一堂课”,功夫下在课堂外

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  【摘要】“上好一堂课”是每位教员的奋斗目标。本文从板书、学科的交叉融合、科研与创新、理论联系实际等四个方面阐述了“教员要提高课堂教学效果,必须经过长期的修炼和积累”。通过具体的教学体验和实例给出了“没有课堂外的积累,就没有课堂内的辉煌”的结论。
  【关键词】工程力学 课堂教学 素质教育 板书 创新 理论联系实际 学科交叉
  【中图分类号】G645 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2014)01-0255-02
  教学过程是由一个又一个“一堂课”连接起来的,教员应该把自己所上的每一堂课作为学科建设的一个组成部分去经营。“上好一堂课”是每位教员的奋斗目标。要上好一堂课首先取决于教员对待教学的态度,即“态度决定一切”。在教学上要舍得下功夫,陆游有句话叫“工夫在诗外”——意思是说诗写得好不好在于诗以外的东西。讲好一堂课不仅仅是靠 “精心准备”就可以完成的。这需要教员天长日久的修炼,经年累月的积累,不断学习,不断总结,不断提高和充实自己。正如那句话:“台上一分钟,台下十年功”。没有课堂外的积累,就没有课堂内的辉煌。
  1.板书
  板书作为一种直观的教学手段,是教员表达教学内容的重要方式之一。板书字体优美、流畅使人赏心悦目。字迹工整的板书可使学员对课堂讲授的内容产生深刻的印象,也能得到美的艺术享受。评价一堂课的好坏,板书的优劣是一个重要环节。如何才能写好板书呢?从下面的两个故事中可以看出某些道理。
  第一个故事叫“入木三分”。据说,“山海關”三字在十里之外看过去,是 “山海門”,“關”字里面的“絲”字看不见。相传,“山海關”三字是请大书法家王羲之写的,谁知王羲之将“關”字写了一半就去世了,他的儿子王献之接着写,由于王献之的功力不够,“關”字里面的“絲”字力道就差些,远远望去 “山海關”就变成“山海門”了。王羲之的字,笔力强劲,墨迹能透入木板深处,虽在很远的地方也清晰可见。据说王羲之每天手腕悬空,掌心藏一鸡蛋,练习写字,天长日久,腕部肌肉越来越有力,以至于有人从背后突然夺其毛笔,也不能夺下,其握笔的力度和笔墨的渗透力可想而知。
  第二个故事叫“百步穿杨”。一天,汉朝大将军李广,在校场上表演射箭,站在百步开外的地方,射杨树的叶子,能百发百中。李广每射一箭,校场上都是掌声雷动,大家都为李广的箭法叫好!这时,校场边走来一位卖油翁,看后,冷冷地说“熟而已”。一位士兵听到后忍不住问“难道您还能射得更准些?”,只见那卖油翁也不说话,取出一油壶,放在地上,再在壶口上放一枚铜钱,铜钱的正中有一小孔。卖油翁拿舀子舀了一勺油向油壶倒去,只见那油,尽成一条细线,不偏不倚从铜钱的孔中穿过, 其准度比李广射箭,有过之而无不及。
  这两个故事,告诉我们,要写好板书,没有捷径可走,只能勤学苦练,天长日久,必然“熟能生巧”,写出的字必然刚劲有力,“熟而已”啊。
  2.学科的交叉融合
  素质教育是一种新的教育思想、教育理念,而不是一门具体的课程,它通过教学的各个环节来体现。完成培养目标的多门课程是一个有机的整体。工程力学课只是课程链条上的一环,是基础课与专业课之间承上启下的桥梁。工程力学教学不是孤立的,与基础课及专业课有密不可分的关系。任课教员必须熟悉相关课程的内容,在教学中,注意与相关课程内容的配合,加强对先修课程内容的复习和运用,如英语、数学等课程的知识看似与工程力学无关,其实相关。
  英语是高素质人才的必备条件,英语不断线是现代大学教育理念的要求。在课堂教学中,教员在传授学员专业知识的同时,适时穿插外语表述,既活跃了气氛,增强学员的学习兴趣,又扩大了知识面,提高学员的外语水平,增强课堂的教学效果。例如,在讲授“拉伸和压缩时材料的力学性能”时,向学员说明有的书上是“拉伸和压缩时材料的机械性能”。“力学性能”与“机械性能”似乎风马牛不相及,如何解释呢?起先,我想是不是“mechanical property”翻译引起的?因为“mechanical”这个词既是“力学的”,又是“机械的”。为了弄清其中原因,我查到一篇关于力学起源的论文介绍:在古希腊只有一门研究杠杆等简单机械受力的学科,那时还没有力学与机械学的区分,力学与机械学属于同一门学科,只是到了17世纪末,力学才变成一门全新的“自然科学”。因此,“mechanics”既是力学,也是机械学; “mechanical”既是“力学的”,也是“机械的”。从力的定义也可看出一些端倪,“力,物体间相互的机械作用”。“mechanical property”;既可译成“力学性能”,也可译成“机械性能”。我认为译成“力学性能”更准确些。
  一个人的数学素质越高,思维方式的灵活性、丰富性越明显。如果说数学是创新之源,那么力学就是工科学员创新的根本。用数学原理深入阐述力学的原理和方法,可深化力学问题的本质,利用数学方法的严密性可使力学原理的证明更加令人信服。工程力学教员在教学过程中应通过新的数学方法和严谨的逻辑演绎吸引学员,以演绎过程中逻辑的严密性激发学员的学习热情。在传授知识的同时,潜移默化地传授逻辑思维方法,提高学员的思维能力。
  例如下面的例子。把圆形木料锯成矩形截面的梁,根据宽窄不同,有多种不同的锯法,高与宽之比等于多少最合理呢?北宋李诫的营造法式认为:当梁的高与宽之比为3:2时, 梁具有最大的承载能力,锯法最合理。我国的庙宇、亭台、楼阁中的木梁的高与宽之比一般是3:2。
  根据《工程力学》中梁弯曲正应力计算公式为σmax=M/Wz;显然,Wz越大,应力σ就越小,Wz最大时,梁承受力的能力就最强。为使梁具有最大承载能力,应使Wz取最大值。矩形截面的抗弯截面模量为Wz=bh2/6。当锯法不同时,b和h是变量,Wz是b和h的函数。圆木直径d是一个不变的值,因此有b2+h2=d2;为使Wz最大,必须在满足b2+h2= d2的条件下,求函数Wz=bh2/6的极值。这是一个高等数学中的条件极值问题。   根据高等数学中条件极值的拉格朗日乘子法,构造新的函数φ=ph2/6+γ(b2+h2-d2);条件极值由下式求得φ/b=h2/6+2bλ=0;φ/h=bh/3+2hλ=0;消去乘子λ解得h=b=1.414,即 h:b=1.414是梁的高与宽的最佳比值。宋代营造法规定h:b=3:2=1.5接近最佳比值。
  通过这个例子详细介绍了高等数学条件极值的求解方法和步骤及在工程实际问题中的应用。把工程力学与其他课程结合起来讲,不仅可提高学员学习工程力学的兴趣,同时也提高了学员学习其他课程的兴趣,更重要的是增强了学员对所学知识的融会贯通和运用,这样才能把知识转化为能力。教员要先培养自己为全面的人,才能培养全面发展的学员。教员既要对本门课程的知识有详细的了解和一定的研究,还要熟悉相关学科知识,而且是多多益善。
  3.创新与科研
  创新是民族的灵魂,培养创新能力是时代对教育提出的迫切要求。也是工程力学课程面临的紧迫任务。教员是否具有创新意识,直接影响学员创新能力的培养。教员对学员起着耳濡目染和言传身教的作用,是引导学员进入科学殿堂和激励学员攀登科学高峰的领路人。教员不但要有渊博的知识、高超的教学艺术,更要有崇尚科学、弘扬科学、进行科学创新的精神。教学是一门艺术,教员不仅要投入,而且要钻研创新。
  学员并不欢迎对教材的机械背诵或拉洋片式的讲演,他们希望听到教员的真知灼见。教员只有亲身从事科研才会在教学中自然地流露自己的研究心得,才能激励学员潜心钻研、开拓创新,讲起课来才有信手拈来的感觉。教员从事科研工作是充实、更新教学内容的源泉,是提高教学质量的基础。只有肯花时间投入,才有知识的积累;只有不断的积累,才可能有创新。
  4.理论联系实际
  工程力学是工科学员最早接触的一门技术基础课。大多数学员缺乏基本的工程背景知识,在学习过程中,常常感到工程力学概念抽象、理解困难。面对实际问题往往束手无策。如果使学员陷于纯理论学习,就会感到枯燥无味,逐渐失去学习兴趣。在工程力学的教学中,应注意理论联系实际,培养学员工程意识。理论联系实际,学以致用, 不但能培养学员的创新能力和工程意识,还能激发学员学习积极性。自然就提高了教学质量。水泥预制板的制作就体现一定的力学原理。预制板制作分3步进行:第1步,张拉;第2步,浇注;第3步,放张。所谓张拉,就是用卷扬机将钢筋拉直后,保持一定的拉力,再固定在场地两端的支架上。所谓浇注,是将搅拌好的混凝土倒入模子中,震荡、捣实。在水泥浇铸过程中,钢筋一直处于“张拉”状态。所谓放张,是水泥完全固化后,剪断钢筋。“张拉”表面上看只是将钢筋拉直,实际上,还有两层深刻的力学含义:1)提高钢筋的质量等级。“张拉”时使钢筋应力超过屈服极限,产生“冷作硬化”作用,提高钢筋的弹性承载能力。但是,过分张拉会使钢筋变细,损害其强度。产生预应力效果。放张时,钢筋在弹性力作用下收缩,使预制板空载时靠近底层处于压应力状态。
  为什么预制板要配置钢筋,而且要配置在靠近下表面处?为什么预制板不能翻过来放置呢?这是因为预制板在码放时或在房屋结构中,基本上处于简支状态。其横截面上的应力沿梁的高度线性分布。靠近上边缘受压、靠近下边缘受拉。混凝土属于脆性材料,抗拉能力差,抗压能力强,钢筋必须配置在受拉一侧,即配置在预制板的下边缘处,降低混凝土的拉应力。如果将预制板翻过来放置,就很容易踩断。
  预制板为什么要有孔洞呢?根据梁的弯曲正应力分布可知,梁在中性层附近正应力很小,如果中性层附近与上、下边缘处用一样多的材料就会浪费,去掉中性层附近的材料,既节约材料,又减轻重量,产生类似工字形截面的效果,是梁的合理截面形式。水泥浇注前,在模子中,插入圆柱筒,水泥浇注后,及时旋转圆柱筒,用卷扬机拔出圆筒即形成孔洞。
  通过对常见力学现象的分析,可以提高学员的感性认识,激发学习兴趣,调动学习积极性,有助于学员全面掌握分析、解决问题的一般过程,使学员学会透过现象看本质,培养学员分析、解决问题的能力,同时促进学员积极思维、尝试创新、学以致用。为此,教员平时应注意观察、积累和琢磨,才能生动形象、有说服力地把生活实例引入到课堂教学中来。
  5.结论
  教育不是一项立竿见影的工作,对人的影响往往是“无形的”。教员要注重自身能力的不断发展和自身科学素养的培养,不断更新、提高自己的知识结构,建立起具有自己个性的教学特色,独特的教学艺术,依靠个人的人格魅力、渊博的学科知识、优秀的为人品质、有效的组织能力,赢得学员的欢迎。教员真正备好“一堂课”是需要用一生的时间。如果你想成为一名优秀的教员,请记住:工夫下在课堂外。
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  作者简介:
  章向明,安徽庐江人,男,汉族,1963年4月生,教授,博导,工学博士,海军工程大学理学院力学系副主任,主要从事有限元分析与计算,复合材料结构力学。
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