竞赛驱动、教赛融合的基础力学教学模式改革探索

谢 旋 罗 威 李 彪 叶 永

（三峡大学水利与环境学院，湖北 宜昌 443002）

1 研究背景与现状分析

基础力学课程（理论力学和材料力学）是很多工科专业（如水利、土木、机械）的一门必修课，也是相关专业的考研初试科目，是学生进行后续专业课程学习不可或缺的重要前提，关乎学生知识体系的构建和创新思维能力的培养。然而基础力学课程理论性强，概念和公式繁多，学生学起来相对比较枯燥，容易产生厌学情绪。为促进高等学校力学基础课程的改革、提高学生学习基础力学的兴趣，2006年受教育部高等教育司委托，教育部高等学校力学基础课程教学指导委员会、中国力学学会和周培源基金会共同主办的全国周培源大学生力学竞赛。这是一项旨在加强理工科高校学生素质教育，培养其动手能力、创新能力和团队协作精神的大学生科技竞赛。随着全国周培源大学生力学竞赛的影响力不断扩大，很多省市和高校开始举办地区和校级的力学理论知识与实践竞赛。

目前，开设有力学本科专业的院校非常有限。虽然国内绝大部分理工科院校都开设了基础力学课程，但其中绝大多数都没有力学本科专业。这些普通高校仅有很少一些教师在专门负责基础力学的教学，教学任务相当繁重，由于没有力学本科生和力学师资力量不足等原因，导致学生力学基础薄弱，参赛积极性不高，竞赛成绩不甚理想。面对力学竞赛的培训辅导和冲刺奖项，这些院校的力学教师感到有心无力。笔者所在单位是省属一本高校，好几年前曾经获得过一次全国二等奖， 然而到了2021年的第十三届个人赛上连全国优秀奖（省区前15%）都没有一个。学校每次选派的参赛学生主要来自水利和土木这两个优势学院，而机械、材料、物理等专业学生被有意或无意边缘化。这其中一方面是因为辅导教师人手不够，学院之间有些许利益冲突，但更重要的因素可能是其他专业学生的力学成绩比较差，而他们所在学院又没有专门的力学老师宣传和辅导竞赛。久而久之，参赛队伍越来越小，优秀拔尖者寥寥无几，整体参赛成绩自然逐渐下滑。笔者结合学生时代的体会以及高校任教的经验，总结了一些共性问题：（1）学校/学院对基础力学竞赛不够重视，每次都是临时组织教师辅导学生参加周培源力学竞赛，缺乏制度建设；（2）学校对全国力学竞赛获奖学生的奖励力度不够，在评优推优评奖时认可度不高，也没有对力学赛事、获奖学生和指导教师进行广泛宣传；（3）基础力学任课教师在课堂教学中几乎从不跟学生提及力学竞赛，学生对全国周培源大学生力学竞赛知之甚少，即使略有耳闻也不感兴趣；（4）校级力学竞赛完全是应付要求，小打小闹，简单走过场，没有起到初步选拔学生的作用，徒增老师出卷阅卷和监考负担；（5）除个别院系举行小范围结构模型制作比赛之外， 学校很少举办校级力学实践操作类竞赛，不利于大学生的跨专业交流与学习；（6）教师的工作积极性得不到制度保障，辅导完全靠教师个人热情，吃力不讨好，导致竞赛辅导力度不够，组织和管理不到位，另外学生凑热闹、打酱油居多，真正沉下心来认真备战的少；（7）赛后没有对相关数据进行系统整理和分析，缺乏经验教训总结和长远规划。

诚然，作为基础力学教师，不应该过分追求全国力学竞赛成绩的获奖与名次， 但竞赛是一面镜子，一扇窗口，竞赛成绩的高低好坏所反映出的教与学的问题确实值得好好反思。

2 基于力学竞赛驱动的基础力学教学改革探索

近年来，随着学科竞赛受到越来越多的关注和重视， 以学科竞赛为驱动的教学改革成为热议的话题。笔者总结近年来自己在力学教学和竞赛辅导方面的切身体会，认为普通高校不仅要大力宣传国家级力学竞赛，广泛吸引学生参赛，同时还应着力打造校级力学竞赛平台，形成寓教于赛、以赛促教、教赛结合的基础力学教学模式，提升基础力学教学水平，提高学生成绩，为考研和就业打下坚实的力学基础。

2.1 在基础力学课堂中融入力学竞赛内容，实现教中有赛

引入竞赛内容，让课堂教学生动有趣。基础力学课程理论性强，概念和公式繁多，学生学起来相对比较枯燥，容易产生厌学情绪。因此，要精简课堂教学内容，通过合理配置常规教学内容和竞赛试题内容的比例，改变过多、过细、过全的课堂讲授方法，淡化公式推导，突出理论应用。一方面，将课上的简单易懂的知识点先让学生预习， 课堂教学以较高起点进行讲授。另一方面，用节约的课上时间讲解贴近生活实际的力学竞赛应用题，选择难度适中、具有一定工程背景的力学竞赛真题作为例题，又或者将一些趣味力学竞赛题引入课堂教学，扩展学生的知识面，让学生切实感受力学知识在实际生活和工程中的妙用，激发学习兴趣和主动性， 这样可使学生感觉竞赛不再遥不可及，大大调动优秀学生参加竞赛的积极性。

剖析竞赛试题， 培养力学建模和分析研究能力。很多力学竞赛试题（如周培源力学竞赛题）多源自工程实例， 深入剖析其隐含的力学要素和建模方法，可帮助学生提高建模能力。重视力学建模能力结合生活实例和工程实例，引导学生自己提炼力学模型，利用相关力学知识分析解决问题，可以使学生从“给定的力学模型”思维中解脱出来，掌握分析问题的真本领。课堂上还可以引入MATLAB 等数学软件和ANSYS、ABAQUS 等仿真软件，进行编程演示，实现求解过程和结果的可视化。另外，力学竞赛试题往往要进行定性分析， 借此可以初步培养学生的分析研究能力，在教学过程中应引导学生从解题为主转向分析问题的本质为主， 从注重答案转向注重力学创新思维和方法，培养学生的力学素质和定性分析能力，帮助学生从更高层次理解并把握力学的核心概念，提高力学素养， 有助于学生后续的专业课学习和工程案例分析，也能为以后的读研深造作铺垫。

因材施教，打造多元个性化辅导模式。一方面，由于报名参赛学生来自不同的专业和年级，集中辅导培训时间一般只能安排在晚上或周末，不能兼顾全部参赛学生的时间； 参赛的大二学生刚接触材料力学课程，直接参加培训跟不上教师的进度。另一方面，考虑到学生的水平和能力差异， 为满足优秀学生竞赛需求，需要因材施教，分层次教学。直接采用赛前集中辅导的方式往往会导致一些学生因为跟不上教师的进度而产生畏难情绪，甚至选择中途退出，白白浪费宝贵的时间和精力，给教师和同学造成不良影响。在学时缩减课程内容繁多的背景下，要灵活利用移动互联网技术实行线上线下混合教学，为有需求的学生定制和推送有针对性的竞赛辅导内容。引导学生组建兴趣小组，实现竞赛辅导的日常在线督促和交流。

2.2 发挥校级力学竞赛作用，探索寓教于赛

创新校级力学竞赛试题。举办校级力学竞赛可以为每两年一次的全国赛预热并选拔优秀选手。但目前不少学校的力学竞赛题多是一些陈年旧题， 单调枯燥，俨然加强版期末考试或考研题大杂烩，难以吸引学生参赛。因此需要不断更新和优化竞赛试题，尽可能兼顾基础性、趣味性和创新性。除了改编已有的竞赛题之外，还可以借鉴国内外优秀经典力学教材和相关文献中的力学问题，特别是生活和学习中的有趣力学现象或故事。不仅要考查学生对力学基本概念、理论和方法的掌握情况，还要锻炼学生提炼力学问题的能力和建立力学模型进行分析计算的能力。

加强校级力学实践竞赛。目前我校开设的材料力学、 工程力学实验的特点为教师已设计好试验步骤，学生只是按部就班地完成试验，这极大限制了学生的实践创新能力的培养，而周培源力学竞赛更注重针对研究问题设计试验，以问题为导向，最终达到解决工程实际问题的目的。为了充分锻炼学生的力学实践应用能力， 应当效仿全国力学竞赛中的实验操作大赛，结合开放式实验室制度，以大学生创新创业训练项目和科研兴趣小组等科技活动为切入点，由学生自愿组成学习小组，选定指导教师，形成学习团队，开展跨学科、跨学院的校级结构—材料设计制作大赛。当今工程问题已经离不开计算机求解，因此还应当引入力学编程计算或软件仿真模拟， 增加趣味性和挑战性，顺应时代发展要求。打造融力学理论、材料制备、结构设计、计算机编程等知识为一体的校级力学实践竞赛平台，促进相互交流学习。

2.3 宣传力学赛事，总结竞赛成效，打造教—赛—学闭环

宣传力学赛事和获奖事迹，以赛励志，以赛促学，学而优则赛。对于很多非力学专业的水利、土木和机械类本科生而言，参加力学竞赛就如同参加数学和物理竞赛一样，似乎与自己的专业毫不相关，甚至有点不务正业。正因如此，学生大多不愿参加力学竞赛，避之犹恐不及。所以需要力学教师在课堂上介绍全国力学竞赛和省级、校级力学竞赛，宣传获奖学生事迹，展示结构模型获奖作品，强调参加力学竞赛对提高专业课成绩、评优评先、奖学金申请以及考研就业方面的帮助。通过树立榜样增强学生的自信心，燃起人能我亦能的斗志，吸引学生备赛参赛，营造良好学习风气。对校级力学竞赛获奖学生也要进行学业上的特别关注和后续指导，鼓励他们积极备战全国力学竞赛。

完善教师激励机制。对参与竞赛辅导工作的教师按课程形式兑现一定工作量，对获奖的指导教师依据相关奖励标准给予奖励，在职称评审、年度考核、评选先进等方面给予适当的加分，鼓励一线教师积极参与力学竞赛辅导工作。

总结经验，实现教赛融合协同促进。很多学校的力学竞赛活动存在重辅导而轻总结的不良现象。为教而教， 为赛而赛的片面做法使得竞赛与教学相互游离，无法形成协同效应。因此要对历届全国力学竞赛以及校级力学竞赛的参赛情况与竞赛成绩进行深度分析汇总，寻找教学和辅导方面的不足之处，提出教学改革措施，探索教学改革方向。

3 结语

基础力学是众多理工科专业的基础支撑课程，其重要性不言而喻。因此，普通高校尤其要重视基础力学课程的教学与研究。本文提出竞赛驱动，教赛融合的基础力学教学改革新模式和新途径。具体而言，采取“探究式+讨论式”授课，引入难度适中的典型竞赛题目作为课堂教学的例题，激发学生学习兴趣，加大力学竞赛的宣传力度，鼓励学生积极参加各级力学竞赛，实施线上线下混合式教学和竞赛辅导。通过以赛励志，以赛促学，以赛促教，以赛促改，实现教—赛—学深度融合，提高学生力学素养，夯实力学基础，培养创新思维能力，创新人才培养模式，为新时代造就更多高素质、强能力、复合型人才。