淺析材料力學(xué)的雙語(yǔ)教學(xué)
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摘要:材料力學(xué)是工科專業(yè)的一門(mén)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。為了卓越工程師的培養(yǎng)和教學(xué)相長(zhǎng)意義上教師本身的發(fā)展，材料力學(xué)應(yīng)采用國(guó)際化的教育手段，即通過(guò)中外文結(jié)合進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)。對(duì)于這一新的教育方式，課題組從材料力學(xué)實(shí)行雙語(yǔ)授課的內(nèi)在需要、與之適應(yīng)的教學(xué)方法、如何選取外文教材、對(duì)教師的要求以及和電算結(jié)合等幾個(gè)方面，探討了材料力學(xué)在雙語(yǔ)教學(xué)實(shí)踐和發(fā)展中面臨的問(wèn)題及解決方法。
關(guān)鍵詞:材料力學(xué)；雙語(yǔ)教學(xué)；計(jì)算機(jī)應(yīng)用
材料力學(xué)是以固體材料的強(qiáng)度、變形和穩(wěn)定為主要對(duì)象的基礎(chǔ)學(xué)科，是結(jié)構(gòu)和機(jī)械設(shè)計(jì)的學(xué)科基礎(chǔ)。為了在國(guó)際化社會(huì)科學(xué)的發(fā)展潮流中加強(qiáng)學(xué)科雙語(yǔ)教學(xué)質(zhì)量水平，也為了塑造大量既有專業(yè)知識(shí)又有較好外文水平的現(xiàn)代人才，高校近年正在逐步加強(qiáng)對(duì)于材料力學(xué)雙語(yǔ)教學(xué)的探索。隨著國(guó)際化的逐漸發(fā)展，國(guó)家間的交流日益增多，學(xué)科教學(xué)已不局限于單一語(yǔ)言的指導(dǎo)教育。雙語(yǔ)教學(xué)是未來(lái)教學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)這種新的教學(xué)方式，不但能提高學(xué)生專業(yè)英語(yǔ)水平，也使學(xué)生可以更多地參與國(guó)際專業(yè)交流。進(jìn)行中外文學(xué)習(xí)和查閱外文文獻(xiàn)過(guò)程中，學(xué)生可以吸取國(guó)外材料力學(xué)或相關(guān)學(xué)科的最新發(fā)展成果[1]。材料力學(xué)課程的雙語(yǔ)教學(xué)可以訓(xùn)練學(xué)生借鑒他人的思考角度，提升學(xué)生針對(duì)身邊的具體工程問(wèn)題的思考、分析和解決的能力[2]。這種新型的教學(xué)方式可以促使傳統(tǒng)思維和現(xiàn)代思維融合，是學(xué)生培養(yǎng)才干的重要途徑[3]。開(kāi)展雙語(yǔ)教學(xué)能夠使學(xué)生熟悉外國(guó)的技術(shù)規(guī)范和法律，更好地借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)技術(shù)，為今后自學(xué)國(guó)外的科學(xué)技術(shù)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[4]。下面我們將從必要性、教學(xué)方法、教材和教師條件、材料力學(xué)電算等幾個(gè)方面來(lái)探討材料力學(xué)雙語(yǔ)教學(xué)實(shí)踐面臨的問(wèn)題和解決方法。
一、雙語(yǔ)教學(xué)的內(nèi)在需要
與其他課程一樣，材料力學(xué)需要改革，其中包括教學(xué)方法與教學(xué)內(nèi)容的革新，以適應(yīng)時(shí)代要求和啟發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與創(chuàng)造精神。
（一）教材改革
高等學(xué)校的材料力學(xué)課程教材和其他課程教材一樣，經(jīng)歷了幾個(gè)階段：直接使用或照抄西方國(guó)家教材；翻譯和使用蘇聯(lián)教材；在學(xué)習(xí)蘇聯(lián)的基礎(chǔ)上結(jié)合我國(guó)的特點(diǎn)和需要編寫(xiě)、使用自己的教材；發(fā)揚(yáng)實(shí)事求是的精神，吸取國(guó)內(nèi)外教材的特點(diǎn)，對(duì)自編教材進(jìn)行修訂提高。這樣，材料力學(xué)課程教材從無(wú)到有，由質(zhì)量低到質(zhì)量較高，在滿足黨和國(guó)家培養(yǎng)高質(zhì)量人才的要求上，編撰老師是做出不少貢獻(xiàn)的。但是也應(yīng)當(dāng)指出，在取得成績(jī)的同時(shí)，我們?cè)谶M(jìn)行材料力學(xué)課程教材選擇與編撰的道路上，還存在一些問(wèn)題。目前，我國(guó)材料力學(xué)版本不少，但多大同小異，特色較少，有些只是內(nèi)容多少有差異，而教材的結(jié)構(gòu)、敘述、插圖例題等都類似，這種品種單調(diào)的情況滿足不了我國(guó)蓬勃發(fā)展的各類型的工科院校的要求。因此，我們要編出一些質(zhì)量較好的教材，一方面就要學(xué)習(xí)蘇聯(lián)教材敘述嚴(yán)謹(jǐn)、系統(tǒng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，另一方面又要結(jié)合英美教材比較重視應(yīng)用、理論聯(lián)系實(shí)際工程的長(zhǎng)處，同時(shí)還能注入我國(guó)多年來(lái)所積累的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。在教材內(nèi)容的選擇上，必須從實(shí)際出發(fā)，實(shí)事求是，要考慮到課程的性質(zhì)和任務(wù)去精選內(nèi)容，不能盲目追求高精尖而引起教材內(nèi)容的大起大落。要保持教材的相對(duì)穩(wěn)定性，對(duì)已取得的成果，決不能輕率地推倒重來(lái)。實(shí)踐證明，許多優(yōu)秀的教材都要經(jīng)過(guò)多次的應(yīng)用、長(zhǎng)期的錘煉、反復(fù)的修訂，才可能逐步臻于完善，達(dá)到較高水平。迄今為止，在我們已經(jīng)出版的材料力學(xué)教材中，達(dá)到較高質(zhì)量的還不多，教學(xué)參考書(shū)、習(xí)題集和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)等工具書(shū)還比較少，具有不同風(fēng)格、不同學(xué)術(shù)觀點(diǎn)和不同改革實(shí)驗(yàn)的教材和參考書(shū)就更罕見(jiàn)了，因此，材料力學(xué)教材建設(shè)的許多方面，還有大量的工作需要我們努力去做。我們?cè)诳偨Y(jié)自己編寫(xiě)教材經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，要認(rèn)真地分析學(xué)習(xí)國(guó)外的教材，在教師和學(xué)生共同的參與下，吸收其中對(duì)我們有用的成分，形成具有我國(guó)自己風(fēng)格和特色的材料力學(xué)教學(xué)，雙語(yǔ)教學(xué)是其中的一個(gè)重要的實(shí)現(xiàn)途徑。
（二）學(xué)生的外語(yǔ)水平
學(xué)生是教學(xué)活動(dòng)的參與者。雙語(yǔ)課堂上會(huì)出現(xiàn)大量的文字和語(yǔ)音形式的外文詞匯，如何順利地接收和消化這些信息，學(xué)生的外語(yǔ)水平是重要保證。顯然，學(xué)生對(duì)外文的掌握程度越好，語(yǔ)言障礙越少，那么其學(xué)習(xí)成效就越大，這樣可以達(dá)到較好的授課效果。對(duì)于外文程度不高的學(xué)生，一般建議應(yīng)該在修完相關(guān)課程之后，再逐步開(kāi)展雙語(yǔ)學(xué)習(xí)，當(dāng)然，也可以隨班學(xué)習(xí)相關(guān)外文知識(shí)和專業(yè)知識(shí)。英語(yǔ)水平首先表現(xiàn)為必要的詞匯量，只有具備了一定的詞匯量才能進(jìn)行外語(yǔ)的聽(tīng)、說(shuō)、讀、寫(xiě)、譯訓(xùn)練。根據(jù)《大學(xué)英語(yǔ)教學(xué)大綱》的要求：大學(xué)生英語(yǔ)四級(jí)詞匯是4200個(gè)，材料力學(xué)的開(kāi)課一般在二年級(jí)的下半學(xué)期，這個(gè)時(shí)間已經(jīng)有很多的學(xué)生通過(guò)了四級(jí)考試，具備了一定的單詞量基礎(chǔ)和良好的英語(yǔ)閱讀能力，因此學(xué)生可以從容組織語(yǔ)言并應(yīng)用專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)這門(mén)課程。
二、雙語(yǔ)課程的教學(xué)方法
文獻(xiàn)[5]建議用對(duì)比教學(xué)法、調(diào)研教學(xué)法、激勵(lì)思考法、寫(xiě)作訓(xùn)練法等幾種方法來(lái)提高雙語(yǔ)教學(xué)效果。
同時(shí)，我們強(qiáng)調(diào)雙語(yǔ)教學(xué)的關(guān)鍵目的在于學(xué)習(xí)國(guó)外同行對(duì)材料力學(xué)基本原理的不同和新穎的表現(xiàn)方式，并不是讓學(xué)生去生吞活剝地學(xué)習(xí)一些外文專業(yè)詞句。因此，在選定好外文材料力學(xué)教材后，需要給學(xué)生提供一些類似的中文教材。這樣就設(shè)立了外文材料力學(xué)和中文材料力學(xué)的對(duì)立面，好處在于：使學(xué)生們先使用母語(yǔ)較快地學(xué)習(xí)掌握材料力學(xué)的內(nèi)容和相關(guān)的中文專業(yè)表述；在此基礎(chǔ)上，在教師的帶領(lǐng)下學(xué)習(xí)外文材料力學(xué)對(duì)類似問(wèn)題的不同解決方案，在學(xué)習(xí)具體問(wèn)題的過(guò)程中，掌握外文對(duì)材料力學(xué)問(wèn)題的描述和具體的解決手段。面對(duì)這種設(shè)置對(duì)立面的雙語(yǔ)教學(xué)方式，學(xué)生不僅不會(huì)丟掉根本的學(xué)習(xí)目的，還可以學(xué)習(xí)對(duì)同一材料力學(xué)原理的中外兩種解決方案，促使學(xué)生找出適合自己理解的那條路[5-6]。在這個(gè)基礎(chǔ)上，教師就可以循序漸進(jìn)地應(yīng)用雙方都易于接受的途徑達(dá)到雙語(yǔ)教學(xué)的目標(biāo)。根據(jù)相關(guān)的教學(xué)實(shí)踐和對(duì)一些教學(xué)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)，下面列舉一些教學(xué)方法。
材材料力學(xué)課程有自身的明顯特點(diǎn)，它應(yīng)用性與趣味性較強(qiáng)。將本課程講活的關(guān)鍵是充分而適當(dāng)?shù)亍奥?lián)系實(shí)際”。聯(lián)系實(shí)際還是潛移默化地增強(qiáng)學(xué)習(xí)目的性、提高學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性、培養(yǎng)工程觀點(diǎn)和處理工程問(wèn)題的有效手段。為了在教學(xué)中能豐富地、生動(dòng)地、恰如其分地聯(lián)系實(shí)際，教師多從事工程設(shè)計(jì)、科學(xué)研究，收集生產(chǎn)及科研中的有關(guān)實(shí)例，并從教學(xué)的角度加以提煉，是很有意義的。
加強(qiáng)自學(xué)能力訓(xùn)練的必要性，已不待言。這里，對(duì)當(dāng)今大學(xué)生的“實(shí)際自學(xué)能力”與“自學(xué)能力的潛力”應(yīng)加以區(qū)分。在材料力學(xué)的教學(xué)中，由于青年可塑性大、智力潛力大，大膽而又逐步地放手增加學(xué)生自學(xué)的比重是可行的，實(shí)踐證明，他們的潛力往往比我們預(yù)料的要大。開(kāi)展課外“學(xué)習(xí)與研究”的科技活動(dòng)，讓學(xué)生（首先是學(xué)有余力的學(xué)生）進(jìn)行研究性實(shí)驗(yàn)，對(duì)自學(xué)參考書(shū)及有關(guān)資料進(jìn)行綜述與評(píng)論，對(duì)一些問(wèn)題進(jìn)行初步的研究和探討，寫(xiě)學(xué)習(xí)報(bào)告、研究報(bào)告，這對(duì)于啟發(fā)創(chuàng)造精神，培養(yǎng)自學(xué)、實(shí)驗(yàn)研究、理論研究和表達(dá)等能力，以及運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析實(shí)際問(wèn)題的能力，好處甚大。
在緒論及一些章節(jié)的“合理設(shè)計(jì)”部分，可以進(jìn)行（包括隱含）愛(ài)國(guó)主義教育；在問(wèn)題的引出，公式的推導(dǎo)、應(yīng)用及合理設(shè)計(jì)部分，可以灌輸唯物主義及其辯證法；在問(wèn)題的引出及理論的應(yīng)用部分，可以隱含學(xué)習(xí)目的及意義的教育，進(jìn)行工程觀點(diǎn)及方法的培養(yǎng)。其中，材料的線性假設(shè)：σ=Ee不宜作為基本規(guī)律（特別是在緒論中）提出，而且最好不要稱作“虎克定律”,宜改為“單向虎克定律”或別的什么名稱。要突出廣義虎克定律，它才是基本規(guī)律，而σ=Ee僅是它的特例，不強(qiáng)調(diào)這一點(diǎn)往往造成很大的誤導(dǎo)作用。
多學(xué)時(shí)大綱的基本部分，沒(méi)有“溫度及變形速變對(duì)材料性質(zhì)的影響、蠕變及松弛概念”，從科技發(fā)展及工程要求看，加上為妥。與強(qiáng)度（廣義）有關(guān)的材料知識(shí)（除金屬外還應(yīng)包括塑料等高聚物材料），除材料科學(xué)系學(xué)生外，其他的學(xué)生知道得過(guò)少。疲勞破壞與持久極限的概念，宜在“拉伸與壓縮”一章的材料機(jī)械性質(zhì)中先簡(jiǎn)單地介紹，特別是對(duì)機(jī)械、航空等類專業(yè)的學(xué)生。這是從該內(nèi)容應(yīng)有的地位及教學(xué)效果兩方面考慮而言。
三、雙語(yǔ)教材的選取
我國(guó)的材料力學(xué)教材內(nèi)容主要沿襲蘇聯(lián)教材，其特點(diǎn)是偏重于理論、數(shù)學(xué)的嚴(yán)格性和系統(tǒng)性，內(nèi)容深、廣、寬，這種類型的教材為我國(guó)的工業(yè)化培養(yǎng)了眾多基礎(chǔ)扎實(shí)、思路縝密的科技人才，這個(gè)好處不能丟掉，但在這個(gè)基礎(chǔ)上，也可以了解一下歐美和日本的教程特點(diǎn)，為雙語(yǔ)教學(xué)的教材選擇提供一點(diǎn)借鑒。
英美教材總的基本特點(diǎn)是，強(qiáng)調(diào)應(yīng)力和應(yīng)變分析、變形和變形能計(jì)算；注意加強(qiáng)基本理論，擴(kuò)大知識(shí)面；也重視計(jì)算技能的訓(xùn)練和工程設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。由于英美國(guó)家沒(méi)有統(tǒng)一的教學(xué)大綱，所以教材在選材和講法上有較大靈活性。英美教材有些內(nèi)容偏多偏深，這便于對(duì)程度較好學(xué)生進(jìn)行因材施教。由于教材風(fēng)格不同和講法多樣，對(duì)教師的教學(xué)很有參考價(jià)值。英美教材所存在的問(wèn)題是，多數(shù)教材不如我國(guó)和蘇聯(lián)教材那樣細(xì)致嚴(yán)密，而往往只側(cè)重公式的應(yīng)用，這對(duì)于學(xué)生學(xué)好基本理論是不利的。有些內(nèi)容偏少或甚至沒(méi)有，如“強(qiáng)度理論”“交變應(yīng)力”等內(nèi)容，在各教材中差別很大。此外，英美教材中不提出構(gòu)件強(qiáng)度條件和強(qiáng)度計(jì)算，未引用不等式，這對(duì)學(xué)生掌握構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算的方法是不利的。
日本材料力學(xué)教材類型多樣，各具特色。有的教材內(nèi)容深而全，要求高，篇幅大;有的教材短小精悍，重點(diǎn)突出，以不同的方式啟迪學(xué)生的思路；有的教材將科技史料引入其中，這樣不僅使學(xué)生學(xué)到書(shū)本知識(shí)，而且學(xué)會(huì)獲取知識(shí)的方法；有的教材經(jīng)濟(jì)觀念較強(qiáng)，始終貫徹如何以最少的資源來(lái)發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)效益這樣一條主線。另外，日本教材還有一些特點(diǎn)：如言簡(jiǎn)意賅、頗有新意、理論密切聯(lián)系實(shí)際、習(xí)題和題解方法極為豐富、圖文并茂，簡(jiǎn)明直觀、通俗易懂方面有獨(dú)到之處?？傊?，選擇外文教材需要在中文教材的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同專業(yè)的教學(xué)要求、學(xué)生的特點(diǎn)，由教師來(lái)指定做到行之有效。
四、對(duì)教師的要求
雙語(yǔ)教學(xué)中，教師是最直接、具體的實(shí)施者和組織者，高素質(zhì)的雙語(yǔ)教師是推進(jìn)雙語(yǔ)教學(xué)的決定因素[6-7]。目前學(xué)校可實(shí)施英語(yǔ)教學(xué)的教師比例還很低，這與當(dāng)前教育國(guó)際化的要求不相適應(yīng)[8]。雙語(yǔ)教學(xué)要求授課教師必須更新教學(xué)理念，改革教學(xué)方法，從教學(xué)目的與教學(xué)方法之間的關(guān)系、知識(shí)教學(xué)和語(yǔ)言教學(xué)之間的關(guān)系等方面，探討雙語(yǔ)教學(xué)的特點(diǎn)[9]。教師講課時(shí)要合理充分地使用各種教學(xué)手段，如用圖片、多媒體等介紹材料力學(xué)與著名大型工程的關(guān)系[10]，將深?yuàn)W的原理用易理解的動(dòng)畫(huà)形式展示出來(lái)?？赏ㄟ^(guò)對(duì)比、問(wèn)題、案例、調(diào)研、寫(xiě)作訓(xùn)練、激勵(lì)思考等多種手段來(lái)提高學(xué)生的思維創(chuàng)新能力。教學(xué)可使用逐漸遞進(jìn)的方式來(lái)推進(jìn)[11]，也可以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為中心，采用案例式、討論式、啟發(fā)式教學(xué)，加強(qiáng)師生間的互動(dòng)交流[12]。在學(xué)習(xí)基本理論的過(guò)程中，可適當(dāng)布置一些中外文結(jié)合的側(cè)重于靈活運(yùn)用基本概念和基本分析方法的習(xí)題讓學(xué)生鉆研和對(duì)比[13-14]。
五、電算和雙語(yǔ)教學(xué)結(jié)合
目前，計(jì)算機(jī)語(yǔ)言基本是英語(yǔ)或其縮略詞，雙語(yǔ)授課可以促進(jìn)學(xué)生提高解決材料力學(xué)問(wèn)題的編程計(jì)算能力。隨著高等院校教學(xué)改革和人才培養(yǎng)計(jì)劃的調(diào)整和優(yōu)化，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，新材料、新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的不斷涌現(xiàn)以及社會(huì)對(duì)工程創(chuàng)新型人才的需求，教育部門(mén)對(duì)材料力學(xué)教學(xué)提出了新的要求，探索在有限學(xué)時(shí)內(nèi)更有效地組織教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法和教學(xué)手段，提高教學(xué)質(zhì)量的新模式勢(shì)在必行。因此，引入計(jì)算機(jī)進(jìn)行材料力學(xué)教學(xué)是十分必要的，是培養(yǎng)大學(xué)本科生具備創(chuàng)新與實(shí)踐能力、建設(shè)一流學(xué)科、加強(qiáng)建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家的時(shí)代要求。
計(jì)算機(jī)分析的引入將使材料力學(xué)所能解決的問(wèn)題加深、加寬，依據(jù)材料力學(xué)基本原理和基本方法，對(duì)一般桿件內(nèi)力計(jì)算、截面幾何性質(zhì)、應(yīng)力狀態(tài)和強(qiáng)度、穩(wěn)定性問(wèn)題，可以開(kāi)發(fā)計(jì)算流程圖、源程序和算例。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)：材料力學(xué)中引入計(jì)算機(jī)分析，會(huì)使計(jì)算過(guò)程大為簡(jiǎn)化和快捷，無(wú)論對(duì)于改變學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和能力的培養(yǎng)都是有益的。首先，有利于本科學(xué)生盡早地接受計(jì)算機(jī)的訓(xùn)練，并掌握計(jì)算機(jī)分析的基本方法。其次，有利于拓寬學(xué)生的知識(shí)面，擴(kuò)大他們解決工程力學(xué)問(wèn)題的能力。一般材料力學(xué)中所研究的對(duì)象大都是等截面直桿，載荷類型也比較簡(jiǎn)單，計(jì)算分析使學(xué)生視野變得寬闊。最后，有利于材料力學(xué)課程改革與內(nèi)容更新。在材料力學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用中，本文作者運(yùn)用Excel和VBA的函數(shù)數(shù)值計(jì)算、自動(dòng)處理數(shù)據(jù)，對(duì)材料力學(xué)進(jìn)行了教學(xué)實(shí)驗(yàn)[15]，在保持傳統(tǒng)力法的基本原理和計(jì)算過(guò)程的基礎(chǔ)上，解決了材料力學(xué)計(jì)算煩瑣的問(wèn)題，提高了計(jì)算速度和學(xué)習(xí)效率，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)力學(xué)課程與實(shí)際的聯(lián)系程度。
六、結(jié)論
材料力學(xué)的雙語(yǔ)教學(xué)不僅可以創(chuàng)建工科基礎(chǔ)教育國(guó)際化氛圍，還為教師和學(xué)生的發(fā)展建立了重要的訓(xùn)練和學(xué)習(xí)陣地。本文對(duì)材料力學(xué)實(shí)行雙語(yǔ)授課的內(nèi)在需要、與之適應(yīng)的教學(xué)方法、如何選取外文教材、對(duì)教師的要求以及和電算結(jié)合等幾個(gè)方面，來(lái)探討這種授課模式中會(huì)遇到的問(wèn)題和解決方式，希望能通過(guò)學(xué)習(xí)外國(guó)的優(yōu)秀做法達(dá)到促進(jìn)我們國(guó)內(nèi)材料力學(xué)教學(xué)水平上到一個(gè)新臺(tái)階。
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作者：蔣慶剛 王坤 袁曉光 單位：鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院 南通大學(xué)交通與土木工程學(xué)院