以設計為導向的工程力學課程教學模式探索

【摘 要】分析工程力學課程教學存在的問題，探討以設計為導向的工程力學課程教學模式。

【關鍵詞】工程力學課程 教學模式

【中圖分類號】G【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2013）01C-

0066-02

工程力學是工科類大學生的一門必修專業基礎課，也是學生在大學階段比較系統地接觸實際工程問題的第一門課程，對學生的培養起著承上啟下的作用。該課程兼有基礎理論和工程應用技術雙重性質。該課程以高等數學、機械制圖、大學物理等課程為基礎，為后續相關專業課程的學習和畢業設計提供必需的基礎知識和方法，其課程建設、教學改革和教學效果將直接影響到后續課程的學習及工程技術人才培養的質量。本文探討以設計為導向的工程力學課程教學模式。

一、工程力學課程教學存在的問題

國內各高校相繼對工程力學課程進行了不同形式的教學改革，取得了較好成效。華中科技大學陳傳堯帶領的工程力學國家級教學團隊在課程教學中，提倡啟發式教學與創造思維的培養，以啟迪研究思維為導向開展了工程力學課程教學改革，并打造了國家級精品課程；北京理工大學梅鳳翔帶領的“工程力學”國家級教學團隊也對課程體系和教學內容進行了改革和探索，獲得國家級精品課程；東北大學劉均帶領的工程力學教學團隊從科學素質、道德素質培養人才入手，力求啟發式、討論式、研究式教學，注意給學生留有一定的思維空間，在教學體系考核環節上設計了“全方位多層次”的考核辦法，率先實踐了課程免試制度，獲得較好的教學效果；河南工業大學也對工程力學進行了教學改革，他們基于創意教學理念，從工程力學的教學方法、教學觀念、教學手段和考核方式等各方面進行改革創新，學生的創造能力、實踐能力、思維能力等方面都有了顯著提高，亦收到良好的教學效果。此外，部分院校結合教學實踐的具體實例，探索研究型教學模式在工程力學課程中的實踐應用， 有些還提出了問題式教學模式、基于構建主義和創造思維理論的教學模式，基于“大工程”理念的教學模式，等等。但是，在現有的工程力學教學活動中，大多數高校仍存在以下問題。

一是教學過程仍采用傳統的工程力學教育模式，往往將工程力學科學化和技術化，只注重學科自身知識的完整與統一，缺乏與其他課程間的關聯性、整體性和統一性，導致工程力學教學與實際脫離，孤立于其他知識體系。二是課程教學體系自我封閉，現行教案內容陳舊，部分內容起點低，有些力學概念抽象，與工程結合不緊密，難以建立工程概念，大部分學生反映課程內容枯燥。三是工程力學內容本身是由理論力學的靜力學（約占總體的30%）和材料力學的基本變形、組合變形及壓桿穩定部分（約占總體的70%）組成，是理論力學和材料力學壓縮出的最基礎的知識。以廣西大學為例，該課程課時根據不同專業要求分為72學時、45學時和36學時不等，課時相對較少，教師在有限時間內，難以突出重點，大都照本宣科，教學效果不太理想。在國內很多高校均存在此問題。四是教學體系各環節聯系不夠緊密，比如教學環節與實驗環節脫離，教師不能就實驗環節遇到的關鍵技術問題給予及時解析與糾正，亦不能根據學生遇到的實際問題，有針對性地調整現行教案。另外，考試內容陳舊，形式單一也是存在的問題之一。種種問題的存在，反映了現行工程力學教學模式的弊端，需要對其作進一步的探索和實踐，以期達到較好的教學效果。

二、以設計為導向的工程力學課程教學模式具體探索

工程力學課程靜力學部分的理論體系以及分析過程延續了數學、物理的理性思維，在工程應用上，這部分內容又是材料力學的基礎，材料力學部分則通過“實驗—假設—分析—結論”的過程，強調實驗以及在實驗基礎上的歸納與合理的假設方法對研究的作用，體現了實用概念，與工程應用緊密聯系。在工程上所遇到的所有力學問題，均屬于工程任務對象設計（包括結構設計與性能設計）的范疇。工程力學理論教學過程亦應緊密聯系工程實際，開展教學活動，將課程教學抽象的理論以更具體的設計任務來闡釋，使學生在教與學過程中真正體會到學有所用，使力學所涉及的數學、物理的理性思維更具生命力，將各課程知識綜合應用于設計任務。

（一）引入以設計為導向的教學模式，改革實踐課程體系與內容。針對不同專業、不同層次學生的需求，將課程內容案例化，在各章節重點內容引入具體的、切合實際的設計案例，以工程設計案例代替課堂講授的算例，即以工程設計案例引導工程力學理論講解，避免純理論、邏輯化的課程枯燥教學，理論聯系實際，培養學生解決工程設計實際問題的能力以及在工程實際中各理論知識的綜合應用能力。教學大綱要求及教案內容突出課程主線，突出理論共性，突出工程力學建模，培養學生工程問題力學化、力學問題數學化、數學問題工程化循環思維能力。形成以設計為導向的案例化課程體系與課程內容。

（二）以設計為向導的教學方法與教學手段改革。改變傳統的教學方法，從以教師為中心轉為以學生為中心，從單一黑板講課和多媒體講授轉為以黑板講授為主，以多媒體演示為輔，從理論教學與實驗教學分離轉向以設計為導向理論教學貫穿實驗講授。充分利用機械工程實驗教學中心的條件，實現講課、實訓一體化。采用分小組大循環的形式，學生的工程設計訓練過程盡量實現工廠化管理，營造一種真實的工程氛圍。同時通過以設計為任務目標的力學建模訓練過程中的合作，培養學生基于力學理論的工程任務性能設計思想，以及工程力學建模分析的數學分析能力，使學生基于工程實際，深刻認識工程力學理論體系，激發學習興趣。

（三）教學體系改革與實踐。針對現有的工程力學教學體系存在的問題，對教學體系進行調整、實踐再調整。研究各個環節之間的聯系，將工程力學教學體系分成理論教學、實驗教學、學術講座、課程考核四個環節，將具體工程設計案例貫穿工程力學整個教學體系，加強理論教學與實驗教學之間的聯系與互動，增加學術講座環節，在教學過程中，在工程力學靜力學部分及材料力學部分，抽出兩次課時間，以教師各種科研課題為基礎，以工程設計任務為導向，凝聚兩到三個專題，以學術講座的形式，介紹力學在工程設計中的應用科學及工程實際意義，并介紹學術界研究的前沿課題，使學生從本科階段就能了解工程力學科研現狀與發展趨勢。課程考核環節改變傳統的單一考核方式，改變“一卷定終身”的評價方式，采用教學全過程綜合測評方式，改變現有試卷內容重理論知識的考核，增加工程力學實際工程綜合應用考核內容。

（四）制定新的教學大綱。依據原國家教委工科力學課程教學指導委員會制定的工程力學課程教學基本要求，根據現有的工程力學教學時數及設立、調整的各專業的特點，制定新的工程力學教學大綱和工程力學實驗教學大綱。

（五）合理利用現代教育技術。根據每次授課的具體內容及特點，合理地將多媒體教學和傳統黑板教學結合起來，發揮各自的優勢，增強課堂教學效果，提高課堂教學效率。目前工程力學教師有的采用多媒體課件，有的采用黑板的授課方式。現有授課方式存在諸多弊端。對現有授課方式進行修改與調整，采用以黑板授課為主，以多媒體為輔的授課方式。多媒體教學軟件應適應工程力學教學著重培養學生對基本概念的掌握和對基本原理的運用方面的需要，不應做成教材的翻版，也不應只提供簡單信息，而應通過動畫形象地展現工程設計案例，引導學生思考，使學生結合討論學以致用。理論講解主要以黑板授課，理論應用的案例講解主要利用多媒體，以動畫、仿真、實物呈現，生動地體現工程力學的工程應用理念。

在非機械類少學時部分專業實施，其他專業仍按照現行教學模式，對兩種模式采用問卷調查、學生評價、綜合評測、專家論證的方式，對比評價教學效果，評價教學改革成效，形成長期有效的教學效果跟蹤評價體系。并對新教學模式進行再完善，是以設計為導向的工程力學教學模式探索的正確實施思路。

針對工程力學課程教學存在的問題，采用以設計為導向的教學模式，將工程設計這一任務貫穿整個課程教學的各個環節，對工程力學課程體系、教案編排、教學方法、授課模式及教學體系進行新的探索與實踐，以革新現行教學存在的弊端，使學生通過工程力學的學習，立足設計任務，建立工程概念，培養力學意識，鍛煉學生工程問題力學化、力學問題數學化、數學問題工程化循環思維能力，將會獲得更好的教學效果。

【參考文獻】

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【基金項目】新世紀廣西高等教育教學改革工程項目（2012JGA101）

【作者簡介】王汝貴（1979- ），男，山東巨野人，廣西大學機械工程學院副教授，博士，研究方向：機械動力學；蔡敢為（1961- ），男，湖南湘潭人，廣西大學機械工程學院教授，博士研究生導師，廣西力學學會副理事長，中國機械工程學會理事、學術委員會委員；莫春蘭（1975- ），女，廣西貴港人，廣西大學機械工程學院副教授，博士，研究方向：機械動力學。

（責編 蘇 洋）