工程力學專業課程設計改革的探索和實踐

◆林金保 陳艷霞 崔小朝 馬崇山

(太原科技大學)

力學是自然科學的七大基礎學科之一，是聯系工程和科學的橋梁，是工程科學的基礎，其發展橫跨理工，與各行業的結合非常密切。隨著時代的進步和社會的發展，特別是近20 年來國際上科學綜合性趨勢的發展，力學同其他基礎學科和技術學科之間產生交叉學科，使得力學專業人才的知識結構逐漸變寬，因此工程力學專業對人才培養必須堅持扎實基礎與重視實踐相結合的指導思想。然而，目前大多數高校的工程力學專業課程設置和專業培養沒有具體的工程背景，直接導致了學生的工程意識薄弱，這也是工程力學專業培養方面面臨的最大問題，因此，提高工程力學專業學生的工程素質及解決實際問題的能力，強化實踐教學環節尤為重要。

課程設計是高等學校本科專業人才培養方案中一個重要的實踐性教學環節，但與畢業設計相比，重視程度遠遠不夠。就目前我校工程力學專業課程設計現狀而言，由于開設時間較短，相關經驗不豐富，課程設計仍然存在許多缺陷和不足，筆者就此展開了廣泛的調研和有益的探索，并提出一些關于課程設計改革的思路和方法，以期有效促進本校工程力學專業課程設計質量上新臺階，進而提升工程力學專業學生的工程素質及駕馭實際工程的能力，增強學生就業的競爭力。

一、工程力學專業課程設計改革現狀

力學系列課程現行的教學方法大多是通過各種手段將這些課程的知識傳授給學生，最后通過考前復習和考試對其歸納提高。在此過程中，學生多數處于被動、應付狀態，難以擺脫從理論到理論，理論脫離實際模式的束縛。學生理論聯系實際、獨立分析問題、解決實際問題的能力差，這與培養2l 世紀人才模式很不適應，力學系列課程的教學改革已是當務之急。目前國內外許多大學的力學相關課程設置了課程設計實踐環節，課程設計的數量有所增加。如中南大學的結構力學課程設計，吉林大學的材料力學課程設計，湖南大學的振動力學課程設計，美國的斯坦福大學在理論力學增設了實踐環節等，都取得了較好的效果。在增加課程設計數量的同時，一些高校更較重視課程設計內容的改革，如南京航空航天大學的有限元課程設計是針對實際的索拉橋進行分析，在提高學生理論聯系實際、獨立分析問題與解決實際問題的能力方面作了有益的探索。

我校工程力學專業所設課程主要有CAD/CAM 軟件應用、.net 程序設計、理論力學、材料力學、流體力學、振動力學、機械設計基礎、結構力學、彈性力學、有限元和工程分析軟件及應用等課程，其邏輯性和系統性對于培養學生的分析問題的能力非常有利，但在力學學習過程中，教師和學生會經常遇到一些沒有見過的實際問題或力學模型，工程意識和分析、解決實際問題能力較弱的人，往往思前想后不得其解，以至于束手無策;反之，工程意識和分析、解決實際問題能力較強的人則往往能自如應對一切難題。為了培養和提高學生的工程意識和分析解決問題的能力，2006 年開始，我校力學專業開設了課程設計實踐教學環節，如“有限元軟件應用課程設計”和“工程力學課程設計”，2011 年又增設了“結構優化設計”和“CAM/FEM軟件應用課程設計”。但總的來講，力學專業的課程設計綜合性較差，特色不明顯，課程設計題目的難度、涉及的知識面、能力的培養均有待改進。

二、工程力學專業課程設計改革中存在的問題

目前我校課程設計改革中存在的問題主要表現在以下幾個方面:一是課程設計題目和任務書擬定方面，均由指導教師事先確定分派給學生，由于指導教師所掌握的工程資料有限，課程設計的內容和范圍局限性較大，題目類型較少，研究方向也較集中，學生并不能根據自身的特點和興趣愛好，去選擇他們感興趣的題目進行設計，而是一味進行強迫式學習，完成所謂的設計任務。學生目前經過課程設計后并不能應對就業后工作過程中復雜多樣的技術難題。二是課程設計研究內容與工程實際問題有偏差。課程設計都是承接基礎理論與工程實際的重要環節，學生非常希望將自己所學的理論應用于實際，在實際中檢驗自己的知識，但由于學生體會不到理論與實際的聯系，課程設計并不能充分調動學生學習主動性和創造性。三是課程設計時間在安排上與課堂教學存在一定的時間間隔。在課程設計過程中，對于理論知識不夠扎實的部分學生來說，會有一種懼怕且無從下手的感覺，很難投入足夠的精力和時間認真完成課程設計。而課程設計形式基本上是以小組為單位，小組成員圍繞一個核心題目完成不同方面的設計任務。由于學生的理論基礎和解決實際問題的能力存在差異，“能者多勞”的現象就會出現。如果指導教師指導不到位，檢查力度稍低，就很容易出現個別學生不做或少做設計內容，甚至還出現抄襲他人成果的現象。由此可見，工程力學專業課程設計改革的空間較大。

三、工程力學專業課程設計改進的思路與方法

一方面，課程設計應選取具有一定的工程或社會實際背景，體現應用性、先進性、綜合性的題目，可以使學生對工程實際問題的復雜性有一個初步認識，檢驗學生對該課程理論基礎知識的理解和掌握程度，培養學生通過綜合運用該課程和相關課程的基本理論知識來分析和解決工程實際問題的能力。另一方面，能使學生樹立起正確的設計思想，養成實事求是、嚴肅認真、高度負責的工作作風和嚴謹、謙虛的科學學風，更能使學生在自主性、探索性、創造性和合作性方面得到培養。

首先，指導教師應該重視課程設計題目和內容的選擇。斯滕豪斯明確指出:教師的身份是“和學生一起學習的學習者”，只有這樣，才能通過發現法和探究法而不通過傳授法進行教學。在課堂教學過程中，教師不僅要教授理論知識，還要注意理論聯系工程實際，通過列舉工程實例、設置問題情境等多種方法，讓學生感受到理論學習是手段，實際應用才是真正目的。隨著社會發展，各種資訊日新月異，教師不能仍保持傳統的觀念，而必須在教學生涯中通過不斷學習搜集和處理更多關于課程內容的相關資訊，熟悉教育改革趨勢和重點，更新補充專業知識，提高專業能力;了解該專業學生的學習特點和興趣愛好。這樣，教師才能根據課程內容確定適合教學目標和學生感興趣的課程設計題目，并且真正做到理論與工程實際的聯系、對知識的綜合應用、全方位的展開學生的思維和最大限度地解放學生的思想，才能充分調動學生學習的主動性、積極性和創造性，培養學生解決實際問題的能力和應變思維能力。

其次，課程設計應與工程實際相結合，針對不同課程內容及培養目標采用多種形式的課程設計方法。比如《理論力學》，它是一門理論性較強的專業技術基礎課程，教師在講解過程中多是針對抽象化理想的力學模型，學生在課堂學習中通常感覺理論知識很好懂，但自己動手練習的時候卻無從下手，理論和實際總是聯系不到一起。為此，教師在講授過程中可采用工程實例教學法，即選擇一些具有代表性、啟發性、時代性的實例，通過學習和討論，使學生對知識有更深層次的理解，從而激發學生應用知識的熱情。教師可以通過布置相關知識的小論文，學生通過查閱資料、撰寫小論文的形式，深刻理解力學知識和工程實際問題間的聯系。《材料力學》課程除可設置實驗教學環節外，還可以確定一些簡單的等值桿結構，讓學生從選擇材料到外形設計，從安全校核到經濟評價等實際操作過程中，去體會理論和實際問題間的聯系。而這樣的任務可以安排在學生課堂學習過程中完成。對于那些需要扎實的理論基礎知識，并且要有足夠的時間進行實踐的課程設計，可以安排在下一學期進行。由此實現理論與實踐的相互滲透、相輔相成，改變實踐活動與教學內容游離的狀況。

最后，在課程設計中，強調學生為主體，充分發揮教師的引導作用。通過學生選題、教師擬定任務書、小組討論確定設計方案及實施步驟來完成一次課程設計任務。教師可以根據學生設計的實際情況，適時安排一定時間的問題討論及進度匯報，通過師生及生生之間的經驗交流集思廣益，既可以培養學生合作互助的精神，又可以提高學生的競爭意識。對于學生在課程設計期間遇到的重點或難點，教師應該及時給予分析或講解，絕對避免學生找不到教師的現象，因為教師的正確引導是學生圓滿完成課程設計的關鍵。

在課程設計改革探索和實踐過程中，結合我校工程力學專業的優勢與學校的辦學特色進行建設，可操作性強，對從根本上提升工程力學專業學生的工程素質，提升學生駕馭實際工程的能力，增強學生就業競爭力具有重要意義。而課程設計實踐性教學是一個綜合性的問題，需要教師、學生、學校及社會的有關部門共同努力才能收到較好的教學效果。

［1］鄧國紅，雷剛，何懷波，力學系列課程進行“課程設計”實施方案［J］.力學與實踐，2002，24(2):56 -58.

［2］劉人懷.我國力學專業教育現狀與思考.中國大學教育，2007，(1).

［3］邵國霞，梁明學.課程設計教學的探討.中國大學教育，2005，(6):25 -34.

［4］梁清香，戴保東，趙子龍.理論力學教學中對學生工程素質培養的思考和措施，力學與工程應用.鄭州大學出版社，2012，8:334-335。