基于工程能力提升的力學課程教學研究

李昌良 張亞

摘 要 工程教育專業認證是高等教育國際化的必然趨勢，它的核心理念是以學生為中心，注重對學生工程能力的培養。目前的“船舶結構力學”主要講述船舶構件內力計算的基本理論，和工程實際結合較少，培養的學生沒有形成獨特的力學思維。本文力圖從教學方法改革入手，探討如何提升學生的工程能力，培養卓越的結構工程師。

關鍵詞 船舶結構力學 教學改革 工程能力 力學思維 結構工程師

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.05.046

Abstract Engineering education professional certification is an inevitable trend of internationalization of higher education. Its core concept is student-centered and focuses on cultivating students' engineering capabilities. The current "ship structural mechanics" mainly describes the basic theory of ship component internal force calculation， and has less integration with engineering practice. The cultivated students will only perform simple structural calculations without a unique mechanical thinking. This article attempts to start with the reform of teaching methods， explore how to improve students' engineering capabilities， and train true structural engineers.

Keywords ship structural mechanics； teaching reform； engineering ability； mechanical thinking； structural engineer

“船舶結構力學”是船舶與海洋工程專業的一門專業基礎課，在船舶與海洋工程人才培養體系中起著承前啟后的作用，在材料力學-船體結構-船舶結構力學-船體強度與結構設計和海洋石油平臺設計課程體系中有著極其重要的作用。因此，對該門課程的掌握程度直接影響著后續專業課程的學習質量。“船舶結構力學”主要講述力學分析的基本方法，如力法、位移法、能量法、矩陣法、有限元法等。具有力學課程的基本特點：理論嚴密、系統完整、邏輯性強、抽象等特點。學生普遍反映該門課程難學，即使有些學生考了高分，實際上也很快就忘記了所學知識，為分而學，這對學生能力的提高是非常不利的。

2010年，教育部提出“卓越工程師教育培養計劃”，其目標之一就是強化培養學生的工程能力和創新能力。2016年成為《華盛頓協議》正式成員，中國開始推行與國際工程教育接軌的工程教育認證。2017年，國家又提出了新工科建設，開啟中國高等工科教育做強、做優的新征程。根據這些要求，我校制定了新的船舶與海洋工程專業培養方案，其中“船舶結構力學”學時大為增長。本文結合我校的“海工類力學課程研究性教學改革”項目，以提升學生工程能力為目標，從以下幾個方面對“船舶結構力學”的教學改革進行了探討。

1 教學內容的革新

1.1 教材的選擇

目前，全國船舶類專業普遍采用的經典教材，是由陳鐵云和陳伯真教授主編，上海交通大學出版社出版的“船舶結構力學”。該書以力法、位移法、能量法、矩陣法、平面應力問題和板彎曲的有限元法為主要內容和主線，講述了單跨梁、連續梁、剛架、板架、板的內力計算方法。后續出版的基本教材也都是遵循著這個思想，只不過有的重點寫了解題步驟，有的引入了有限元計算的計算機內容。但是，“船舶結構力學”的目的是分析、認識船舶結構的力學特性，而力法、位移法等計算方法只是用來分析認識“結構特性”的手段，二者是有區別的。我們教給學生的不能僅是計算方法，而應該引導學生深入分析、認識和掌握船舶等海洋結構物的力學特性。因此，“船舶結構力學”的教材應從實際的船舶結構入手，分析它所受的載荷，如何將它簡化為可接受的“計算模型”，最后介紹計算這種“計算模型”的方法，也就是前面所提的力法、位移法、能量法和有限元法等。目前的教材還無法很好的做到此點。只能是以經典的“船舶結構力學”為基礎，教師精心組織授課內容。

1.2 數值計算內容的加強

隨著計算機能力的提升，有限元計算在船舶結構中的應用也越來越廣泛。那么在“船舶結構力學”的教學中也應該重點講述這方面的內容。要講清它的原理，并結合典型的船舶結構，舉例說明其應用。可以介紹一些結構計算的通用程序，讓學生在讀程序的過程中加深對原理的掌握。還可以結合教師的科研項目，把當前結構計算的最新知識引入進來。

2 教學方法的改進

2.1 合理利用課堂教學手段

“船舶結構力學”的教學過程中，板書和多媒體的利用問題一直存在爭論。多媒體教學在介紹工程背景時效果較好，但容易使學生感動疲勞，注意力不集中；傳統板書在講述原理和公式時優勢明顯，但完全用板書則不能跟上教學進度。所以根據課程內容對二者進行合理的分配是比較有效的。比如，可以用多媒體展示工程實例，而采用板書講解計算方法，再用多媒體展示計算結果。這樣可以提高課堂的教學效果。

另外，由于現在實習條件的限制，學生看到的都是平面圖形。為了讓學生更好地理解船舶結構的力學特性，在課堂教學中引入三維模型。比如：在講解約束對結構受力的影響時，可以用實物模型來展示同樣的構件在同樣的載荷作用下，但約束不同時的變形。這些比講述公式要真實的多，有助于學生理解。當然，學生也可以加入到模型制作當中來，既能加深學生對知識的掌握程度又能鍛煉動手能力。

2.2 對分課堂等新型教學方法的應用

力學課程的教學方法要適應時代的發展，也不斷改革實踐。張學新教授提出的“對分課堂”新型教學模式的核心理念是把一半課堂時間分配給教師講授，另一半課堂時間分配給學生以討論的形式進行交互式學習。講師的講授是引導性、框架式的講授，講解學習目標、章節內容的邏輯結構，與其它內容的關聯和關系，在整個課程中的地位等。在相對宏觀的層面上，告訴學生“學什么、為何學、如何學”。而學生的討論以隔堂討論為主，這樣可以讓學生有吸收、內化的時間，條件不足時也可以當堂討論。比如，教師的講授以工程實例為切入點，講述某船體構件的問題，求解問題的方法原理，讓學生來討論學習具體的解題方法、步驟。并探討解決問題的其它辦法，最后以作業的形式考查學生掌握的程度。

2.3 充分利用網絡平臺

課程學習資料，包括大綱、講義、課件、思考題、參考資料、講課視頻等都已經上網。但是利用率不高，學生說沒有那么多的時間和興趣來看視頻。確實，網上的講課視頻就是課堂的重現，對學生沒有新鮮感，當然引不起興趣。那么網絡資源，除了基本資料以外，是不是可以做成一個與課堂不一樣的網站呢？比如，把知識碎片化，錄制視頻時不以章節順序錄制，而是以知識點為主錄制微視頻。這樣，學生可以根據自己的問題有選擇性地學習。另外，設置小測驗環節，學生在學習完后，可以在網上即時進行測試，來檢驗學習效果。

2.4 設置開放性實驗環節

我們的“船舶結構力學”有四個學時的實驗課，主要是梁、板架的彎曲實驗和桿的穩定性實驗。學生根據教師的指導，將實驗數據與理論分析相對比，以鞏固所學的理論知識。但只是這樣，不能提高學生的工程能力和創新能力。應該是教師提出目標，鼓勵學生自主設計實驗內容，制定實驗方案，并對實驗結果進行分析。同時實驗室應設置相應的管理措施，鼓勵并監督開放性實驗項目。

3 考核方式改革

以往的考核，都是采取閉卷筆試的方式，試卷評閱由相關任課教師流水評閱，以實現教考分離。但這種一卷定終身的考核方式實際上并不合理，有些學生平時學的不好，但可能期末碰到的題正好是熟悉的，就考了高分；而有的學生平時學得很好，原理掌握也很扎實，但就是期末考得不好。所以一次成績不能說明學生的能力高低，應考慮增加課堂考核環節，即增加課程作業、隨堂小考、小實驗設計等，這部分成績要占到總成績的50%以上。期末采用浙工大提出的“一頁開卷”考核方式，即允許學生將自己歸納的知識點手寫在一張紙上帶入考場，從而幫助學生不死記硬背公式，而把主要精力放在對課題的理解上。“一頁開卷”的命題不再是考查學生掌握知識的情況，而應該轉向考查學生的思考、應用能力。這與前面教學方式的改革也是一脈相承的。

4 結語

基于工程能力提升的目的，我校“船舶結構力學”課程在教學內容、教學方法和考核方式上進行了一些改革探索，取得了較好的效果。在探索的過程中，有兩點值得注意：（1）注重原理的掌握，而不是具體的方法。（2）要與工程實際相結合，不能知識片面化。

“船舶結構力學”課程改革是一個不斷改進的過程，但只要真正“以學生為中心”，那么“船舶結構力學”必將在船舶結構設計、建造領域創新人才的培育方面起到重要的作用。

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