新工科模式下力學課程的教學改革

劉露 王延遐 許英姿

摘要：新工科模式下，為了培養(yǎng)工科專業(yè)學生的解決工程實際問題的能力，力學課程需要做一些教學模式的改革。教學改革有五方面：引入工程實例、開展基于項目的研究型教學、培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)、多元化的教學模式、改革考核方式。把這些改革措施應用于教學實踐，增強學生的工程意識和解決實際問題的能力。

關(guān)鍵詞：新工科；力學課程；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）16-0086-02

當前世界范圍內(nèi)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革加速進行，工程教育與產(chǎn)業(yè)發(fā)展緊密聯(lián)系。“新工科”是基于國家發(fā)展新需求、國際競爭新形勢、立德樹人新要求而提出來的我國工程教育改革方向。2017年2月18日，教育部在復旦大學召開了高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會，與會高校共同探討了新工科的建設與發(fā)展。新工科建設和發(fā)展需要建立創(chuàng)新型、綜合化、全周期工程教育“新理念”。總結(jié)工程教育改革發(fā)展的經(jīng)驗，進一步深化工程人才的培養(yǎng)，發(fā)揮自身與行業(yè)產(chǎn)業(yè)緊密聯(lián)系的優(yōu)勢，面向未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展，優(yōu)化學科專業(yè)布局，促進現(xiàn)有工科的交叉復合、工科與其他學科的交叉融合，大力培養(yǎng)工程科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新人才[1]。

2017年4月8日，教育部在天津大學召開新工科建設研討會，60余所高校共商新工科建設的愿景與行動。培養(yǎng)造就一批創(chuàng)新型卓越工程科技人才，為我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展和國際競爭提供智力和人才支撐，既是當務之急，也是長遠之策。要創(chuàng)新工程教育方式與手段：落實以學生為中心的理念，增強師生互動；改革教學方法和考核方式，形成以學習者為中心的工程教育模式；推進信息技術(shù)和教育教學深度融合，建設和推廣應用在線開放課程，充分利用虛擬仿真等技術(shù)創(chuàng)新工程實踐教學方式[2]。

工科專業(yè)要培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和工程思維，力學課是理工科學校的很多專業(yè)包括車輛工程、交通運輸、交通工程、能源與動力工程、農(nóng)業(yè)機械、機械制造等專業(yè)的主干技術(shù)基礎(chǔ)核心課，處于由基礎(chǔ)理論課向?qū)I(yè)課過渡的地位，在課程體系中起基礎(chǔ)平臺作用，與一些后續(xù)課程密切相關(guān)。力學課程培養(yǎng)學生的工程意識、動手能力，以及解決實際問題的能力起到至關(guān)重要的作用。在新工科背景下力學課程怎么進行教學改革是很多力學工作者探討的問題[3，4]。

結(jié)合“新工科”專業(yè)特點，力學課程需要做一些教學模式的改革，不止停留在學生聽懂聽明白的層次上，更多關(guān)注到運用知識的能力，課堂學到的知識有什么用？在哪里用？怎么用？更加注重學生的專業(yè)素養(yǎng)，分析問題解決問題等方面的能力培養(yǎng)以及人格養(yǎng)成。

一、引入案例教學

力學課程概念多，知識抽象，學生接受起來有一定難度。而且學生在學習該課程之前接觸的工程實際問題很少，很多問題沒有什么工程意識。但在新工科背景下，我們又要培養(yǎng)工科專業(yè)學生的解決工程實際問題的能力。

為了實現(xiàn)這一培養(yǎng)目標，大量引入案例教學，來培養(yǎng)學生的工程思維，拓展學生的視野，這些資源可以放到網(wǎng)絡平臺上，也可以引入課堂：搜集與力學有關(guān)的工程實例，分析相應的力學原理，并按課程章節(jié)的內(nèi)容整理好，建立工程實例的資料庫。并進一步完善教學內(nèi)容，把工程實例教學引入課堂教學實踐，并總結(jié)對教學效果的影響。例如晾衣繩的彎曲很形象地理解彎曲的概念；收集日常生活中與力學教學內(nèi)容有關(guān)的現(xiàn)象，從身邊司空見慣的現(xiàn)象中進行力學思考，并按課程章節(jié)的內(nèi)容整理好，建立身邊的力學實例的資料庫。例如為什么方便面調(diào)料袋要有個V型口？通過這個例子很容易就理解應力集中的概念。把這些內(nèi)容穿插到課堂教學中，并進行討論，既可以提高學生學習的興趣，又可以加深對概念的理解。

二、開展基于項目的研究型教學

組織開展基于項目的研究型教學，形成一些有意義的物化的研究成果，提高學生查閱資料，研究創(chuàng)新的能力；組織學生進行合作學習和探究學習，實行小組協(xié)作學習的方式，全員參與到學習中來。適合親身體驗的學習項目可以小組去做，比如到操場上觀察雙杠橫梁的截面形狀，并測總長度和外伸長度比值，討論雙杠設計合理性。再舉一例子，仔細觀察芭蕉扇結(jié)構(gòu)特點，并從材料力學的角度對芭蕉扇的神奇之處進行探究，解釋蒲扇結(jié)構(gòu)特有的力學內(nèi)涵：芭蕉扇在工作中承受何種載荷？以發(fā)生何種變形為主？分析芭蕉扇的結(jié)構(gòu)，芭蕉扇的天然結(jié)構(gòu)為何使其適于承受重復地彎曲？加固扇子的邊緣處起到了什么作用？扇扇子時，扇面的變形對其承載力和使用功能有何影響？

三、培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)

通過一些力學史上的科學家的故事，培養(yǎng)學生具有高貴的品格，良好的職業(yè)道德，以及嚴謹、敬業(yè)的工作作風，全方位提升學生的綜合實力，為終身學習打下基礎(chǔ)。整理相關(guān)力學家的創(chuàng)造史與學科前沿案例，充實到相關(guān)的教學內(nèi)容，激發(fā)學生的創(chuàng)造性，探索真理的積極性，并且活躍了課堂氣氛，提高了學生學習的積極性。搜集對力學基本理論有過貢獻的力學家，通過他們的個人知識素養(yǎng)及科學精神，激發(fā)學生對追求真理和科學知識的興趣以及嚴謹?shù)目茖W精神。

四、多元化的教學模式

通過多年的改革和實踐，我們的力學教學團隊建立了多元混合教學模式，即根據(jù)不同的教學內(nèi)容將傳統(tǒng)教學、自主學習、翻轉(zhuǎn)課堂、小組討論等多種模式有機結(jié)合，激發(fā)了學生學習的主動性與參與性。開展翻轉(zhuǎn)討論課的小組協(xié)作學習模式，為每一個同學創(chuàng)造研討、展示、交流的機會，讓學生都能體驗展示自我、與人交流、質(zhì)疑別人的樂趣和自信，鍛煉了學生獨立思考、創(chuàng)新思維、交流表達、團隊協(xié)作能力[5，6]。

團隊還進行了課程信息化教學改革，搭建了課程網(wǎng)絡教學平臺，開展了“線上線下”深度融合的學習模式，并取得了好的教學效果[7，8]。

五、改革考核方式，采用多元化的過程評價方式。

考核方式改革，不再是一張試卷定成績，增大過程評價的比重。過程評價包括：翻轉(zhuǎn)課堂，要監(jiān)督好翻轉(zhuǎn)討論課的學生參與度，讓學生自己參與到評價打分過程；工程實例的搜集并進行總結(jié)提交作業(yè)；小組合作的研究項目的成果提交；在線測試成績；平時課堂考勤，紙質(zhì)作業(yè)完成質(zhì)量等。當然，每項過程評價的分數(shù)都及時在網(wǎng)絡平臺上公布，爭取公平公正的原則。

六、結(jié)語

在新工科背景下，為了培養(yǎng)適應目前和未來發(fā)展需要的工科人才，力學課程要進行教學改革。多引入工程實例、開展基于項目的研究型教學、培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)、多元化的教學模式、改革考核方式。在教學實踐的應用過程中，不斷總結(jié)調(diào)整，培養(yǎng)出能解決工程實際問題的有科學素養(yǎng)的創(chuàng)新型人才！

參考文獻：

[1]“新工科”建設復旦共識[J].高等工程教育研究，2017，（1）：10-11.

[2]“新工科”建設行動路線（天大行動）[J].高等工程教育研究，2017，（2）：24-25.

[3]劉筱玲.新工科建設背景下理論力學課程改革的幾點思考[J].西南交通大學學報，2017，（增刊1）：168-170.

[4]彭蕓.新工科建設背景下材料力學課堂教學的幾點思考[J].西南交通大學學報，2017，（增刊1）：177-179.

[5]許英姿，沈玉鳳.基于翻轉(zhuǎn)課堂的理論力學教學改革與實踐[J].力學與實踐，2015，（6）：737-740.

[6]許英姿，沈玉鳳.基于“翻轉(zhuǎn)課堂”理念的教學模式研究與實踐[J].實驗技術(shù)與管理，2015，（9）：173-175.

[7]劉露.基于信息化的材料力學混合式教學模式的實踐[J].大學教育，2018，（1）：63-66.

[8]沈玉鳳.網(wǎng)絡環(huán)境下《材料力學》課程多元混合式教學模式探析[J].中國教育信息化，2016，（20）：34-37.