工程力學課程建設的認識與實踐

高士武 楊曉林 楊亞平 趙偉東 郭曉菊 萬朔

摘要：在大學一流本科教育、新工科建設、工程教育認證的趨勢下，《工程力學》作為高等院校工科專業的一門重要技術基礎課程，也是學生入學后涉及工程實際較多的課程和學校工科專業重點建設的課程之一。文章結合我校《工程力學》課程建設和教學實踐探索，從教學目標、教學內容、教學隊伍及教學方法與手段四個方面對建構教與學進程中工程力學課程建設進行探索與思考。

關鍵詞：工程力學；課程建設；教學反思

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）30-0140-03

《工程力學》是我校材料科學與工程、有色（鋼鐵）冶金工程、新能源材料與器件、地質工程、環境工程、給排水科學與工程、城鄉規劃、建筑工程等專業由基礎理論過渡到專業基礎的一門十分重要的技術基礎課程，從嚴密的邏輯思維系統中，提煉簡化和探究科學原理，是工科學生分析解決工程中的力學問題的重要基礎工具。

為了適應科學技術的飛速發展和進步，創新理念在驅動，科技的魅力不斷在為人類造福。創新理念更新，推動所有學科在“與時俱進”，符合世界人民的人心所向。力學這一學科的研究和教育也不例外。力學的概念、理論和實驗也隨著生產技術進步、科技不斷創新而有所變化，新的力學問題也隨之而來，讓人們不斷再學習、接受并拓展應用空間。我國也啟動了新工科改革與建設。工程力學的教學目標、教學內容、教學隊伍、教學方法與手段、教學思考等方面也應做出適當的改革。

一、優化教學目標

《工程力學》課程教學面向我校材料科學與工程、有色（鋼鐵）冶金、新能源材料與器件、地質工程、環境工程、給排水科學與工程、城鄉規劃、建筑工程等工科專業。工程力學課程教學目標是使學生獲得一定的基礎力學知識，為專業課學習提供必要的理論基礎。通過課程教學，使學生掌握工程力學這門學科的基本理論和基本的計算方法，培養學生解決問題和分析問題的能力。這與國家培養創新型人才的要求不相匹配。因此，本課程將在課程原有教學目標的基礎上，注重培養學生的力學分析思維和力學建模思維，為建立學生的批判性思維和研究型思維打下良好的基礎，進而促進學生的創新能力的提高。

二、改革教學內容

依據各學科專業的人才培養體系，優化本課程體系，構建高水平課程平臺。結合一流本科教育[1]、工程教育認證[3]和新工科[4]發展的要求以及地方高等院校的實際情況，在圍繞培養學生知識、能力、素質結構中尋求平衡點的基礎上，進一步培養學生的批判性思維和研究型思維。在課程體系和教學內容方面，不斷進行內容的整合和調整，實現教學內容的基礎性、實用性和前沿性的結合，設置合理的課程體系，強化實踐性教學環節對學生的訓練和培養。結合授課對象的專業特點及后續課程需求，不同專業側重點不同。土建類各專業加強靜力學部分、偏心壓縮及截面核心等知識點；機械類各專業加強運動學、動力學部分、彎扭組合等知識點；工程管理、環境等專業掌握靜力學、基本變形的強度、剛度、穩定性計算等知識點的基本概念、基本計算，使學生具備基本的工程力學素質。

在力學教學中，應當引導學生能夠在了解力學原理的基礎上，將所學的數學知識應用于力學分析和工程分析中去，能夠定性和定量地描述力學問題，并給出確切的數學表述。工程上的創造性元素包含著簡明的科學原理，要使學生能夠將工程問題化解為相應的數學物理模型，深化對工程問題的理解。除在現有教學活動中介紹大量與工程力學課程教學內容相關的古典與現代的工程實例、工程災難性事故的力學破壞分析，還開設了開放式實驗教學項目，從而開拓學生的視野，激發學生對力學基礎課程學習的熱情和積極性。教學內容的改革和創新需要探究深層內涵：（1）對教材中某些不完善、不準確甚至錯誤的論述或表述加以糾正或完善。要超越現有教學內容，并且要深入了解對于現有內容有意義的內容。（2）一般的工程力學中稱橫向變形與軸向變形的負值或絕對值為泊松比的定義，后來人們發現了“負泊松比”的材料，兩個定義不再一致。（3）關于確定橫截面上內力的截面法。講授者一般采用老步驟，即：截開-取隔離體-寫平衡方程。沒有嘗試新的思路和方法，例如力系簡化的方法。（4）關于載荷集度、剪力、彎矩之間的微分關系，通常授課者限于根據微分關系確定剪力圖和彎矩圖的形狀，很少有人思考利用微分關系的反運算——積分，確定梁上有分布載荷作用時，彎矩圖的極值點的位置以及極值點的彎矩數值。

三、加強教學隊伍建設

目前，我校工程力學課程組教學隊伍由10人組成，教學隊伍中有4人赴國內外高校交流學習，3人曾獲得中國力學學會優秀教師，增強了教學與科研能力。該課程教學團隊具有良好的學歷結構、學緣結構和年齡結構，是一支年輕化的團隊，平均年齡36歲。主講教師多年從事工程力學及相關專業的教學工作，具有扎實的理論基礎和豐富的教學經驗，教學效果優良。為了使教學隊伍的知識結構、年齡結構更趨合理，教研室按計劃、有目的地培養或引進中青年教師。課程教學團隊重視梯隊建設，培養年輕教師，目前教師中具有博士、碩士學位的占81.8%。對新開課的教師，教研室均組織課程組從教案、習題到講課等各個環節進行綜合評定；對團隊中其他成員均采用不定期地聽課及向學生問卷調查和評教等方式檢查其教學效果，并采用“傳、幫、帶”的方式，安排具有多年教學經驗的老教師幫助青年教師盡快成長。同時按時召開教學研討活動，組織團隊成員參加由中國力學學會和教育部高等學校力學教學指導委員會負責的“中國力學大會”、“全國塑性力學大會”、“力學課程報告論壇”、“全國基礎力學青年教師講課比賽”、“高等學?；A力學課程骨干教師高級研修班”、“全國周培源大學生力學競賽”以及學校舉辦的“優秀課程示范教學沙龍”、“混合式教學研討沙龍”等多種形式的學術交流活動，通過交流學習，青年教師在較短的時間內都能承擔相關教學任務并取得了良好的教學效果。

課程建設是教學改革之本，課程教學是學生獲得知識、發展能力的重要途徑。一流的本科教育需要一流的課程教學；一流的課程教學需要一流的教學團隊來保證。然而課程教學是幾代人連續接力、傳承的過程，沒有一個人能夠脫離前人的教學思想和教學方法，完成好個人的課程教學工作；個人的知識領域都是非常有限的，學術經歷也是有限的。而課程教學要達到高水平，絕對不能限于課程本身，必須涉及很多相關的領域。比如，工程力學的強度、剛度和穩定性問題涉及土木、機械、航空、車輛、水利、地質、化工等等諸多工程；隨著時代的進步、科學技術的不斷發展，課程教學面臨諸多挑戰。例如，進入人工智能時代，我們的課程怎么教？教材怎么寫？課程教學怎么評價？這些問題更不是幾個人所能解決的，必須依靠團隊。因此，課程教學團隊建設的理念和機制[5-6]尤為重要。優秀的教學團隊需要做到以下三個方面：一是重視教學，就是要意識到這是一種擔當、一種應盡的責任——人才培養的責任，就是要肯于投入身心，就是要堅持教學與科研結合，努力使自己成為教學水平與學術水平兼備的優秀教師；二是研究教學，就是要區別于照本宣科的教書先生，新時代的高等學校的教師的教學工作應該是研究型的；三是做好教學，就是要提高課程的教學質量，提高人才培養的質量，更重要的是通過有效的教學環節，激發學生的創新思維。

四、提升教學方法與手段

當前信息化智能化的蓬勃發展為教育教學帶來重要的變革機遇[2]，翻轉課堂、慕課、微課堂已經成為時下人們普遍采用的學習方式[7-8]；而“混合式學習[9]”也成為教育創新的一個熱點，它整合在線學習與傳統課堂學習的雙重體驗。探索以教師為主導、學生為主體的新型教學組織形式，然而如何形成一個以學生為中心的教育體系，以學生為中心的學習本質上是由兩個相關的理念組合而成——個性化學習和基于能力的學習。構建以學生為中心的學習體系[10]的重要組成部分是學生養成了學習自主性、對自身進步的歸屬感，以及指引學習的后續能力。我校工程力學課程組積極開展教學方法和手段的探索，激發學生的學習熱情和興趣，實行啟發式和互動式教學方法，在培養學生力學素質的同時，注意充分調動學生學習積極性，培養學生自主學習的意識及能力；有效地、恰如其分地使用現代教育技術在引進、消化、吸收的基礎上，結合我校民族地區的實際情況，選用和編制了自己有特色的、實用性強的課堂教學電子教案和實驗課教學電子教案，以及網上的教學資源，同時注重發揮傳統教學手段的優點，使現代教育技術與傳統教學過程緊密結合，注意引導學生思維。

五、教學思考

2000年以來，高等教育的本質發生了巨大的改變。入學率的大幅提高使大學不僅在專業性質而且在學生構成方面都形成了多樣性。課堂教學必須契合多樣化的學生，但多樣化帶來的真正的問題還藏匿于大學和課程內部。應對多樣性的問題，主要就在于如何改進教與學，我們教師如何認識教學本身，如何依據學生的學習開展教學。有效的教學應該是將教與學有機地聯系起來，為促進學生學習、達到預期成效的途徑。這就需要關注學生的智力、學習方式和動機、學習環境等。

工程力學是材料、地質、環境、建筑工程等工科類專業的重要的技術基礎課程，是后續有關專業課的基礎。本文以如何開展好工程力學課程建設為目標，針對當前課程建設的重點，分別從教學目標、教學內容、教學隊伍、教學方法與手段、教學思考等方面出發，提出了幾點建議。希望通過課程建設與研究使老師們不斷體會力學課程中所蘊含的科學思想，幫助學生剖析工程問題，提煉力學模型，塑造工程思維，逐漸構建與提升學生的科學精神和工程意識，為將來的學習和工作打下堅實的基礎。

參考文獻：

[1]鐘秉林，方芳.一流本科教育是“雙一流”建設的重要內涵[J].中國大學教學，2016，（4）：4-8，16.

[2]劉軍，李英梅，戰宇.基于互聯網+的材料力學課程建設[J].高教學刊，2018，（20）：108-109.

[3]何曉蓉，劉愛明，盛欣.OBE理念下高等工程教育專業人才培養模式改革思考[J].黑龍江教育，2018，（8）：76-78.

[4]吳愛華，侯永峰，楊秋波，等.加快發展和建設新工科，主動適應和引領新經濟[J].高等工程教育研究，2017，（1）：1-9.

[5]范欽珊，陳建平，唐靜靜，蔡新，武清璽.研究型大學需要研究型教學——力學課程研究型教學的幾點體會[J].中國大學教育，2009，（11）：8-10.

[6]范欽珊，殷雅俊，陳建平，郭光林.實施研究型教學的創新之路[J].中國高等教育，2013，（5）：23-25.

[7]宋生濤，楊曉萍.翻轉課堂的基本原理與教學形態[J].西北師大學報：社會科學版，2018，55（2）：98-104.

[8]馬照瑞，栗娜，等.MOOC沖擊下的在線課程建設模式改革與應用[J].計算機教育，2014，（14）：22-25.

[9]呂學鵬，張保森，巴志新，王章忠.新工科背景下《工程材料》的混合式教學模式研究與實踐[J].廣州化工，2009，（46）：125-127，17.

[10]約翰·比格斯，凱瑟琳·唐.卓越的大學教學——建構教育學的一致性[M].復旦大學出版社，2015.