大工程理念引導下的工程力學認識實習教學管理模式研究

王自平，郝東暉，陳華雄

(江蘇大學 土木工程與力學學院，江蘇 鎮江)

一 引言

力學是工程學科的先導、基礎和支撐[1]，工程力學認識實習的教學方法和研究成果對其他工程專業的實習課程教學具有很強的普適性[2,3]。目前工程力學認識實習課程作為獨立的一周實習課程，實踐與理論課程具有同等重要的地位[4]。當前，工程力學實習教學模式較為膚淺，忽略了學生在僅有的參觀實習中并不能夠對自己未來的工作崗位清楚定位，反而在一些實習地點的環境較為嚴苛的情況下，誤導學生未來定位，從而失去對本專業的自信，對工作的認可，缺乏大工程理念的引導[5,6]。學生往往對工程力學實習不夠重視，鮮有學生提前了解實習崗位與自己的專業相關性，且共同實習學生偏多，而實際深入企業交流機會較少[7,8]，實習教師以及相關指導人員難以面面俱到指導到每個學生，在有限的課時范圍內大家更多是看到參觀的表面認知，這更難以保證每個學生專業認識實習的質量，難以完成原本的認識實習目標。本文通過實踐網絡教學平臺、力學知識搶答競賽、參觀科研成果等混合式教學方法，實施過程中以大工程理念為引導，引入到工程力學專業新生認識實習課程中，取得了預期的效果。

二 實踐認知能力管理模式不足

（一） 學生對工程力學專業認識較模糊

相對于其他工程類專業，如土木工程、車輛工程、機械工程、能源與動力等專業，都有非常明顯的專業工程應用背景，這種工科專業在實際的力學學習及應用中均以各領域的工程應用對象為學習背景。而我校工程力學專業主要以學習各種力學課程作為專業課，如彈性力學、流體力學、斷裂力學、實驗力學等。這些課程沒有鮮明的研究應用對象，力學即使是其他所有工程學科的先導、支撐和基礎，但對于剛入學的本科學生來說，他們很難清楚認識到自己未來能干什么，能從事什么樣的職業。此外，對于工程力學本科大一新生來說只是對公共基礎課的學習，基本接觸不到專業知識，與專業課老師或有專業背景的學業導師接觸少之又少。只有到大三時與專業課老師接觸會稍微多一點，但大部分也是出于專業課程教學的交流，涉及大工程理念少，如果專業課任課老師講解不夠生動，直接容易導致學生學習目標不明確，對專業認識遠遠不夠，從而對本專業的未來失去信心，造成大量學生從大一期末開始著手轉專業，如2018級工程力學專業學生共24人，在大一時申請轉專業意向學生過半，學業優秀學生的轉專業現象已經嚴重影響到本專業新生的學習熱情和動力。

（二） 缺乏大工程理念，認識實踐創新能力不足

除了本專業學習目標性不強外，工程力學本科生在大一認識實習過程中實踐創新能力較弱。之前的大一學生在第二學期期末時均會參加為期一周的認識實習，每年均是以實地參觀工程機械、復合材料研發/生產企業進行，近兩年均是以參觀航空航天類博物館、科技館、小型生產企業為主，通過現場安全規程教育，了解復合材料及構件的生成流程，了解工程機械研發、生產和組裝流程，了解工程力學在交通、能源和天文領域的應用及前景。但在實踐教學中發現，認識實習進入企業及行業都較低端，學生嚴重缺乏大工程理念。原來的認識實習中采用參觀講解然后提問方式，大部分在上午即已完成，現場實習形式化，施工現場的噪音影響學生難以聽清楚講解。如學生參觀某復合材料廠家，只有一位講解員在講解展廳樣品，所以認識實習一般都是走講解流程，學生反映無法完成實際的任務，只是簡單在現場了解一下，與大工程聯系甚少，達不到學生視野開闊的教學目的。且本專業的學術前沿涉及到哪些問題，還有待他們進一步去解決的問題有哪些，學生都不得而知，更談不上工程專業學生對創新能力、科研能力的提高了。

針對這些之前認識實習現狀存在的不足，工程力學認識實習改革已經在認識實習教學活動中，增加了多種形式的教學活動，如趣味力學知識搶答競賽、開發了基于工程力學認識實習網絡教學輔助平臺、跨專業跨學院大型超級工程參觀、跨年級一對一幫扶完成1項材料結構設計任務、科研成果教學化展示等多種形式，實踐大工程理念引導下的層層遞進式實踐教學管理模式，應用現代化的教學手段來應用于工程力學專業認識實習的教學中，充分體現師生互動性，學習的新穎性和教學的前瞻性。

三 大工程理念引導下的工程力學認識實習實踐

圖1 大工程理念引導下的認識實習思路與方法

在以往工程力學認識實習教學中，由于受傳統教學觀念和實習條件限制等多方面因素的影響，還存在多種不足，如實習形式單一，僅是前往工地或科技館等場所，認識實習目的性不明確，另外所前往的實習企業大部分為施工和檢測一線，無法與大工程聯系起來，使學生對將來工作環境和前途造成不好的預期。為充分體現力學在工程學科中的先導性和基礎性，工程力學專業學生在大一第二學期即開設了認識實習課程，其目的是認識工程力學知識在機械、材料、土木等行業中各生產環節中的應用及挑戰，了解將來從事相應行業時的知識背景要求，并初步形成對未來職業方向的規劃以指導后期專業課程的選修。作者為該課程的負責人，本人已經在新一屆大一同學中實施了新的措施來改變之前工程力學認識實習實踐過程中出現的不足，通過多種形式的教學方式引入認識實習中，將“以學生為中心”向“以學習為中心”轉變，適當延長認識實習時長，讓學生充分了解力學專業應用背景，拓寬他們的知識面，提高他們的實習技能，培養他們的學習熱情。課題設置整體思路與方法如圖1所示，主要通過帶隊專業教師與學生之間的互動、大工程理念引導下的認識參觀指導、力學科研成果的展示與講解等來全方位提高學生對本專業認識的感知。

（1）理論學習：大工程實習前的準備工作，進行身邊的趣味力學知識搶答，按小組分必答題和搶答題，通過所有學生參與的形式提高對身邊的力學的認知，參與情況作為平時成績的一部分。如鍋內盛有冷水時，鍋底外表面附著的水滴在火焰上較長時間才能被燒干，且直到燒干也不沸騰的原因。從高處落下的薄紙片，即使無風，紙片下落的路線也曲折多變的原因等，這些生活常見的趣味力學問題，通過搶答的形式開展，即提高了同學們學習力學專業的積極性，又增強了記憶技巧。如圖2所示，通過超星網絡教學慕課平臺觀看全球超級工程典型案例視頻，主要包括港珠澳大橋，上海磁懸浮列車，上海中心大廈，中國高鐵、世界工程哈法利塔等，從多方面展示了大工程從設計、施工、運營到結構健康監測的全過程，增加了對大工程的認知。在生活中力學問題章節中，增加了生活中常見的力學現象，如秦陵銅車的力學原理、漫話高壓鍋、撈面條的學問、伐木的學問等，同學們實習的知識儲備有了進一步提升，對身邊的力學現象有了更清晰的觀察和思考。在該章節中開設了在線名師講堂，力學專家武際可教授的“力學在工程及生活中的應用”專題報告[9]，同學們更進一步理解了基礎學科與工程的相互交叉融合與推動，扎實的理論基礎是解決諸多工程問題的前提。通過實習期間的理論知識更新和儲備，開拓了同學們的思維和視野，學生進一步明白了工程力學專業的內涵，提升了專業自信。另外在云班課和網絡教學慕課中滲透了安全知識的講解。

圖2 認識實習慕課教學平臺

（2）大工程現場認識實習：積極聯系開展了跨專業、跨學院的大工程認識實習實踐，增加了接觸世界級大工程的認識實習地點，設定了特定的實習任務，來改變盲目實習的弊端，在實習前通過云班課App播放工程概況，啟發本科生的創造性思維，延伸和拓展認識實習的內涵。如在五峰山大橋實習前，通過云班課后臺視頻了解是國內首座公鐵兩用懸索橋的建設背景和施工過程，工程設計方案，施工技術難點及解決方案等，讓同學們在進入現場前對該超級工程有更全面的了解。在參加碳纖維復合材料公司前，通過云班課后臺對碳纖維復合材料的概況、結構特點、應用技術、力學特征及優勢與不足等方面進行了課件介紹，同學們在該公司實習對其汽車新材料技術的應用有了全面的認識，同時也增強了自己的專業自信。圖3為部分實習現場圖，同學們通過網絡教學平臺對工程概況及工程單位進行了調研，在實習中的學習積極主動性顯著提高。

（3）科研成果教學化展示：利用空余的時間通過認識實習向大一學生展示本學院或其他學院一些最新的科研成果、科技前沿以及其用于教學中的一些典型實例，所有認識實習教學過程均可通過云班課App進行互動溝通教學，有疑問能即時解決，形成資源優化配置、層層遞進的教學效果。

在教學的形式上，從傳統的教師帶隊前往小型施工現場或相關科技館參與過渡到目前的借助云班課及慕課輔助來提前了解實習崗位以及實習目標的實踐教學中，增加跨專業跨學院的大工程認識實習基地，增加趣味力學知識搶答及科研成果教學化展示等多種形式的認識實習活動，使得學生反響非常好，表示樂于接受對本課程的學習，明晰了對力學專業的認知，實踐了大工程理念置于整個認識實習的實踐環節中是有效的。

在課程的考核方式上，改變了傳統的平時表現，實習日記加實習報告成績為主逐步過渡到認識實習互動與參與研討并重的評價體系，原考核形式中的30%平時成績加70%實習報告成績改為平時表現，超星慕課任務完成積分、實習日記、實習報告等多方面的考核形式。課程改革之后，增加了考核面，逐漸過渡到原理掌握與課程實踐并重的評價體系中，這樣能更好地培養學生的無損檢測技能。除此以外，在傳統的考核方式中，只有老師考核學生。而改革后，學生可以在教學平臺上對老師進行評價，從而逐漸過渡到老師和學生之間相互考核的評價體系中。通過后臺學生反饋情況，2019年認識實習成績和生產實習成績普遍提高，評分更為公正。

圖3 部分單位認識實習現場圖

四 小結

通過建立工程力學認識實習的云班課及網絡教學慕課等平臺輔助教學，充分了提高學生學習興趣，引導自主學習，了解其工程力學工程應用背景。目前該課程正在實施中，實習學生反映新的課程實踐幫忙樹立了正確的專業思想和學習觀，對于提升對本專業的認識及綜合能力的培養具有重要的意義。增加大工程的實習機會及多種形式的認識實習，提高了同學們對認識實習的重視程度，改變了學生的實習積極性，同時也大大加強了學生對本專業用于大工程的認識及層次，塑造了學生較大的專業自信，提高學生的整體專業素質。本課程改革開展以來，對學生的專業了解、未來規劃都起到了很大幫助。