新工科背景下力學課程體系教學改革探索

蔣瑜

摘要：為主動應對世界范圍內新一輪科技革命和產業變革，我國抓住機遇，尋找戰略，推動工程教育改革創新，達成“新工科”建設，對于高校來說，新工科就是對傳統高校工科專業的升級改造。在新工科背景下，以水利水電工程專業為例，對專業核心課力學課程體系進行教學改革探索。從學生和教師兩個主體入手，融入新理念，尋找新模式，優化力學課程體系，提升教師的力學功底，保證學生擁有扎實的力學知識，培養出符合“新工科”要求的人才。

關鍵詞：新工科 力學課程體系 教學改革

中圖分類號：G642? 文獻標識碼：A? 文章編號：1009-5349（2020）07-0226-02

當今世界范圍內，以新技術、新產業、新業態和新模式為特征的新經濟呼喚“新工科”建設[1]。“新工科”建設是我國為應對挑戰、適應改革提出的重要戰略舉措，對工程教育和人才的專業性、創新性、綜合性等提出了新的要求，注重理論到實踐的轉化，通過教育和人才，提升國際競爭力。地方性院校應該對傳統工科專業進行新的改造，通過教與學的改革，培養應用型和技術技能型人才。

水利水電工程專業是傳統的工科專業，而力學課程體系是它的專業核心課。以銅仁學院為例，該專業開設了理論力學、水力學、土力學、材料力學、結構力學五門力學課程，各力學課程之間相互聯系，是學生學好后續專業課的基礎，如何使這些力學課程之間配合好，形成完整的知識體系，使學生能夠在學好的基礎上靈活運用，培養學生的工程思維等，這些都是我們需要圍繞“新工科”的任務和要求進行探索的。

一、學與教兩個主體的感受

1.學生方面

通過對學生的調查了解，大部分學生對力學課程有畏懼感，沒接觸之前聽名稱就覺得難度大，而且也從學長學姐處打探到掛科率高;在接觸課程后，發現力學課程和數學有一定聯系，如微積分、極限等數學基本知識，很多學生對高數的基礎掌握不好，導致對力學課程的畏懼感又加深了一點;在學習的過程中，學生認為課程內容較多，理論推導很難聽不懂，結論不會靈活運用;上課比較枯燥，提不起興趣。

2.教師方面

力學課程的內容豐富，知識點特別多，而每門課的課時有限，如何在有限的課時中給學生有效地講授知識點有一定難度;各力學課程之間知識點互相聯系，與高中階段的力學知識也有一定聯系，但部分相同知識點的表述或表達又有區別，學生會有一種似曾相識但又沒有掌握的感覺;課程內容有難度、抽象，而且比較枯燥，要求一定的數學和物理基礎，經常是教師在講臺上講的天花亂墜，學生在下面聽得一頭霧水;作業完成效果不好，教師講過的相似題型可能會做，但是題型稍微變化，就不會做了，不能靈活運用。

二、教學改革措施

1.提升專業教師的力學功底

在銅仁學院，水利水電工程專業開設了五門力學課程，每門力學課程的任課教師各不相同，而課程之間是有相同或相似知識點的，如受力分析，土力學對土體，水力學對水體，材料力學對固體等;土力學和水力學中都有水的滲透，達西定律的應用;理論力學、材料力學和結構力學都涉及力系平衡、彎矩平衡等知識……

因此，各位教師要提高自身的力學功底，在精通自己教授課程的同時，要對其他力學課程也做到熟悉，在腦海中構成一個力學課程知識體系。教師可以集體探討或備課，理清每門課的知識點和重難點，理清力學課程之間的脈絡關系[2]。如果某個知識點在一門力學課程中已經講授過，那么當它出現在其他力學課程中，是該再次重點強調還是簡化講解？如何構建本門力學課程與其他力學課程的聯系？這些問題都是教師需要著重把握的。因此，強大的力學功底是教師上好力學課程必不可少的因素。

2.重視學生工程素養的培養

立德樹人是教育的根本任務和中心環節[3]，作為教師，不僅要傳授課程知識，還需要把社會主義核心價值觀體現到教書育人全過程中，在課堂教學中，融入思政教育。在力學課程中，教師可以引入力學史上有突出貢獻的科學家的故事[4]，讓學生學習他們嚴謹、持之以恒、勇于探索追求真理的精神。同時，要想成為一名卓越的工程師，必須具備良好的職業道德、正確的價值觀，在工程規范的基礎上，具有批判精神和全球化思維模式，以適應時代和未來發展的需要。

3.以學生為主體，以學促教

以學生為主體，從學生的知識水平和期望他們達到的學習結果出發，進行課程設計和課堂安排。傳統的教學思想是教師教什么學生就學什么，然后課后布置作業，學生完成后教師再講解等，這種方式可能會導致學生的學習興趣不高、創新能力不強，不利于培養全面發展的工科人才。我們應及時轉變教學觀念，關注學生的學習結果，引導學生主動探索求知。

在學生初接觸課程的第一節課時，教師應多花點時間講解緒論[5]，讓學生明確課程的目標和預期的學習結果，了解整門課程的知識體系，以及該課程與其他力學課程之間的相關性，使學生在課程開始之初就知道自己需要去回顧和補充的知識點，激起對這門課程的好奇心;教師可以提前布置問題和任務，讓學生先自學，獨立解決問題和完成任務，然后教師根據學生解決問題和完成任務的情況，合理地、有目的地安排新知識的課堂設計。這樣學生就能根據自學情況，在課堂上有針對性地聽課，學懂的知識得到鞏固，不懂的部分著重聽教師講解，從而達到預期的學習結果。學生的創新能力、舉一反三的能力、批判思維等都可以在這一過程中得到鍛煉。

4.采取多元化教學手段，增強學生實踐能力

傳統的教學方式比較單一，不能滿足當前學生的培養需求，應和其他手段相結合，才能培養出理論知識豐富，同時實踐能力也強的實用型人才。教師可以充分發揮大數據和網絡的優勢，開展線上慕課+線下課堂教學。線上教師可以分享學習各大高校優秀的慕課資源、相關輔助學習資料，還可以通過網絡監督學生課后是否查看學習;線下課堂上教師再進行知識的鞏固和解疑，開展分組討論，培養學生的團隊協作、有效溝通能力。還可以引入翻轉課堂，讓學生展示分享自己所學，培養學生的表達能力。

力學知識比較抽象，學生理解起來有一定難度，如需要空間想象能力，涉及三個坐標的力系分析等，教師可以采取在PPT中加入動畫，在課堂教學中帶入實體模型、引入工程案例等方法，結合動畫或動圖，給學生一個直觀的印象。如水力學中的底流、挑流、面流消能或虹吸管原理，可以直接把高年級學生學完課程后動手做的模型，展示給低年級學生，這樣一來，高年級學生實現了從理論到實踐的運用，其制作的模型成果幫助低年級學生理解抽象的知識。在課堂中引入工程案例，讓學生運用所學知識分析、解決工程問題，可以使抽象的知識具體化。通過這些方式，學生可以牢記知識點，學會如何運用，培養了實踐能力。

5.改革考核方式，突出過程化考核

傳統的考核方式中期末考試成績所占比例較大，很多學生于是認為，平時可以不學習，不參與課堂教學，在期末考試之前根據教師劃的重點，認真學幾天，就可以通過考核。但實際上力學課程如果沒有平時的積累，臨時抱佛腳是很難通過考核的，因此，應改革考核方式，減少期末考試所占的比例，提高平時成績的比例，平時成績比例可占到總成績比例的50%甚至更多，突出過程化考核[6]，讓學生重視教學過程。可以增加隨堂測試、每章小測、期中考試等環節，作為平時成績的一部分;平時成績還應體現在學生的考勤、作業、討論、展示、實踐能力等方面。平時成績不像期末考試成績這么簡單，有直接分數，它的組成比較復雜，教師一定要做到有理有據、公平公正公開。

三、結語

在新工科建設的背景下，我們要用新理念、新要求培養工程人才。課程的改革只是其中的一小部分。我們要順應國家新時代發展理念，通過提升教師的力學功底，培養學生的工程素養，采用多元化的教學手段和考核方式，重視學生的實踐能力培養，從以“教師”為主轉變到以“學生”為主，注重學生的需求和發展，對力學課程體系進行改革探索，努力提升課程的教學質量，為國家培養具有分析和解決問題能力、實踐能力、創新能力、自主學習能力的全方面發展的人才。

參考文獻：

[1]胡瑞年：劉璞.新時期高校“新工科”建設及發展路徑研究[J].決策與信息，2019（1）：111-122.

[2]馬宏偉.新工科背景下力學課程體系與教學反思[C]//中國力學學會固體力學專業委員會，國家自然科學基金委員會數理科學部.2018年全國固體力學學術會議摘要集（下）.中國力學學會固體力學專業委員會，國家自然科學基金委員會數理科學部：中國力學學會，2018：377.

[3]鐘登華.新工科建設的內涵與行動[J].高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[4]劉露，王延遐，許英姿.新工科模式下力學課程的教學改革[J].教育教學壇，2019（16）：86-87.

[5]劉鐵軍.“逆向教學法”在力學類基礎課程教學中的應用[J].教育現代化，2019，6（70）：75-76.

[6]田榮燕，嚴李強，劉寧波.新工科建設背景下“理論力學”教學普適性探索[J].實驗技術與管理，2019，36（8）：156-159.

責任編輯：劉健