“工程力學”的教學現狀與改革探索

張智聰，吳 丹

（文山學院 人工智能學院，云南 文山 663099）

“工程力學”是工程專業的專業基礎課程，該門課程由靜力學和材料力學兩部分內容組成，目前文山學院共有五個專業開設該門課程。通過該門課程教學，使學生掌握基本理論知識，并與工程實踐相結合，解決實踐問題。但隨著社會的快速發展，傳統的“工程力學”教學方法已無法滿足社會需求，為了培養應用型專業人才，課程的教學改革迫在眉睫。

1 “工程力學”教學的現狀及存在問題

1.1 教學學時縮短，教學內容增加

隨著我國高等教育的制度、模式、戰略等多方面深入改革，旨在淡化專業、夯實基礎，最大程度發揮學生的學習主觀能動性，因此，高校普遍性大大減少學生課時總量和單門課程課時[1]；同時，無論是“卓越工程師計劃”對工程專業學生的培養要求，還是“天大行動”“復旦行動”“北京指南”等對“新工科”建設提出的跨學科融合培養模式，都無形地增加了學生的學習內容和對基礎知識的掌握程度。在這種改革創新的教育時代里，許多教師無法在縮短學時的情況下按質按量完成教學內容，結果造成課程講授不是蜻蜓點水就是填鴨式教學，無法達到教育改革的目標，使學生產生畏學厭學的扭曲心態。

1.2 教學方法落后，實驗設備不足

為了保證學生能夠理解記憶“工程力學”中繁瑣的公式，課程教學時以板書講授為主，教學進度慢，工程案例展示和教學難點涉及較少；由于課程教學內容深度不足，學生和教師任務重，則課后作業數量少、難度低；此外，文山學院的教學經費與研究型高校的辦學經費差距較大，目前校內僅有幾臺力學試驗機，能夠做一些簡單的驗證性實驗，無法進行綜合性實驗和設計性實驗。種種因素導致學生學習效能感低，教學質量不佳，無法達到教學目標，“一學就會，一做就錯，考前突擊，考后就忘”的情況嚴重。

1.3 學生底子較差，學習積極性低

文山學院與研究型高校在生源質量上也存在一定的差距，在制定教學目標時，學院往往會參照研究型高校，但很難取得相應的教學效果。主要原因在于我校學生的數學、物理等基礎課程功底薄弱，且因中學教育差距影響，大部分學生的想象力和空間感較弱，難以理解“工程力學”中的結構受力狀態和應力分布。盡管教師會適當增加圖片、視頻等教學素材，但無法將所學知識用于實踐或生活中，導致大部分同學僅能就題解題，無法將工程案例與力學模型進行相互轉化，從而對力學課程缺乏學習動力，積極性較低。

1.4 考核方式單一，缺乏實踐考核

文山學院普遍存在教師隊伍數量不足、結構不合理的現象，且教師隊伍中絕大部分教師的工程實踐較少或沒有，很容易形成重理論而輕實踐的教學思維。因此，“工程力學”課程考核方式主要以期末考試為主，雖能檢驗學生的基礎理論知識的掌握，但無法檢驗學生是否具備將理論知識運用于工程實踐中的能力。這樣不僅有礙于培養應用型專業人才，而且不利于專業的建設和發展。

2 關于“工程力學”教學改革的思考

2.1 優化教學內容，合理分配學時

優化教學內容時，必須傳承經典的理論知識，發展先進的工程技術，摒棄過時陳舊的工藝和重復的理論知識；分配學時時，必須綜合考慮教學內容難度、重要性及學生的學習基礎情況，合理分配，避免出現“失重”現象。

“工程力學”的教學內容大致分為工程靜力學、材料力學、基礎實驗三部分。首先，工程靜力學部分應占總學時的1/5，重點應為定理的理解和平衡方程求解約束力，難點應為實際工程結構簡化為受力簡圖；其次，材料力學部分中的強度、剛度、穩定性和四個基本變形問題尤為重要，應該占據總學時的3/5。基礎實驗是學生了解材料基本屬性的手段之一，根據實驗可以驗證教材中的結論，通過實踐幫助學生理解記憶，并在教學過程中補充相應的工程應用，讓實踐與理論相結合，提高學生解決實際問題的能力，該部分應占總學時的1/5。

2.2 改革教學手段，引入智慧課堂

傳統的教學方法以板書和講授相結合，其優點在于講解速度適中，推理過程詳細，學生容易理解記憶，該方法始終應為主要方法。但應適當增加多媒體教學，將定理（律）、結論、模型及部分簡單的公式推導通過多媒體進行展示，有效提高課堂效率。同時，可通過多媒體展示工程實例、三維靜（動）態模型、動畫視頻等，提高教學過程中的可視性，讓學生更容易通過感觀的方式理解理論、記憶知識。

引入智慧教學平臺進行教學和監控，培養學生良好的學習習慣，間接提高學生的學習主動性；另外，可將教學素材和錄制成視頻的作業解答，上傳至智慧教學平臺，學生可以反復進行學習解惑，并可通過教學平臺的數據統計了解學生的學習狀態。

2.3 增加工程實例，彌補實踐缺口

針對我校的學生底子薄、眼界窄、空間感差和教師隊伍缺乏實踐經驗的特點，教師可通過在授課過程中適當增加工程案例及工程實物圖的方法彌補實踐不足的缺口。根據調查發現，以工程約束為例，很多同學只知其名，不識其物，部分同學能夠根據題意解答問題，但無法將工程實例中的結構轉化為力學模型和受力簡圖，而且在轉化過程中，如何確定荷載種類和形式對學生而言也是一個重難點。所以，在教學過程中，應注意理論知識與工程實例相結合，培養學生樹立工程思維和空間思維。

2.4 將有限元技術與工程案例相結合

目前文山學院的實驗教學條件有限，無法進行設計性和研究型實驗；對結構和構件分析時，學生難以理解應力應變情況和穩定性失效情況，解答過程中經常表現出思維混亂。引入有限元技術進行數值分析，將有限元技術與工程案例相結合有如下優勢：（1）能夠彌補實驗不足的缺陷，對工程案例進行模擬實驗，了解案例中結構的力學情況；（2）可以提高學生對彈性模量、屈服強度等專業概念的深入理解，掌握各個參數在工程實踐中的應用；（3）學生可以根據數值模擬結果觀察結構中各個位置的應力情況，并通過動畫的形式觀察構件和結構在荷載作用下的整個變形過程，有利于學生的理解和思考，提高學習興趣。

2.5 增加課程項目，實踐檢驗理論

低年級學生因專業知識涉及較少，校內學習壓力重，較難參加工程實踐，為滿足“卓越工程師計劃”提出的要求，高等學校應重點培養學生的應用型能力，提高學生解決工程實際問題的能力和專業素養。因此，可根據“工程力學”課程性質適當增加課程項目實踐內容，通過實際工程項目提出設計題目，并由教師根據學生情況搭配組隊，利用課余時間根據設計要求進行理論設計，理論設計的剛度、強度及穩定性滿足設計要求后方可制作結構模型，最終由任課教師對學生的結構模型進行質量檢驗。學生利用課余時間完成課程項目實踐，不僅間接調動學生的學習主動性，鍛煉其動手能力，而且能夠檢驗學生對理論知識的運用情況，提高學生的專業素質和成就感。

2.6 改革考核方式，綜合評價學生

考核方式的多元化不僅能體現出學生的基本理論是否扎實，還能夠促進教師的教學改革水平。試卷考試是檢驗學生基本理論掌握情況的最好方法，但過度依賴試卷考試，則會造成應試教育下學生高分低能的情況。因此，對考核方式提出新的考核體系（見表1）。

表1 “工程力學”課程教改考核體系

通過該考核體系，一方面檢驗學生對基本理論知識的掌握情況，另一方面，體現了學生是否能夠運用理論知識解決工程問題，同時也鍛煉了學生的動手能力，激發其進行思考和創新，在實踐中提高興趣，并獲得成就感。

3 結語

“工程力學”的教學改革正在分階段落實，目前通過優化教學內容和合理分配學時，剔除部分占課時的細枝末節，留有空余時間對重難點進行詳細講解，有效提高了教學效率和效果；引入智慧教學平臺和增加工程案例也取得了良好的效果，學生對課堂上不明白的內容進行反復學習，并將疑惑的地方截圖請教老師，能夠對簡單的工程結構進行力學分析。將教學內容分段考核，不僅減輕了學生的復習壓力，同時也及時有效地讓學生掌握各階段的知識點，避免知識“消化不良”而產生厭學心理。

教學改革是個持續改進過程，教師必須根據不同時期的不同社會需求調整教學方法，以培養學生理論知識和實踐能力“雙一流”為目標，激勵學生進行工程創新，建立客觀全面的評價體系，為社會培育高質量的應用型人才。