工程力學模塊遞進化教學在應用型本科院校的教改與研究

王蕓 吐爾迪·吾買爾 王宏 尚志勇 王春耀

【摘要】在當前工程力學教學存在的課時少內(nèi)容多的情況下，怎么能高效地完成教學任務，模塊化遞進教學的探索與研究是一個很好的解決辦法。模塊化遞進教學是指依據(jù)應用型本科旨在注重實踐應用辦學特點，從企業(yè)需求、就業(yè)崗位能力和學生全面持續(xù)發(fā)展出發(fā)，以解決實際工程問題為導向，對以往工程力學課程體系經(jīng)過從易到難的知識結構進行整合，遞進式知識提煉，形成若干項目子模塊，設置出知識、能力和素質(zhì)三大教學模塊和實踐訓練任務，使其教學過程按照知識—能力—素質(zhì)這一順序開展由低到高的教育教學實踐活動。

【關鍵詞】模塊遞進? 教學改革? 子模塊? 實踐教學

【Abstract】 In the current situation of engineering mechanics teaching with less class time and more content， how to efficiently complete the teaching task， modular progressive teaching exploration and research is a good solution. Modular progressive teaching means according to the speciality of practical application of school?running characteristics， from the enterprise requirements， students employment ability and the comprehensive sustainable development， in order to solve the problem as the guidance， the previous engineering mechanics course system through integration， from easy to difficult knowledge structure progressive type knowledge abstraction， forming a number of projects， three teaching modules and training tasks of knowledge， ability and quality are set up. The teaching process is carried out in the order of knowledge， ability and quality from low to high.

【Keywords】the module of progressive; the teaching reform; the child module; the practice teaching

【基金項目】新疆維吾爾自治區(qū)自然科學基金項目（編號：2019D01A29）;新疆維吾爾自治區(qū)教育廳新能源材料研究實驗室（新疆工程學院科研平臺項目支持）。

【中圖分類號】D130 ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）35-0151-02

本文采用項目模塊遞進法，項目遞進設置體現(xiàn)應用型本科教育專業(yè)基礎理論知識夠用，重在實踐的實際要求，模塊遞進主要考慮應用型本科教育性質(zhì)、學生知識水平和素質(zhì)教育理念，這樣設計符合學生學習認知規(guī)律和應用型本科教育人才培養(yǎng)規(guī)律，有利于學生實踐創(chuàng)新能力培植和個性素質(zhì)教育的發(fā)展，尤其是突破傳統(tǒng)教學重課堂知識傳授，輕實踐創(chuàng)新的局面，真正實現(xiàn)以學生為主體，以學生為教育基礎，教師為主導的創(chuàng)新教育模式改革，從而提高課時相對較少的課堂教學效率，充分挖掘?qū)W生課外點狀式時間的應用，全面推進人才培養(yǎng)質(zhì)量，使學生整體綜合素質(zhì)以及綜合知識結構大幅提高，更適合應用型人才的需求。

以新疆工程學院為例，應用型本科工程力學教材共 14章內(nèi)容，學院機械類、土木類、能動類、建筑類、采礦類等相關專業(yè)課程設置僅48學時，再加之學生數(shù)理基礎薄弱，14章課程內(nèi)容概念公式繁多，理論思維及邏輯性強，與工程實踐又緊密貼合，故教好學好的挑戰(zhàn)性都很大。經(jīng)過一線教學經(jīng)驗及充分調(diào)研和深入分析研究之后，圍繞工程力學專業(yè)基礎課程性質(zhì)，總結出工程構件受力分析、平衡問題計算以及工程當中四種基本變形、組合變形內(nèi)力分析等核心基礎結構遞進內(nèi)容，設計出精簡卻又實用的兩大教學項目，即：靜力學（側重外力分析及計算——力系類型），材料力學（側重內(nèi)力及應力分析 ——變形類型）。再依據(jù)解決工程實際應用問題所需要的必備專業(yè)基礎知識，培植能力提升和拓展素質(zhì)要求，將每個教學模塊分解成知識結構模塊、能力提升模塊和素質(zhì)拓展模塊等三大模塊，共計10個素質(zhì)拓展子模塊（如表 1）。

上述兩大模塊中的第一模塊靜力學，需要18學時，主要以力的受力分析和平面一般力系為重點，旨在外力分析及外力計算，外力計算主要指計算構件約束力。平面力系約束力的計算千篇一律，只要知道模塊結構、力系類型，即可順利掌握和拓展相關知識結構，需要1/5左右學時。其中，空間力系平衡的相關計算，上述平面力系計算模塊也可使用，而且學時數(shù)少，只有在講授空間力對點之矩和空間力對軸之矩的相關內(nèi)容時，所需課時稍多，需要2學時。這主要是為后續(xù)工科類學生很好的學習工程零件運動分析打下基礎。

針對材料力學這一教學模塊，需要的學時為30學時，其中包括8學時的實踐教學，即材料在拉伸時的力學性能、圓軸扭轉實驗、電測實驗、材料彎曲變形時的正應力測定實驗。實踐教學重在學生參與，以及學生動手操作能力提升。課堂教學旨在學生基礎知識夠用，拓展知識、專業(yè)知識順利銜接。具體內(nèi)容講授材料的軸向拉壓、剪切、扭轉和彎曲幾種基本變形。四種變形都是分析內(nèi)力，可以看成一個子模塊，分層遞進講清楚，需要2學時。強度計算主要針對正應力或切應力計算，基本變形不同，應力不同，在講授這個子模塊時，可以結合工程實例，比如圓軸扭轉可以用齒輪軸作為實例，拉壓桿可以舉例桁架，扭轉變形可以舉例鍵連接、剪刀、銷軸等，彎曲變形可以舉例橋梁、陽臺、電線桿、大樹等，因常見故容易理解，思路也清晰，所產(chǎn)生的應力也就隨之理解，這一子模塊需要10學時。對應力狀態(tài)和強度理論以及組合變形這個子模塊，只要講清楚一點處的應力狀態(tài)，拓展都平面應力狀態(tài)分析，把解析法和圖解法（莫爾圓）連貫起來，問題就簡單明了了。根據(jù)強度理論建立組合變形強度條件。這個子模塊需要8學時。壓桿穩(wěn)定這一子模塊純粹為理論講解和課題練習，按照常規(guī)方法即可完成教育教學目標。這樣，學生的素質(zhì)能力在實踐和理論教學中提高，由量變到質(zhì)變，達到預期的效果。

綜上，在新一輪高等教育教改以及新疆工程學院爭創(chuàng)一流應用型本科轉型之際，傳統(tǒng)的工程力學教學方法已經(jīng)不能滿足或者說是不能適應應用型人才的需求。但是，就知識框架而言，應用型本科工程力學課程根本任務是為設計受載桿件遵循安全經(jīng)濟性準則提供理論依據(jù)、計算方法和試驗研究，從而應用于實踐。這個大的教學目標不能變。在表1設計過程中，我們采用系統(tǒng)論遞進創(chuàng)新法，將整個課程視為由剛體靜力學和變形體材料力學二個子系統(tǒng)組成的一個系統(tǒng)，靜力學主要研究剛體在力系作用下的平衡規(guī)律，研究的理論依據(jù)是靜力學公理和等效力系的簡化，主要解決桿件受力分析和平衡計算問題，是學習材料力學和整個課程的理論基礎。材料力學主要研究桿件變形體在外力作用下的力學響應和材料的力學性能，借助構件系統(tǒng)平衡條件建立數(shù)學模型進行分析計算，主要解決構件受力變形破壞規(guī)律，即：強度、 剛度和穩(wěn)定性問題，其核心要素內(nèi)容就是內(nèi)力、應力分析，強度、剛度計算應用于工程實例。依次達到應用型本科工程力學教育教學改革的目的。

模塊化遞進教學是指依據(jù)應用型本科注重實踐應用辦學特點，從企業(yè)需求、就業(yè)崗位能力和學生全面持續(xù)發(fā)展出發(fā)，以解決問題為導向，對以往工程力學課程體系經(jīng)過從易到難的知識結構進行整合，遞進式知識提煉，形成若干項目子模塊，設置出知識、能力和素質(zhì)三大教學模塊和實踐訓練任務，使其教學過程按照知識—能力—素質(zhì)這一順序開展的由低到高的教育教學實踐活動。

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作者簡介：

王蕓（1980年-），女，碩士，副教授，研究方向：機械動力學，力學。

王宏（1981年-），男，碩士，副教授，研究方向：機械工程。