新工科背景下基于“卓越工程師”培養(yǎng)材料類《工程力學(xué)》教學(xué)改革探索

田海霞

【摘要】“新工科”建設(shè)背景下，為加強(qiáng)學(xué)生的思政教育及培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的“卓越工程師”，有必要對材料成型與控制專業(yè)《工程力學(xué)》課程進(jìn)行有效的教學(xué)改革。文章主要從德育素養(yǎng)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式等多方面融入思政教育及“新工科”人才的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，以激發(fā)學(xué)生的專業(yè)興趣、拓展課程深度，提升本課程的教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)出高素質(zhì)、創(chuàng)新性的卓越工程師。

【關(guān)鍵詞】工程力學(xué)? 教學(xué)改革? 工程師

【中圖分類號】G642.0;TB12-4? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）24-0193-02

面對新一輪的科技和產(chǎn)業(yè)革命，需要對傳統(tǒng)工科教育進(jìn)行升級改造形成新的工科教育形態(tài)——新工科;與此同時，教育部聯(lián)合多部門啟動了“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，以培養(yǎng)、造就一批工程實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)及具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型人才[1]。在“新工科”背景下，為培養(yǎng)“卓越工程師”，各專業(yè)課程都要進(jìn)行改革創(chuàng)新。工程力學(xué)課程教學(xué)在傳授學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)知識的過程，有必要培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和愛國主義精神;因此，任課教師需要深挖知識點(diǎn)中的思想政治素材，將課程思政內(nèi)容與專業(yè)課教學(xué)有機(jī)結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)知識傳授、能力培養(yǎng)和價值塑造三位一體的教學(xué)目標(biāo)。

一、目前《工程力學(xué)》教學(xué)中存在的問題

“工程力學(xué)”與數(shù)學(xué)聯(lián)系緊密，定理多、公式多，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中即吃力又枯燥，使得學(xué)生一般較難完全理解和接受;并且教材中的力學(xué)模型未與工程實(shí)際結(jié)合起來，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)中缺乏明確的工程目標(biāo)，難以理解學(xué)習(xí)的目的和意義。另外，作者在教學(xué)實(shí)踐中還發(fā)現(xiàn)了其他一些代表性的問題：（1）“課程思政”與專業(yè)知識教育相對獨(dú)立，沒能實(shí)現(xiàn)融會貫通，授課過程中往往重視知識點(diǎn)的講授，忽略知識點(diǎn)的工程意義和思政滲透。（2）工程力學(xué)主要分靜力學(xué)和材料力學(xué)，其中材料力學(xué)部分中的拉伸、壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲變形比較抽象，沒有直觀圖片或者動畫可以觀察變形過程中的應(yīng)力變化及分布，使得學(xué)生只能根據(jù)自身的想象力構(gòu)建變形模型，造成學(xué)生似懂非懂的，等到自己獨(dú)立思考時就發(fā)現(xiàn)一頭霧水，從而大大降低學(xué)生的自信心和積極性。（3）工程力學(xué)課程最終考查方式基本都是結(jié)課后的考試，并且試題通常是生搬硬套，無法了解學(xué)生是否真正掌握課程內(nèi)容，導(dǎo)致在后續(xù)其他課程中需要運(yùn)用工程力學(xué)的知識點(diǎn)時甚至出現(xiàn)一問三不知的情況，從而影響到其他課程的教學(xué)進(jìn)度及效果。

直面這些問題，探索解決之途徑是新工科背景下基于“卓越工程師”培養(yǎng)在“工程力學(xué)”教學(xué)方面亟待開展的工作。

二、《工程力學(xué)》教學(xué)內(nèi)容的改革措施

（一）課程思政教學(xué)設(shè)計(jì)

表1? 《工程力學(xué)》教學(xué)內(nèi)容與思政元素的對應(yīng)關(guān)系

尋求工程力學(xué)課程專業(yè)知識與思想政治教育內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)性，并在課程開展過程中，將思想政治教育的相關(guān)內(nèi)容嵌入到學(xué)科教育當(dāng)中，通過學(xué)科滲透的方式達(dá)到思想政治教育的目的[2]。結(jié)合社會主義核心價值觀和中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化教育，深挖課程所蘊(yùn)含的思政內(nèi)涵，在知識傳授和能力培養(yǎng)過程中“無痕”地融入思政教育，凸顯課程價值引導(dǎo)功能，從而實(shí)現(xiàn)知識傳授、能力培養(yǎng)和價值塑造三位一體的教學(xué)目標(biāo)。結(jié)合《工程力學(xué)》教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)，對工程力學(xué)課程的專業(yè)知識點(diǎn)與思政元素的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行了總結(jié)（如表1所示）。

（二）課程教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法改革措施

按照新工科背景下“卓越工程師”培養(yǎng)的要求和目的，以及工程力學(xué)教學(xué)過程中存在的問題，再結(jié)合個人教學(xué)經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)有的教學(xué)改革成果，現(xiàn)對材料成型與控制專業(yè)的工程力學(xué)教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法提出以下幾點(diǎn)建議：

1.工程力學(xué)教學(xué)內(nèi)容改革措施

工程力學(xué)主要是材料成型與控制專業(yè)后續(xù)專業(yè)課程的基礎(chǔ)，因此在教學(xué)內(nèi)容的改革，主要是在理清基本概念和定理的基礎(chǔ)上，在內(nèi)容上結(jié)合工程實(shí)際并找出與其他專業(yè)課程的關(guān)聯(lián)性。

（1）靜力學(xué)部分。

靜力學(xué)主要研究兩個基本問題：①力學(xué)的簡化;②物體在力學(xué)作用下的平衡條件。在研究物體的平衡條件或計(jì)算工程實(shí)際問題時，須將一些比較復(fù)雜的力學(xué)進(jìn)行簡化為一個簡單的力學(xué)，使其作用效果相同，簡化的結(jié)果也是建立平衡條件的依據(jù)。因此，在靜力學(xué)部分物系的受力分析是關(guān)鍵，也是材料力學(xué)的基礎(chǔ)。物系的受力圖主要是根據(jù)靜力學(xué)公理和約束類型，在講解公理和約束力可借助圖片或視頻來幫助理解。物系平衡條件的建立關(guān)鍵是要準(zhǔn)確判斷力系類型，因此需要掌握不同力系的受力特點(diǎn)及性質(zhì)，正確選擇平衡方程。為了幫助理解不同力系受力特征可運(yùn)用機(jī)械構(gòu)件和裝置與工程實(shí)際相聯(lián)系，并鼓勵學(xué)生在課后建一些簡單的力學(xué)模型，這不但可以讓學(xué)生清楚學(xué)習(xí)這門課程的意義，而且還能培養(yǎng)其解決工程實(shí)際問題的能力。

（2）材料力學(xué)部分。

材料力學(xué)研究的問題是構(gòu)件（主要是桿件）的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，桿件的幾種基本變形形式是拉伸（或壓縮），剪切、扭轉(zhuǎn)和彎曲。這四種基本變形的內(nèi)力計(jì)算采用的都是截面法，平衡求解得到內(nèi)力的大小，方向的正負(fù)按照規(guī)定進(jìn)行判斷，這導(dǎo)致很多學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中既抽象又容易混淆。為了把這些抽象的力學(xué)模型直觀化，可以借助一些仿真軟件模擬四種基本變形的變化過程，比如有限元軟件ABAQUS，這個軟件不但可以把工程實(shí)際的力學(xué)模型原位還原，而且可以通過云圖直觀地看出構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)力的分布情況。采用這個方法，可以提升材料力學(xué)課程的教學(xué)效果，也能在有限的學(xué)時內(nèi)開闊學(xué)生的視野、提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

2.工程力學(xué)教學(xué)方法改革措施

隨著互聯(lián)網(wǎng)速度的提升和網(wǎng)絡(luò)工具的普及，傳統(tǒng)的教與學(xué)的模式已經(jīng)滿足不了信息化的學(xué)習(xí)需求。目前慕課已在國內(nèi)各大高校逐步發(fā)展起來，并且采用線上教學(xué)、交流及輔導(dǎo)的教學(xué)方式也獲得在校師生的認(rèn)可，因?yàn)橥ㄟ^這個方式學(xué)生可以自行安排學(xué)習(xí)及交流討論，并且也可以獲得更多的資源。材料成型與控制專業(yè)教師都承擔(dān)了科學(xué)研究或工程項(xiàng)目，研究內(nèi)容中基本都涉及材料力學(xué)的知識。授課老師可以選擇一些科研及工程實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論或者參與實(shí)踐活動，再結(jié)合在線課程建設(shè)，建立知識專題庫并積累下來，為學(xué)生提供豐富的工程實(shí)例的素材庫。通過結(jié)合信息化與工程實(shí)踐的教學(xué)方式，讓枯燥難懂的理論變得趣味橫生又不失其嚴(yán)謹(jǐn)，這不但有利于拓展工程力學(xué)課程的深度，還能強(qiáng)化學(xué)生解決實(shí)際問題的綜合能力。

3.工程力學(xué)考核方式改革措施

課程傳統(tǒng)的考核方式是平時成績（30%）和期末考試成績（70%）組成，這只對理論知識掌握程度進(jìn)行了考查，未對工程實(shí)踐方面的能力考查。為了提升學(xué)生的工程素養(yǎng)、培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力，對工程力學(xué)課程的考核方式提出新要求：豐富考核方式，注重實(shí)踐方面考查，減小期末成績比例，最終成績分配比例是期末考試成績（50%），平時課堂成績（20%）和實(shí)踐考查成績（30%）。實(shí)踐考查成績主要是實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)踐中操作及知識運(yùn)用能力，這部分成績的設(shè)置一方面是考查學(xué)生動手及解決實(shí)際問題的能力，有助于構(gòu)建學(xué)生的綜合知識結(jié)構(gòu)和鍛煉學(xué)生的組織協(xié)調(diào)能力;另一方面也是對教師課程設(shè)計(jì)提出了更高的要求，有利于工程力學(xué)的課程建設(shè)。

三、總結(jié)

工程力學(xué)課程不僅要為后續(xù)課程作鋪墊，而且要直接應(yīng)用于工程實(shí)踐?；谛鹿た票尘跋隆白吭焦こ處煛迸囵B(yǎng)，任課教師需要積極探索工程力學(xué)課程結(jié)構(gòu)和教學(xué)實(shí)踐的改革，不斷優(yōu)化教學(xué)模式從而提升工程力學(xué)的教學(xué)質(zhì)量，以達(dá)到培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生綜合能力，特別是增強(qiáng)其工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]湯強(qiáng).應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式下“工程力學(xué)”教學(xué)改革實(shí)踐探討[J].江蘇科技信息，2021（21）：63-65.

[2]袁軍亭，宋秋紅，張俊，等.《工程力學(xué)》課程思政的實(shí)施與思考[J].教育教學(xué)論壇，2019（45）：41-42.