“互聯網+”背景下“工程力學”教學改革的探索與實踐

楊潔 張明月 楊蘭

摘? 要：工程力學是高校不同工程學科專業(yè)的一種關鍵的專業(yè)基礎課，是后續(xù)課程學習的基礎。本文分析了當前工程力學課程的實際狀況和存在的問題，提出了使用自主研發(fā)的輔助教學軟件，在教學過程中達到課堂和課后與學生的通暢溝通，引進工程案例，轉變課堂教學方式，激勵和引導學生參與力學競賽以及改革考核模式等手段，開展工程力學課程綜合改革。

關鍵詞：互聯網+；工程力學；教學改革

中圖分類號：G420? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1673-7164（2023）17-0181-04

作者簡介：楊潔（1981—），女，碩士，沈陽城市建設學院高級工程師，研究方向為建筑結構力學分析、結構體系的選型研究；張明月（1981—），女，碩士，沈陽城市建設學院土木工程專業(yè)教研室主任，副教授，研究方向為工程結構抗震研究；楊蘭（1980—），女，碩士，沈陽城市建設學院高級工程師，研究方向為混凝土結構設計、高層建筑結構設計、BIM及智能建造技術。

“工程力學”是高校不同工程學科專業(yè)的一種關鍵的專業(yè)基礎課，是后續(xù)課程學習的基礎，是基礎課與專業(yè)課連接的樞紐，是學生面對專業(yè)的引導課程。因此，本課程在不同工科院校中具有諸多開課的院系，學生涉及范圍大，必須進一步深入分析本課程教學中存在的一些問題，并且提出部分有效改革手段。為了使學生在本課程學習過程中存在的一些常見問題得到解決，助力學生攻克難關，必須進一步掌握工程力學這門承上啟下的課程的基本內容和精華，為后續(xù)課程專業(yè)學習奠定基礎。

一、“工程力學”課程的現狀及問題

“工程力學”課程關鍵涉及理論力學與材料力學兩方面的內容，共計56學時，其中，40學時為講授，16學時為實驗課。理論力學僅包括靜力學的內容，關鍵對剛體的簡化和平衡規(guī)律進行分析，材料力學方面包括可變形固體的受力與變形間的關系，從最簡單的拉（壓）、扭轉、平面彎曲這幾個基本變形出發(fā)，一直到復雜的組合變形和壓桿穩(wěn)定，從簡單到復雜，邏輯縝密。有效地學習本學科對于培養(yǎng)學生運用力學知識分析和解決具體技術問題的技能起著關鍵作用［1］。然而，目前國內多所高校“工程力學”領域的教學面臨著教學課時數不斷壓縮，而教學內容和教學要求不斷提高的局面。目前，在各高校開展工程力學課程通常存在以下問題：

1. 由于本課程自身理論性相對較強，具有諸多公式、定理，在學習時必須利用高等數學、大學物理等前導課程為基礎。當學生在前導課程的學習過程中出現了不足，必定使“工程力學”的學習與掌握產生困惑，導致這部分根底差的學生出現畏難思想，從而出現自暴自棄的想法。教師怎樣在教學過程中指導和幫助這些學生是一個非常關鍵的問題［2］。為了對本課程學生的學習難點和感受進行進一步的了解，本研究對往屆學生進行了問卷調查。反饋回來的調查結果顯示：有18%的人認為該課程的難度非常大，有44%的人認為難度很大，前兩種加起來為62%，32%的人認為難度一般，只有6%的人認為這很容易。本次調查數據表明，“工程力學”課程在學生的學習過程中，大部分難以消化，需要任課教師與當前的技術措施相結合，依賴互聯網普遍推廣的適宜條件，使用多種措施幫助學生突破學習中的困難，盡量調動大部分學生的學習積極性，保證大部分學生跟上課程步伐不落伍［3］。

2. 由于課程教學大綱設置的內容諸多，教學課時受限，教師顧不及設置習題課，將學生組織起來進行諸多練習，對于學生對知識的消化吸收存在一定的影響。工程力學該門課程本身具有很強的實踐性，必須輔以相應數量的練習方能進一步實現理解與熟練利用基本力學的概念和方式。所以需要改革的重點之一就是如何加強實踐，如何與學生在課外進行答疑解惑 與交流。源于學生調查問卷當中顯示的問題分析：在工程力學課程中，學生通常對課后作業(yè)不夠注重，問卷呈現獨立自主完成的比例不到50%。最大的問題源于學生在完成課后練習的過程中面對難以解決的問題，不能夠利用自身能力使問題得到進一步解決時，無法實時得到進一步的幫助和引導［4］。許多學生要么復制東西，要么忽略它們，不予理會。如此這樣，課后作業(yè)的效果就大大降低，不能實現其應有的助于學生理解基本定理和公式，并進一步熟練使用的效果。

3. 如今，該課程的考核模式依舊基于期末閉卷考試，一次考核成績顯然難以準確顯示學生在學習過程中的表現。所以，必須對考核的方法進行相應的調整，提高過程性評估和學生實踐能力權衡的準確性。教師應在常規(guī)教學過程中定期進行階段性評估，這在一方面能夠促使學生實時消化和理解課程內容，在另一方面能夠進一步綜合客觀地評價學生的整體素質和學習效果，使得學生的評價更準確且科學［5］。

二、工程力學課程教學改革的具體舉措

（一）教學資源的數字化與在線化

1. 教學課件和教材的數字化處理。將課程教材和教學課件轉換為電子版，可以使用各種辦公軟件或電子出版工具進行制作和編輯。這樣可以方便教師對教材內容進行更新和修訂，也可以方便學生進行在線查閱和下載。

2. 視頻講解和實驗模擬的制作與共享。教師可以將課程中的重點知識點和難點進行錄制視頻講解，并上傳到視頻分享網站或在線教育平臺上，方便學生隨時隨地進行學習。同時，可以開發(fā)虛擬實驗平臺或模擬軟件，讓學生進行在線實驗模擬和操作實踐，提高他們的實踐能力和動手能力。

3. 建立課程網站或在線教育平臺。通過建立專門的課程網站或在線教育平臺，將教學資源進行整合和發(fā)布?？梢栽谏厦姘l(fā)布教學課件、視頻講解、實驗模擬等教學資源，學生可以通過注冊賬號進行訪問和下載。還可以在平臺上開設討論區(qū)或在線答疑，在線解答學生的疑問和困惑，促進教學互動和學術交流。

4. 開展在線課程和遠程教育。利用互聯網技術，可以開設基于互聯網的在線課程，讓學生通過網絡進行學習和參與。可以采用直播課堂的形式，實時給學生進行講解和答疑。還可以錄制課程視頻，讓學生根據自己的空閑時間進行學習。此外，可以引入遠程教育的方式，讓不同地區(qū)的學生都能參與到課程學習中來。

將教學資源數字化和在線化，使其可以隨時隨地進行訪問和使用。這樣不僅方便學生進行學習和復習，也方便教師進行教學內容的更新和修改。同時，互聯網平臺的建立和使用，能夠促進教學互動和學術交流，提升學生的學習效果和學習體驗。

（二）創(chuàng)新教學模式的探索與應用

通過引入在線學習工具和虛擬實驗平臺，結合多媒體、動畫和互動性強的教學內容，培養(yǎng)學生的自主學習能力和問題解決能力。可以組織在線討論和團隊合作活動，提高學生的互動交流和合作能力，激發(fā)學生的學習興趣和積極性。

（三）考核方式的創(chuàng)新與改進

傳統(tǒng)的課堂考試方式不再適應“互聯網+”背景下的教學模式。可以采用開放式作業(yè)、實踐項目報告、在線測驗等形式，全面評估學生的學習成果和能力。同時，利用數據分析和學習管理系統(tǒng)，對學生的學習情況進行實時監(jiān)測和個性化輔導，幫助他們更好地提升學習效果和水平。

（四）建立行業(yè)合作與實踐平臺

與相關企業(yè)或工程項目合作，開展實踐教學活動，讓學生親身參與真實工程項目的設計與實施過程，加強理論與實踐的結合。同時，通過與行業(yè)專業(yè)人士的交流和合作，向學生介紹最新的工程力學應用和發(fā)展趨勢，提高他們的工程素養(yǎng)和職業(yè)能力。

以上舉措旨在充分利用互聯網和現代信息技術手段，優(yōu)化“工程力學”課程的教學效果，提高學生的學習體驗和專業(yè)能力，使其更好地適應和應對互聯網時代的需求和挑戰(zhàn)。

三、工程力學課程教學模式的發(fā)展趨勢

（一）混合式教學模式

混合式教學模式是一種將傳統(tǒng)課堂教學與在線教育相結合的教學方法。通過利用互聯網技術和在線學習平臺，學生可以方便地獲取課程資料、觀看教學視頻以及參與在線答疑與討論。傳統(tǒng)課堂教學則更加注重培養(yǎng)學生的互動、實踐和問題解決能力。

在混合式教學模式中，學生可以通過在線平臺預習課程內容，并在課堂上與教師和其他學生進行互動交流。教師可以事先錄制教學視頻或提供在線教學材料，供學生在自己的節(jié)奏下進行學習。這種靈活的學習方式可以幫助學生根據自身的學習進度和學習風格進行學習，并提供更多學習的機會。傳統(tǒng)課堂教學在混合式教學模式中仍然扮演重要角色。課堂上的教學重點更加注重學生的互動和實踐。學生可以在課堂上與教師和其他學生進行討論、合作解決問題，從而加深對知識的理解和應用能力的培養(yǎng)。

混合式教學模式的優(yōu)勢在于充分利用了在線教育的便利性和互聯網技術的創(chuàng)新能力，同時保留了傳統(tǒng)課堂教學的互動性和實踐性。通過線上線下的教學資源共享和互動交流，混合式教學模式為學生提供了更加靈活、多樣化的學習方式，同時提高了教學效果和學生的學習動力。

（二）開放式教學資源

開放式教學資源是指利用互聯網技術和開放教育資源，為學生提供豐富、多樣化的學習資源。教師可以通過網絡共享課程教案、教學課件、實驗數據等教學資源，學生可以根據自己的需求選擇并使用這些資源進行學習。開放式教學資源的共享和利用能夠打破傳統(tǒng)課程的限制，給予學生更大的學習自主權和深度探索的機會。學生可以根據自己的學習進度和興趣選擇與之匹配的資源，并進行自主學習和深度探索。他們可以根據自己的學習風格和學習習慣，選擇閱讀、觀看教學視頻或進行相關實驗等方式進行學習。

（三）實踐導向的學習

在未來的工程力學課程中，學校將更加注重培養(yǎng)學生的實踐能力。傳統(tǒng)的課堂教學模式已經不能滿足學生對實際操作、問題解決和創(chuàng)新實踐的需求。為了提供更真實的實踐環(huán)境，學校將引入虛擬實驗室、仿真軟件和實物實驗等方式，讓學生能夠在課堂上進行實際操作和實踐活動。

通過虛擬實驗室，學生可以在計算機模擬環(huán)境中進行實驗操作，探索不同場景下的力學現象和工程問題。這種虛擬實驗的方式不僅能夠降低實驗成本和風險，還能讓學生在錯誤中學習，提高問題解決能力。仿真軟件的使用將提供更加復雜的工程力學模型和環(huán)境，幫助學生進行系統(tǒng)級的分析和設計。通過與虛擬實驗室結合，學生能夠在模擬環(huán)境下進行實踐探索，調整參數、觀察變化，達到更深入的理解和學習效果。除了虛擬實驗和仿真軟件，學校還將鼓勵學生參與實物實驗。實物實驗將提供真實的工程場景和設備，讓學生親自進行實際操作和觀察。這種方式可以幫助學生將理論知識與實際應用相結合，培養(yǎng)他們的實踐能力和創(chuàng)新精神。并且通過實踐導向的學習，學生將有機會在課堂上積累實際操作經驗，提高解決實際問題的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和動手能力。這種學習方式能夠更好地滿足工程力學專業(yè)的需求，使學生更好地應對未來的工作挑戰(zhàn)。

（四）異地協作與互動

隨著互聯網技術的發(fā)展，異地協作與互動已經成為現代教育的一個重要方面。在工程力學課程中，學校將利用互聯網技術，將不同地區(qū)、不同高校的課程資源進行整合和共享。通過搭建跨校、跨地域的合作與交流平臺，學生可以與其他學生進行線上協作，共同完成實驗報告、項目設計等任務。

利用在線協作平臺，學生可以不受時間和空間的限制，與其他學生進行實時交流和討論。他們可以共同解決問題、分享心得體會，相互學習和提高。通過互動交流與合作學習，學生能夠拓寬自己的視野，了解不同地區(qū)和學校的工程力學研究和實踐應用。此外，在線平臺還可以提供資源共享功能，學生們可以共享教材、學習資料和實驗數據，充分利用各校的優(yōu)勢資源。這樣的合作與交流平臺將為學生提供更廣闊的學習空間和合作機會，促進彼此之間的學習與成長。而且通過異地協作與互動，學生可以克服時間和空間的限制，拓展自己的學術圈子，與不同背景和經驗的人進行合作，提高自己的思維能力、溝通能力和合作能力。這種跨校、跨地域的合作模式將培養(yǎng)學生的全球化意識和跨文化交流能力，為他們未來的工作和發(fā)展打下堅實基礎。

（五）數據驅動的個性化學習

隨著大數據和人工智能技術的發(fā)展，數據驅動的個性化學習已經成為教育領域的一個研究熱點。在工程力學課程中，學校將通過數據分析和學習者建模技術，對學生的學習情況、興趣愛好進行深度分析，推送個性化的學習資源和學習計劃。

通過對學生學習情況的分析，系統(tǒng)可以根據學生的學習進度和表現，為其推薦適合的學習內容和學習資源。學生可以根據自己的學習需求和興趣進行學習內容的選擇和學習節(jié)奏的調整，更加高效地進行學習。此外，在學習者建模的基礎上，系統(tǒng)還可以為學生提供個性化的學習計劃。根據學生的學習目標和興趣愛好，系統(tǒng)可以為其設計合適的學習路徑和學習項目。這樣的學習計劃可以幫助學生更好地規(guī)劃學習時間和資源，提高學習效果和效率。數據驅動的個性化學習將為學生提供個性化的學習體驗和學習支持。學生可以根據自己的學習特點和需求進行學習調整，充分發(fā)揮自己的潛力和優(yōu)勢。這種學習模式不僅能夠提高學生的學習興趣和動力，還能夠更好地滿足學生的學習需求，提升學習效果和效率。

總之，未來工程力學課程將更加注重學生的實踐能力培養(yǎng)，通過虛擬實驗室、仿真軟件、實物實驗等方式提供真實的實踐環(huán)境；利用互聯網技術搭建跨校、跨地域的合作與交流平臺，促進學生之間的異地協作與互動；通過數據驅動的個性化學習，根據學生的學習情況和興趣愛好推送個性化的學習資源和學習計劃。這些措施將有效提升學生的學習效果和能力，培養(yǎng)他們成為具有實踐能力和創(chuàng)新精神的工程力學人才。

四、結語

“工程力學”是高等院校工程專業(yè)的一門重要課程，它對培養(yǎng)學生的邏輯思考能力、分析和解決問題的能力具有重要意義?！肮こ塘W”在新時期進行課程改革，應抓住當今網絡與智能手機的潮流，改變教學理念，不斷優(yōu)化教學手段、改進評估方法，注重培養(yǎng)學生自主學習和創(chuàng)新能力。這是一個長期的過程，教師、學生、學校要齊心協力、循序漸進地調整和改進，使“工程力學”成為學校優(yōu)秀本科教學的樣板，為學校的建設作出自己的貢獻。

參考文獻：

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［3］ 郭勇. 信息化背景下的工程力學教學改革措施［J］. 高教學刊，2019（14）：124-126.

［4］ 董茹，杜鵑，劉聰. 現代工程教育理念下工程力學課程教學改革［J］. 價值工程，2016，35（30）：175-176.

［5］ 劉燕，楊少紅，胡明勇，等. 以力學競賽促進工程力學課程教學改革探討［J］. 高等建筑教育，2016，25（02）：57-60.

（責任編輯：胡甜甜）