工程力学课程建设的认识与实践

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　　摘要：在大学一流本科教育、新工科建设、工程教育认证的趋势下，《工程力学》作为高等院校工科专业的一门重要技术基础课程，也是学生入学后涉及工程实际较多的课程和学校工科专业重点建设的课程之一。文章结合我校《工程力学》课程建设和教学实践探索，从教学目标、教学内容、教学队伍及教学方法与手段四个方面对建构教与学进程中工程力学课程建设进行探索与思考。
　　关键词：工程力学；课程建设；教学反思
　　中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）30-0140-03
　　《工程力学》是我校材料科学与工程、有色（钢铁）冶金工程、新能源材料與器件、地质工程、环境工程、给排水科学与工程、城乡规划、建筑工程等专业由基础理论过渡到专业基础的一门十分重要的技术基础课程，从严密的逻辑思维系统中，提炼简化和探究科学原理，是工科学生分析解决工程中的力学问题的重要基础工具。
　　为了适应科学技术的飞速发展和进步，创新理念在驱动，科技的魅力不断在为人类造福。创新理念更新，推动所有学科在“与时俱进”，符合世界人民的人心所向。力学这一学科的研究和教育也不例外。力学的概念、理论和实验也随着生产技术进步、科技不断创新而有所变化，新的力学问题也随之而来，让人们不断再学习、接受并拓展应用空间。我国也启动了新工科改革与建设。工程力学的教学目标、教学内容、教学队伍、教学方法与手段、教学思考等方面也应做出适当的改革。
　　一、优化教学目标
　　《工程力学》课程教学面向我校材料科学与工程、有色（钢铁）冶金、新能源材料与器件、地质工程、环境工程、给排水科学与工程、城乡规划、建筑工程等工科专业。工程力学课程教学目标是使学生获得一定的基础力学知识，为专业课学习提供必要的理论基础。通过课程教学，使学生掌握工程力学这门学科的基本理论和基本的计算方法，培养学生解决问题和分析问题的能力。这与国家培养创新型人才的要求不相匹配。因此，本课程将在课程原有教学目标的基础上，注重培养学生的力学分析思维和力学建模思维，为建立学生的批判性思维和研究型思维打下良好的基础，进而促进学生的创新能力的提高。
　　二、改革教学内容
　　依据各学科专业的人才培养体系，优化本课程体系，构建高水平课程平台。结合一流本科教育[1]、工程教育认证[3]和新工科[4]发展的要求以及地方高等院校的实际情况，在围绕培养学生知识、能力、素质结构中寻求平衡点的基础上，进一步培养学生的批判性思维和研究型思维。在课程体系和教学内容方面，不断进行内容的整合和调整，实现教学内容的基础性、实用性和前沿性的结合，设置合理的课程体系，强化实践性教学环节对学生的训练和培养。结合授课对象的专业特点及后续课程需求，不同专业侧重点不同。土建类各专业加强静力学部分、偏心压缩及截面核心等知识点；机械类各专业加强运动学、动力学部分、弯扭组合等知识点；工程管理、环境等专业掌握静力学、基本变形的强度、刚度、稳定性计算等知识点的基本概念、基本计算，使学生具备基本的工程力学素质。
　　在力学教学中，应当引导学生能够在了解力学原理的基础上，将所学的数学知识应用于力学分析和工程分析中去，能够定性和定量地描述力学问题，并给出确切的数学表述。工程上的创造性元素包含着简明的科学原理，要使学生能够将工程问题化解为相应的数学物理模型，深化对工程问题的理解。除在现有教学活动中介绍大量与工程力学课程教学内容相关的古典与现代的工程实例、工程灾难性事故的力学破坏分析，还开设了开放式实验教学项目，从而开拓学生的视野，激发学生对力学基础课程学习的热情和积极性。教学内容的改革和创新需要探究深层内涵：（1）对教材中某些不完善、不准确甚至错误的论述或表述加以纠正或完善。要超越现有教学内容，并且要深入了解对于现有内容有意义的内容。（2）一般的工程力学中称横向变形与轴向变形的负值或绝对值为泊松比的定义，后来人们发现了“负泊松比”的材料，两个定义不再一致。（3）关于确定横截面上内力的截面法。讲授者一般采用老步骤，即：截开-取隔离体-写平衡方程。没有尝试新的思路和方法，例如力系简化的方法。（4）关于载荷集度、剪力、弯矩之间的微分关系，通常授课者限于根据微分关系确定剪力图和弯矩图的形状，很少有人思考利用微分关系的反运算——积分，确定梁上有分布载荷作用时，弯矩图的极值点的位置以及极值点的弯矩数值。
　　三、加强教学队伍建设
　　目前，我校工程力学课程组教学队伍由10人组成，教学队伍中有4人赴国内外高校交流学习，3人曾获得中国力学学会优秀教师，增强了教学与科研能力。该课程教学团队具有良好的学历结构、学缘结构和年龄结构，是一支年轻化的团队，平均年龄36岁。主讲教师多年从事工程力学及相关专业的教学工作，具有扎实的理论基础和丰富的教学经验，教学效果优良。为了使教学队伍的知识结构、年龄结构更趋合理，教研室按计划、有目的地培养或引进中青年教师。课程教学团队重视梯队建设，培养年轻教师，目前教师中具有博士、硕士学位的占81.8%。对新开课的教师，教研室均组织课程组从教案、习题到讲课等各个环节进行综合评定；对团队中其他成员均采用不定期地听课及向学生问卷调查和评教等方式检查其教学效果，并采用“传、帮、带”的方式，安排具有多年教学经验的老教师帮助青年教师尽快成长。同时按时召开教学研讨活动，组织团队成员参加由中国力学学会和教育部高等学校力学教学指导委员会负责的“中国力学大会”、“全国塑性力学大会”、“力学课程报告论坛”、“全国基础力学青年教师讲课比赛”、“高等学校基础力学课程骨干教师高级研修班”、“全国周培源大学生力学竞赛”以及学校举办的“优秀课程示范教学沙龙”、“混合式教学研讨沙龙”等多种形式的学术交流活动，通过交流学习，青年教师在较短的时间内都能承担相关教学任务并取得了良好的教学效果。
　　课程建设是教学改革之本，课程教学是学生获得知识、发展能力的重要途径。一流的本科教育需要一流的课程教学；一流的课程教学需要一流的教学团队来保证。然而课程教学是几代人连续接力、传承的过程，没有一个人能够脱离前人的教学思想和教学方法，完成好个人的课程教学工作；个人的知识领域都是非常有限的，学术经历也是有限的。而课程教学要达到高水平，绝对不能限于课程本身，必须涉及很多相关的领域。比如，工程力学的强度、刚度和稳定性问题涉及土木、机械、航空、车辆、水利、地质、化工等等诸多工程；随着时代的进步、科学技术的不断发展，课程教学面临诸多挑战。例如，进入人工智能时代，我们的课程怎么教？教材怎么写？课程教学怎么评价？这些问题更不是几个人所能解决的，必须依靠团队。因此，课程教学团队建设的理念和机制[5-6]尤为重要。优秀的教学团队需要做到以下三个方面：一是重视教学，就是要意识到这是一种担当、一种应尽的责任——人才培养的责任，就是要肯于投入身心，就是要坚持教学与科研结合，努力使自己成为教学水平与学术水平兼备的优秀教师；二是研究教学，就是要区别于照本宣科的教书先生，新时代的高等学校的教师的教学工作应该是研究型的；三是做好教学，就是要提高课程的教学质量，提高人才培养的质量，更重要的是通过有效的教学环节，激发学生的创新思维。 　　四、提升教学方法与手段
　　当前信息化智能化的蓬勃发展为教育教学带来重要的变革机遇[2]，翻转课堂、慕课、微课堂已经成为时下人们普遍采用的学习方式[7-8]；而“混合式学习[9]”也成为教育创新的一个热点，它整合在线学习与传统课堂学习的双重体验。探索以教师为主导、学生为主体的新型教学组织形式，然而如何形成一个以学生为中心的教育体系，以学生为中心的学习本质上是由两个相关的理念组合而成——个性化学习和基于能力的学习。构建以学生为中心的学习体系[10]的重要组成部分是学生养成了学习自主性、对自身进步的归属感，以及指引学习的后续能力。我校工程力学课程组积极开展教学方法和手段的探索，激发学生的学习热情和兴趣，实行启发式和互动式教学方法，在培养学生力学素质的同时，注意充分调动学生学习积极性，培养学生自主学习的意识及能力；有效地、恰如其分地使用现代教育技术在引进、消化、吸收的基础上，结合我校民族地区的实际情况，选用和编制了自己有特色的、实用性强的课堂教学电子教案和实验课教学电子教案，以及网上的教学资源，同时注重发挥传统教学手段的优点，使现代教育技术与传统教学过程紧密结合，注意引导学生思维。
　　五、教学思考
　　2000年以来，高等教育的本质发生了巨大的改变。入学率的大幅提高使大学不仅在专业性质而且在学生构成方面都形成了多样性。课堂教学必须契合多样化的学生，但多样化带来的真正的问题还藏匿于大学和课程内部。应对多样性的问题，主要就在于如何改进教与学，我们教师如何认识教学本身，如何依据学生的学习开展教学。有效的教学应该是将教与学有机地联系起来，为促进学生学习、达到预期成效的途径。这就需要关注学生的智力、学习方式和动机、学习环境等。
　　工程力学是材料、地质、环境、建筑工程等工科类专业的重要的技术基础课程，是后续有关专业课的基础。本文以如何开展好工程力学课程建设为目标，针对当前课程建设的重点，分别从教学目标、教学内容、教学队伍、教学方法与手段、教学思考等方面出发，提出了几点建议。希望通过课程建设与研究使老师们不断体会力学课程中所蕴含的科学思想，帮助学生剖析工程问题，提炼力学模型，塑造工程思维，逐渐构建与提升学生的科学精神和工程意识，为将来的学习和工作打下坚实的基础。
　　参考文献：
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　　[6]范钦珊，殷雅俊，陈建平，郭光林.实施研究型教学的创新之路[J].中国高等教育，2013，（5）：23-25.
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