孟 卓 劉 舟 閆 蕊

西安航空學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院 陜西西安 710077

高等教育人才培養(yǎng)目標(biāo)提出：應(yīng)用型人才應(yīng)具有寬廣的知識(shí)面、掌握扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)、較強(qiáng)的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，能將理論與實(shí)踐恰當(dāng)結(jié)合，辯證地、創(chuàng)造性地應(yīng)用所掌握的知識(shí)指導(dǎo)并解決工程實(shí)際問(wèn)題[1]。應(yīng)用型本科院校應(yīng)據(jù)此制訂以“應(yīng)用”為特征的課程教學(xué)內(nèi)容體系，重視對(duì)學(xué)生應(yīng)用技術(shù)的能力和管理能力的培養(yǎng)[2]。

我校為應(yīng)用型本科院校，將工程力學(xué)課程作為工科學(xué)生必修的專(zhuān)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，該課程是架設(shè)在基礎(chǔ)課與專(zhuān)業(yè)課之間的重要橋梁。工程力學(xué)課的顯著特點(diǎn)是“三強(qiáng)三多”即理論性、綜合性、實(shí)用性強(qiáng)，定(公)理多、公式多、計(jì)算多。在目前理論課學(xué)時(shí)不斷減少的形勢(shì)下，要提高工程力學(xué)課的教學(xué)質(zhì)量和效果，進(jìn)行教學(xué)改革刻不容緩。立足本校專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)(應(yīng)用型工科)及生源特征(理論基礎(chǔ)薄弱、學(xué)習(xí)習(xí)慣欠佳、學(xué)生有動(dòng)手實(shí)踐的興趣等)，借鑒前人教學(xué)與改革經(jīng)驗(yàn)，本?；A(chǔ)力學(xué)教學(xué)組從以下四個(gè)方面對(duì)工程力學(xué)課程進(jìn)行了改革探索。

1 改革教學(xué)內(nèi)容 調(diào)整教學(xué)順序

1.1 整合教學(xué)內(nèi)容 采用模塊化教學(xué)

工程力學(xué)課程涵蓋了理論力學(xué)和材料力學(xué)的主干內(nèi)容，其內(nèi)容豐富，邏輯推理嚴(yán)密，知識(shí)覆蓋面廣[3]；同時(shí)也存在著內(nèi)容抽象、知識(shí)點(diǎn)多而散，部分例題、習(xí)題與工程實(shí)踐切合度低等問(wèn)題；初學(xué)者對(duì)該課程在其專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的重要性缺乏認(rèn)識(shí)，導(dǎo)致其學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性不足，在當(dāng)前課時(shí)量削減、課堂信息量增多的背景下，教師很難在限定課時(shí)內(nèi)高質(zhì)量地完成全部的教學(xué)內(nèi)容。鑒于此，本校工程力學(xué)教學(xué)組以實(shí)用、夠用為原則，弱化公式推導(dǎo)，強(qiáng)化工程應(yīng)用，根據(jù)專(zhuān)業(yè)需求，結(jié)合學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備水平，對(duì)工程力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行精簡(jiǎn)整合，選擇與學(xué)生所學(xué)專(zhuān)業(yè)聯(lián)系緊密的工程案例，有針對(duì)性地精講多練，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)力學(xué)的興趣、訓(xùn)練學(xué)生解決問(wèn)題的能力；注重以工程背景、構(gòu)件的工作環(huán)境為切入點(diǎn)對(duì)工程案例進(jìn)行剖析，引導(dǎo)學(xué)生合理簡(jiǎn)化問(wèn)題，建立工程問(wèn)題的力學(xué)模型，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

通過(guò)組內(nèi)研討，將主要知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)(如圖1所示)，采用模塊化教學(xué)，每個(gè)大模塊細(xì)化為若干子模塊，根據(jù)專(zhuān)業(yè)需求，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行多模塊靈活組合。將剛體靜力學(xué)、變形體靜力學(xué)以及基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)作為基本模塊，每個(gè)基本模塊中的子模塊在具體授課內(nèi)容上根據(jù)專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)設(shè)置不同的工程案例；在專(zhuān)題討論模塊、實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬模塊中，根據(jù)學(xué)生掌握知識(shí)的能力差異，設(shè)置了深入學(xué)習(xí)子模塊和專(zhuān)業(yè)特色子模塊(例如一部分專(zhuān)業(yè)側(cè)重于動(dòng)載荷問(wèn)題的討論，另一部分專(zhuān)業(yè)需要掌握動(dòng)力學(xué)或運(yùn)動(dòng)學(xué)相關(guān)知識(shí)等)，既能讓一般學(xué)生掌握最基本的力學(xué)知識(shí)，又為參加學(xué)科競(jìng)賽、技能比賽及考研等學(xué)有余力的學(xué)生提供學(xué)習(xí)力學(xué)的接口。

圖1 教學(xué)模塊

1.2 調(diào)整教學(xué)順序 貫穿學(xué)習(xí)主線

根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)與規(guī)律，調(diào)整教學(xué)順序。打破傳統(tǒng)教材按變形形式開(kāi)展教學(xué)的模式，以問(wèn)題為導(dǎo)向，以工程需求為切入點(diǎn)，學(xué)會(huì)對(duì)構(gòu)件進(jìn)行受力分析，總結(jié)其受力特點(diǎn)、變形特點(diǎn)，進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算及應(yīng)力與強(qiáng)度分析、變形與剛度分析等，縮短理論課的教學(xué)周期，避免學(xué)生學(xué)新忘舊；引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)類(lèi)比、對(duì)比的方法對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行歸納總結(jié)，為學(xué)生系統(tǒng)的、有規(guī)律的記憶和理解所學(xué)知識(shí)提供幫助，通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生觀察身邊的實(shí)物，思考生活中的力學(xué)問(wèn)題，分析身邊的工程案例，舉一反三，形成系統(tǒng)，增強(qiáng)對(duì)力學(xué)概念的理解與記憶。

抓住知識(shí)的共性及邏輯關(guān)系，幫助學(xué)生構(gòu)建學(xué)習(xí)主線。如在變形體靜力學(xué)部分要抓住“外力分析—內(nèi)力分析—應(yīng)力、應(yīng)變分析(強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性分析)—能量分析”這條主線[3]，引導(dǎo)學(xué)生明確學(xué)習(xí)任務(wù)和目的。在教學(xué)中，注重各教學(xué)模塊、各知識(shí)點(diǎn)間的聯(lián)系與對(duì)比，幫助學(xué)生加深對(duì)知識(shí)的理解。通過(guò)算例，讓學(xué)生體會(huì)不同的變形，求解其應(yīng)力的計(jì)算公式雖不同，但都反映了應(yīng)力與內(nèi)力、截面幾何性質(zhì)之間的關(guān)系的實(shí)質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)，將各類(lèi)強(qiáng)度條件及其工程應(yīng)用聯(lián)系起來(lái)。

2 改革教學(xué)模式 適時(shí)轉(zhuǎn)換教與學(xué)的主體地位

傳統(tǒng)的、以教師為中心的教學(xué)模式有利于教學(xué)的組織與管理、按時(shí)完成教學(xué)任務(wù)，也有利于系統(tǒng)地完成知識(shí)的傳授。但這種教師一言堂的模式，學(xué)生參與度較低，課堂氣氛沉悶，不利于應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)要求中對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[4]。為了改變這種狀態(tài)，許多教師前輩也做了大膽的嘗試與改革，形成了以“學(xué)生為中心”的教學(xué)模式[5-8]，這種模式對(duì)培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、積極、主動(dòng)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力有所幫助，然而也存在著學(xué)生對(duì)所獲取的知識(shí)缺乏系統(tǒng)、全面認(rèn)識(shí)，對(duì)知識(shí)要點(diǎn)的歸納與總結(jié)缺乏完整性等弊端，一定程度上也影響了教學(xué)的質(zhì)量和進(jìn)度，難以在大規(guī)模教學(xué)中推廣。

鑒于以上兩種改革模式存在的問(wèn)題，教學(xué)組充分利用現(xiàn)代化工具，采用混合式教學(xué)，根據(jù)需求適時(shí)轉(zhuǎn)換師生的主體地位，主要表現(xiàn)有以下幾點(diǎn)。

一是基于SPOC的混合式教學(xué)。針對(duì)不同專(zhuān)業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，教師自制網(wǎng)絡(luò)課程或借鑒網(wǎng)絡(luò)優(yōu)秀課程，形成適合本校學(xué)生的小型SPOC課程，在校園網(wǎng)發(fā)布，讓學(xué)生在一定時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行線上學(xué)習(xí)、測(cè)評(píng)及討論，教師花較少的時(shí)間在實(shí)體課堂上對(duì)重、難點(diǎn)問(wèn)題及共性問(wèn)題講解、討論，這種模式將傳統(tǒng)課堂教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)課程有機(jī)融合，使教師與學(xué)生的主體地位在教與學(xué)中合理轉(zhuǎn)換，激發(fā)學(xué)生興趣和學(xué)習(xí)熱情，提高課堂參與度和學(xué)習(xí)主動(dòng)性，同時(shí)也使得教學(xué)內(nèi)容系統(tǒng)化、完整化，進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量。

二是開(kāi)展翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)。結(jié)合學(xué)生專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，精選工程案例，精心制作課程視頻，課前發(fā)給學(xué)生學(xué)習(xí)，讓學(xué)生提前準(zhǔn)備課堂討論資料；精心設(shè)計(jì)課堂流程，在師生討論與互動(dòng)中激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，鼓勵(lì)學(xué)生講課，教師適時(shí)做必要的補(bǔ)充，使學(xué)生所學(xué)知識(shí)邏輯更清晰、更系統(tǒng)，也使學(xué)生的綜合能力得到鍛煉。

三是將手機(jī)作為課堂教學(xué)的有力補(bǔ)充。目前，智能手機(jī)及網(wǎng)絡(luò)已成為大學(xué)生的標(biāo)配，合理利用手機(jī)，建立課程討論群、微信公眾號(hào)等平臺(tái)，及時(shí)推送課程內(nèi)容，并進(jìn)行有效監(jiān)督，使手機(jī)成為學(xué)生學(xué)習(xí)的有力幫手，有效地將課堂教學(xué)延伸，為學(xué)有余力的學(xué)生提供深入學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。

與時(shí)俱進(jìn)，充分利用現(xiàn)代化手段，進(jìn)行混合式教學(xué)，使教師和學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容和教學(xué)過(guò)程都達(dá)到了一個(gè)新的認(rèn)識(shí)高度，學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力得到了充分發(fā)揮，對(duì)力學(xué)概念、力學(xué)原理的理解和認(rèn)識(shí)更加深刻，取得了較好的教學(xué)效果。

3 改革實(shí)踐教學(xué)模式

實(shí)驗(yàn)是工程力學(xué)課程的重要內(nèi)容之一，也是培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力的重要環(huán)節(jié)[9]。因此，結(jié)合我校人才培養(yǎng)目標(biāo)，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知能力和專(zhuān)業(yè)差異，力學(xué)組通過(guò)深入討論，根據(jù)工程力學(xué)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了一系列的改革嘗試。

一是通過(guò)科技社團(tuán)、學(xué)科競(jìng)賽及第二課堂為學(xué)生開(kāi)辟了設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)，如組合梁彎曲正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)、電測(cè)主應(yīng)力實(shí)驗(yàn)、振動(dòng)實(shí)驗(yàn)、組合梁力素測(cè)定實(shí)驗(yàn)、壓桿的穩(wěn)定性測(cè)試及典型機(jī)械零部件疲勞實(shí)驗(yàn)等。

二是通過(guò)選修課、第二課堂及畢業(yè)設(shè)計(jì)為學(xué)有余力的學(xué)生開(kāi)設(shè)了開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)。引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)使用MatLab及Mathematical等數(shù)值計(jì)算軟件及ANSYS，PATRAN，ABAQUS等有限元軟件，通過(guò)計(jì)算軟件及仿真軟件，學(xué)生能夠避開(kāi)煩瑣的力學(xué)計(jì)算及抽象的思維，更直觀、形象的體會(huì)力學(xué)的魅力及力學(xué)知識(shí)在工程問(wèn)題中的應(yīng)用，學(xué)會(huì)利用現(xiàn)代化工具解決工程問(wèn)題的初步方法，培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問(wèn)題的思路和操作流程。

三是加快加強(qiáng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。積極建設(shè)力學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)(已立項(xiàng))和力學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)室，為更多的學(xué)生提供更便捷的實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)，培養(yǎng)學(xué)生積極思考、動(dòng)手操作的能力。

4 改革評(píng)價(jià)模式

傳統(tǒng)的“期末考試+平時(shí)成績(jī)”的考核方式雖然操作簡(jiǎn)單，但這種方式很容易讓學(xué)生迷失學(xué)習(xí)力學(xué)的目的和意義，不利于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。因此，將學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、參與度、解決問(wèn)題的能力及表達(dá)溝通等表現(xiàn)納入考查內(nèi)容，注重對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程考核并形成過(guò)程評(píng)價(jià)體系[4]顯得更為合理而重要。具體操作為：課程考試(占40%)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)(占30%)、過(guò)程成績(jī)(占30%)。其中，考試采用閉卷進(jìn)行，考題應(yīng)盡可能多樣化，既要考查學(xué)生力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、基本概念的理解和掌握，又要體現(xiàn)對(duì)應(yīng)用力學(xué)理論綜合分析能力的測(cè)試；實(shí)驗(yàn)成績(jī)要通過(guò)對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力、創(chuàng)新能力、實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量和應(yīng)用工程軟件解決工程問(wèn)題的能力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)；過(guò)程成績(jī)由出勤率、作業(yè)質(zhì)量、大作業(yè)(或討論區(qū)的表現(xiàn))、課堂參與度及翻轉(zhuǎn)課堂中的表現(xiàn)進(jìn)行綜合評(píng)定。這一評(píng)價(jià)模式的改革，能使學(xué)生認(rèn)識(shí)到工程力學(xué)課程的重要地位，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)力學(xué)的興趣和應(yīng)用力學(xué)知識(shí)的積極性，對(duì)提高其創(chuàng)造性思維和工程應(yīng)用能力具有明顯的積極作用。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上的教學(xué)改革措施，有效調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)力學(xué)的積極性和主動(dòng)性，在培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題的能力、動(dòng)手實(shí)踐能力、工程應(yīng)用能力及創(chuàng)新思維能力等方面起到了有效的推動(dòng)作用。近年來(lái)，扎實(shí)的力學(xué)知識(shí)和實(shí)踐能力使得學(xué)生在參加的各級(jí)各類(lèi)學(xué)科競(jìng)賽和技術(shù)競(jìng)賽中受益匪淺，獲獎(jiǎng)的級(jí)次有所提升，考研學(xué)生的上線率和畢業(yè)生的論文質(zhì)量也都有所提高，進(jìn)入工作崗位的畢業(yè)生也得益于較強(qiáng)的動(dòng)手操作能力而不凡表現(xiàn)，能取得更好的發(fā)展。鑒于我校升本時(shí)間不長(zhǎng)，力學(xué)教學(xué)改革實(shí)施的時(shí)間較短、樣本數(shù)量有限，更深入的改革仍需要在日后的教學(xué)實(shí)踐中不斷探索、逐步完善。