朱　全　紀　萍　陳　華　黃　魯　韓飛坡

新工科背景下《工程力學》課程教學研究

朱全1紀萍2陳華1黃魯1韓飛坡1

（1.馬鞍山學院智造工程學院，安徽 馬鞍山 243100；2.皖江工學院電氣信息工程學院，安徽 馬鞍山 243031）

《工程力學》是工科專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎課，文章通過對當前工程力學教學的學情分析，指出了當前教學中存在的弊病。同時根據(jù)“新工科”背景下對人才的培養(yǎng)目標要求，以工程能力為導向，從教學內(nèi)容、教學方法、考核方式等方面對工程力學課程教學進行了優(yōu)化。著重培養(yǎng)學生的工程實踐能力，全面提升學生的綜合能力。通過在馬鞍山學院智造工程學院的試行，學生的學習面貌顯著改觀，工程實踐能力得以提高，取得了較好的效果，為培養(yǎng)“新工科”人才打下了良好的基礎。

工程力學；新工科；教學研究

引言

《教育部高等教育司關于開展“新工科”研究與實踐的通知》（簡稱《通知》）中將“新工科”歸納為工程教育的新理念、學科專業(yè)的新結構、人才培養(yǎng)的新模式、教育教學的新質量、分類發(fā)展的新體系[1]。按照《通知》的文件精神，對本科生的培養(yǎng)應朝著應用型、交叉型、綜合型的方向發(fā)展?！靶鹿た啤北尘跋屡囵B(yǎng)的學生應當具備扎實的專業(yè)理論、良好的學習能力、較強的實踐能力以及積極的創(chuàng)新意識，不僅能運用所學知識解決當前問題，還能學習新的知識去解決發(fā)展中的問題。

《工程力學》是一門針對工科近機類和非機類專業(yè)開設的專業(yè)基礎課，主要培養(yǎng)學生對構件進行力學分析計算，以及對構件進行選型和設計的能力，是工科專業(yè)培養(yǎng)應用型、交叉型、綜合型人才的重要必修課[2]?！豆こ塘W》所涉及內(nèi)容不僅廣泛應用于機械、土木、環(huán)境等工程領域，同時該課程的分析方法還可以推廣到其它工科課程，比如《結構力學》《工程熱力學》等，因此掌握這門課程的內(nèi)容和學習方法對于后續(xù)相關課程的學習是至關重要的。本文通過對“新工科”教育理念的分析，結合當前的學情，對“新工科”背景下工程力學的教學進行了全方位的探索和改革。

1 培養(yǎng)目標和學情分析

近年來隨著我國高校招生規(guī)模不斷擴大，為社會培養(yǎng)了大量的工程技術工作者。注重理論教學、忽視實踐教學的工科專業(yè)傳統(tǒng)的教學模式，使學生畢業(yè)后很難做到學以致用。這種教學模式已經(jīng)難以滿足“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”等需求。因此要對傳統(tǒng)的工科教學進行深入改革，著力培養(yǎng)國家戰(zhàn)略規(guī)劃所需要的“新工科”人才。

1.1 “新工科”背景下人才培養(yǎng)目標

“新工科”背景下的人才培養(yǎng)應當以工程實踐能力為核心的綜合型、應用型人才為目標，即以工程問題為導向，通過工程項目為載體向學生傳授知識、組織教學，培養(yǎng)學生的工程意識和工程實踐能力。授課教師在教學過程中起著舉足輕重的作用，對于授課教師不僅要求專業(yè)素質高、知識結構廣，而且還要具備豐富的工程經(jīng)驗和較強的實踐能力，同時還要求掌握必備的教學手段。目前國內(nèi)高校的青年教師大多數(shù)都是研究生畢業(yè)后直接進入高校，理論水平較高而工程經(jīng)驗欠缺，因此需要他們積極參與到各類工程項目當中，不斷提高工程經(jīng)驗和實踐能力。

1.2 《工程力學》學情分析

《工程力學》是課程內(nèi)容包括靜力學、材料力學、運動學和動力學四個部分，主要學習靜力學和材料力學兩個部分。不少學生表示在學習《工程力學》課程時感到困難，學習效果不佳，經(jīng)調查分析，主要有以下原因[3]。

（1）課程中的許多公式是通過《高等數(shù)學》中的極限和微積分推導而來，同時還要理解常用的物理定律，因此需要先修《高等數(shù)學》和《大學物理》，而這兩門課程也是學生感覺有學習難度的課程，所以學生在學習《工程力學》時同樣也感到有一定難度。

（2）《工程力學》的理論性、邏輯性較強，教學內(nèi)容層層遞進，學生前期知識若是掌握不好，后面學習會更加困難，因此產(chǎn)生厭學情緒，造成惡性循環(huán)。

（3）《工程力學》課程內(nèi)容與工程實際緊密聯(lián)系，由于學生未曾經(jīng)歷實際工程，課程中例舉的一些工程實例學生感到難以理解，對相關知識的學習造成困惑，教學效果因此大打折扣。

（4）《工程力學》注重培養(yǎng)學生的工程實踐能力，考核方式主要是閉卷筆試，考題多數(shù)是教材中的例題或習題，考試內(nèi)容呆板，缺乏知識的靈活運用，難以正確評定學生的工程能力。

通過以上的學情分析，傳統(tǒng)的教學模式已經(jīng)無法滿足“新工科”背景下人才培養(yǎng)目標要求，工程力學課程的教學應當適應新時代的發(fā)展，因此亟需對工程力學的課程進行教學改革。

2 教學改革措施

2.1 教學改革思路

“新工科”背景下工程力學的課程教學改革要符合“新工科”背景下人才培養(yǎng)目標。通過本門課程的學習，學生不僅要學習《工程力學》課程的基本理論知識，還要掌握科學的學習方法，同時還要與工程實際相結合，建立工程意識，利用所學知識解決工程問題。根據(jù)“新工科”背景下人才培養(yǎng)目標和學情特點，《工程力學》課程教學改革著重從教學內(nèi)容、教學方法和考核方式三個方面進行改進優(yōu)化?！豆こ塘W》教學改革思路如圖1所示。

圖1 《工程力學》課程教學改革思路

2.2 教學內(nèi)容優(yōu)化

當前《工程力學》的教學內(nèi)容注重理論知識的學習，缺乏工程實踐的鍛煉。為了應對“新工科”背景下對人才的目標要求，提高學生的工程實踐能力，對教學內(nèi)容可作適當?shù)恼{整和改進。

（1）根據(jù)“新工科”背景下的人才培養(yǎng)目標，結合本校專業(yè)培養(yǎng)方案，修訂工程力學課程大綱。課程大綱應當對培養(yǎng)學生的工程實踐能力作出明確要求，對應專業(yè)培養(yǎng)方案畢業(yè)要求中的工程知識和能力，優(yōu)化理論課和實踐課的課時分配，提高實踐課在總學時中的比例。修訂后的課程大綱將工程能力的培養(yǎng)納入教學目標，對工程力學課程教學可以起到提綱挈領的作用，教學內(nèi)容和授課計劃的安排都會有針對性地加強學生工程實踐能力的培養(yǎng)。

（2）根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)方案的目標要求和學時分配，選用適合該專業(yè)的教材。比如非機類專業(yè)對于工程能力要求略低，可選用難度適中的教材；近機類和機械類專業(yè)對工程能力要求較高，應選用具有一定深度的教材。對于不同專業(yè)的課程教學要求，做到因材施教，深入淺出，充分發(fā)揮教材在教學中作為知識載體的作用。

（3）根據(jù)課程大綱制定教學計劃，合理安排教學內(nèi)容以及分配學時。修訂后的課程大綱中，應對理論課和實踐課學時作出調整，在總學時不變的情況下增加實踐課的學時，理論課學時可略作減少。一方面，要利用有限的學時進行理論課教學，因此對于理論教學的內(nèi)容要作出調整和取舍，對于一些理論性較強而實際工程中很少用到的知識點可以少講或不講，比如材料力學中應變能以及用積分法求彎曲變形；工程中實用的一些計算方法則要精講，比如用查表法求彎曲變形以及組合變形的強度計算；理論公式的推導過程盡量從簡，重點理解公式中各個參數(shù)的內(nèi)涵和外延，同時通過實例講解公式的應用。另一方面，實踐課學時要有所增加，要充分利用實踐環(huán)節(jié)培養(yǎng)學生的工程實踐能力。實踐課包括實驗和實習。實驗課不僅可以做演示性實驗和驗證性實驗，還可以進行設計性實驗和綜合性實驗。通過設計性實驗和綜合性實驗，充分開發(fā)學生的學習潛能，鍛煉學生的實踐能力[4]。實習是增強學生工程意識的有效途徑，學生通過實習可以對一些課堂上抽象的實物和實例有直觀的了解，深入理解工程的意義和本質，再回到課堂上學習相關理論知識就會游刃有余，進一步促進了理論課教學效果，同時工程的概念和意識也會潛移默化地植根于學生的頭腦中。

（4）教學內(nèi)容中加強學科的交叉融合?！靶鹿た啤北尘跋屡囵B(yǎng)的人才不僅要求專業(yè)素質高，還要求知識面廣、綜合能力強，因此學生要廣泛地在專業(yè)交叉和融合中學習，既要掌握本專業(yè)的理論知識，又要理解其它工科專業(yè)的基礎知識，還要了解人文、地理、歷史、政治等社會科學，在學科的交叉融合中構建覆蓋面廣的知識體系，培養(yǎng)卓越的綜合型高素質人才。

2.3 教學方法改革

當前工程力學的教學方法主要采用講授法，即以教師“教”為主，學生被動接受教師所講授內(nèi)容，屬于“填鴨式”教學。事實證明，這種方法只適用于少部分學習主動性較強的學生，對于主動性較差的學生效果非常一般。“新工科”背景下的教學要求學生掌握真才實學，這種教學方法明顯已經(jīng)難以為繼。為滿足“新工科”人才培養(yǎng)要求，提高教學效果，對當前《工程力學》的教學方法提出以下改進。

（1）增設課堂討論環(huán)節(jié)。將教材的知識點引入工程案例，并提出問題，引導學生圍繞問題進行分組討論。學生可在課前通過查閱資料進行準備，討論時要求學生全員參與，同時設置一定的規(guī)則，根據(jù)討論情況以小組為單位進行積分。討論結束后，教師進行小結，并統(tǒng)計各個小組的積分，將每次討論的積分作為小組成員平時成績的一部分。通過課堂討論，學生不僅獲取了知識，還加強了工程意識，同時提高了對于本門課程的學習興趣。

（2）開展線上線下混合式教學[5]。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的進步和普及，教育部近年不斷加強打造各類精品課程，同時也鼓勵高校先在校內(nèi)展開線上、線下以及混合式教學，取得一定效果后再積極申報國家精品課程。這是教育教學的未來發(fā)展趨勢，因此，不能再拘泥于傳統(tǒng)的教學模式而固步自封，應當根據(jù)教育部文件積極響應，利用第三方學習平臺通過直播、錄播等方式實施部分課時的線上教學，與線下課堂授課有機結合開展混合式教學。對于一些較為容易的知識點，可安排學生線上自學；課堂教學中講授內(nèi)容中較難的知識點，學生可反復線上學習，若是還有疑問可在線下教學中提出，直到完全掌握該知識點。通過線上線下混合式教學，充分利用了互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢，彌補了課堂教學的不足，不失為一種好的教學方法。

（3）靈活運用多種教學手段?！豆こ塘W》課程內(nèi)容繁雜，公式推導復雜，部分內(nèi)容較為抽象，針對課程各個章節(jié)的特點，靈活應用相適應的教學手段。比如，演示文檔能夠集文字、圖片、動畫、視頻于一體，制作演示文檔時要突出要點，編排要條理清晰，課堂播放時要循序漸進，觀察學生的注意力是否與演示文檔保持一致；板書可以將重點知識點保留在黑板上，可用于原理分析和公式推導；對于工程力學中一些抽象的概念和實例，可通過動畫和微視頻進行展示，幫助學生理解；利用翻轉課堂將學習的主動權交給學生，學生根據(jù)教師所布置任務，課前自主學習進行教學設計，并在課堂上演示陳述，這種方式不僅可以提高學生學習的主動性，同時還鍛煉了學生的綜合能力。

（4）鼓勵學生參加力學類的學科競賽。學科競賽是大學生創(chuàng)新實踐能力提升的平臺，來自不同高校的學生圍繞比賽的主題展開角逐。力學類競賽可分為學科理論型競賽和學科應用型競賽，學科理論型競賽一般為考試型的比賽，重點考察參賽學生的理論功底是否扎實，難度較大，如全國大學生周培源力學競賽；學科應用型競賽一般要求提交有一定功能作品，主要考察學生解決工程實際問題的能力，對于學生要求具備一定的理論基礎，更多的是鍛煉學生的實踐能力，培養(yǎng)學生的團隊合作、學術寫作等綜合能力，如全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽。因此，在新工科背景下，學科應用型競賽應當格外引起重視，鼓勵具有一定基礎的學生積極參加這類比賽，以賽促教，以賽促學，同時通過比賽，以及與其他學校的老師和學生溝通交流，可以極大地開拓學生的視野，有助于培養(yǎng)卓越工程師的品質。

2.4 考核方式改革

當前《工程力學》的考核主要是以考試成績?yōu)橹鳎綍r成績所占權重較小。這種考核方式下學生往往不注重平時學習，而是根據(jù)考試范圍進行考前的臨時突擊，有些甚至是強記，考過很快就忘記。學生僅僅是為了通過考試而學習，完全不能領會課程中知識點的內(nèi)涵，因此這種考核方式已經(jīng)不能適應“新工科”背景下對人才的考核要求，應當對現(xiàn)有的考核方式進行改革。

考核方式改革的重點是調整總評中平時成績、期末成績的比重。以馬鞍山學院為例，以往考核的總評成績＝平時成績30%＋期末成績70%，調整為：總評成績＝平時成績40%＋考試成績40%＋實踐成績20%。平時成績包括課堂簽到、課堂討論、課后作業(yè)等，加強學生平時學習過程的管理。考試成績指的是期末考試評分，考題應當以基礎應用型題目為主，主要考察學生對《工程力學》的基本原理和方法的掌握情況。實踐成績主要考察學生運用所學知識解決工程問題的能力，包括論文和實驗。論文是指學生根據(jù)考核教師布置的工程問題，運用《工程力學》課程知識，通過查閱資料尋求解決方案，并完成論文綜述。力學實驗可開設演示性、驗證性實驗項目和設計性、綜合性的實驗項目，其中演示性和驗證性實驗主要考察學生對基礎知識的掌握程度，設計性、綜合性實驗不受課程教學范圍限制，學生自主設計實驗方案和內(nèi)容，充分發(fā)揮學生的主觀能動性，培養(yǎng)學生的綜合能力和創(chuàng)新精神[6]。

通過對考核方式的改革，提高了平時成績在總評中的比重，讓學生在平時忙起來，使學生在課程學習過程中始終保持專注度，摒棄“押注”期末考試、忽視平時學習的陋習。此外，考核中增加了實踐考核環(huán)節(jié)，經(jīng)過實踐考察，不僅鍛煉了學生的工程能力，同時通過理論和實際的有機結合，使學生對于所學知識的理解更加融會貫通。

根據(jù)上述《工程力學》課程教學改革方案，制定了具體實施細則，并在本校某專業(yè)試行。試行結果表明，學生對該門課程的學習自主性有了大幅提高，更加注重平時學習，而不再過度依賴期末考試。隨著學習的深入，學生不僅掌握了扎實的理論知識，同時工程實踐能力也得以不斷提升，取得了較好地教學效果。

3 結束語

為應對“新工科”背景下人才培養(yǎng)的目標要求，以培養(yǎng)工程能力為導向，同時針對當前工程力學課程教學中的弊病，對工程力學課程教學從教學內(nèi)容、教學方法和考核方式等幾個方面進行了改進和優(yōu)化，并提出了行之有效的具體措施。在本校某專業(yè)實施情況表明，學生對于本課程的學習面貌有了顯著的改觀。通過加強平時的學習管理，學生不僅較好地掌握了理論知識，同時還與工程有機結合，切實鍛煉了學生的工程實踐能力，取得了較好的效果，為培養(yǎng)“新工科”人才打下了良好的基礎。

[1] 張旭，方艷，邢靜忠. “新工科”背景下工程力學課程教學方法改革探索[J]. 科技創(chuàng)新導報，2019，16(16): 210-211.

[2] 朱全，陳華，韓飛坡. 基于應用型人才培養(yǎng)的工程力學課程教學研究[J]. 西昌學院學報(自然科學版)，2018，32(2): 123-125.

[3] 許磊，黃菊. 新工科與工程教育專業(yè)認證背景下材料力學課程教學改革思考[J]. 中國現(xiàn)代教育裝備，2019(17): 99-101.

[4] 馬萬征，李忠芳，馬月芹. 新工科背景下符合專業(yè)認證標準的《工程力學》教學改革的研究[J]. 教育現(xiàn)代化，2018，5(46): 91-93.

[5] 梁志達. 新工科背景下應用型本科院?！豆こ塘W》課程教學質量提高的途徑和方法探討[J]. 當代教育實踐與教學研究，2019(8): 81-82.

[6] 顧國慶，蔡中兵，佘斌，等. 新工科背景下應用型高?；A力學課程教學改革[J]. 高教學刊，2021(9): 149-152，156.

Research on the Courses Teaching ofunder the Background of New Engineering

is an important basic course for engineering majors. Through the analysis of the current teaching situation of engineering mechanics, this paper points out the disadvantages existing in the current teaching. At the same time, according to the training objectives and requirements of talents under the background of "new engineering", the teaching of engineering mechanics is optimized and improved from the aspects of teaching content, teaching methods and assessment methods. Focus on cultivating students' engineering practice ability and comprehensively improve students' comprehensive ability. Through the trial in the School of Intelligent Manufacturing Engineering, Ma'anshan University, the students' learning appearance has been significantly improved, the engineering practice ability has been improved, and good results have been achieved, which has laid a good foundation for cultivating "new engineering" talents.

engineering mechanics; new engineering; teaching research

G642

A

1008-1151(2022)04-0154-03

2022-02-14

馬鞍山學院校級教學改革研究項目（202003）；安徽省教學研究項目（2019jyxm0860）；安徽省校企合作實踐教育基地項目（2020sjjd134）。

朱全（1981－），男，安徽馬鞍山人，馬鞍山學院智造工程學院講師，碩士，研究方向為工程力學、機械工程。